1、 1 毕业设计文献综述 化学工程与工艺 年 产 100 万吨催化裂化装置设计 一 催化裂化的目的及意义 众所周知， 21 世纪争夺的是能源，而石油和石油加工是当中的重中之重。 原油经过常减压蒸馏可以获得到汽油、煤油及柴油等轻质油品，但收率 不高， 只有 10% 40%。而且某些轻质油品的 质量 也不高，例如直馏汽油的马达法辛烷值一般只有 40 60。 随着工业、农业、交通运输业以及国防工业等部门的迅速发展，对轻质油品的需求量日益增多，对质量的要求也越来越高 。这种供需矛盾促使炼油工业向原油二次加工方向发展， 这样能 进一步提高原油的加工深度，获 得更多的轻质油品并提高其质量。 催化裂化（ FC
2、C）工艺是将重质油轻质化，目的产品是汽油、柴油和液化气。由于转化率高，产品质量好，近半个世纪以来 , FCC工艺技术和生产规模都有了很大的发展。目前，催化裂化装置已成为炼油工业深度加工和汽油生产的主体装置 8。由于催化裂化投资和操作费用低 ,原料适应性强 ,转化率高 ,自 1942 年第一套工业化流化催化裂化装置运转以来 ,它已发展成为炼油厂中的核心加工工艺 ,是重油轻质化的主要手段之一，而我国石油资源中，原油大部分偏重，轻质油品含量低，这就更加决定了炼油工业必须走深加工的路线 9。 从催化裂化技术角度来说，基本的是反应再生型式和催化剂性能两个方面的发展。本设计是对催化裂化装置反应再生系统的工
3、艺设计。 二 . 催化裂化技术新进展 1936 年世界上第一套固定床催化裂化工业化装置问世，揭开了催化裂化工艺发展的序幕 。 70 多年来，无论是规模上还是技术上都有了巨大的发展。 在我国，经过几代人的不懈努力， FCC 技术已经取得了很大进步，为世人瞩目，催化裂化掺炼渣油量不断上升，现已居世界的领先地位。自 1965 年我国第一套流化催化裂化装置在抚顺石油二厂建成投产以来，经过 40 多年的发展，催化裂化及 相关的工艺技术、催化剂制造、设备制造、生产管理等各个方面均取得了长足的进步。目前，我们已建成投产的催化裂化装置共有 150 多套，总加工能力超过 1 亿吨 /年 4。国产催化剂在渣油裂化
4、能力和抗金2 属污染等方面均已达到或超过国外的水平。在减少焦炭、取出多余热量、催化剂再生、能量回收等方面的技术有了较大发展 10。 所以 逐步调整原油加工工艺的结构， 可以 为炼厂获取最大经济效益， 可以 满足我国实现经济可持续发展战略。 2.1 渣油催化裂化技术进展 渣油催化裂化时会有较高的焦炭产率和相应较低的轻质油产率。而且催化剂污染严重，产品含硫含氮量高。所以实现渣油催化裂化的技术措施有：改善进料雾化；提升管反应器采用高温短停留时间操作；采用小回流比，外甩油浆操作，降低焦炭产率；强化再生过程（用带预混管的烧焦罐式再生器）；再生器设外取热器；采用金属钝化剂 20。 目前，世界上渣油催化裂化
5、 (RFCC)工艺主要有 Kellogg 公司的 HOC、 S&W 公司的 RFCC、IFP/Total 公司的 R2R、 UOP 公司的 RFCC、 Shell 公司的 RFCC和 Exxon 公司的 Flexi cracking工艺。这几种工艺已在世界各地运行多年。现在， RFCC 加工原油 残炭可达 3% 10%，镍和钒含量可达 10 40 g/ g，平衡剂上金属沉积量最高可达 10 000 g/g11。 2.2 低碳烯烃催化裂化技术进展 在 20 世纪 80 年代末，我国开始了对低碳烯烃技术的研究，成功开发了以多产低碳烯烃和高辛烷值汽油为目的的 FCC 工艺家族技术 ， 包括多产低碳烯
