《石油炼制工程》第6章催化裂化

《石油炼制工程》课件第六章催化裂化2解读课程名称什么是石油？炼？用火烧制或用加热等方法使物质纯净、坚韧、浓缩：炼钢、炼焦、炼油、炼乳。千锤百炼。炼焦:将煤进行分解蒸馏制造焦炭的过程;利用热能将原油的重渣油全部转化为低沸点石油产品和副产品石油焦的方法炼铁:把铁矿石和焦炭等燃料及熔剂装入高炉中冶炼,去掉杂质而得到铁炼乳:使乳在高压和高温下进行蒸发,不添加蔗糖,将其体积浓缩到一半或一半以下,并含有规定数量的乳脂和乳的固形物.炼油:将石油通过蒸馏的方法分离生产符合内燃机使用的煤油、汽油、柴油等燃料油，副产石油气和渣油.生物炼制:利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基材料。石油炼制:中石化是中国最大的石油炼制商，石油炼制能力位居世界第二，主要产品有汽油、煤油、柴油、润滑油等。炼制?3解读课程名称工程?工程是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，是以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。工艺是劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行增值加工或处理，最终使之成为制成品的方法与过程。个人不占有生产资料，依靠工资收入为生的劳动者：工人。制造生产资料和生活资料的生产事业：工业。工艺?解读一下英文课程名称？第一章绪论第二章石油及其产品的组成和性质第三章石油产品第四章原油评价与原油加工方案第五章原油常减压蒸馏第六章催化裂化第七章催化加氢第八章催化重整第九章延迟焦化第十章高辛烷值组分生产第十一章润滑油生产第十二章石油产品调合石油、石油产品及原油一次加工石油：工业血液黑色金子二次加工深度加工把非金子变成金子，现代科技，赚取巨大利益。炼油炼金？炼：用火烧制或用加热等方法使物质纯净。石油炼不出金子，但潜含的经济难以估算。石油要炼出“金子”，只靠一次加工实现不了。5本章内容第6章催化裂化6.1概述6.2催化裂化的原料和产品6.3催化裂化的化学反应6.4催化裂化催化剂及助剂6.5流态化原理及催化剂输送6.6催化裂化工艺流程6.7催化裂化主要设备6.8反应-再生系统工艺计算6.9催化裂化新技术目的？◆了解催化裂化发展简史、新技术及我国的成就;◆掌握FCC工艺过程、原理及主要设备结构；◆掌握FCC工艺的基本计算方法；■特别掌握：茂石化公司三套FCC装置工艺、设备、产品及原料方面区别。要求6第一节概述一、催化裂化化学反应（裂解反应）（作用？）重质馏分油或重油、渣油气体、汽油、柴油以及焦炭实现物质转化涉及的原理和工程：◆原料如何转化—反应原理◆如何保障转化所需条件—（热量、物料、动量—三传问题）◆如何实现高效率转化—优化与控制（工艺、设备、催化剂问题）。在催化剂存在下，温度460~530℃和压力0.1~0.3MPa条件下,使重质馏分油或重油、渣油经过以裂解为主的一系列化学反应,转化成气体、汽油、柴油以及焦炭等产品的一种石油加工过程。7第一节概述二、催化裂化产生的背景■19世纪末20世纪初，生产汽油主要是靠原油蒸馏。那时候原油炼制和现在土炼油差不多。汽油收率低，辛烷值也不高。原油蒸馏土炼油土炼油思考:土炼油原理?学会土炼油，可以当老板？8第一节概述■1913年，世界上第一套热裂化工业装置投产，汽油产量有所增加，但辛烷值依然很低。1965年热裂化装置(延长)1963，茂油第一套100万吨/年常减压蒸馏装置建成投产。1964年初，二次加工的第一套热裂化装置建成投产。四乙基铅分子式二、催化裂化产生背景■所以1925年就大规模使用四乙基铅。9第一节概述■1930年石脑油热重整技术，汽油产率才大幅提高，汽油RON提至71-79。此时由于汽油发动机的广泛使用，汽油在数量和质量上都无法满足要求，迫切需要开发增产汽油的工艺。二、催化裂化产生背景10第一节概述热裂化：在热作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油、柴油的过程。