辽宁石油化工大学催化裂化工艺幻灯片介绍

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1、第四章第四章催化裂化催化裂化Chapter4CatalyticCracking1本章主要内容概述概述催化裂化工艺流程催化裂化工艺流程烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品催化剂的失活与再生催化剂的失活与再生流态化基本原理和流化输送流态化基本原理和流化输送催化裂化主要设备催化裂化主要设备反应反应-再生系统及工艺计算再生系统及工艺计算24.1概述概述u原油一次加工原油一次加工常减压蒸馏：常减压蒸馏：只可得只可得1040%的汽油、煤油、柴油等的汽油、煤油、柴油等轻质油品，其余为重质馏分和渣油。轻质油品，其余为重质馏分和渣油。u原油二次加工原油二次加工催化裂化：催

2、化裂化：重质油轻质化的过程。重质油轻质化的过程。催化重整：催化重整：生产高辛烷值汽油及轻芳烃。生产高辛烷值汽油及轻芳烃。催化加氢：催化加氢：石油馏分在氢气存在下催化加工的过程。石油馏分在氢气存在下催化加工的过程。产品精制：产品精制：提高产品质量，满足产品规格要求。提高产品质量，满足产品规格要求。34.1概述概述一、催化裂化在炼油过程中的地位一、催化裂化在炼油过程中的地位催化裂化是现代化炼油厂用来改质重质馏分和渣油的催化裂化是现代化炼油厂用来改质重质馏分和渣油的核心技术。核心技术。我国车用汽油70-80%是来自催化裂化汽油；柴油产量的30以上来自催化裂化；炼油企业中一半以上的效益依靠催化裂化。4

3、4.1概述概述二、催化裂化的发展历程二、催化裂化的发展历程催化裂化自催化裂化自1936年实现工业化至今经历了四个阶段：年实现工业化至今经历了四个阶段：固定床、移动床、流化床和提升管。固定床、移动床、流化床和提升管。FixedBedMovingBed54.1概述概述在全世界催化裂化装置的总加工能力中，提升管催化在全世界催化裂化装置的总加工能力中，提升管催化裂化已占绝大多数。裂化已占绝大多数。FluidBedLiftPipe64.1概述概述三、催化裂化主要发展方向三、催化裂化主要发展方向1、加工重质原料、加工重质原料如常压渣油、脱沥青残渣油等，以提高经济效益。如常压渣油、脱沥青残渣油等，以提高经济

4、效益。2、尽量提高汽油辛烷值、尽量提高汽油辛烷值改善原料质量、重整催化汽油中间馏分、优化操作条件、使改善原料质量、重整催化汽油中间馏分、优化操作条件、使用高辛烷值催化剂。用高辛烷值催化剂。3、降低能耗、降低能耗降低焦炭产率、充分利用再生烟气中降低焦炭产率、充分利用再生烟气中CO的燃烧热、发展再的燃烧热、发展再生烟气热能利用技术。生烟气热能利用技术。74.1概述概述4、减少环境污染、减少环境污染再生烟气中的粉尘、再生烟气中的粉尘、CO、SO2和和NOx；含硫污水、产品精制时产生的碱渣；含硫污水、产品精制时产生的碱渣；再生烟气放空、机械设备产生的噪音。再生烟气放空、机械设备产生的噪音。5、过程模拟

5、和计算机应用、过程模拟和计算机应用建立合理的数学模型，用于设计、预测以及计算机优化控制。建立合理的数学模型，用于设计、预测以及计算机优化控制。6、适应多种生产需要的、适应多种生产需要的Cat.和工艺和工艺多产柴油、多产丙烯、丁烯等的新多产柴油、多产丙烯、丁烯等的新Cat.和工艺技术。和工艺技术。84.2催化裂化工艺流程催化裂化工艺流程催化裂化装置一般由催化裂化装置一般由3个部分组成：个部分组成：反应再生系统反应再生系统由提升管反应器和再生器构成：提升管内发生催化裂化反应；由提升管反应器和再生器构成：提升管内发生催化裂化反应；再生器内进行再生器内进行Cat.再生。再生。分馏系统分馏系统完成反应产

6、物油气的分离：粗汽油、轻柴油、完成反应产物油气的分离：粗汽油、轻柴油、富气、重柴富气、重柴油等。油等。吸收稳定系统吸收稳定系统吸收塔、解吸塔、稳定塔。吸收塔、解吸塔、稳定塔。催化裂化工艺94.2催化裂化工艺流程催化裂化工艺流程104.2催化裂化工艺流程催化裂化工艺流程11流程图画面 124.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应产品数量和质量决定于烃类在产品数量和质量决定于烃类在Cat.上的化学反应。上的化学反应。一、催化裂化的化学反应一、催化裂化的化学反应(chemicalreaction)1、分解反应、分解反应(decompositionreaction)(1)烷烃烷烃(alkane)规律

7、：分子越大越易断裂；规律：分子越大越易断裂；C原子数相同时，异构烃比正构烃容易分解。原子数相同时，异构烃比正构烃容易分解。134.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应(2)烯烃烯烃(olefin)烯烃分解反应规律与烷烃相似，分解速度比烷烃快。烯烃分解反应规律与烷烃相似，分解速度比烷烃快。(3)环烷烃环烷烃(cyclane)开环生成异构烯烃；带侧链时，可能断侧链反应。开环生成异构烯烃；带侧链时，可能断侧链反应。(4)芳烃芳烃(aromatics)烷基芳烃容易断侧链，生成较小的芳烃和烯烃。烷基芳烃容易断侧链，生成较小的芳烃和烯烃。144.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应规律：至少规律：至少

8、3个个C的侧链才易脱落，脱乙基较困难；的侧链才易脱落，脱乙基较困难；侧链越长、异构程度越大，越容易脱落。侧链越长、异构程度越大，越容易脱落。2、异构化反应、异构化反应(isomerizationreaction)分子量不变只改变分子结构的反应。分子量不变只改变分子结构的反应。(1)骨架异构骨架异构154.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应(2)双键位置异构双键位置异构(3)几何异构几何异构3、氢转移反应、氢转移反应(hydrogentransferreaction)某烃分子上的氢脱下来加到另一烯烃分子上使之饱和某烃分子上的氢脱下来加到另一烯烃分子上使之饱和的反应。的反应。氢转移是催化裂化特

9、有的反应。氢转移是催化裂化特有的反应。164.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应特点：二烯烃最易接受氢转化为单烯烃，故产品中二特点：二烯烃最易接受氢转化为单烯烃，故产品中二烯烃很少。烯烃很少。4、芳构化反应、芳构化反应(aromatizationreaction)所有能生成芳烃的反应。也是催化裂化的主要反应。所有能生成芳烃的反应。也是催化裂化的主要反应。174.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应5、叠合反应、叠合反应(condensationreaction)烯烃与烯烃合成大分子烯烃的反应。烯烃与烯烃合成大分子烯烃的反应。随叠合深度不断加深，最终将生成焦炭。与叠合相反的分解随叠合深度不

10、断加深，最终将生成焦炭。与叠合相反的分解反应占优势，故催化裂化过程叠合反应不显著。反应占优势，故催化裂化过程叠合反应不显著。6、烷基化反应、烷基化反应(alkylationreaction)烯烃与芳烃或烷烃的加合反应。烯烃与芳烃或烷烃的加合反应。184.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应二、反应机理二、反应机理(ReactionMechanism)正碳离子正碳离子(carboniumion)机理。机理。1、正碳离子、正碳离子烃分子中有一个碳原子的外围缺少一对电子，而形成烃分子中有一个碳原子的外围缺少一对电子，而形成带正电的离子，如：带正电的离子，如：特点：不能在溶液中离解出来自由存在；特点

