1、本科毕业论文（20 届）年产 150 万吨催化裂化装置设计反应再生系统所在学院 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 本科生毕业论文I摘要随着世界经济的快速发展和环境问题的日益突出，世界各国对汽油等轻质油特别是高质量的清洁燃料的需求量急剧增加。将重质油更多的转化为轻质油品和清洁能源是以后催化裂化领域的的重要课题。催化裂化是重质油烃类在催化剂的作用下反应生产液化气、汽油和柴油等轻质油品的过程，在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有很重要的地位。本设计题目是 150 万吨/年催化裂化装置的工艺设计，此工艺对重油加工程度较深且产品收率较高，同时具有较好的经济效益和环
2、保效益。以任丘常压重油为原料并且以生产高质量的汽油为目的，同时对装置的参数进行经验性假设。通过对汽油的方案以及反应-再生系统工艺的计算，达到了设计的目的。【关键词】 重油；催化裂化；装置；设计Abstract 本科生毕业论文IIAs the rapid economic development of the world and environmental problems have become increasingly serious. The demand of light oil,such as gasoline,especially of high-quality clean fuel
3、s, increase dramaticly. How to transform more heavy oil into light oil and clean energy is the important topics of future FCC. FCC is process which transform heavy oil of hydrocarbons in the catalyst reaction into light oil,such as gasoline and diesel,plays an important role in the production of lig
4、ht oil,especially in the production of gasoline and diesel.The topic of this design is 1.5 million tons / year of FCC process design.This process has deeper on the processing of heavy oil and higher yield ,also good economic and environmental benifits. This progress uses Renqiu atmospheric residue a
5、s raw materials to produce gasoline,aimed at producing high-quality gasoline,and makes experiential assumptions of installment parameters.The design purpose is achieved by Gasoline program and the calculation of the reaction and regeneration process system. 【Key word】 Heavy oil；catalytic crackin；ins
6、tallment；design 本科生毕业论文III目 录1.前 言 .11.1 催化裂化的目的及意义 .12.工 艺 流 程 说 明 和 设 计 原 始 数 据 .32.1 工艺流程说明 .32.2 操作条件的选择依据 .42.3 设计原始数据 .53.反 应 -再 生 系 统 工 艺 计 算 .73.1 再生系统 .73.1.1 燃烧计算 .73.1.2 再生器热平衡计算 .93.1.3 反应器热平衡计算 .103.1.4 再生器结构尺寸的确定 .123.1.5 旋风分离器的计算 .153.1.6 辅助燃烧室的计算 .183.2 反应系统 .203.2.1 提升管反应器的计算 .203.2
7、.2 预提升段的直径和高度的确定 .273.2.3 沉降器和汽提段的计算 .273.2.4 沉降器的旋风分离器的选取 .293.2.5 两器压力 平衡计算 .294. 结论 .31参 考 文 献 .37致 谢 .38本科生毕业论文11.前 言1.1 催化裂化的目的及意义1.1.1 渣油催化裂化的重要性我国本身拥有的石油资源稀缺，属于石油进口国。随着我国经济的迅速发展和对环境保护所提出的要求，我国对轻质油品的需求量日益增多，并且对油品质量的要求也越来越高。为了提高对石油资源利用效率和提高炼油行业的经济效益就要对原油进行深加工，这在原油价格飞涨和环境问题日益突出的今天尤为重要。据统计，我国原油 3
