催化重整装置技术问答

第一章原料预分馏过程1.何谓催化重整?催化重整装置的任务是什么?生产汽油与生产芳烃在流程上有何不同?催化重整是一种石油二次加工过程。这一过程是以含C6~C11烃的石脑油为原料：在一定的操作条件和催化剂的作用下。原料(烃)分子结构发生重新排列，使环烷烃和烷烃转化成芳烃或异构烷烃，同时副产部分氢气。催化重整装置的任务是：①能够生产低分子石油芳烃—苯、甲苯和二甲苯等，因而它是生产芳香系石油化工产品的龙头装置，是芳烃联合装置的核心部分；②催化重整反应生成的产物—芳烃和异构烷烃具有很高的辛烷值，因此催化重整又是生产高辛烷值汽油组分的重要过程；③此外，副产的氢气是加氢裂化等用氢装置的重要氢气来源。综上所述，催化重整是炼油和石油化工的重要生产工艺之一，但生产汽油与生产芳烃的工艺流程不同。（1）生产苯类芳烃的重整装置，需要设置单独的芳烃分离工艺过程。而生产汽油的重整装置则不需要。芳烃分离过程是借助某种萃取剂(如甘醇类溶剂、环丁矾等)，将重整生成油中的芳烃抽出，再借助芳烃精馏过程，将单体芳烃苯、甲苯及二芳烃分离出来。（2）生产汽油的重整装置，虽然不需要芳烃抽提过程。但要生产符合汽油规格指标要求的高辛烷值汽油调合组分，通常需将重整生成油中的低分子烃脱除，因此，需设置重整生成油稳定塔，将C4以下的烃类脱除。无论是生产苯类芳烃产品，还是生产高辛烷值汽油组分的重整装置都离不了原料预处理过程和重整反应过程。2.重整原料有哪些来源?各有何特点?在炼厂中，催化重整装置主要是加工常减压装置得到的低辛烷值直馏石脑油(粗汽油)。有些炼油厂，为了提高全厂汽油的辛烷值，将低辛烷值焦化石脑油、减粘石脑油经加氢精制后也送到催化重整装置处理。在国外，有些炼油厂甚至把催化裂化汽油中辛烷值较低的馏分经加氢后送到重整装置进行加工。加氢裂化装置得到的重石脑油也是生产芳烃的主要原料来源。不同来源的重整原料油各有其特点。(1)直馏石脑油直馏石脑油，在我国通常是优质的重整原料。一与二次加工重整原料比较，直馏石脑油芳烃潜含量较高，硫、氮含量较低。有些直馏石脑油(如大庆直馏石脑油)砷含量高，做重整原料时，必须进行脱砷。(2)热加工石脑油热加工石脑油(如焦化汽油、减粘汽油)的特点是环烷烃含量少、芳烃潜含量低，含有大量不饱和烯烃，且硫、氮等化合物含量高。做重整原料必须进行预处理。(3)加氢裂化石脑油加氢裂化石脑油的特点是有害杂质含量少，不饱和烃含量低，是理想的重整原料;但有些加氢裂化石脑油由于加氢裂化的原料和过程不同，芳烃潜含量可能稍低，但多数加氢裂化石脑油的芳烃潜含量可高达40%以上。3.重整装置对原料有些什么要求?重整装置对原料的要求，通常希望含有较多的能转化为目的产品的前身物，不含或少含杂质。具体的要求是：（1）对原料的组成要求①对馏分组成的要求根据装置生产任务不同，对原料馏程要求如下:目的产物要求的馏程(实沸点)，℃C6~C8的芳烃65~145苯65~85甲苯85~105二甲苯105~145高辛烷值汽油80~180②对烃组成的要求从烃组成的角度来说，芳烃潜含量较高的原料是比较理想的原料。芳烃潜含量低(低于28％)的原料通常称为劣质原料，这种原料会极大地影响催化重整的经济性。另外，进料中不应含有C5以下的轻烃，C5以下的轻烃不利于生成芳烃，而且会带来许多不利的影响，如增加能耗、降低氢纯度等。（2）对原料中杂质的要求通常与反应压力和重整催化剂的类型有密切关系，如铂催化剂和反应压力较高时，允许的杂质，如硫、水等可允许稍高(10×10－6以上)。对现代双(多)金属重整催化剂而言，原料中的有害杂质含量限制为:As10－9;S0.5×10－6;Cu15×10－9N×10－6Pb10×10－9H2O5×10－64.重整原料为什么要预处理?包括哪些过程?