1、 催化裂化工艺计算与技术分析例 4-1 已知某催化裂化装置操作条件、产品分布等数据（见表 4-6） ，求提升管油气停留时间。表 4-6 某催化裂化装置原始数据项目 加工量 t/h 分子量原料油组成新鲜原料 136.2 360回炼油 31 350回炼油浆 5 380产品分布 % t/h气体损失 14.1 19.2 42汽油 43.1 58.7 100柴油 30.1 41 200油浆 4.7 6.4 380焦炭 8 10.9操作条件反应温度， 493提升管汽化段温度， 520提升管蒸汽量，t/h 8反应压力,kPa（表） 116提升管底部压力,kPa（表） 140提升管内径,m 1.2提升管反应段
2、长度,m 25催化剂循环量,t/h 823带入反应的烟气量，t/h 1.8 29解：（1）计算提升管入口油气流率，如表 4-7 所示。表 4-7 提升管汽化段各物料流率项目 重量流率，kg/h 分子量 摩尔流率，kmol/h新鲜原料 136200 360 378回炼油 31000 350 89回炼油浆 5000 380 13蒸汽 8000 18 444烟气 1800 29 62合计 182000 986= 26887m3/h= 7.5 m3/s（2） 计算提升管出口处油气流率，如表 4-8 所示。10427504.986iV表 4-8 提升管出口处各物料流率项目 重量流率，kg/h 分子量 摩
3、尔流率，kmol/h气体+损失 19200 42 457烟气 1800 29 62汽油 58700 100 587柴油 41000 200 205回炼油 31000 350 89油浆 11400 380 30蒸汽 8000 18 444合计 171100 1874= 54821m3/h= 15.2m3/s（3）计算油气线速 提升管横截面积：F = 0.25 D 2 = 0.253.141.22 = 1.13 m2计算入口油气流速：Ui = Vi/F = 7.5/1.13= 6.6 m/s计算出口油气流速：Uo =Vo/F = 15.2/1.13 = 13.5 m/s提升管内油气平均流速= 9.
4、6 m/s（4） 计算油气平均停留时间t = L / Um = 25 / 9.6= 2.6 sYcC kRc(1+RF) （ 4-3）式中：Ck催化剂的焦炭差，（重） ；RF回炼比。流量计有多种，应根据不同的流量计要求，进行校正。（1）质量流量计是目前为许多炼厂所采用的先进的流量计，这种流量计不受检测点条件变化的影响，可以直接取得总通过量，前后数据相减即可。（2）差压式流量计是利用流体流经节流装置时所产生的压力差实现流量测量的。应用最广泛的节流106274918oV)6.513ln(.lioim装置是孔板，其次是喷嘴。使用差压式流量计时，液体体积流量可用下式表示：V 实 = C （5-1） 实
5、 P式中：V 实 流体体积流量， m3/h;P孔板前后压差， Pa；操作条件下流体的密度，m 3/kg；实C常数。流体质量流量可表示为：（5-2）PG实实 G 实 液体质量流量， t/h 。使用仪表时，通常给出指示流量，设仪表指示流量为：V 设 = C （5-3） 设式中：V 设 设计条件下的液体流量， m3/h;设 设计条件下的流体密度，kg/m 3。则实际流量和指示流量的关系可由上面两式求出：（5-4）V实设 设实同理，对于质量流量有下面关系：（5-5）G实设 实设式中：G 设 设计条件下的流体质量流量， t/h。例 5-2 回炼油流量仪表指示值为 150m3/h, 设计密度为 0.63g
6、/cm3。 现在操作温度为 360，=0.85g/cm3,问在操作条件下的体积流量是多少？20解：由密度换算曲线得 。3603574./gcm由 5-4 式，在操作条件下的体积流量为：V 实 = h设 设实 115703./若采用仪表指示值，则相对误差为：157046%.（三）干气计算1 混合干气体积流量校正 混合干气一般用差压式流量计，其节流装置多为孔板。由于混合干气是可以被压缩的，因此，混合干气的体积流量应按下式校正：V 实 = （5-6）设 实 设实 设 实 设PTV其中：P 实 、T 实 、 实 分别为实际操作条件下气体绝对压力 kPa、温度 K、标准条件下密度 kg/m3；P 设 、
7、T 设 、 设 分别为设计条件下气体绝对压力 kPa、温度 K、标准条件下密度 kg/m3；V 设 、V 实 校正前后混合干气的标准条件下体积流量， m3n/h。2 除去非烃 混合干气中一般还含有非烃气体，如 N2、CO 2、O 2、CO 等。在计算干气量时，应将这部分非烃扣除。非烃质量流量 G 非 = (5-7)ViM实 24.式中：Vi、Mi 分别为非烃组分占混合干气的体积分率和分子量。3 细物料的计算 由于混合干气中或多或少带有 C3、 C4 组分，为正确地给出产品分布，应将产品分为 H2C 2、 C3C 4，为此，应求出干气中各组分的质量流量。例 5-4 某干气表的设计条件：压力 0.