6、烃的 DCC 技术，多产异构烯烃的 MIO 技术和最大量生产汽油、液化气的 MGG 技术 5。 2.3 生产清洁燃料催化裂化技术进展 RIPP 在多产异构烷烃的 FCC 工艺 MIP 基础上，开发了汽油组分满足欧排放标准并增产丙烯 的 CGP 工艺 13。中国石化集团洛阳石油化工工程公司开发的 FDFCC-工艺是在FDFCC-工艺基础上，将温度相对较低、剩余活性较高的汽油管待生催化剂输送至重油提升管底部与再生催化剂混合，提高重油提升管的剂油比，降低油剂瞬时接触度，强化催化反应，抑制热裂化反应，实现降低干气和焦炭产率、提高丙烯收率、改善产品分布的目的 14。中国石油大学（华东）开发成功的两段串联
7、提升管 FCC 工艺（ TSRFCC），与单段 FCC 工艺相比，具有催化剂接力反应、分段反应、短反应时间以及大剂油比操作等特点，可以降低 FCC 汽油烯烃含量并可以提高轻质油收率 15。中国石油大学（北京）开发的 FCC 汽油辅助提升管降烯烃技术，是使 FCC 汽油在辅助提升管中进行定向催化转化，即将 FCC 汽油中的烯烃通过异构化、氢转移、环化、芳构化和脱烷基反应来达到 FCC 汽油烯烃含量的目的 16。清华大学提出的提升管 -下行床耦合反应器概念，开发了下行床柔性 FCC 技术，在保持高汽油辛烷值的同时，可有效降低 FCC 汽油烯烃含量 17。 3 2.4 降低 FCC 装置烟气污染物排
8、放的技术进展 如今人们对环境的保护越来越重视，所以，降低 SOX 排放的技术，降低 NOX 排放 的技术，降低颗粒物排放的技术有了新进展。这些技术的研究使污染物对环境的危害降低到最小。 总而言之，从近十几年发展情况来看，催化裂化技术还将会围绕以下几个主要方面继续发展研究：加工重质原料；劣质原料预处理；降低能耗；减少污染预处理；适应多种生产需求的催化剂和工艺开发；过程模拟和系统集成化 1 三 . 催化裂化催化剂技术进展 催化剂是影响催化裂化反应速度和产率的重要因素。现在常用的是结晶型硅酸铝盐（分子筛）催化剂。分子筛又称为泡沸石，按其组成及晶体结构不同分为 A 型、 X 型、 Y 型及丝光沸石等几
9、种，目前 工业裂化催化剂中常用的是 X 型和 Y 型沸石，其中用得最多的是 Y 型沸石 3。 以下是未来催化裂化催化剂的发展方向 18:高抗污染裂化催化剂仍然是一个研究方向，同时为适应催化裂化原料油加氢处理后提高产品产率的目标，需开发有关新的催化剂。环保法规推动了生产清洁燃料催化剂市场的发展，提高汽油辛烷值、降低汽油烯烃和硫含量的催化剂仍然是研究方向。多产化工原料的催化裂化催化剂在今后将得到大力发展。继续开展降低催化裂化装置 SOX 和 NOX 排放的催化剂研究。开展催化剂清洁生产技术研究。 四 . 催化裂化工艺设备进展 现在研究的工艺进展种类也很多，下面是举的两个例子。 4.1 单器两级再生
10、 通过对单段再生和两段再生特点的研究， Kellogg 技术公司和 Mobil 技术公司联合开发了单器两级再生技术，其特点是采用单个再生器，并在再生器密相的适当部位加入一块专利挡板。催化剂与主风逆流接触，通过这块挡板可以达到减少返混和多级再生的目的 21。冷模试验表明，通过加入挡板可将再生器上部和下部的催化剂返混减少 80%，使在再生器稀相的催化剂携带量减少 50%以上 12。 4.2 发展加氢处理 -催化裂化组合工艺 根据很多专家的研究 ，对于未经加氢处理的原料，在催化裂化过程中约有 5% 8%的硫进入汽油馏分中；经过加氢处理后，在减少催化裂化进料硫含量的同时，进入催化裂化汽油4 的硫只占总
11、硫量的 1% 3%7 ,所以加氢处理是大幅度降低催化裂化汽油硫含量的有效手段，使其对环境的压力大大减小。催化裂化原料加氢预处理还有提高轻质油收率、降低汽油烯烃含量、减少焦炭产率、减少再生烟气 SOx 含量等优点 19,对于我国现在高硫原油越来越多的情况，发展各种加氢处理 -催化裂化组合工艺是一个重要的努力方向。与此同时，对催化裂化汽油的加氢处理的研究也应加快进 行。 五 . 结语 如今，为了满足日益变重的原料要求、日益严格的环保要求和日益增长的市场对轻质产品、低碳烯烃量的需求，催化裂化技术一直在不断地发展创新。 特别是现在石油资源日趋减少，国际油价居高不下，炼化企业效益也日渐恶化，怎么从劣质的
