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汽油生产工艺

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汽油生产工艺_第1页
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汽油生产工艺催化重整重石脑油的催化重整是汽油生产的关键工艺石脑油的主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃这些烃类的相对数量取决于原油的来源,重整原料的芳烃含量通常低于总烃20%,根据石油的来源不同,烷烃和环烷烃在10~70%之间变化催化重整的目的是尽可能多地将低辛烷值的烃类转化为高辛烷值的烃类,导致这些变化的化学反应由催化剂在相应操作条件下催化从辛烷值的角度讲,内燃机最理想的燃料是异构烷烃和芳香烃例如,C7~C10 芳香烃的研究法辛烷值(RON)可达到118~171,而对应的环烷烃的研究法辛烷值是43~104在异构烷烃和直链烷烃之间也可以做出相似的比较重整反应脱氢环烷烃脱氢形成芳香烃(见图4-1)这个反应非常快,所得芳烃产率几乎与热力学预测值相同脱氢反应是吸热反应,反应热(ΔH)为 50kcal/mol脱氢反应非常重要,因为能增加辛烷值,而且生产氢气脱氢反应的唯一缺点是它是吸热反应由于需要吸收大量的热量,原料不得不多次预热这就需要多个加热炉和反应器 (1)环烷烃吸收能量脱氢成芳香烃,(2)正构烷烃异构化为异构烷烃(3)烷烃脱氢环化(4)加氢裂化反应(5)副反应脱甲烷反应脱硫反应脱氮反应图4-1重整反应异构化烷烃的异构化也是一个快速反应。

这个反应几乎是热中性的,反应热(ΔH)为 2kcal/mol这个反应对最终产品的辛烷值有不可忽略(原文可忽略)的影响脱氢环化烷烃的脱氢环化是生产高辛烷值汽油的关键反应,是高度吸热反应,ΔH 为60kcal/mol反应产率受动力学限制反应速率比环烷烃脱氢低很多它对提高辛烷值极其重要,因为将烷烃转化为相应的芳烃导致辛烷值从60提高到80由于该反应速率比较低,需要苛刻的操作条件,造成积碳增加加氢裂化加氢裂化反应(见图4-1)是重整反应中很重要的反应,与其它重整反应不同,加氢裂化是放热反应,反应热为 10kal/mol与加氢开环反应相比,加氢裂化反应在低温时反应速率小,转化率低而随反应温度提高,反应速率增加,芳烃含量增加此时,它变为加氢开环的重要竞争反应反应物出现在重整汽油和气体中C4和C5轻组分的存在使重整汽油具有良好的挥发性能加氢裂化降低了液体产率,由于浓度效应的影响增加了芳烃含量原料质量以生产汽油为目的的催化重整原料通常是初馏点(IBP)为194℉,而终馏点(FBP)为284℉的重直馏石脑油由于环境污染问题,苯是汽油的非理想组分因此,通过保持原料的初馏点高于180℉,而尽量减小或排除苯的前体非常重要。

催化重整原料在石脑油加氢处理单元中加氢,除去硫、氮和其它能使重整催化剂中毒的杂质催化剂催化重整催化剂是浸渍有铂和金属活化剂的高纯度氧化铝基催化剂铂含量约为催化剂重量的0.35%催化剂通常是直径2mm的小球在半再生型装置中,催化剂的寿命周期大约1年,此后,催化剂通过烧碳进行再生半再生式重整装置半再生式重整装置的工艺流程简图如图4-2所示该装置由3个装有催化剂的反应器、加热炉、带有气体干燥器的氢循环系统及产品脱丁烷塔组成从石脑油加氢精制装置出来的石脑油与富氢循环物流混合,通过低压降进料换热器、加热炉,在大约900℉温度下进入一系列反应器中的第一个反应器由于进行环烷烃脱氢成芳烃和烷烃脱氢环化成芳烃,所以重整反应器中的反应都是吸热反应,第一个反应器的出口温度要下降,物流要重新加热后再进入第二个反应器同样,从第二个反应器的流出物在进入第三个反应器前也要加热最后反应器出的流出物通过在热交换器与原料反应器流出物换热,随后通过空冷和水冷进行冷却然后分离成液体产品和富氢气体富氢气体一部分被循环利用,剩余部分被排出以维持系统压力从分离罐中出来的液体产品在脱丁烷塔顶中进行稳定,较轻组分如C1,C2,C3,C4气体从塔顶除去,作为炼厂燃料使用。

脱丁烷塔顶罐中的冷凝液体作为回流打回塔内塔底产品在与脱丁烷进料换热后送到重整油储罐连续再生催化重整技术可行,就在于把新鲜催化剂加到第一反应器,它就通过所有反应器一部分催化剂,大约5%,要持续取出,在固定床再生器间歇再生,与半再生流程进行的方式相同再生催化剂再返回到第一个反应器这个方案的优点在于重整操作可以在高温、低压下进行,从而可以得到甚至在高苛刻度下才能得到的重整汽油产率催化剂活性在整个循环中保持不变不需要停车进行象半再生重整装置需要的周期性再生操作条件和产率半再生催化剂重整装置的典型操作条件如表4-1所示,重整汽油的产率和性质如表4-2到表4-5所示表 4-1 催化重整反应器操作条件操作参数单位反应器权重平均入口温度,SOR℉934出口温度,EOR℉1013分离罐压力psig185.00分离罐温度℉130.00循环比氢油比(摩尔比)4.5空速(WHSV)2.75WHSV=重时空速.IC40.0180NC40.0228IC50.0276NC50.0184C6+0.8447总计1.0000表 4-4 催化重整产品收率,W/W(催化剂连续再生装置)100 RON102 RON原料重石脑油1.00001.0000总进料1.00001.0000产品H20.03100.0320C10.01200.0140C20.02000.0230C30.02900.0330IC40.01700.0190NC40.02300.0260C5+0.86800.8530总计1.00001.0000流化催化裂化流化催化裂化(FCC)是一种将重瓦斯油转化为汽油调和组分的有效炼油技术。