8、8MPa（绝） 、温度 40、标准条件下密度 1.036kg/m3；实际条件：压力 0.7MPa（绝） 、温度 56、标准条件下密度 1.165 kg/m3。干气表读数为 5500m3n/h。混合干气组成见下表：混 合 干 气 组 成组 分 %（体）H2 24.0N2+O2 13.19CH4 11.89C2H6 6.65C2H4 7.19C3H8 3.20C3H6 16.31i-C4H10 2.19n-C4H10 0.31n-C4= 0.63i- C4= 0.70t C4= 0.72c C4= 0.43i-C5H12 0.53H2S 5.87CO2 3.73CO 2.46求干气量。解：（1）混
9、合干气体积流量校正hn/m 13740 5 3)726 (58.0 1. +43=V（2）扣除非烃非烃质量流量 G 非 = 419%26%8.）= 73265013/kgh（3）混合干气质量流量 G 混G 混 =47311.165=5512kg/h（4）干气质量流量 G 干混合干气除去非烃后的干气质量流量=5512-1300=4212kg/h（5）计算细物料结果见下表：组 分 Vi (%) Mi MiVi MiVi/M iVi%(重）质量流量(kg/h)H2 24.0 2 48 2.4 101N2+O2 13.19 29 CH4 11.89 16 190.24 9.6 404C2H6 6.65
10、 30 199.5 10.0 422C2H4 7.19 28 201.32 10.1 425C3H8 3.20 44 140.8 7.1 299C3H6 16.31 42 685.02 34.6 1457i-C4H10 2.19 58 127.02 6.4 270n-C4H10 0.31 58 17.98 0.9 38n- C4= 0.63 56 35.28 1.8 74i- C4= 0.70 56 39.20 1.9 82反 -2- C4= 0.72 56 40.32 2.0 84顺 -2- C4= 0.43 56 24.08 1.2 51i-C5H12 0.53 72 38.16 1.9
11、80H2S 5.87 34 199.58 10.1 425CO2 3.73 44 CO 2.46 28 合 计 100.00 1986.5 100.0 4212二 计算与假设（一）焦炭焦炭是反应当中的缩合产物，在再生器中燃烧放热后以烟气的形式离开装置。在做物料平衡时，无法直接获得焦炭量，但是可以通过烟气主风量平衡计算获得。1 主风量校正 主风量一般用差压式流量计测量，其节流装置多为文丘里管。其体积流量 VA 按下式校正：（5-8）VPTQA实 设设 实 表2 焦炭量计算进入再生器的干空气量：（5-9）VA1式中： V1干空气量，m 3n/h;VA湿空气量即仪表所测校正后进入再生器的主风量，m
12、3n/h。再生器烧焦量：(5-10)KCOO1222378043108（ .)()焦炭氢碳比：H/C= (5-11)95572. .C式中：CO2、 CO、O 2、N 2干烟气组成%（体） ；N 2=100-CO2-CO-O2；空气分子湿度，由表 5-1 查得；K焦炭量， kg/h。 3 焦炭量查图计算法 图 51 为再生器燃烧计算图，按 =0 作出，如果大气中水蒸汽含量较高，应加以校正（ 校正值查表 5-1） 。表 5-1 空气分子湿度表干 球 温 度 （）相对湿度（%）-30 -20 -10 0 10 20 30 4010 0.00425 0.0073320 0.00464 0.00844
13、 0.0147830 0.00355 0.00697 0.01272 0.0223340 0.00242 0.00487 0.00932 0.01702 0.0299950 0.00128 0.00302 0.00600 0.01168 0.02138 0.0377860 0.00061 0.00154 0.00363 0.00712 0.01405 0.02576 0.04567100 0.00038 0.00102 0.00257 0.00606 0.01826 0.02362 0.04370 0.07850注： =水蒸汽 /干空气 (体)，基准大气压 =0.1013MPa图 5-1 再生
14、器燃烧计算图（ =0）图 5-1 中各符号如下：CO 2+CO+O2 ，%；3（ CO2+CO）+0.5CO, %;CO CO ，% ；VA/K耗风指标， m3n/kg ;VF/A 烟风比；GK焦炭，kg 焦炭/10000m 3n 干空气。4 烟风比、耗风指标及总湿烟气量烟风比 VF/A =（2+ - （5-12 ）10261CON.)耗风指标 VA/K= （5-13）K总湿烟气量 VF= （2+ - （5-14 ）10261VA.)例 5-5 已知某催化裂化装置的标定、分析数据如下： 标定分析烟道气 5 个样品的数据为：%（体） CO O2 CO21 0.0725 5.938 12.6292