12、原料油中获取最大量的优质产品，是炼厂增加效益的必要手段。 可以预期，增加掺渣比同时生产清洁燃料的新催化裂化工艺以及炼油与石油化工一体化的新催化裂化工艺将是近期技术开发的热点。经过人们的不断研究，各种未知的新技术，新催化剂都将在未来面世。 自动化控制早已在催化裂化装置中应用， 利用 DCS 进行监控操作，用 APC 对反应深度的优化使产品产率提高；对分馏，吸收稳定控制器实现产品质量卡边控制，使产品收率提高；对高价值产品实现卡边切割，高价值产品收率提高 4。各种自动化方案应用到催化裂化装置中最大限度的提高了装置运行的安全和经济效益。 参考文献 1 徐春明 ,杨朝合 ,石油炼制工程 (第 四 版 )
13、.北京：石油工业出版社 ,2009 2 贾绍义 ,柴诚敬 ,化工原理课程设计 .天津大学出版社 ,2009.1 3 黄仲涛 ,耿建铭 ,工业催化 .北京：化学工业出版社 ,2006.8 4 刘英聚 ,张 韩 ,催化裂化装置操作指南 .北京 :中国石化出版社 ,2005.7 5 5 曹汉昌 ,郝希仁 ,张韩 ,催化裂化工艺计算与技术分析 .北京 :石油工业出版社 ,2000.10 6 王志魁 ,化工原理 (第三版 ).北京 :化学工业出版社 ,2004.10 7 Joseph W W. Fluid Cata1ytic Cracking Technology and Operation. Tuls
14、a Oklahoma: Pennwell Publishing Company， 1997.66 70 8 陈曙光 ,催化裂化技术发展近况 J.兰州科技 ,1996,14(3):182. 9 左丽华 ,我国催化裂化技术发展现状及前景 J.石油化工技术经济 ,2000,16(1):16. 10 陈俊武 ,卢捍卫 ,催化裂化在炼油厂中的地位和作用展望 催化裂化仍将发挥主要作用J.石油学报 (石油加工 ),2003,19(1):10. 11 潘元清 ,钱军 ,催化裂化现状及发展趋势 J.石化技术 ,2003,10(1):4548. 12 Miller R B, et al.1999NPRA Annu
15、al Meeting, AM-99-14,San Antonio:1999 13 许友好 ,张久顺 ,马建国 ,等 .生产清洁汽油组分并增产丙烯的催化裂化工艺 J.石油炼制与化工 ,2004,35(9):1-4 14 谢朝钢 ,国内外催化裂化技术的新进展 .炼油技术与工程 ,2006,36（ 11） . 15 马安 ,张建芳 ,山红红 ,等 .两段提升管催化裂化 (TSRFCC)技术功业应用 C/中国石油学会第五届石油炼制学术年会论文集 .北京 :中国石化出版社 ,2005:290-298. 16 高金森 ,徐春明 ,马安 ,等 .FCC 汽油辅助反应器改质降烯烃技术及工 业应用 C/中国石油
16、学会第五届石油炼制学术年会论文集 .北京 :中国石化出版社 ,2005:454-461. 17 刘飞 ,魏飞 ,吕国梁 ,等 .下行床柔性催化裂化反应器生产清洁汽油工业试验 C/中国石油学会第五届石油炼制学术年会论文集 .北京 :中国石化出版社 ,2005:497-503. 18 田辉平 ,催化裂化催化剂及助剂的现状和发展 .炼油技术与工程 ,2006,36(11). 19 张立新 ,我国催化裂化技术的发展方向 .炼油技术 ,2001,31(3). 20 陆士庆 ,炼油工艺学 .北京 :中国石化出版社 ,2007.3. 21 谢朝钢 ,等 .催化裂化工艺技术的发展近况 .石油炼制与化工 ,2001.