该技术1920-1940曾得到较大发展,但其汽油产量和质量均有限，第二次世界大战期间及战后，热裂化为催化裂化所取代。目前工业上还有应用，目的是降低减压渣油的粘度和凝点，以提高燃料油质量（减粘热裂化）。热重整：在较高温度和压力下，直馏汽油、粗气油等馏分中的烷烃经轻度裂化而变为较低分子量的烷烃和烯烃等，同时伴有异构化而生成异构烷烃，可以提高汽油的辛烷值和挥发度，早已被催化重整所取代。11第一节概述■热裂化：汽油产量不高、汽油质量也不好。■早在1890年以后，GULF公司的McAfee(迈克菲)就在实验室中发现无水三氯化铝作催化剂可促进裂化反应。但直到20年后，这一过程对汽油增产的重要意义才被认识到，GULF做了一套装置并运行14年，但无法推广。因为铝是贵金属，且催化剂无法回收。二、催化裂化产生背景12第一节概述■这时候，法国出了个工程师HOUDRY（胡得利）。他发明了煤气合成燃料技术，但法国政府未采用。后来德国人也开发了此种技术并投入应用，定名为F-T合成。■因此HOUDRY转而研究固体酸催化裂化工艺。1927年，他选中了白土催化剂，并采用空气烧掉积炭的办法来恢复活性。（白土精制润滑油用的，人们把卸出的废白土加到热裂化原料中，发现能多产一些汽油）。催化裂化创始人、奠基人。即使从当今工艺和技术的观点来看，HOUDRY反应器也是技术上的奇迹。————陈俊武二、催化裂化产生的背景13第一节概述■HOUDRY技术，很快引起一些石油公司注意。VACCUM公司请他到美国，并以他名字组建了公司，进行试验。这个VACCUM后来就发展为大名鼎鼎的Mobil，现在与埃克森合并为埃克森.美孚。二、催化裂化产生的背景名次公司2008炼油能力(万吨/年)1埃克森美孚281602英荷壳牌229953中国石化190554BP166405康菲1348014第一节概述■1936年，HPC(HoudryProcessCo)制造出了一套由热裂化装置改造的固定床催化裂化装置。第一套装置还没有实现自动化，所有阀门都是手动开关。后来才加上自动阀和自动切换定时器。二、催化裂化产生的背景催化裂化工艺涎生催化裂化主要包括反应和再生过程,后来催化裂化技术的发展演变主要集中于反应再生系统（包括催化剂）。15第一节概述■1936年：固定床小球或片状催化剂预先放在反应器内，预热至400℃原料进入反应器，停几分钟到十几分钟，催化剂表面积炭，活性下降，停止进料，蒸汽吹扫，空气再生。特点：设备结构复杂，生产能力小，钢材耗量大，操作麻烦。三、催化裂化工艺发展设想一下，再生热利用？问题16第一节概述■40年代：移动床◆3mm小球催化剂。◆催化剂由固定改为在反-再系统循环。VACCUM设计了第一套移动床。◆优点：反应、再生不同容器进行，不需反应器和再生器都承受苛刻条件；再生余热由蒸汽盘管引走，而固定床采用昂贵的熔盐系统；催化剂置换简单，由机械提升斗卸出；生产连续性高，产率稳定。缺点：设备复杂三、催化裂化工艺发展17第一节概述■1948HPC开发了Houdriflow移动床催化裂化过程，并于1950年投产，其原则流程如图。图1-5三、催化裂化工艺发展18第一节概述三、催化裂化工艺发展■1940年（前后约1年），20~100μm微球（粉状）催化剂；发明了气力输送固体颗粒技术。不久，并设计出上流式流化床反应器和带松动的立管和滑阀。这就为FCC的诞生铺平了道路.二战需要大量汽油，推动了FCC(Fluidizedcatalyticcracking)发展.19第一节概述三、催化裂化工艺发展气力输送技术原理20第一节概述三、催化裂化工艺发展■Ⅰ型流化床：1942和1943年分别投产了3套Ⅰ型FCC装置。Ⅰ型流化催化裂化是并列式(Standard石油公司)Ⅰ型缺点:复杂,装置过高达60米,笨重。只投产3套就被Ⅱ型取代.运行方式？？反应器再生器21第一节概述■1940年前MIT的Lewis就提出利用催化剂沉降分离，建立一种密相流化床反应器的构想并进行了试验。试验结果证明：1）可以用液态油喷入进行反应。2）装置热量可以自平衡。