1、本科毕业论文（20 届）100 万吨/年催化裂化反应-再生系统工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业设计I目 录中文摘要 .I英文摘要 .II1. 前言 .12. 催化裂化生产参数设备说明 .22.1 生产方案详述 .22.2 主要操作条件的选择依据 .22.2.1 反应温度 .22.2.2 再生温度 .22.2.3 反应压力 .22.2.4 再生压力 .32.2.5 烟气中过剩氧量 .32.2.6 原料预热温度 .32.2.7 反应时间 .32.2.8 CO2/CO 比 .42.2.9 催化剂 .43. 工艺流程的确定 .53
2、.1 确定工艺路线 .54. 设计原始数据 .64.1 处理量 .64.2 开工时 .64.3 原始数据及再生-反应条件 .65. 反应-再生系统工艺计算 .85.1 再生系统 .85.1.1 燃烧计算 .85.1.2 再生器热量平衡 .115.1.3 再生器尺寸设计 .135.2 提升管反应器 .145.2.1 反应器物料衡算 .155.2.2 反应器热平衡 .165.2.3 提升管工艺计算 .195.2.4 旋风分离器工工艺计算 .226. 计算结果汇总 .257. 经济效益的估算 .267.1 原材料消耗 .267.2 动力消耗 .267.2.1 蒸汽消耗 .26本科生毕业设计II7.2
3、.2 电力消耗 .267.3 车间费用 .267.4 员工工资和福利费 .267.5 产品价格 .287.6 盈利估算 .28小 结 .29参考文献 .30本科生毕业设计I100 万吨/年催化裂化反应-再生系统工艺设计摘要 随着世界经济飞快发展，环境问题日益突出，同时能源需求量日益旺盛，各个国家对汽油等轻质油特别是高质量的清洁燃料需求量急剧增加，同时，伴随石油化工业的发展，需要多产轻质油。催化裂化是重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油等轻质油品的生产占有很重要的地位。催化裂化过程在炼油工业，以至国民经济中只有重要的地位。在我国，由于多数原油偏重，而H/C相对较高且金属含量相对较低，催化裂化
4、过程，尤其是重油催化过程的地位显得更为重要。本设计题目是100万吨/年催化裂化装置的工艺设计。主要是根据已经给定的重油催化裂化反应-再生的年产量及油品参数性质设计出合理的催化裂化反应- 再生工艺流程，该工艺对重油加工程度较深且收率较高，同时具有较好的经济效益和环保效益，达到设计的目的.具体包括对工艺系统中的反应器和再生器里的物料进行物料衡算和热量衡算，计算出各设备的工艺尺寸，包括塔高、塔径、等的确定。以及旋风分离器的选取。从而确定反应-再生系统的平面布置图。由以上计算数据可以画出工艺系统中的主要设备反应器和再生器的装配图。根据数据所得画出反应再生工艺车间的平面布置图、带控制点的工艺流程图、主要
5、设备的装配图。希望通过反应再生工厂的设计让自己对化工设备的设计、催化裂化工艺流程以及整个反应再生工厂的布置、生产成本和经济效益的估算有更加进一步的了解。关键词:重油；催化裂化；反应-再生；催化剂；设计 本科生毕业设计II100 million tons/year catalytic cracking reaction-regeneration system process designAbstract As the rapid economic development of China,more and more attention are taken to the world environ
6、mental problem, leding with gasoline,light and sweet oil especially for better qality ofcleaner fel dramaticly increase in demand,while the developmeng of petrochemical indstry needs more effectively prolific light oil . The FCC is an important process of heavy oil in one of the thinner, such as pet
7、rol and diesel oil production lightweight occupies a very important position. FCC process in oil refining industry in the national economy, and only important position. In our country, because most oil on and H/C is relative taller and metallic content comparatively low, catalytic cracking process,
8、especially heavy oil catalytic process position is more important.This design topic is 100 tons/year FCC unit process design. Mainly based on the heavy oil has given the FCC flow-reaction - regeneration production and oil parameters design gives reasonable nature of catalytic cracking reaction - reg