11、：不能在溶液中离解出来自由存在；只能吸附在催化剂表面上参加化学反应。只能吸附在催化剂表面上参加化学反应。194.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应正碳离子形成：烯烃的双键中一个键断开，并在含正碳离子形成：烯烃的双键中一个键断开，并在含H多的多的C上加上一个上加上一个H，使含，使含H少的另一个少的另一个C缺少一对电子。缺少一对电子。2、形成碳离子条件、形成碳离子条件(1)存在烯烃存在烯烃来源：原料本身、热反应产生。来源：原料本身、热反应产生。(2)存在质子存在质子H+来源：由催化剂的酸性中心提供。来源：由催化剂的酸性中心提供。H+不称氢离子，存在于不称氢离子，存在于Cat.的活性中心，不能离

12、开的活性中心，不能离开Cat.表面。表面。204.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应2、正碳离子机理、正碳离子机理以正以正n-C16H32来说明。来说明。(1)生成正碳离子生成正碳离子正正n-C16H32得到一个得到一个H，生成正碳离子。如，生成正碳离子。如(2)断裂断裂大正碳离子不稳定，容易在大正碳离子不稳定，容易在位置上断裂，生成一个烯位置上断裂，生成一个烯烃和一个小正碳离子：烃和一个小正碳离子：214.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应特点：特点：主链中主链中C数量数量5时才容易断裂，裂化后生成的时才容易断裂，裂化后生成的产物至少是产物至少是3个个C以上的分子以上的分子。(3)异

13、构化异构化叔正碳离子仲正碳离子伯正碳离子叔正碳离子仲正碳离子伯正碳离子。若正碳离子为伯正碳离子，易变成仲碳离子，再进行若正碳离子为伯正碳离子，易变成仲碳离子，再进行断裂，甚至异构化为叔正碳离子，再进行断裂，甚至异构化为叔正碳离子，再进行断裂。断裂。224.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应直至不再断裂的小正碳离子，如直至不再断裂的小正碳离子，如C3H7、C4H9为止。为止。(4)氢转移氢转移234.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应较小正碳离子与烯烃、烷烃、环烷烃间发生氢转移反较小正碳离子与烯烃、烷烃、环烷烃间发生氢转移反应，使小正碳离子变成小分子烷烃。应，使小正碳离子变成小分子烷烃。

14、中性烃分子变成新正碳离子，再进行各种反应，使原中性烃分子变成新正碳离子，再进行各种反应，使原料不断变成产品。料不断变成产品。244.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应(5)叠合反应叠合反应正碳离子和烯烃结合在一起，生成大分子正碳离子：正碳离子和烯烃结合在一起，生成大分子正碳离子：(6)反应终止反应终止正碳离子放出正碳离子放出H还给还给Cat.而变成烯烃，反应终止：而变成烯烃，反应终止：254.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应思考思考1：为什么催化裂化产物中少为什么催化裂化产物中少C1、C2，多，多C3、C4？正碳离子分解时不生成正碳离子分解时不生成C3、C4的更小正碳离子。的更小正碳

15、离子。思考思考2：为什么催化裂化产物中多异构烃？为什么催化裂化产物中多异构烃？伯、仲正碳离子稳定性差，易转化为叔正碳离子。伯、仲正碳离子稳定性差，易转化为叔正碳离子。思考思考3：为什么催化裂化产物中多为什么催化裂化产物中多烯烃？烯烃？伯正碳离子易转为仲正碳离子，放出伯正碳离子易转为仲正碳离子，放出H+形成形成烯烃。烯烃。264.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应三、催化裂化反应的特点三、催化裂化反应的特点1、气固非均相反应、气固非均相反应(inhomogeneousreaction)原料在反应器汽化，然后在原料在反应器汽化，然后在Cat.表面上反应。表面上反应。外扩散：反应物分子向Cat.

16、表面扩散；内扩散：反应物分子向Cat.内部扩散；吸附：反应物分子被Cat.内表面吸咐；表面反应：Cat.内表面上发生化学反应；脱附：反应产物分子从Cat.内表面脱附；内扩散：反应产物分子由孔穴向外扩散；外扩散：反应产物分子扩散到主气流中。274.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应速度最慢的步骤对整个催化裂化反应起控制作用。速度最慢的步骤对整个催化裂化反应起控制作用。(1)各类竞争吸附能力各类竞争吸附能力C数相同的各类烃，被吸附的顺序为：数相同的各类烃，被吸附的顺序为：稠环芳烃稠环环烷烃烯烃单烷基侧链的单环芳稠环芳烃稠环环烷烃烯烃单烷基侧链的单环芳烃环烷烃烷烃；烃环烷烃烷烃；同类烃，分子量同

17、类烃，分子量 ，越容易被吸附。，越容易被吸附。(2)各类烃的化学反应顺序各类烃的化学反应顺序烯烃大分子侧链的单环芳烃异构烷烃或烷基环烷烯烃大分子侧链的单环芳烃异构烷烃或烷基环烷烃小分子侧链的单环芳烃正构烷烃稠环芳烃。烃小分子侧链的单环芳烃正构烷烃稠环芳烃。284.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应不仅与吸附难易程度有关，还与化学反应速度有关。不仅与吸附难易程度有关，还与化学反应速度有关。思考：思考：稠环芳烃对催化裂化过程的影响？稠环芳烃对催化裂化过程的影响？2、平行顺序反应、平行顺序反应(parallelreaction)平行反应：裂化同时朝着几个方向进行的反应。平行反应：裂化同时朝着几个

18、方向进行的反应。顺序反应：随反应深度顺序反应：随反应深度 ，反应产物又会继续反应。，反应产物又会继续反应。294.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应特点：特点：反应深度对产品产率的分配有重要影响反应深度对产品产率的分配有重要影响。随反应时间随反应时间 ，转化深度，转化深度 ，最终产物气体和焦炭产率，最终产物气体和焦炭产率会会 ；而汽柴油等中间产物产率开始时；而汽柴油等中间产物产率开始时 ，随后再，随后再 。304.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应思考思考1：为什么有这些变化规律？为什么有这些变化规律？因为达到一定反应深度后，再加深反应，中间产物将会进一因为达到一定反应深度后，再加深反

19、应，中间产物将会进一步分解成更轻馏分，其分解速度生成速度。步分解成更轻馏分，其分解速度生成速度。称初次反应产物再继续反应为二次反应称初次反应产物再继续反应为二次反应。思考思考2：二次反应对产品的产率和质量的影响？二次反应对产品的产率和质量的影响？有利方面：烯烃再异构化生成辛烷值更高的异构烃，或环烷有利方面：烯烃再异构化生成辛烷值更高的异构烃，或环烷烃进行氢转移反应而生成稳定的烷烃和芳烃。烃进行氢转移反应而生成稳定的烷烃和芳烃。不利方面：烯烃裂化为干气，丙烯、丁烯由不利方面：烯烃裂化为干气，丙烯、丁烯由H转移而饱和，转移而饱和，烯烃与高分子芳烃缩合生成焦碳。烯烃与高分子芳烃缩合生成焦碳。314.