基于这个构想设计的Ⅱ型FCC是再生器高于反应器。■Ⅱ型FCC和Ⅰ型比区别：Ⅱ型催化剂由反应器和再生器下部引出，而Ⅰ型由上部引出；Ⅱ型已存在密相床，而Ⅰ型为稀相；Ⅱ型使用了滑阀，设备标高降低。■Standard石油公司，投产33套。三、催化裂化工艺发展22第一节概述1947年，Ⅲ型FCC投产，并列式。它改进了滑阀和控制系统。三、催化裂化工艺发展23第一节概述三、催化裂化工艺发展看一看,Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ型之间的区别？反、再高低不一样，或Ⅰ、Ⅱ再生器高。Ⅲ型的操作压力和反应差不多，不象Ⅰ型、Ⅱ型再生压力才0.015－0.03MPa，为保证再生立管有足够压头，就得让再生器高出反应器很多。问题24第一节概述■1952年，ESSO公司开发Ⅳ型催化，其所需钢材和投资比Ⅲ型低20%。■特点：●U型密相输送；●反再系统之间催化剂循环主要是靠改变U型管两端催化剂密度来调节，而不象Ⅱ、Ⅲ型用滑阀；●装置高度降低32-36米，等。三、催化裂化工艺发展25第一节概述■50年代开发塞阀和同轴式FCC(Kellogg)三、催化裂化工艺发展正流A型（1951）低位再生,高位反应,内部立管输送cat，塞阀控制,美、加投产10套。未考虑回收烟气能量正流B型（1953）低位反应,高位再生,再生压力低。立管输送cat,塞阀控制投产15套。正流C型（1960）此时，cat进步，公认要采用提升管反应器。Kellogg坚持正流型。提升管位于反应器内，会带来什么问题？问题26第一节概述三、催化裂化工艺发展正流F型（1976）沸石型cat超正流型（1979）提升出口带粗旋分离；多路进料喷射；CO完全燃烧。投产10多套。27第一节概述■曾开发非金属塞阀，用于馏分油下行床热裂解制乙烯，高温高固体流量下表现了很好地耐磨性能和调节性能。济南炼厂中试。28第一节概述■60年代后期，为适应沸石催化剂开始研究提升管催化裂化，常见的高低并列提升管装置是美国UOP公司开发。三、催化裂化工艺发展显著特点：出口快速分离；快速再生；活塞流反应克服返混，生产能力大幅度提高，产品质量和产率显著改善。29第一节概述三、催化裂化工艺发展■此后，为了适应分子筛催化剂对积炭非常敏感的特性，要求再生剂含碳0.05~0.02%以下。再生技术不断发展：高温再生，两段再生，高效再生，完全再生，世界范围内反应器型式则无本质变化。30第一节概述■80年以后，开发重油催化裂化，Shell和S&W公司等。三、催化裂化工艺发展31第一节概述■我国催化裂化奠基人、开拓者侯祥麟，科学院、工程院院士。1950年，舍弃国外优越条件回国。先在清华，后在燃料工业部。1955年5月当选为中国科学院首批学部委员。57年10月，石油科学研究院成立，任副院长。■特种润滑油，87年获国家科技进步特等奖。四、我国的催化裂化■规划领导“五朵金花”技术开发62年10月，石油部规划独立自主地开发：FCC、催化重整、延迟焦化、尿素脱蜡、催化剂及添加剂等5个工艺技术。当时热放电影《五朵金花》，影片讲述五位聪明美丽的白族姑娘，名字都叫“金花”。于是把要开发的五项炼油新技术，形象地称为“五朵金花”。从此“五朵金花”叫响我国炼油行业。后来“金花”成为石油化工业内重大新技术的一个代名词。32第一节概述■我国催化裂化奠基人、开拓者陈俊武中国科学院院士（1991）1958年：移动床催化裂化(兰州).大庆原油重质油含量高，只有采用先进加工技术才能提供更多更好汽油和柴油，而国外对中国实施技术封锁。■自力更生开发以催化裂化为首的五项炼油新技术。首先是建设一套具有60年代水平，年加工能力60万吨的FCC装置。陈俊武被任命为催化裂化装置设计师。这套装置于1965年抚顺顺利生产，成为我国掌握现代炼油技术的一个里程碑。随后，又指导开发了几十套FCC装置。■80年代又顺利开发成功大庆常压渣油催化裂化技术和同轴式两段高速床再生技术等。1985年他获得国家科学技术进步一等奖。1989年被评为国家工程建设设计大师。四、我国的催化裂化33第一节概述■我国催化裂化奠基