简单来说，提供给重整装置的原料(如直馏石脑油、加氢石脑油等)馏程和杂质含量一般不可能达到重整原料油的要求指标，为了保证生产出合格的产品，确保安、稳、长、满、优生产，重整装置设计中，均设有原料预处理系统，以便对不同来源的原料油进行预处理，主要过程包括：原料预分馏过程；原料预脱砷过程；原料加氢预精制过程；原料蒸发脱水过程；原料深度脱硫过程。5.什么叫分馏?重整原料预分馏的目的是什么？所谓分馏，就是依据原料中各种组分的沸点差异(即挥发度不同)，将原料混合物中的各种组分加以分离的过程。石油加工中是对蒸馏和精馏过程的统称。重整原料预分馏的目的，是在重整原料应进入反应系统之前，预先将原料油中不适宜重整反应的过轻、过重组分分馏出去。分馏出的轻组分通常叫做“拔头油”；分馏出的过重组分称为“切尾油”。6.B、T、X的涵义是什么?B是英文Benzene的字头，汉语的意思是苯。在英语中，还有两个单词与苯的涵义接近，一个是Benzol(e)，它的涵义是(粗)苯或苯的混合物；另一个是Benzoline，它的涵义是不纯苯，Benzoline还表示轻汽油(Benzine)，即表示含苯汽油之意。应加以注意。T是英文Toluene的字头，汉语的意思是甲苯。在英语中，甲苯也可以写做rnethylbenzene。X是英文Xylene的字头，汉语的意思是二甲苯[C6H4(CH3)2]。二甲苯有邻二甲苯（o-Xylene)、间二甲苯(m-Xylene)和对二甲苯(p-Xylene)三种异构体。未经说明时，通常指的是三种异构体的混合物。在英语中Xylene代表(混合)二甲苯，因此，邻、间、对二甲苯分别也可以写作o-Xylene、m-Xylene、p-Xylene。同时，在英语中二甲苯也可写成dimethylbenzene。简言之，B、T、X分别是表示苯、甲苯和二甲苯。7.MON表示什么?RON表示什么?(M+R)/2表示什么?MON和RON都是表示汽油辛烷值的符号。其中MON表示马达法辛烷值，RON是表示研究法辛烷值。(M+R)/2则表示汽油的抗爆指数。汽油的辛烷值与其抗爆性有着密切的关系。汽油的抗爆性是衡量汽油质量最重要的性能指标之一。一定压缩比的内燃机，必须使用具有一定辛烷值的汽油，才能保证发动机气缸内的正常燃烧而不致产生爆震。对气化器式发动机使用的车用汽油，通常采用研究法辛烷值(RON)和马达法辛烷值(MON)进行评价，分别反映汽车在低速和高速行驶条件下的抗爆性。为了反映汽油在实际行车中的抗爆性，采用道路法辛烷值进行评价。由于道路法辛烷值难于在日常的质量控制中应用。通常借用抗爆指数近似地反映道路辛烷值。抗爆指数是马达法辛烷值和研究法辛烷值的平均值〔(MON十RON)/2〕，一般简写为(M+R)/2。8.CAA的涵义是什么?CAA对汽油中苯含量含量有何要求?1990年11月15日，美国总统签署了一项名为“清洁空气计划”的文件，后来又得到了美国国会的批准，这样便成为美国的一项法规，即“清洁空气法”，它用CAA(C1eanAirAct)来表示。清洁空气法符合人们对环境保护要求，因此，CAA己逐渐被工业化国家和发展中国家所接受。CAA对汽油中的苯和芳烃等毒物—致癌物提出了严格要求，CAA条款中第211项中规定普通汽车新配方汽油(用RFG表示)中苯含量应降至1.0%（体）以下，芳烃最大含量(包括苯)不应大于25%(体〕。为了达到重整汽油苯含量≯1.0%（体）的要求，其措施之一可将原料中的苯及能够在重整反应中生成苯的前身物除掉。9．从重整原料中切除苯母体有何利弊?为满足新配方汽油对含苯量≯1.0%（体）的要求，目前许多炼厂都先将原料石脑油用分馏办法除苯的母体(C6烃类)，这种办法的主要优点是投资少，但这种方法也有不利的一面，主要缺点是：（1）随同苯母体的切除，副产的氢气产率降低;（2）切除的C6轻组分需随C5一起异构化才能添加到汽油中去，它们会引起异构化装置催化剂严重失活;(3)不能除去重整过程中脱烷基而新产生的苯。如果不将苯母体切除而留在重整装置进行异构化是很困难的，必然要提高重整苛刻度，以便提高汽油辛烷值，这样使重整油收率下降。综合利弊，美国Eengelhard公司提出了重整生成油液相加氢新工艺。