20、3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应思考思考3：在催化裂化反应中，需要控制二次反应么？在催化裂化反应中，需要控制二次反应么？在催化裂化生产中应适当控制二次反应的发生在催化裂化生产中应适当控制二次反应的发生3、渣油催化裂化反应渣油催化裂化反应 芳香分中含有较多的多环芳烃和稠环芳烃。我国渣油的特点：胶质含量高芳香分中含有较多的多环芳烃和稠环芳烃。我国渣油的特点：胶质含量高(50%)(50%)，沥，沥青质含量低。减压渣油的沸点很高，在青质含量低。减压渣油的沸点很高，在FCCFCC提升管处与催化剂接触时不会全部气化。所以是提升管处与催化剂接触时不会全部气化。所以是一个气一液一固三相催化反应。一个气一

21、液一固三相催化反应。采用不同孔径的分子筛催化剂进行渣油的采用不同孔径的分子筛催化剂进行渣油的FCC反应。反应。四、催化裂化反应的热力学特征四、催化裂化反应的热力学特征1、化学反应方向和化学平衡、化学反应方向和化学平衡反应条件：反应条件：400500、接近常压，反应可分三类：、接近常压，反应可分三类：(1)平衡时基本进行完全的反应：分解反应、氢转移平衡时基本进行完全的反应：分解反应、氢转移平衡常数很大、可看作不可逆反应；反应深度不受平衡限制，由反应速率和反应时间决定。324.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应(2)平衡时进行不完全的反应：异构化、开环平衡时进行不完全的反应：异构化、开环化学平

22、衡常数值不大，一般反应条件下要受平衡限制；反应速率不高、反应时间不长，反应很难达到平衡，反应深度由反应时间决定。(3)不能有效发生的反应：甲基化、烯烃叠合不能有效发生的反应：甲基化、烯烃叠合催化裂化反应中最主要的反应是分解反应，且是不可催化裂化反应中最主要的反应是分解反应，且是不可反应，实际上不存在化学平衡的限制。反应，实际上不存在化学平衡的限制。对催化裂化一般不研究化学平衡，而研究动力学。对催化裂化一般不研究化学平衡，而研究动力学。334.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应2、反应热、反应热吸热：分解反应，如断侧链、断环、脱氢等反应。吸热：分解反应，如断侧链、断环、脱氢等反应。放热：合成

23、类型如氢转移、缩合等反应。放热：合成类型如氢转移、缩合等反应。因分解反应占主导，且热效应较大，故总热效应表现因分解反应占主导，且热效应较大，故总热效应表现为吸热反应。反应热表示方法有三种：为吸热反应。反应热表示方法有三种：(1)以生成的汽油量或以生成的汽油量或“汽油气体汽油气体”(205产物产物)量为量为基准。基准。(2)以新鲜原料为基准表示。以新鲜原料为基准表示。344.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应没有考虑到反应深度对反应热的影响。没有考虑到反应深度对反应热的影响。(3)以催化碳为基准表示。以催化碳为基准表示。催化碳指在催化裂化反应催化碳指在催化裂化反应过程中生成焦碳中的炭。过程中

24、生成焦碳中的炭。当反应当反应T为为510时，反应时，反应热热9127kJ/kg催化碳。催化碳。若反应若反应T不在不在510，需乘，需乘以其它反应以其它反应T下的校正系数。下的校正系数。354.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应催化碳的计算：催化碳的计算：催化碳总碳附加碳可汽提碳催化碳总碳附加碳可汽提碳式中：总碳式中：总碳再生时烧去焦碳中的总碳量；再生时烧去焦碳中的总碳量；附加碳附加碳原料中残碳转化生成的焦碳中的碳，附原料中残碳转化生成的焦碳中的碳，附加碳新鲜原料量加碳新鲜原料量新鲜原料的残碳新鲜原料的残碳%0.6%；可汽提碳可汽提碳吸附在催化剂表面上没有吸附在催化剂表面上没有汽提汽提干净的

25、干净的油气，可汽提碳催化剂循环量油气，可汽提碳催化剂循环量0.02%。目前国内多采用计算催化碳的方法。目前国内多采用计算催化碳的方法。364.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应五、催化裂化的几个基本概念五、催化裂化的几个基本概念1、转化率、转化率原料转化为产品的百分率，表示反应深度的指标。若原料转化为产品的百分率，表示反应深度的指标。若原料油量为原料油量为100，则，则在科研和生产中，转化率表示如下：在科研和生产中，转化率表示如下：374.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应采用上式计算转化率需注意：气体：指干气、液化气和损失三者之和；汽油：以TBP220为汽油的切割点，当汽油干点205

26、时，将柴油中TBP220以前的部分折算到汽油；转化率有单程转化率和总转化率之分。工业上为获得较高的轻质油收率，常采用回炼操作。(1)单程转化率单程转化率总进料总进料(新鲜原料、回炼油、回炼油浆新鲜原料、回炼油、回炼油浆)一次通过反应器一次通过反应器的转化率。的转化率。384.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应(2)总转化率：总转化率：以新鲜原料为基准计算的转化率。以新鲜原料为基准计算的转化率。2、回炼比和循环系数、回炼比和循环系数(1)回炼比：回炼比：回炼油量与新鲜原料量的比值。回炼油量与新鲜原料量的比值。394.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应(2)循环系数循环系数总进料量与新鲜原

27、料量的比值。总进料量与新鲜原料量的比值。(3)总转化率、单程转化率、循环系数之间的关系总转化率、单程转化率、循环系数之间的关系3、空速和反应时间、空速和反应时间(1)空速空速(空间速度空间速度)每小时通过单位催化剂的原料油量。每小时通过单位催化剂的原料油量。404.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应式中，式中，Mcat催化剂的质量藏量，催化剂的质量藏量，t；Vcat催化剂的体积藏量，催化剂的体积藏量，m3。藏量：在反应器和再生器内经常保持的催化剂的量。藏量：在反应器和再生器内经常保持的催化剂的量。(2)假反应时间假反应时间若空速若空速 ，则单位，则单位Cat.上通过的原料油上通过的原料油

28、，原料油分子停，原料油分子停留在留在Cat.上的时间就上的时间就 。414.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应空速的倒数称为假反应时间：空速的倒数称为假反应时间：在提升管内，反应时间以油气在提升管内的停留时间在提升管内，反应时间以油气在提升管内的停留时间来表示：来表示：式中式中V出出、V入入为提升管出口和入口处的油气体积流量。为提升管出口和入口处的油气体积流量。424.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应例例1：某分子筛提升管催化裂化装置的总物料平衡是：某分子筛提升管催化裂化装置的总物料平衡是：新鲜原料总进料损失0.26t干气液化气6.6t汽油26.4t轻柴油15.1t焦炭2.64t回炼

29、油29t51t80t计算：计算：(1)单程转化率、总转化率、回炼比和循环系数；单程转化率、总转化率、回炼比和循环系数；(2)汽油、轻柴油单程产率、总产率，及轻质油收率。汽油、轻柴油单程产率、总产率，及轻质油收率。434.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应解：(1)单程转化率、总转化率以及回炼比(2)汽油、轻柴油单程产率、总产率，及轻质油收率444.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应轻质油收率是汽油和轻柴油总产率之和：轻质油收率汽油总收率+柴油总产率(51.76+29.61)%=81.37%454.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应六、催化裂化反应过程的影响因素六、催化裂化反应过程的