8、50以上的馏出量小于 30，其中减压渣油占原油的三分之一以上，常压渣油占原油的 50以上。由于一般的常减压蒸馏无法达到轻质油收率的要求，因此就要对原油进行二次加工。将渣油轻质化的方法主要有：（1）延迟焦化(2) 加氢裂化（3）催化裂化。对上述的三种方法进行比较，延迟焦化的收益不如催化裂化，而且延迟焦化的产品必须再进行加氢精制，所以不能直接作为产品。加氢裂化的产品质量非常好，但是在重油加工过程中，较高的重金属含量会造成催化剂中毒，导致催化剂的消耗量很大。催化裂化生产的产品包括高辛烷值汽油馏分、轻柴油馏分和石油化工工业需要的气体原料，这些产品都是是市场急需的 1。近年来，催化裂化的装置不断改进、催
9、化剂的性能不断提高，产品的分布也越来越好。因此，催化裂化工艺的发展对我国原油加工具有重要的现实意义。1.1.2 渣油催化裂化面临的主要问题和解决方案渣油催化裂化的主要问题主要如下：（1）原油中胶质、沥青质、芳烃、稠环芳烃含量高 （2）金属含量高（3）硫、氮得含量高上述问题的解决方案:（1）在再生器中安装取热装置就能吸收焦碳收率高而导致的过多热量，从而使整个装置保持热平衡。（2）新型催化剂具有较好活性和选择性，而且水热稳定以及抗重金属性能良好，这样就会减少催化剂的水热失活和重金属中毒，从而节省了催化剂的使用量。（3）采用新型的脱硫、脱氮工艺；采用降硫助剂，从而降低催化裂化汽油的硫含量。渣油催化裂
10、化面临的难题在很大程度上得到解决意味着渣油催化裂化工艺的工业化具备了很大的可行性。1.1.3 我国重油催化裂化的发展概况与展望在我国，大约 80%的汽油和 1/3 的柴油都来自该工艺。2007 年，我国催化裂化加工能力达到 1.23 t/a，占原油加工量的 37.0%，且掺炼渣油的比例高达 30%，居世界之首。它810将 3000 多万吨低价值的减压渣油转化成为了社会急需的轻质燃料和化工产品，是我国主要的重油轻质化手段 2。由于我国原油资源的特点和催化裂化在二次加工能力中所占绝对比重的现状，未来催化裂化仍然是我国重油轻质化的最主要加工技术。在重视对现有装置的改造以及对现有工艺、催化剂和生产技术
11、改进的同时，也必须加强技术创新。催化裂化装置将会更高要求的条件下本科生毕业论文2下运行，实现炼油工业尽可能以最低的投资来把原油转变成符合环保要求的轻质油产品。努力提高催化裂化的技术水平，缩小同世界先进水平的差距，达到可以与国外大炼油公司竞争的能力。目前，我国应该以市场和环保为导向，进一步完善和开发重油催化裂化和其相关家族技术的工艺。切实提高催化裂化工艺加工重油的能力，研发出具有更高性能的催化裂化催化剂。通过对装置的改造以及工艺、催化剂的改进，更大程度的降低催化裂化所生产的汽油中烯烃的含量 3。从而实现催化裂化工艺在投资少，见效快的前提下，生产更多符合市场需求和环保标准的汽油以及清洁能源等产品。
12、逐步调整原油加工工艺的结构，降低催化裂化产品的生产成本，使炼油企业获取更大经济效益，以满足我国实现经济可持续发展的要求。本科生毕业论文32.工 艺 流 程 说 明 和 设 计 原 始 数 据2.1 工艺流程说明该装置工艺流程分三个系统如图 2-1提升管反应器 沉降器再生器 图 2-1催 化 裂 化 装 置 工 艺 流 程 图回 炼 油 浆催 化剂 罐 主 风 机 加 热 炉水 蒸 汽 新 原 料 油油 浆重 柴 油轻 柴 油粗 汽 油富 气气提塔塔馏分回炼油罐水 蒸 气2.1.1 反应-再生系统原料经过加热汽化后进入提升管反应器，与来自再生器的高温（600-750）催化剂短时间接触，随即气化并
13、进行反应。产物和催化剂进入沉降器，产物经旋风分离器分离出夹带着得催化剂后进入分馏系统，积有焦炭的催化剂沉降到再生器，经汽提段用过热水蒸气汽提，催化剂表面夹带的油气被水蒸气置换出来返回升降器上部，留下的催化通过待生斜管进入再生器。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。2.1.2 分馏系统由反应器来的反应产物油气从底部进入分馏塔，经塔底部的脱过热段后在分馏段分割成几个中间产品：塔顶为富气，汽油，侧线有轻柴油，重柴油和回炼油，塔底产品为油浆。轻、重柴油分别经汽提后，再经换热，冷却后出装置。分馏系统主要设备是分馏塔，裂
14、化产物在分馏塔中分馏成各种馏分的油品。塔顶汽在粗汽油分离罐中分成粗汽油和富气。2.1.3 吸收-稳定系统该系统主要包括吸收塔，再吸收塔，解吸塔以及稳定塔。从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油部分，而粗汽油中则溶有 C3、C 4 组分。此系统的作用是利用吸收和精馏方法，将粗汽油和富气分离成液化气（C 3 、 C4） 、干气（C 2）以及蒸汽压合格的稳定汽油 2。本科生毕业论文42.2 操作条件的选择依据2.2.1 反应温度温度对裂化反应有非常大的影响，温度对反应的速度影响随着反应活化能的增加而增加；温度是调节产品分布与转化率的最主要的变量因素。本设计通过对温度的调节能可以反应朝着多产汽油方向
15、进行。反应温度越高，汽油辛烷值的也越大，但也会相应的提高气体的产率。一般反应温度在 500-510 左右，通过综合考虑，本设计选取反应温度为 510。2.2.2 反应压力增加反应压力不利于脱附，相反会有利于吸附，这样会使转化率、焦炭和气体收率增加而汽油收率稍微得下降，汽油的辛烷值降低，产品中烯烃的含量减少 4。所以在以多产汽油为生产目的的方案中，应该采取低压操作。又由于两器压力平衡的要求，反应-再生器之间必须保持一定的压差，而且不能随意变动，反应压力又根据再生压力来确定。再生压力要根据整个装置的情况综合考虑来决定。在实际操作中压力是固定的，不能把压力做为调节变量。因此确定本设计反应压力为 0.