裂化是在高温下与粉末催化剂接触实现的,不使用氢气分离出催化剂后,碳氢化合物被切割为理想产品FCC过程的主要产品是汽油、馏份燃料油、含C3/C4烯烃的液化汽(LPG)副产的焦碳在反应过程中沉积在催化剂上,在再生器中烧掉烧焦释放的热量供给原料汽化和反应所需的热量FCC汽油很久以来就是汽油的主要调和组分在柴油沸点范围内的馏份油,经加氢处理后作为柴油调和组分轻循环油、重循环油和澄清油等重馏分油用作燃料油调和组分,并是优良的减压渣油切割原料在FCC过程中生产的含烯烃液化石油气可以用于下游的烷基化和叠合过程,以生产更多的汽油催化裂化装置(FCCU)的原料是重柴油和来自原油蒸馏装置的减压瓦斯油,典型的FCCU进料性质如表4-12所示原料中的毒物例如硫、氮、微量金属,如镍、矾都会影响产率和产品质量,同时也增加本装置的催化剂消耗进料中的较高含硫量会反映在产品中所有的裂化产品都包含一些硫,硫在裂化产品的分布范围较宽,并且不能通过改变操作参数或催化剂的设计进行控制氮化合物能使催化剂暂时失活,从而导致转化率降低这种影响是可逆的,可以通过在比较高的反应温度下操作来控制然而,镍和矾引起的问题最大对于裂化催化剂影响方式十分不同。

镍增加焦碳和气体产率,而矾使沸石催化剂失活,增加催化剂的添加比率催化剂催化裂化催化剂是主要由二氧化硅和氧化铝构成的细小粉末状催化剂,它含有能使重石脑油裂化成汽油和轻产品而没有过多的焦碳生成的酸性中心催化剂的颗粒直径大约在50-60微米较早的催化裂化催化剂是天然的粘土,这样的催化剂活性低,稳定性差之后开发出了合成的含25%氧化铝的氧化硅/氧化铝催化剂,它的活性和稳定性有了提高上述这些催化剂被目前的沸石催化剂所取代,催化剂活性和稳定性大大提高,选择性得到改善人们已经认识到,使用沸石催化剂可以在较短的原料与催化剂接触时间下得到较理想的产品产率以前的催化剂活性低,接触时间长,导致部分汽油在催化剂床层中过度裂化为液化气,降低了汽油收率沸石催化剂的开发使得缩短提升管内接触时间成为可能,使汽油收率增加,焦碳产率降低今天的催化裂化催化剂基本上由沸石、活性基质和粘结剂三组分组成调节沸石/基质比能够改变催化裂化的产率对于一定的装置、产品方案和原料,优化沸石/基质比能够得到最佳的总产率对于这方面的进展,在FCCU中使用沸石具有最有意义的贡献随着沸石含量的增加,焦碳产率显著下降对于给定的沸石含量,催化剂的总活性增加。

对于易于裂化的石蜡基原料这种影响更明显使用石蜡基原料,可以看到,随着沸石含量增加,转化率显著提高然而,芳香基进料影响就很小催化剂活性基质的大孔径结构为重油的大分子提供了易于进入的通道,这样会有助于大分子的有效转化基质表面积在脱附能力方面也是一个影响因素随着孔径的增加,从催化剂表面脱出分子的能力也在不断的增加若采用芳香基原料,焦碳产率会随着基质贡献的增加而增加石蜡基原料也有相似的结果,但不明显基质贡献对LPG产率的影响不是很大,但石蜡基原料和芳香基原料的干气产率都直接与基质活性有关随着转化率和基质活性的增加,汽油的选择性下降多年来,FCCU的设计和催化剂的改进结合起来,得到了高转化率/低焦碳比操作条件将减压瓦斯油原料最大量生产轻催化裂化汽油的工艺操作条件见表4-6和4-7 CP=厘泊(粘度单位)产品产率FCCU的产品产率取决于原料质量、催化剂类型和操作条件催化裂化装置通常是按获得最大的汽油产率的方案来操作的然而,该工艺是可变的,催化裂化装置能按最大量生产中间馏分油和液化气来操作,这是以牺牲汽油产率为代价的产率见表4-8表4-9显示了催化裂化气体的组成表4-10显示了最大量生产中间馏分的低苛刻度操作下的产率。

表4-11显示了裂化催化装置的消耗表4-12列出了催化裂化产品质量表4-8 催化裂化装置产率(汽油方案)物流V/VW/W减压瓦斯油1.00001.0000总进料 1.00001.0000产品硫化氢0.0015氢气0.0006甲烷0.0165乙烯0.0127乙烷0.0139丙烯0.07500.0434丙烷0.03060.0173丁烯0.09120.0617异丁烷0.06170.0386正丁烷0.02080.0135总气体0.27930.2197轻催化石脑油0.43530.3419重催化石脑油0.16380.1561馏份油0.13600.1410轻循环汽油0.01960.0210澄清油0.05520.0656焦碳0.0547总计1.0000表4-9 催化裂化气体组成组分干气液化气H2O0.60N28.10CO0.47CO21.40H2S1.480.14H211.88C138.62C2=16.97C216.920.38C3=2.0229.29C30.6011.24IC419.47NC46.55C4=32.04C4+0.94C5+0.89总计100.00100.00摩尔质量分数21.651.20净热值, BTU/SCF10082625.00表 4-11 消耗(按每吨进料算)消耗类别。

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