30、影响因素对催化裂化生产的要求：对催化裂化生产的要求：较高的转化率；较高的转化率；希望干气和焦炭的产率低些，液化气、汽油、柴油的希望干气和焦炭的产率低些，液化气、汽油、柴油的产率高些；产率高些；希望汽油辛烷值高，安定性好；希望汽油辛烷值高，安定性好；柴油十六烷值和安定性也能满足使用要求。柴油十六烷值和安定性也能满足使用要求。上述要求相互之间往往是矛盾的。上述要求相互之间往往是矛盾的。464.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应1、CatalystActivity(催化剂活性催化剂活性) Cat.的活性有利于的活性有利于 反应速度，可反应速度，可 转化率，从而转化率，从而 反应反应器处理能力。器

31、处理能力。 Cat.的活性有利于促进氢转移和异构化反应。的活性有利于促进氢转移和异构化反应。Cat.的活性取决于组成和结构。的活性取决于组成和结构。2、再生剂含碳量、再生剂含碳量若再生剂含若再生剂含C量量 ，则转化率，则转化率 ，液化气和汽油产率，液化气和汽油产率 ，氢转移速度氢转移速度 ，烯烃含量，烯烃含量 。474.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应硅酸铝催化剂：再生剂含硅酸铝催化剂：再生剂含C量量0.7%；分子筛催化剂：再生剂含分子筛催化剂：再生剂含C量量0.2%。3、原料油性质、原料油性质(1)烷烃含量烷烃含量若原料油中烷烃含量若原料油中烷烃含量 ，则气体、汽油产率，则气体、汽油产

32、率 ，焦炭产，焦炭产率率 ，选择性好。，选择性好。生焦率生焦率 ，要，要 原料预热原料预热才能维持两器热平衡。才能维持两器热平衡。(2)芳烃含量芳烃含量484.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应若原料油中芳烃含量若原料油中芳烃含量 ，则选择性差，干气和焦炭产率，则选择性差，干气和焦炭产率 ，汽油产率，汽油产率 。反应温度和剂油比应反应温度和剂油比应 ，原料油预热温度应，原料油预热温度应 。(3)其它性质其它性质残炭值、金属含量及含硫、含氮量等。残炭值、金属含量及含硫、含氮量等。4、原料油预热温度、原料油预热温度原料油预热温度的高低主要原料油预热温度的高低主要取决于焦碳产率的高低。取决于焦碳

33、产率的高低。(1)焦碳产率低焦碳产率低494.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应再生器提供热量再生器提供热量 ，再生温度和反应温度会，再生温度和反应温度会 ，为维持，为维持两器热平衡，需两器热平衡，需 原料油预热温度来补充热量。原料油预热温度来补充热量。但预热温度不宜超过但预热温度不宜超过400，因此焦碳产率不宜过低，因此焦碳产率不宜过低，一般不宜小于一般不宜小于45%(质质)。(2)焦碳产率高焦碳产率高再生器提供热量再生器提供热量 ，两器温度会，两器温度会 ，为维持热平衡可，为维持热平衡可 原原料油预热温度，甚至可不用加热炉预热。料油预热温度，甚至可不用加热炉预热。原料油预热温度不宜过低

34、原料油预热温度不宜过低(如如160)，为什么？为什么？504.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应由此可见：由此可见：原料油预热温度是调节两器热平衡，控制原料油预热温度是调节两器热平衡，控制反应温度的手段之一反应温度的手段之一。5、反应温度、反应温度反应温度对反应速度、产品产率分布及产品质量影响反应温度对反应速度、产品产率分布及产品质量影响显著。显著。(1)反应速度常数与温度的变化关系：反应速度常数与温度的变化关系：表明：表明：514.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应lnK随随T的变化率与活化能的变化率与活化能E成正比；成正比；若若E ，则随则随T ，反应速度反应速度 越快；越快；E

35、，则反应速度对则反应速度对T越敏感。越敏感。催化裂化催化裂化E42125kj/mol热裂化热裂化E210290kj/mol反应反应T ，热裂化反应渐趋重要，故催化裂化反应热裂化反应渐趋重要，故催化裂化反应T不宜不宜过高。过高。(2)温度对产品的分布和质量的影响温度对产品的分布和质量的影响524.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应一般情况下一般情况下E2E1E3，若同时存在多个反应，温度，若同时存在多个反应，温度 有利于活化能大的反应：有利于活化能大的反应：汽油汽油气体的反应速度加快最多；气体的反应速度加快最多；原料原料汽油反应次之；汽油反应次之；原料原料焦炭的反应速度加快最少；焦炭的反应速

36、度加快最少；原料油焦炭气体汽油E1E2E3534.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应若需达到的转化率不变，则汽油和焦炭产率若需达到的转化率不变，则汽油和焦炭产率 ，气体产，气体产率率 。分解反应和芳构化反应分解反应和芳构化反应E比氢转移反应的比氢转移反应的E值大。值大。汽油中烯烃和芳烃含量汽油中烯烃和芳烃含量 ，烷烃含量，烷烃含量 ，环烷烃含量变，环烷烃含量变化不大，汽油的辛烷值化不大，汽油的辛烷值 ，而柴油的十六烷值，而柴油的十六烷值 。在生产实践中，反应温度是调节转化率的主要变量。在生产实践中，反应温度是调节转化率的主要变量。6、反应压力、反应压力 反应压力，可反应压力，可 转化率，但

37、焦炭产率转化率，但焦炭产率 。为什么？为什么？544.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应 油气分压，反应物浓度也油气分压，反应物浓度也 ，反应速度，反应速度 。同时，。同时， 了了原料中重质组分和产物在原料中重质组分和产物在Cat.剂上的吸附量。剂上的吸附量。操作压力不是由反应系统决定，而由操作压力不是由反应系统决定，而由压力平衡压力平衡决定。决定。反应压力和再生压力之间保持一定的压力差，不能任反应压力和再生压力之间保持一定的压力差，不能任意改变。意改变。7、反应时间、反应时间(1)对汽油方案对汽油方案554.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应从汽油收率和质量来看：从汽油收率和质量来看

38、：采用高温短接触时间有利采用高温短接触时间有利，反应时间一般为反应时间一般为23s。(2)对柴油方案对柴油方案适当适当 反应时间，反应时间，采用较低的反应温度和较大的回炼比采用较低的反应温度和较大的回炼比，对对 柴油的收率和十六烷值有利。柴油的收率和十六烷值有利。柴油方案的反应时间一般为柴油方案的反应时间一般为34s。(3)对渣油催化裂化对渣油催化裂化采用高温短接触时间有利采用高温短接触时间有利，反应时间一般为，反应时间一般为23s。564.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应8、Catalyst-oilRatio(剂油比剂油比C/O)Cat.上的积炭量与上的积炭量与C/O有关，有关，C/O

39、是是Cat.循环量与总进循环量与总进料之比：料之比：Cat.循环量：循环量：单位时间内进入反应器的单位时间内进入反应器的Cat.量，也是离量，也是离开反应器的开反应器的Cat.量。量。(1)C/O对催化裂化过程的影响对催化裂化过程的影响C/O ，单位，单位Cat.上的积炭量上的积炭量 ，转化率，转化率 。574.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应8、Catalyst-oilRatio(剂油比剂油比C/O)Cat.上的积炭量与上的积炭量与C/O有关，有关，C/O是是Cat.循环量与总进循环量与总进料之比：料之比：Cat.循环量：循环量：单位时间内进入反应器的单位时间内进入反应器的Cat.量，