10.什么是初馏点、干点?什么是馏程?初馏点和干点是表示油品馏分组成的两个重要指标。其中初馏点是表示油品在馏程实验测定时馏出第一滴凝液时的汽相温度;干点是表示馏出最后一滴凝液时的汽相温度。从初馏点到干点这段温度范围就是这种油品的馏程。11.什么是重整指数?什么是芳烃潜含量?重整指数和芳烃潜含量都是描述重整原料油质量的具体指标。我国一般用芳烃潜含量，国外常用重整指数。重整指数通常用(N＋2A)表示，N表示环烷含量，A表示芳烃含量，它的具体定义是:%2%)2(AiNiCCAN式中NiC—原料中环烷烃的百分含量;AiC—原料中芳烃的百分数。显然原料中环烷和芳烃的含量愈高，重整生成油中的芳烃产量愈大，辛烷值愈高，这就是重整指数的基本涵义。芳烃潜含量(Ar％)的涵义与重整指数(N＋2A)的涵义相近，其计算方法是:%)2%%%%876oNNNArACcCbCaAr式中，%oAr为原料中总的芳烃含量；a、b、c分别为NC6、NC7、NC8与相应生成的苯(B)、甲苯(T)、二甲苯(X)之间的转换系数，其值分别为:93.084/78/6NBMCMa94.093/92/7NTMCMb95.0112/102/8NXMCMc式中，MB、MT、MX分别为B、T、X的摩尔质量，NMC6、NMC7、NMC8分别为C6环烷烃、C7环烷烃和C8环烷烃的摩尔质量。12.重整原料中常含有哪些非烃化合物?它们的危害是什么?重整原料和其它石油馏分一祥，主要是由碳和氢两种元素组成的烃类化合物，但是也有一些含硫、氧、氮等元素组成的化合物和含有砷、铜、铅等金属元素组成的金属有机化合物。这两种化合物统称为非烃化合物。非烃化合物在重整原料中的含量虽然不多，但是对重整反应过程的影响却很大。（1）杂原子化合物重整原料中的杂原子化合物主要是含硫、氮化合物。①含硫化合物通常重整原料中含硫化合物主要有:硫醇(RSH)、硫醚(RSR}，二硫化物(RSSR)，噻吩等。硫在各种重整原料中的数量从百万分之几到万分之几不等。它对重整反应过程影响比较特殊。首先，它是重整催化剂的毒物，在反应过程中，各种硫化物将转化成H2S，在重整系统中H2S浓度增加到一定程度(例如0.5×10－6)，就使现代双金属重整催化剂的活性和选择性受到损害，由于硫中毒造成重整装置停工的事故并不罕见，但是，利用硫对重整催化剂活性的减活作用，可限制某些催化剂(如Pt-Re催化剂)开工时超温现象，因此，铂铼重整装置工时通常需要向催化剂床层注硫，这就是所谓的预硫化过程。此外，硫对系统的设备还有腐蚀作用。②含氮化合物重整原料中的含氮化物主要包括吡咯，吡啶等。重整原料中的氮含量，通常比硫更少。在重整反应条件下，氮化物将转化成NH3和烃，NH3是碱性化合物，将降低催化剂的酸性功能。(2)金属有机化合物①含砷化合物重整原料中代表性的含砷有机化合物有:二乙基砷化氢(C2H5)2AsH,沸点为161℃;三乙基砷(C2H5)3As。沸点为140℃;三甲基砷化氢(CH3)3AsH,沸点为52℃。总的来说，对重整原料油中的砷化物尚不太清楚，但是砷对重整催化剂的严重危害，在国内外重整技术开发过程中有过深刻教训。已经证实砷（As）能与铂（Pt)生成PtAs化合物，使催化剂丧失活性，而且不能再生复活，属永久性中毒。②含铜、含铅化合物含铜、含铅化合物与砷化合物一样，也是重整催化剂的永久性毒物(即不能再生复活)。13．预分馏过程的墓本原理是什么?预分馏过程是利用原料混合物中的各种组分的沸点不同(即挥发度不同)，将其切割成不同沸点范围的馏分。由于不同烃类的沸点不同，在受热时轻组分（沸点低的组分)容易气化，在冷凝时重组分(沸点高的组分)容易冷凝。由此在分馏塔中可将各组分切割开来。如将初馏~130℃的石脑油加热到一定温度（如80℃)，就要发生部分汽化，其中沸点较轻的组分容易汽化，成为气体(或汽相)。而沸点较高的组分不易汽化，被留在液体（液相）中。经过一次汽化，轻、重组分就得