【PPT课件】催化裂化

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1、2017/5/29,石油加工概论,1,第六讲 催化裂化,Catalytic Cracking,2017/5/29,石油加工概论,2,燃料生产中一个重要的问题:,如何将原油中的重质馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品 重质油轻质化,从大分子分解为较小的分子 主要依靠分解反应（热裂化反应和催化裂化反应） 从低 H/C 的组成转化成较高 H/C 的组成 脱 碳（溶剂脱沥青、催化裂化、焦炭化等） 加 氢（加氢裂化）,2017/5/29,石油加工概论,3,3,重质油加工技术,2017/5/29,石油加工概论,4,催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，也是重油轻质化的核心工艺 ，是提高原油加工深度

2、、增加轻质油收率的重要手段。我国约 80% 的汽油和 1/3 的柴油均来自该工艺，总加工能力约 1.4 亿吨/年 催化裂化原料：重质馏分油(减压馏分油VGO 、焦化馏分油CGO（通常须经加氢精制）)、常压重油、减压渣油(掺一部分馏分油)、脱沥青的减压渣油、加氢处理重油等,一、催化裂化的原料和产品,2017/5/29,石油加工概论,5,反应条件：460530，24 atm，原料在催化剂的作用下，主要经裂化反应生成气体、汽油、柴油、重质油及焦炭主要目的是生产高辛烷值汽油；在大量生产汽油的同时，提高柴油产率产品分布及特点： 气体: 1020%，气体中主要是 C3、C4，烯烃含量很高 汽油: 产率在3

3、060%之间，ON高，RON 可达 90左右 柴油: 产率在 2040%， CN 较低，需调和或精制 油浆：产率在 010% 焦炭: 产率在 5%10%，原子比大约是C:H=1:0.31,2017/5/29,石油加工概论,6,产品分布及特点：产品 组成特点 m % H % 干气 C1C2 5 1923LPG C3C4 1016 14.915.5稳定汽油 RON=8893 3060 13.214.0催化柴油 CN 40 2040 1012.5外甩油浆 稠环芳烃多 8.510焦炭 只利用烧焦热 510 68,2017/5/29,石油加工概论,7,二、催化裂化的发展过程,技术发展：反应-再生型式（工

4、艺）和催化剂性能 两个方面,2017/5/29,石油加工概论,8,催化裂化的发展可以分成以下几个阶段：1天然白土和固定床催化裂化2合成硅铝催化剂和移动床催化裂化 移动床催化裂化 流化床催化裂化3分子筛催化剂和提升管催化裂化,2017/5/29,石油加工概论,9,9,催化裂化工艺发展史,全球第一套商业流化催化装置（ 1942 年，埃克森公司 ）,目前全球最大的一套催化装置( 2009 年，印度信诚 650万吨/年 ）,2017/5/29,石油加工概论,10,2017/5/29,石油加工概论,11,催化裂化技术今后的发展方向： 加工重质原料 降低能耗 减少环境污染 适应多种生产需要的催化剂和工艺

5、过程模拟和计算机应用,2017/5/29,石油加工概论,12,三、催化裂化工艺流程概述,1反应再生系统,包括：反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系统、再生烟气的能量回收系统和液化气、汽油的脱硫精制等,高低并列式提升管催化裂化装置的工艺流程,2017/5/29,石油加工概论,13,13,提升管式催化裂化装置示意图,2017/5/29,石油加工概论,14,Riser,Downer,2017/5/29,石油加工概论,15,进料 200400 ,再生催化剂600750 ,反应油气 490510 ,2 3 s,反应温度460530,待生催化剂,2017/5/29,石油加工概论,16,说 明：反应吸热，

6、再生放热，以催化剂作为热载体再生烟气温度很高，流量大，应回收再生烟气的化学能和热能在生产过程中，催化剂会有损失和失活，为了维持系统内催化剂的藏量和活性，需定期向系统内补充或置换催化剂保证催化剂在两器间按正常流向循环以及再生器有好的流化状态是催化裂化装置的技术关键,2017/5/29,石油加工概论,17,（1）由吸收稳定系统的富气压缩机入口压力调节转速控制富气流量以维持沉降器顶压力恒定（2）以两器差压作为调节信号，由双动滑阀的开度控制再生器顶的压力（3）由提升管反应器出口温度控制再生滑阀开度来调节再生剂的循环量（4）一套较为复杂的自动保护系统,2017/5/29,石油加工概论,18,2分馏系统,

7、480490 ,过热油气,在分馏塔内将反应油气分成几个产品：塔顶为汽油及富气，侧线有轻柴油、重柴油和回炼油，塔底产品是油浆,为了取走分馏塔的过剩热量，设有塔顶循环回流、一个至两个中段回流以及塔底油浆循环,2017/5/29,石油加工概论,19,催化裂化分馏塔有以下几个特点：,进料是带有催化剂粉尘的过热油气全塔剩余热量大而且产品的分馏精确度要求比较容易满足塔顶回流采用循环回流而不用冷回流,进入分馏塔的油气含有相当大量的不凝气和惰性气体，它们会影响塔顶冷凝冷却器的效果； 提高富气压缩机的入口压力以降低气压机的功率损耗,2017/5/29,石油加工概论,20,高低并列式提升管催化裂化装置,提升管,分