40、也是离量，也是离开反应器的开反应器的Cat.量。量。(1)C/O对催化裂化过程的影响对催化裂化过程的影响C/O ，单位，单位Cat.上的积炭量上的积炭量 ，转化率，转化率 。584.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应9、RecycleRatio(回炼比回炼比)回炼油与原料油的性质不同，改变回炼比就是改变进料油的回炼油与原料油的性质不同，改变回炼比就是改变进料油的性质。性质。(1)回炼比对催化裂化的影响回炼比对催化裂化的影响若回炼比若回炼比 ，进料中芳烃含量就会，进料中芳烃含量就会 ，则，则生焦量生焦量 ，单程转化率，单程转化率 ，二次反应，二次反应 ；装置处理能力装置处理能力 ；轻柴油和轻

41、质油收率轻柴油和轻质油收率 ，柴油十六烷值，柴油十六烷值 、凝固点、凝固点 ；594.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应装置能耗装置能耗 ；反应所需的热量大大反应所需的热量大大 ，原料油预热炉、反应器和分馏塔等，原料油预热炉、反应器和分馏塔等的负荷都会随之的负荷都会随之 。(2)回炼比确定原则回炼比确定原则追求高轻质油收率：高的回炼比，追求高轻质油收率：高的回炼比，0.81.5。追求高汽油产率：回炼比追求高汽油产率：回炼比0.5。(3)渣油催化裂化的回炼比渣油催化裂化的回炼比回炼比回炼比0.10.3。因渣油中环状烃分子的侧链较长，一般。因渣油中环状烃分子的侧链较长，一般为为78个碳原子，容

42、易裂解，基本上是一次通过。个碳原子，容易裂解，基本上是一次通过。604.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应七、七、催化裂化反应动力学模型催化裂化反应动力学模型（1）反应动力学模型的任务、意义1）、优化工程设计方案，使反应器的设计更加合理；2)、优化FCC装置的操作条件，生产控制择优的目的性更加明确；3)、缩短新工艺过程开发研究的周期，并可做到有针对性的加工研究。（2）FCC反应动力学的研究的特点： 原料组成的复杂性 化学反应的复杂性 多种操作条件影响的复杂性 催化剂活性、选择性及失活的影响 某些不确定因素的影响614.3烃类的催化裂化反应烃类的催化裂化反应（3）催化裂化反应模型的两种典型方

43、法： 经验图表及经验公式动力学模型法关联模型:是以某种动力学方程为基础，利用各种试验数据和生产数据用数学回归等方法归纳出计算各种产品产率和有关性质的关联式 集总动力学模型研究法。流化床反应器转化率X关联式如下形式：X = FPFswFTFAFcFF式中：X转化率函数;FP 反应压力因素;Fsw 剂油比、空速因索;FT 反应温度因素;FA 催化剂相对活性;Fc 再生催化剂含碳因素;FF 进料物质因素。集总动力学模型研究法所谓“集总”是将一个复杂反应体系按照动力学特性相似的原则，把各类分子划分成若干个集总组分，并当做虚拟的多组分体系进行动力学处理。1959年R.B.Smith提出了催化重整的三集总

44、动力学模型。1960年Weekman开发了FCC的三集总动力学模型。(P337)，70年代提出了十集总模型：624.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品一、催化裂化原料一、催化裂化原料催化裂化原料分为催化裂化原料分为馏分油和渣油馏分油和渣油两大类。两大类。1、DistillateOil(馏分油馏分油)(1)直馏重馏分油直馏重馏分油(350500)大多数直馏重馏分含芳烃较少，容易裂化，轻油收率较高，大多数直馏重馏分含芳烃较少，容易裂化，轻油收率较高，是理想的催化裂化原料。是理想的催化裂化原料。(2)热加工产物：热加工产物：焦化蜡油、减粘裂化馏出油等。焦化蜡油、减粘裂化馏出油等。其中烯烃、芳

45、烃含量较多，转化率低、生焦率高。不单独使其中烯烃、芳烃含量较多，转化率低、生焦率高。不单独使用，与直馏馏分油掺合作为混合进料。用，与直馏馏分油掺合作为混合进料。634.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品(3)润滑油溶剂精制的抽出油润滑油溶剂精制的抽出油含大量难以裂化的芳烃，尤其是稠环化合物，极易生焦。含大量难以裂化的芳烃，尤其是稠环化合物，极易生焦。(4)加氢裂化尾油加氢裂化尾油含饱和烃多，含杂质少，是催化裂化的理想原料。含饱和烃多，含杂质少，是催化裂化的理想原料。2、Residue(渣油渣油)易于裂解的是高沸点烃类，最难裂解的是稠环芳烃、胶质和易于裂解的是高沸点烃类，最难裂解的是稠环

46、芳烃、胶质和沥青质。沥青质。为充分利用石油资源和为充分利用石油资源和 原油加工的经济效益，必须对原油原油加工的经济效益，必须对原油进行深度加工。进行深度加工。644.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品二、衡量原料性质的指标二、衡量原料性质的指标馏分组成馏分组成化学组成化学组成残炭残炭含氮含硫化合物含氮含硫化合物重金属重金属三、催化裂化产品特点三、催化裂化产品特点1、产品分布、产品分布654.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品气体：气体：1020%；汽油：汽油：4060%；柴油：柴油：2040%；焦炭：焦炭：510%。2、产品特点、产品特点(1)气体产品气体产品大量的是大量的是C

47、3、C4，约占约占90(重重)，液化气主要成分，烯，液化气主要成分，烯烃比烷烃多，为石油化工的宝贵原料。烃比烷烃多，为石油化工的宝贵原料。664.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品(2)液体产品液体产品汽油的辛烷值较高汽油的辛烷值较高含有较多烯烃含有较多烯烃(一般一般50%以上以上)、异构烷烃和芳烃，故辛、异构烷烃和芳烃，故辛烷值较高，一般为烷值较高，一般为90左右左右(RON)。柴油的十六烷值低柴油的十六烷值低含有较多的芳烃约为含有较多的芳烃约为4050，故十六烷值较直馏柴，故十六烷值较直馏柴油低很多，只有油低很多，只有2030。需要与直馏柴油等调合后才能使用。需要与直馏柴油等调合后

48、才能使用。674.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品(3)Coke(焦炭焦炭)焦炭沉积在焦炭沉积在Cat.上，不能作产品。上，不能作产品。由此可见：由此可见：u催化裂化是重油轻质化过程；催化裂化是重油轻质化过程；u主要目的：生产高辛烷值汽油，同时主要目的：生产高辛烷值汽油，同时 柴油产率。柴油产率。684.4催化裂化的原料和产品催化裂化的原料和产品产品名称主要成分含量性质及用途干气C1、C2、H2、H2S101020燃料气或化工液化气C3、 C490用于化工汽油C5C113060研究法辛烷值8090，安定性好。柴油C10 C20040含有较多的芳烃，十六烷值低，安定性较差，特别是渣油催

49、化裂化。油浆以稠环芳烃为主57不等化工利用焦炭缩合产物510掺渣油高再生过程烧掉了694.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂 催化剂是一种能使在该条件下，从热力学角度判断有可能发生的化学反应改变其反应速度的物质。它可以加快某些反应的速度，也可以抑制另一些反应的进行。而对那些热力学上没有可能进行的反应则不起作用。同时对可逆反应它相等地加速正向和逆向反应，也就是不改变反应的平衡。例如，在通常的反应条件下，从热力学角度来判断，烃类可以进行分解、异构化、芳构化、氢转移、叠合、烃化等多种反应，但反应速皮各异，这样就可以利用催化剂选择性地加速这些反应中所希望的反应，而抑制那些不希望发生的反应，从而达到提高产品

50、质量改善产品分布的目的 ，这是热裂化过程所达不到的。例如为了提高汽油辛烷值，设法使催化剂能选择性加速异构化反应而抑制氢转移反应和不饱和烃进一步脱氢生焦的反应。704.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂 催化剂的作用是提高反应速度，其根本原因是改变了化学反应历程，降低了分子的活化能。由阿累尼乌斯方程分析： K=Aexp(-E/RT)式中：K反应速度常数；A频率因子；E活化能，KJ.mol-1；T一反应温度。 K分析：1）当E一定时，T，k，转化率；2) 温度变化时，各反应的K变化不一样：FCC反应 E = 42125 KJ.mol-1 kt = 1.1一1.2热裂化反应 E = 210293 KJ.