16、14MPa。2.2.3 再生温度提高再生温度可以很大程度的提高炭燃烧的速度。这样，对于烧掉相同数量的焦炭，加快烧焦速度就可以减小再生器体积。对于分子筛催化剂而言，常规再生温度大约在 650-680；因为催化剂在高温条件下会发生水热失活，因此在完全再生条件下，最高温度不超过 700-760 5。综合考虑设备和催化剂的最大允许限度，选取本设计再生温度为 710。2.2.4 再生压力碳燃烧速度与氧分压成正比，氧分压为氧的对数平均浓度和再生压力的乘积，所以提高再生压力就可以对应的提高炭燃烧的速度；在选取再生压力时，所取压力不仅要有利于催化剂的烧焦，并且要有利于提高烟气能量回收的效率。最后还要考虑两器的
17、压力平衡。本设计选取再生压力为 0.142MPa。2.2.5 再剂碳含量再剂碳含量对转化率有很大影响，在再剂碳含量 0.10.6%（质）范围内，再剂碳含量每降低 0.1%（质） ，则转化率大约提高 4%。表 2.1 再剂碳含量对催化剂选择性和转化率的影响转化率为 75%（体）时产品分布（对新鲜原料）再剂碳含量%（质）重量空速为 5h-1下的转化率，%（体）转化率为75%（体）时的空速，h-1C3以下气体%（体）C4馏分%（体）汽油%（质）焦炭%（质）0.1 78.5 6.1 8.0 15.9 58.8 5.50.2 75.2 5.0 8.5 16.5 57.8 6.00.4 67.8 3.6
18、8.8 17.5 54.9 6.7分子筛催化剂对再生碳含量很敏感。若再剂碳含量过高，分子筛催化剂的选择性和活性都会下降，因而转化率会很大程度的降低，汽油收率下降。采取高温再生可降低再剂碳含量，一般降低碳含量 0.1%，催化剂活性大约提高 2-3 个单位 6。在多产汽油的方案中，此值应本科生毕业论文5该低于 0.2%，甚至有些装置要求在 0.05%以下。本装置选取再剂碳含量为 0.04%。2.2.6 再生烟气氧含量再生烟气氧含量是一个操作变量，由于分子筛催化剂是不完全燃烧的再生方式，因此烟气出口氧浓度一般控制在 3%左右。如果烟气出口氧含量过高，则容易在稀相区发生二次燃烧；如果过低，则容易发生炭
19、堆积事故。再生烟气氧含量一般在 2.53.5%，本设计选取为3.0%。2.2.7 反应时间反应时间和温度、原料性质、再剂碳含量等共同作用来决定原料的产品分布和转化率。对于多产汽油方案来说，采用很短的反应接触时间，有利于提高汽油收率和和汽油质量。并且还能够降低焦炭收率。渣油裂化的反应时间一般在 2-3s 左右，本设计选取为 3s.2.2.8 原料预热温度原料预热温度指原料油进入反应器前的温度。它可以补充再生器烧焦提供给反应所需热量的不足，进而来保证反应温度达到规定的指标。在同样的转化率下，提高原油预热温度就能够使轻质油收率略有增加，而焦炭收率下降。一般来说，预热温度对进料的雾化效果有一定的影响，
20、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降，轻质油收率上升；反之，雾化效果差，则焦炭收率就会上升。一般而言，预热温度高则雾化的效果好。但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。本设计以渣油为原料，在渣油进行催化裂化时，预热温度不高，因此可采用油浆进行热交换。综合分析选取本设计原料预热温度为 230 6。2.2.9 CO/CO2比CO/ CO2对再生器热效率有影响，CO 2/CO 的值越大，烧焦放热就越大。烧焦罐完全再生装置，或采用 CO 助燃剂，或采用完全再生都能够使焦炭几乎完全转化为 CO2。所以烟气中几乎不含 CO。
21、假如 CO 的含量过高，在稀相区中，在含氧的高温条件下容易发生二次燃烧，其放出的热量会使旋风分离器等设备烧坏。因此本设计选用 CO/CO2比为 0。2.2.10 焦中 H/C 比汽提效果的好坏和原料反应深度会影响焦中的 H/C 比。多产汽油的方案中，反应温度较高，深度较大，因此焦中的 H/C 比相对也较小。待剂中所含油气直接体现了汽提效果的好坏，如果待剂中油气含量低则汽提效果好，焦中 H/C 比就相对较小 6。反之，H/C 比就较大。本设计所选用的 H/C 比为 6/94。2.3 设计原始数据2.3.1 设计题目150 万吨/年催化裂化装置设计（反应-再生系统）2.3.2 基础数据（1）开工时: 8000 小时每年 处理量为：187500kg/h（2）原料：任丘减压蜡油：常压重油 =20：80（3）原料以及产品性质 本科生毕业论文6表 2.2 原料以及产品性质混合原料 柴油 汽油 回炼油相对密度 d 420 0.8942 0.8605 0.7104t10 410 199 53 410t50 450 243 97 450t90 500 301 156 500残炭 重%V100厘斯 14.0分子量 400回炼比=回炼油/新鲜原料=0.43