8、馏塔,再生器,沉降器,2017/5/29,石油加工概论,21,3吸收稳定系统,主要由吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔组成。吸收稳定系统的作用：利用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气（C2） 、液化气（C3、C4）和蒸汽压合格的稳定汽油。吸收塔和解吸塔的操作压力为 1.02.0 MPa。 稳定塔实质上是个精馏塔，操作压力为 1.0-1.5 MPa。,来自分馏塔顶,2017/5/29,石油加工概论,22,提高 C3 回收率的关键,提高 C4 回收率的关键,低温高压放 热,高温低压吸 热,2017/5/29,石油加工概论,23,2017/5/29,石油加工概论,24,催化裂化的反应-再生系统有

9、多种形式，如高低并列式、同轴式、两段提升管催化裂化等至于分馏系统和吸收-稳定系统，在各催化裂化装置中一般并无很大差别,四、提升管催化裂化装置的类型,2017/5/29,石油加工概论,25,高低并列式 反应器位置较高，两器压力不同，一般再生器比反应器 的压力高 0.020.04 M Pa。 催化剂在两器中循环，用斜管输送，并由滑阀调节。滑阀的材质要满足耐磨要求。,同轴式 沉降器和再生器同轴叠置，采用塞阀(plug valve)调 节催化剂循环量。由于阀头和催化剂均匀接触，阀头磨蚀轻；布置紧凑，占地面积小。,同高并列式,2017/5/29,石油加工概论,26,高低并列式,2017/5/29,石油加

10、工概论,27,2017/5/29,石油加工概论,28,2017/5/29,石油加工概论,29,第二节 石油烃类的催化裂化反应,2017/5/29,石油加工概论,30,石油馏分在固体催化剂上进行的催化反应是一个复杂的物理化学过程，这种复杂性表现在两个方面：,石油馏分是由各族烃类组成，各种单体烃分别进行多种反应，并且互相影响,烃类在固体催化剂上的反应不仅与化学过程有关，而且还与原料分子与产物分子在催化剂上的吸附、扩散等传递过程有关,2017/5/29,石油加工概论,31,一、单体烃的催化裂化反应,1各类单体烃的裂化反应 (1). 烷 烃 烷烃主要发生分解反应，例如 ：,生成小分子的烷烃和烯烃，生成

11、的烷烃还可以进一步分解成更小的分子。,2017/5/29,石油加工概论,32,分解速度之比：n-C7H16 : n-C12H26 : n-C16H34 = 1 : 6 : 11,长链烷烃比短链烷烃的分解速度更快，异构烷烃比正构烷烃快,烷烃分解时，分子中碳链两端的C-C键很少发生分解,烷烃的裂化可写成通式：,2017/5/29,石油加工概论,33,(2). 烯烃 烯烃是一次分解反应的产物，很活泼，可继续分解，反应速度快，在催化裂化过程中是一个重要的中间产物和最终产物, 分解反应 烯烃发生的主要反应，遵循以下规律：(与烷烃相似）,烯烃的分解反应速度比烷烃分解速度快得多 大分子的烯烃分解反应速度比小

12、分子快 异构烯烃的分解速度比正构烯烃快,2017/5/29,石油加工概论,34,异构化反应,.烯烃空间结构的变化,.分子骨架结构改变，正构烯烃变成异构烯烃,.分子中的双键向中间方向移动,骨架异构化,双键位置异构化,顺-反异构化,2017/5/29,石油加工概论,35, 氢 转 移 反 应,供氢剂,受氢剂,氢转移为放热反应,氢转移反应是催化裂化反应所特有的反应，是造成催化裂化汽油饱和程度高的主要原因,2017/5/29,石油加工概论,36, 环化反应和芳构化反应 烯烃可环化成环烷烃，并脱氢成为芳烃,2017/5/29,石油加工概论,37,(3). 环烷烃, 环烷烃的环可以断裂成烯烃，烯烃再继续上

13、述的各反应,环烷烃的结构中有叔碳原子，分解反应速度较快, 环烷烃也可以通过氢转移反应转化成芳烃,2017/5/29,石油加工概论,38,(4). 芳 香 烃连接在苯核上的烷基侧链易断裂成小分子的烯烃，而且断裂位置主要位于侧链同苯核连接的键上 多环芳烃的裂化反应速度很低，它们的主要反应是缩合成稠环芳烃，最后生成焦炭,2017/5/29,石油加工概论,39,Feed component Intermediate products,Paraffin & side chains paraffin,Cracking,naphthene olefins,Aromatic,olefin,iso-olefin

14、,aromatic,coke,Cracking,Condensation,Polymerization,Aromatization,Isomerization,Cracking,各种烃类催化裂化反应网络示意图,H-transfer,Cracking,2017/5/29,石油加工概论,40,说明三点：,氢转移反应 是 FCC 的特征反应，反应速度不快，较低温度有利。氢转移反应的结果是使生成物中的一部分烯烃饱和，这是 FCC 产品饱和度较高的根本原因,裂化反应 是 FCC 中最主要、最重要的反应，对整个反应的热力学和动力学起决定作用，催化裂化由此得名,2017/5/29,石油加工概论,41,芳构化反应 反应能力较弱，因此 FCC 汽油 ON 的提高主要靠裂化和异构化反应,辛烷值大小顺序：芳烃 异构烯烃和异构烷烃 正构烯烃 环烷烃 正构烷烃,2017/5/29,石油加工概论,42,2烃类的催化裂化反应机理,FCC 裂化气中为什么 C1、C2少，而 C3、C4多？ FCC 裂化产物中为什么异构烃多？为何异构烷烃、烯烃、环烷烃、带侧链的芳烃的反应速度较高？ 催化剂的作用？,