51、mlo-1 kt = 1.61.8由于E的大小不同，催化裂化比热裂化容易进行。714.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂利用利用Cat.选择性地加速所希望的反应，而抑制不希望发生的选择性地加速所希望的反应，而抑制不希望发生的反应，达到反应，达到 产品质量改善产品分布的目的产品质量改善产品分布的目的。一、催化裂化剂的种类、组成和结构一、催化裂化剂的种类、组成和结构工业上使用的裂化工业上使用的裂化Cat.归纳起来有三大类：归纳起来有三大类：1、天然白土催化剂、天然白土催化剂催化裂化装置最初使用的经处理的天然白土，其主要活性组催化裂化装置最初使用的经处理的天然白土，其主要活性组分是分是硅酸铝硅酸铝。2、

52、无定型合成催化剂、无定型合成催化剂天然白土被天然白土被人工合成硅酸铝人工合成硅酸铝所取代。所取代。724.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂(1)特点特点具有许多微孔，平均孔径为具有许多微孔，平均孔径为47nm，比表面积达比表面积达500700m2/g。硅酸铝的催化活性来源于其表面的酸性。硅酸铝的催化活性来源于其表面的酸性。(2)结构结构LewisacidBronstedacid734.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂3、分子筛催化剂、分子筛催化剂分子筛分子筛Cat.的应用是催化裂化技术的重大发展。的应用是催化裂化技术的重大发展。(1)特点特点与无定型硅酸铝相比具有的特点：与无定型硅酸铝相比具有的特

53、点：选择性、活性和稳定性更高，比表面选择性、活性和稳定性更高，比表面600800m2/g；稳定、均一的微孔结构。其大小为分子大小数量级；稳定、均一的微孔结构。其大小为分子大小数量级；(2)结构结构是由人工合成、具有微孔型立方晶格的硅铝酸盐。是由人工合成、具有微孔型立方晶格的硅铝酸盐。744.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂依据其晶体内部孔穴大小而吸附或排斥不同物质的分子，故依据其晶体内部孔穴大小而吸附或排斥不同物质的分子，故又称为又称为“分子筛分子筛”。目前，应用于催化裂化的主要目前，应用于催化裂化的主要Y型分子筛型分子筛，由，由AlO4和和SiO4四四面体组成。主要有四种面体组成。主要有四种Y

54、型分子筛：型分子筛：REY：稀土稀土-Y型分子筛型分子筛HY：HY型分子筛，以氢离子置换型分子筛，以氢离子置换Na+RE-HY：兼用氢离子和稀土金属离子置换兼用氢离子和稀土金属离子置换Na+。超稳超稳Y型：型：HY型分子筛经脱铝得到的更高型分子筛经脱铝得到的更高Si/Al。一般催化裂化催化剂含分子筛为一般催化裂化催化剂含分子筛为1035%。754.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂4、催化剂载体的作用催化剂载体的作用 有较大表面和一定的孔分布，有一定的粘结性，通过喷雾干燥制成合适的筛分分布，提供较好的磨损强度，减少催化剂的跑损，减少对环境的污染；对沸石的活性起相辅助相承作用，降低分子筛催化剂的生产

55、成本(载体活性见下表)作为热载体，在两器的循环过程中完成热量的储存与传送。对重油催化裂化载体还是大分子反应的场所，因为大分子不能进入分子筛的孔内。载体是催化剂组成的重要部分，其性能对催化剂有较大的影响。 载体要有适当的活性，与沸石起相辅相成的作用。载体主要的作用是提供良好的物理性能。良好的孔分布，有良好的汽提性能；适当的表面积及在水热条件下结构稳定性；良好的再生烧焦性(机械强度高和流化性能好。764.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂二、催化剂的使用性能二、催化剂的使用性能物理性质物理性质(1)密度密度(2)筛分组成和机械强度筛分组成和机械强度(3)结构特性结构特性(比表面、孔体积、孔径比表面、孔

56、体积、孔径)化学性质化学性质(1)活性和选择性活性和选择性(2)稳定性稳定性(3)抗金属污染能力抗金属污染能力(污染指数污染指数)774.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂 1、活性、稳定性活性、稳定性 （1 1）活性）活性 活性：催化剂的活性即促进化学反应的能力。活性：催化剂的活性即促进化学反应的能力。 活性的表示方法：在实验室用微反活性法（活性的表示方法：在实验室用微反活性法（MATMAT）测定。）测定。 在在微微型型固固定定床床反反应应器器中中装装入入5g5g催催化化剂剂，采采用用标标准准原原料料，在在460460，重重量量空空速速16h16h-1-1, ,剂剂油油比比3.23.2的的条条件

57、件下下反反应应70s 70s , ,所所得产物质量占总进料的百分数即为微反活性。得产物质量占总进料的百分数即为微反活性。 平平衡衡活活性性：在在实实际际生生产产中中，催催化化剂剂受受高高温温和和水水蒸蒸汽汽的的作作用用，其其活活性性逐逐渐渐下下降降，另另一一方方面面，由由于于催催化化剂剂或或损损失失而而需需要要定定期期补补充充一一些些新新鲜鲜催催化化剂剂，因因此此，在在生生产产装装置置中中的的催催化化剂剂活活性性可可能能持持续续在在一一个个稳稳定定的的水水平平上上，此此时时的的活活性性称称为为“平平衡衡催化剂活性催化剂活性”784.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂 （2 2）稳定性稳定性 稳定性

58、：在使用条件下保持活性的能力。稳定性：在使用条件下保持活性的能力。 催催化化剂剂的的老老化化： 生生产产过过程程由由于于高高温温及及水水蒸蒸汽汽的的连连续续冲冲刷刷作作用用，催催化化剂剂小小孔孔径径的的微微孔孔结结构构遭遭到到破破坏坏，平均孔径变大，比表面减小，导致活性下降。平均孔径变大，比表面减小，导致活性下降。 一一般般稳稳定定性性高高低低的的顺顺序序为为：超超稳稳Y Y型型分分子子筛筛 Y Y型型分子筛分子筛 X X型分子筛型分子筛 REYREY型型 沸沸 石石 分分 子子 筛筛 催催 化化 剂剂 的的 晶晶 体体 崩崩 溃溃 温温 度度 为为870880870880； 超超稳稳Y Y型