15、 0.1364 5.347 12.6653 0.0871 5.724 11.8114 0.0758 6.763 11.6825 0.0701 6.109 12.029平均值 0.08838 5.9762 12.1632 两器的松动风量经孔板核算约为 25m3n/min 主风入口流量刻度：71% 全量程 1465 m3n/min ，文丘里管按标准状态设计，干球温度：22 大气压力： 0.105MPa水蒸汽与干空气的分子比 =0.012，试计算总烧焦量。解：湿空气量 VA=1465 %712953.01=1025 m3n/min则烧焦的干空气量：V1= 60.（ ）=62253 m3n/h总烧焦量
16、： KCOO12227804318(.)(6253603018597625976.)= 4321 kg/h=103.7 t/d总焦炭的 H/C 为H/C = 89304250257.().COC= 8930425163970258484.(.).=0.098应用上述公式时，最主要的是烟气分析要准确可靠。从实际经验看，CO 2%比较容易分析准确，CO%、 O2%的分析误差则往往较大。因此要重视奥氏分析吸收液的配制，及时更换吸收液，加大仪器的吸收表面积，在分析和操作时严格按操作规程进行，才能得到较好准确的结果。有的厂使用色谱分析烟气组成，也是一种较好的方法。（二）损失任何炼油加工装置的产品或多或少
17、都会有损失。液体产品的泄漏、挥发，气体产物的外溢，随着装置排弃物如污水的流失等，都应该计入损失。然而损失无法计量，也无法从计算得出，因此，只能取一个大家都能接受的合理数据，也就是假设。在做装置的物料平衡时，一般而言，应尽可能采用计算而不用假设的方法求出各物料量（包括干气、不凝气等） ，如果此时损失太大，首先应检查各物料的计量、计算是否有误；其次，在判断得出其他计量、计算没有问题时，再考虑是否是干气计量带来的问题，而且应尽可能采用计算、分析的方法加以量化，以尽量排除假设带来的影响。在实际标定过程中，液体油品和液化石油气可以通过油罐检尺计量，干气则只能通过流量计计量，又有装置排不凝气，火炬阀泄漏等
18、干扰。所以，通常是把干气和损失一起估测，然后分别损失水平高低取值在 0.2%1.0%范围。三 装置物料平衡及收率根据前面所述的计量、计算和假设方法，可以得出各个物料的流率和产品收率，借此做出装置的物料平衡。表 5-2 给出了某催化裂化装置的物料平衡及收率。表 5-2 催化裂化装置的物料平衡及收率项 目 收 率 %（重） 流 量 t/d原 馏分油 75.45 1912DAO 24.55 622料 合计 100 2534干 气 3.60 91.2损 失 0.40 10.3产 液化气 13.71 347.4汽油 54.09 1370.6轻柴油 24.09 610.4品 焦炭 4.11 104.1合
19、计 100 2534在反应器中，催化剂的颗粒之间和颗粒的孔隙内充满着油气，这部分油气对催化剂的重量百分率可按下式计算：（5-15）式中：WG 催化剂夹带的油气占催化剂的重量分率，kg/1000kg 催化剂； s催化剂的骨架密度， kg/m3； B 汽提段催化剂的床层密度，kg/m 3；MG提升管出口油气的平均分子量；T 汽提段入口温度 ；P 汽提段入口压力，MPa (绝） 。汽提的目的就是用水蒸汽把这些油气置换出来。这些油气中约 75%是催化剂颗粒之间的空隙所夹带的油气，约 25%是颗粒内部的孔隙所夹带的油气。在一般操作条件下，当汽提段床层密度 B 为500kg/m3，C 1 约为 1%左右。
20、如果颗粒与颗粒之间的空隙内的油气被置换出来，而颗粒孔隙内部的油气未置换，则 C1 约为 0.25%，数量仍相当可观。由于汽提不完全所增加的焦炭占新鲜原料的产率和汽提效率之间有如下的关系：（5-16）RWESFCGS（ ） （ ）103式中：CS 由于汽提不完全所增加的焦炭产率，%（重） ；RF 回炼比；RC；剂油比；ES汽提效率，% 。CS 可根据装置的热平衡情况决定。如果焦炭产率不能满足装置热平衡的需要，则可适当减少汽提蒸汽量，使 CS 保持一定的数值。对于装置热平衡能够满足需要，再生器的烧焦能力已成为限制装置处理能力提高的控制因素时，则应该增加汽提蒸汽量，提高汽提效率，尽量减少 CS。要使
21、 CS 在 1%以内，一般需要 ES 在 90%以上。)1(102.5SBGGTPM例 5-8已知某催化裂化装置的干气、液化气和汽油分析数据如下表：项 目 干 气 液化石油气 稳定汽油%（体） %（体） 油中气%（重）H2 21.08Air 19.97CO2 1.55 0.04CH4 29.0C2H6 9.31 1.46C2H4 17.85C3H8 0.09 10.23C3H6 0.47 40.28i-C4H10 0.11 20.08 0.27n-C4H10 4.45 0.44n- C4= 5.58 0.47i- C4= 6.90t C4= 6.12 0.69c C4= 4.57 0.67 C5 0.40 0.29H2S 0.17 (0.75)平均分子量 19.97 49.17合计 100 100 2.54流率 kg/h 1880 8960 19040试校正干气和液化石油气互相夹带情况。