9、eneration process, the process on heavy oil processing degree is deep and yield is higher, and has good economic benefits and environmental benefits, achieve the purpose of design of process system. Specific include the reactor and the material regenerator materials calculation and heat calculation,
10、 calculate the equipment technology dimension, including high tower, tower diameter, etc determination. And the selection of cyclone separator. So as to determine the reaction/regeneration system floor plan. By above the calculated data can draw the process system of main equipment - the reactor and
11、 regenerator assembly drawing.According to above income draw crude glycerin refining process workshop floor plan, take control process flow diagram, the main equipment assembly drawing. Hope that through reaction-regeneration system let oneself to the chemical equipment design, FCC process and the e
12、ntire biodiesel plant layout, the production cost and economic benefit estimate more further understanding. Keywords Catalytic cracking ; Reaction - regeneration ; catalyst ; design本科生毕业设计11. 前 言石油工业是国民经济中最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是提供交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的40%依赖于石油产品。我国已探明的石油资源不是很丰富，而随着国名紧急的发展，对
13、轻质油的需求量却不断增长。为了充分利用石油资源和提高石油加工经济效益就必须对原油进行深加工，采用渣油轻质化 1。故发展催化裂化工艺对我国原油加工有深远的现实意义 2在我国国内最早的工业催化裂化装置出现于 1936 年。几十年来,无论是规模还是技术均有了巨大发展。现在它已经成为原油二次加工中最重要的一个加工过程。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。传统的催化裂化原料是重质馏分油，主要是直馏减压馏分油，也包括焦化重馏分油。由于对轻质油品的需求不断增长及技术进步，近 20 年来，更重的油料也作为催化裂化的原料，例如减压渣油 3，加氢处理重油等。最早在工业上采用的反
14、应器型式是固定床式反应器。反应和再生是轮流间歇地在同一反应器内进行的。为了在反应时供热及在再生时取走热,在反应器内装有取热的管束，用一种融盐循环取热。为了使生产连续化,可以将几个反应器组成一组，轮流地进行反应和再生。固定床催化裂化的设备结构复杂，生产连续性差，因此，在工业上早已被其他型式的反应器所取代。由于生产要求的不断扩大和生产技术的不断进步，在二十世纪九十年代初期,流化床催化裂化技术迅速地发展成熟起来并很好地运用到实际生产中去。在 100 万吨/年催化裂化反应-再生系统工艺设计中，通过反应再生系统热量、物料的计算，选择合适的加工条件，得到更好的收率效果，以最大限度地降低生产成本，高效生产。
15、本科生毕业设计22. 催化裂化生产参数设备说明2.1 生产方案详述 4本设计采用汽油方案随着我国经济快速发展，交通日益发达，以及世界对环境问题的重视，以汽油为首的轻质油特别是对质量更好的油品的需求量不断加深，同时化工的生产，又需要有效的多产轻质油。其次，大庆常压渣油具有 H/C 高，金属含量低（4.3%),密度小（密度为 0.896），平均分子量大，产率较高的特点，符合比较理想的重油催化原料，可直接进行催化裂化。汽油+柴油收率可达到 70%以上，而焦碳收率只有 10%，综合评价采用汽油方案是可行的。2.2 主要操作条件的选择依据2.2.1 反应温度 5反应温度反应对催化裂化反应的速率和产品的产
16、率有强烈的影响，而且反应活化能越大，温度对反应的速度影响也越大；温度是调节转化率和产品分布的主要变量。通过调节温度可以实现多产汽油的产品方案。温度一般为 500-510 。提高反应温度可使汽油辛烷值增加，焦碳产率下降 但也不可以任意提升温度，若温度过高所产生的产品会发生热裂6化反应，生成更多的气体，从而降低汽油产率，而气体的产率增加了。综合考虑各种因素，以及参考国内外同类装置的操作条件，本次设计装置反应温度选择 500。2.2.2 再生温度提高再生温度可大大提高炭燃烧速度，在 600左右时每提高 10，烧焦速度可提高约 20%，烧焦时间平均的可减少 15%；对烧掉同样数量的焦炭，加快烧焦速度可