59、型(USY)(USY)分分子子筛筛催催化化剂剂的的晶晶体体崩崩溃溃温温度度高高至至为为1010 10501010 1050794.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂2 2、选择性选择性 选选择择性性：表表示示催催化化剂剂增增加加目目的的产产品品.(.(汽汽油油、柴油柴油) )和减少副产品和减少副产品( (气体和焦炭气体和焦炭) )的选择反应能力。的选择反应能力。 高高活活性性的的催催化化剂剂选选择择性性不不一一定定好好，所所以以选选择择催催化化剂时必须考虑它的选择性。剂时必须考虑它的选择性。 FCCFCC催催化化裂裂化化反反应应通通常常用用“汽汽油油产产率率/ /焦焦炭炭产产率率”或或“汽汽油油产

60、产率率/ /转转化化率率”.”.来来表表示示催催化化剂剂的的选选择性好坏。择性好坏。 催催化化剂剂受受重重金金属属污污染染，表表现现出出选选择择性性下下降降，一一般用般用H H2 2/CH/CH4 4比值表示。比值表示。804.5催化裂化催化剂催化裂化催化剂3 3、密度密度 密度的不同表示方法：n 真真实实密密度度：颗粒的质量与骨架实际所占体积之比，22.2 g/cm3n 颗颗粒粒密密度度：把孔体积计算在内的单个颗粒的密度，0.91.2 g/cm3n 堆堆积积密密度度：催化剂堆积时包括孔体积和颗粒之间的空隙体积的密度，0.50.8 g/cm。 催化剂的颗粒密度对催化剂的流花有重要影响。814.

61、5催化裂化催化剂催化裂化催化剂4 4、筛分组成、机械强度筛分组成、机械强度（1）筛分组成 为了保证良好的硫化状态，要求催化剂有适宜的颗粒直径分布，为了保证良好的硫化状态，要求催化剂有适宜的颗粒直径分布，即有一定的筛分组成催化裂化催化剂的粒径分布在即有一定的筛分组成催化裂化催化剂的粒径分布在2020100m100m。一般。一般情况下，新鲜催化剂中，粒径在情况下，新鲜催化剂中，粒径在404080m80m的约占的约占5050。由于在装置中。由于在装置中催化剂的相互碰撞，有的达颗粒会变成小颗粒，所以筛分组成式变化催化剂的相互碰撞，有的达颗粒会变成小颗粒，所以筛分组成式变化的。的。（2）机械强度 为了避

62、免催化剂在使用粉碎以减少耗损和保证良好的流化质量，为了避免催化剂在使用粉碎以减少耗损和保证良好的流化质量，要求催化剂有一定的机械强度。我国用要求催化剂有一定的机械强度。我国用“ “耐磨指数评价催化剂的机械强耐磨指数评价催化剂的机械强度度” ” 。824.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生1、催化剂的失活、催化剂的失活催化剂的失活：在反应催化剂的失活：在反应-再生过程中，再生过程中，Cat.的活性和选的活性和选择性不断下降的现象。择性不断下降的现象。(1)催化裂化催化裂化Car.失活性的原因失活性的原因水热失活水热失活在高温和水蒸气作用下，裂化在高温和水蒸气作用下，裂化Cat.的

63、比表面积的比表面积 、孔容、孔容 ，分子筛晶体结构破坏。，分子筛晶体结构破坏。834.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生结焦失活结焦失活焦炭沉积在焦炭沉积在Cat.的表面上，覆盖在的表面上，覆盖在Cat.的活性中心，使的活性中心，使其活性和选择性其活性和选择性 。工业催化裂化所产生的焦炭包括：工业催化裂化所产生的焦炭包括：焦化焦焦化焦附加焦附加焦可汽提焦可汽提焦污染焦污染焦844.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生毒物引起的失活毒物引起的失活裂化裂化Cat.的毒物主要是重金属的毒物主要是重金属(Fe、Ni、Cu、V)和碱性和碱性氮化合物。氮化合物。(2)Cat.

64、的平衡活性的平衡活性新鲜新鲜Cat.的活性不能反映装置中实际的的活性不能反映装置中实际的Cat.活性。活性。在实际生产中，用在实际生产中，用“平衡活性平衡活性”来表示装置中来表示装置中Cat.活性。活性。影响影响Cat.平衡活性的因素主要有：平衡活性的因素主要有：Cat.的水热失活速度的水热失活速度854.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生Cat.的置换速率的置换速率Cat.的重金属污染的重金属污染其它因素：其它因素：原油油的性质、原油油的性质、Cat.的流失率、新鲜的流失率、新鲜Cat.的活性及稳定性等。的活性及稳定性等。2、裂化、裂化Cat.的再生的再生(1)再生方法再生方

65、法烧去烧去Cat.上所沉积的焦炭。上所沉积的焦炭。恢复恢复Cat.的活性和选择性，为反应过程提供热量。的活性和选择性，为反应过程提供热量。864.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生待生剂：待生剂：在工业上把经反应沉积了焦炭的催化剂。在工业上把经反应沉积了焦炭的催化剂。再生剂：再生剂：再生除去部分焦炭的催化剂。再生除去部分焦炭的催化剂。(2)再生要求再生要求无定型的硅酸铝无定型的硅酸铝Cat.：再生后含碳量为：再生后含碳量为0.30.5%；分子筛分子筛Cat.：再生后含碳量：再生后含碳量0.2%以下。以下。(3)再生反应和反应热再生反应和反应热焦炭分子式焦炭分子式焦炭是一种缩合产

66、物，主要成分是焦炭是一种缩合产物，主要成分是C和和H。874.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生焦炭的经验分子式为焦炭的经验分子式为CHn，n0.51.0。再生烧掉的碳再生烧掉的碳催化碳：催化碳：催化裂化的缩合产物催化裂化的缩合产物附加碳：附加碳：原料本身固有的残炭原料本身固有的残炭可汽提碳：可汽提碳：吸附在催化剂上的油气吸附在催化剂上的油气再生反应再生反应焦炭中的焦炭中的C和和H被空气中的被空气中的O2燃烧的氧化反应：燃烧的氧化反应：884.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生再生反应热再生反应热再生反应是放热反应，热效应相当大，足以提供本装再生反应是放热反应，

67、热效应相当大，足以提供本装置热平衡所需的热量。置热平衡所需的热量。把焦炭看作是把焦炭看作是C和和H单质的混合物，分别计算燃烧热，单质的混合物，分别计算燃烧热，再计算总和。再计算总和。894.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生烧焦放热中有烧焦放热中有11.5%消耗在焦炭脱附过程中，故消耗在焦炭脱附过程中，故可利用热总热焦炭脱附热可利用热总热焦炭脱附热或或Q用用Q总总Q脱脱Q总总(10011.5)%影响再生反应热的主要因素影响再生反应热的主要因素反应热的数值与焦炭中的反应热的数值与焦炭中的H/C和烟气中和烟气中CO2/CO有关。有关。若若H/C比值比值 ，放热，放热 ；CO2/CO

68、比值比值 ，放热，放热 。904.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生提高再生反应热的手段：提高再生反应热的手段：高温再生或采用高温再生或采用CO助燃剂助燃剂。(4)再生反应动力学再生反应动力学再生反应速率直接影响再生反应速率直接影响Cat.的活性、选择性和装置生产的活性、选择性和装置生产能力。能力。再生反应速率决定于焦炭中碳的燃烧速率。再生反应速率决定于焦炭中碳的燃烧速率。烧烧C速率速率影响烧碳反应速率的主要因素：再生温度、氧分压、影响烧碳反应速率的主要因素：再生温度、氧分压、Cat.含含C量、量、Cat.的组成与结构，以及流化状况等。的组成与结构，以及流化状况等。914.6催