17、使再生器体积减小。对分子筛催化剂来说，常规再生温度一般为 650-680；为避免催化剂在高温下水热失活，在完全再生条件下，最高不超过 700-760；对于两段再生，第二段再生器中几乎没有水蒸汽存在，再生温度可达 800以上，可实现无助燃剂高温完全再生。7对再生温度有显著影响的变量是回炼比、焦碳产率和原料预热温度。回炼比增加，再生温度下降，原料预热温度升高，再生温度升高。考虑到设备和催化剂的允许限度，本设计取再生温度为 700。2.2.3 反应压力对于催化裂化反应，随着压力的提高，可以提高转化率，但同时也增加了原料中重质组分和产物在催化剂上的吸附量，从而提高生焦的反应速率，使焦碳产率明显提高，气
18、体中烯烃产率的相对下降，汽油产率下降，但稳定性提高提高。故在汽油为生产目的的方案中，应采用低压力操作。在实际操作中，压力是固定的，不做调节变量。由于压力平衡的要求，反应-再生器之间必须保持一定的压差，不能任意变动。因此，反应压力又随再生压力而定。而再生压力又要根据全装置的情况综合考虑决定。本设计定为 0.1MPa。 本科生毕业设计32.2.4 再生压力碳燃烧速度和氧分压成正比，而氧分压为再生压力和氧的对数平均浓度的乘积，提高再生压力就可以提高炭燃烧的速度；决定再生压力时，既要有利于催化剂烧焦，又要有利于提高烟气能量回收的效率。同时还要考虑两器的压力平衡。正常操作压力不用于调节烧焦速度。本设计取
19、再生压力 0.2MPa。2.2.5 烟气中过剩氧量再生烟气中含氧量过高，会使主风负荷增大，再生温度下降，能量回收困难，增加废气排放量，且易发生二次燃烧，再生烟气含氧量低，会使烧碳不完全，减少。不仅影响再生效率和后面催化剂的活性。而且增加能量回收难道，污染环境。在适宜范围内提高过剩氧含量，可以提高再生速度，缩短再生时间，避免催化剂在高温状态下停留时间过长而造成高温失活。再生烟气氧含量范围一般在 13%，本设计取 3.0%。2.2.6 原料预热温度原料预热温度是指原料油进入反应器前的温度。它补充再生器烧焦提供给反应所需热量的不足，以保证反应温度达到生产规定的指标。渣油进行催化裂化时，预热温度不高，
20、可采用油浆进行热交换。在相同的转化率下，提高原油预热温度可使轻质油收率略有增加，焦炭收率下降。保持装置的其它独立参数不变，只提高进料的预热温度，则剂油比减小。当采用 CO 完全燃烧技术时，再生温度大幅度提高，如果采用高预热温度会使剂油比降得很低，反应器中活性中心太少，转化率就很低。此外，催化剂上积炭过高会使裂化反应的选择性变坏。在这种情况下，要适当的降低原料的预热温度，保证一定的剂油比。同时对提升管装置来说，不同的原料油和不同结构的原料喷嘴对预热温度有不同的要求。一般来说，预热温度对进料的雾化效果有一定的影响，对产品收率和质量有不同程度的影响。雾化效果好，则同样转化率条件下焦炭和气体收率就会下
21、降，轻质油收率上升；雾化效果差，则焦炭收率就会上升。一般预热温度高雾化效果好。本设计取 235。2.2.7 反应时间对于提升管催化裂化，反应时间=提升管有效长度/油气平均线速，其中提升管有效长度是指从原料油喷入口到提升管出口的长度，油气平均线速是指上述两点处线速度的对数平均值。可见，反应时间是反应油气在提升管中的停留时间。在其他条件相同的时候，反应时间长，转化率高。在转化率相同条件下，最大柴油收率和最大汽油收率各自有不相同的最佳反应时间。因此，要得到最佳产品分布，要控制合适的反应时间。提升管催化裂化一般的反应时间是 24 秒。本设计取停留时间为 2s。2.2.8 CO2/CO 比CO2/CO
22、比影响到再生器热效率，CO2/CO 越大，烧焦放热越大。CO2/CO 比采用的范围为12。烧焦罐完全再生装置，或采用 CO 助燃剂，或采用完全再生都可以使焦炭几乎全部转本科生毕业设计4化成 CO2。所以烟气中 CO 含量几乎为 0。在稀相区里，如果 CO 含量过高，在含氧的高温条件下易发生二次燃烧，其放出的热量使旋风分离器烧坏,设备烧坏等严重后果。本设计选用的 CO2/CO 比为 1.2。2.2.9 催化剂在当前使用分子筛催化剂时期，重油流化催化裂化工艺对催化剂的选择，比一般流化催化裂化工艺尤为重要和复杂。重油硫化催化裂化工艺除了要求选取的催化剂具有耐磨性，良好的再生性能，高的平衡活性，搞得水
23、热稳定性和好的选择性，目前工业用分子筛催化剂大致可分为稀土 Y（REY）、超稳 Y（USY）和稀土氢(REHY)三种。此外还有一些复合型的催化剂 8。本设计选择复合型催化剂 Orbit-3000。该催化剂具有重油转化能力强，焦炭选择性好，抗金属污染能力强的特点。3. 工艺流程的确定3.1确定工艺路线催化裂化装置一般分为三部分组成：反应-再生系统，分馏系统，吸收-稳定系统。本本科生毕业设计5设计是关于反应再生系统，故单对反应-再生系统流程进行分析。图3-1 为反应-再生系统流程方框图原料油经过加热汽化后进入提升管反应器进行裂化。提升管中催化剂处于稀相流化输送状态，反应产物和催化剂进入沉降器，并经
24、汽提段用过热水蒸气汽提，再经旋风分离器分离后，反应产物从反应系统进入分馏系统，催化剂沉降到再生器。在再生器中用空气使催化剂流化，并且烧去催化剂表面的焦炭。烟气经旋风分离器和催化剂分离后离开装置，使催化剂在装置中循环使用。反应系统主要由反应器和再生器组成。原料油在装有催化剂的反应器中裂化，催化剂表面有焦炭沉积。沉积的焦炭的催化剂在再生器中烧焦进行再生，再生后的催化剂返回反应器重新使用。反应器主要为提升管，再生器为流化床,在提升管出口安装快速分离器 9。再生器的主要作用是：烧去催化剂上因反应而生成的积炭，使催化剂的活性得以恢复。再生用空气由主风机供给，空气通过再生器下面的辅助燃烧室 及分布管进入。在反应系10统中加入水蒸汽其作用为：（1）雾化从提升管底部进入使油气雾化，分散，与催化剂充分接触；（2）预提升在提升管中输送油气；（3）汽提从沉降器底部汽提段进入，使催化剂颗粒间和颗粒内的油气汽提，减少油气损失和焦炭生成量，从而减少再生器负荷。汽提水蒸气占总水蒸气量的大部分。（4）吹扫、松动反应器、再生器某些部位加入少量水蒸气防止催化剂堆积、堵塞。4. 设计原始数据4.1 处理量100 万吨/年再生烟气加热 新鲜原料回炼油浆储备催化剂再生器待生催化剂气提反应产物油气高温催化剂