69、化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生国内有学者提出了如下动力学方程：国内有学者提出了如下动力学方程：Cat.不同，不同，kc不同，如对不同，如对REY分子筛载于高岭土，有：分子筛载于高岭土，有：烧氢速率烧氢速率同样同样Cat.不同，不同，kH不同，对不同，对REY分子筛载于高岭土，有：分子筛载于高岭土，有：924.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生(5)再生反应器动力学模型再生反应器动力学模型对流化床再生器，国内外使用如下动力学模型：对流化床再生器，国内外使用如下动力学模型：条件：假设再生器内气体流动是平推流、固体颗粒是条件：假设再生器内气体流动是平推流、固体颗粒是完

70、全返混流。完全返混流。理想和实际情况不完全一致，式中引入理想和实际情况不完全一致，式中引入V(修正系数修正系数)。934.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生(6)再生内的经验动力学模型再生内的经验动力学模型目前，国内常用的一种烧碳速率的计算公式如下：目前，国内常用的一种烧碳速率的计算公式如下：分子筛分子筛Cat：n1；硅酸铝：；硅酸铝：n0.7式中：式中：PF压力因数；压力因数；T0再生器密相床温度因数；再生器密相床温度因数；CBRC燃烧速率，燃烧速率，kg/h；WCat.藏量，藏量，t；V再生器效率因数，与流化状态有关；再生器效率因数，与流化状态有关； CR再生剂的含再生剂的

71、含C量，量，%(质质)。944.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生PFPTPo；PTP/129式中：式中：P再生器顶部压力，再生器顶部压力，kPa(abs)；PO氧分压因数。氧分压因数。式中：式中：O2再生器出口烟气过剩氧含量再生器出口烟气过剩氧含量(%V)； Tbase基准温度，基准温度，593；E活化能，活化能，1.114105J/mol；R8.314kPa.m3/(kmol.K)；T 再生器密相温度。再生器密相温度。954.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生应用：应用：评价再生器效率评价再生器效率对正在生产的装置，利用现有数据计算装置因数。对正在生产的装置

72、，利用现有数据计算装置因数。设计新装置设计新装置根据经验选取根据经验选取V值，计算催化剂藏量和再生器尺寸。值，计算催化剂藏量和再生器尺寸。964.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生例例2：某分子筛提升管催化裂化装置处理能力为：某分子筛提升管催化裂化装置处理能力为75t/h，生焦量为生焦量为3933kg/h，焦碳中，焦碳中H含量为含量为6.4%(质质)，再生器顶部，再生器顶部压力为压力为176.5kPa(表表)，密相温度，密相温度680，Cat.藏量为藏量为25t，采，采用用CO助燃剂完全再生，再生烟气中氧含量为助燃剂完全再生，再生烟气中氧含量为2.0%(体体)，再，再生剂含碳量

73、为生剂含碳量为0.1%(质质)。试计算：试计算：烧焦强度烧焦强度再生器效率因数。再生器效率因数。974.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生解：解：烧焦强度烧焦强度再生器效率因数再生器效率因数式中：式中：CBR3933(100-6.4)%3681kg/hW25.0t984.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生所以：所以：PF2.15312.153因此因此994.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生3、焦炭产率、焦炭产率1）、再生烟气组成）、再生烟气组成CO2、CO(完全燃烧时甚微完全燃烧时甚微)；N2(空气中所含的空气中所含的N2，为惰性气体，再生过程

74、中不反，为惰性气体，再生过程中不反应，数量不变应，数量不变)；O2(燃烧时没有用完的过剩部分燃烧时没有用完的过剩部分)；H2O(包括燃烧生成的水、空气带入水和操作需要喷包括燃烧生成的水、空气带入水和操作需要喷入的水等各部分之和入的水等各部分之和)。1004.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生2）、湿烟气和干烟气）、湿烟气和干烟气湿烟气湿烟气含有水蒸气的烟气。含有水蒸气的烟气。干烟气干烟气烟气组成数据不包括水汽，如采样分析时水蒸气已被烟气组成数据不包括水汽，如采样分析时水蒸气已被冷凝分出。冷凝分出。3、计算过程、计算过程通过例题来说明由再生烟气计算焦炭产率的过程。通过例题来说明由

75、再生烟气计算焦炭产率的过程。1014.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生例例3：某再生烟气分析数据如下：某再生烟气分析数据如下：组成组成CO2COO2含量，含量，%mol9.67.01.8已知：新鲜原料处理量已知：新鲜原料处理量110.0t/hr，主风，主风(湿空气湿空气)流量流量780Nm3/min。大气温度为。大气温度为30，大气相对温度为，大气相对温度为70%，绝对，绝对湿度为湿度为0.0306mol水水/(mol干空气干空气)。计算：计算：(1)焦炭中的焦炭中的C/H比；比；(2)焦炭产率。焦炭产率。1024.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生解：解：(

76、1)焦炭中的焦炭中的C/H比：以比：以100kmol烟气为基准烟气为基准烟气中的烟气中的N2含量含量烟气分析所得数据是烟气分析所得数据是CO2、CO、O2在干烟气中的摩尔在干烟气中的摩尔百分数，因此百分数，因此N2含量应为：含量应为：N2100(CO2COO2)81.6进入再生器的总进入再生器的总O2量量空气中的空气中的N2在再生过程中数量保持不变，根据在再生过程中数量保持不变，根据N平衡进平衡进入再生器的入再生器的O2量为量为(%mol，对干烟气，对干烟气)：1034.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生O2(21/79)N221.69H耗氧量耗氧量进入再生器的总氧量除去碳燃烧

77、生成进入再生器的总氧量除去碳燃烧生成CO2、CO用氧以用氧以及过剩的氧以外，即及过剩的氧以外，即H燃烧所消耗的氧：燃烧所消耗的氧：(O2)H(O2)totalCO2CO/2(O2)surplus21.69(9.67.0/21.8)6.79焦炭中的焦炭中的H和和C含量含量1个氧分子可烧掉个氧分子可烧掉4个个H原子，由氢的耗氧量可计算出焦原子，由氢的耗氧量可计算出焦炭中含炭中含H量：量：1044.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生H4(O2)H46.7927.16由烟气由烟气CO2和和CO含量计算出焦炭中含量计算出焦炭中C含量：含量：C(CO2CO)16.6故焦炭中故焦炭中H/C比

78、为：比为：1054.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生(2)焦炭产率焦炭产率耗干风指标：燃烧耗干风指标：燃烧1kg焦炭所需的干空气量。焦炭所需的干空气量。由以上计算得生成由以上计算得生成100kmol的烟气所烧掉的焦炭量为：的烟气所烧掉的焦炭量为：coke量量27.161+16.612226.36kg产生产生100kmol烟气的空气耗量为：烟气的空气耗量为：air量量O2N221.69+81.6103.29kmol2313.7Nm3耗干风指标耗干风指标2313.7/226.3610.2Nm3/(kgcoke)1064.6催化裂化催化剂催化裂化催化剂失活与再生失活与再生实际上主风

79、总是含有一定水分的，不可能是干空气。实际上主风总是含有一定水分的，不可能是干空气。因空气湿度为因空气湿度为0.0306mol(H2O)/(mol干空气干空气)，则，则耗湿风指标耗湿风指标10.21.030610.5Nm3/kgcoke根据主风用量则可求出每小时的焦炭产量根据主风用量则可求出每小时的焦炭产量1074.7 流态化基本原理流态化基本原理 一、流化床的形成与流化域一、流化床的形成与流化域1 1、流化床的形成、流化床的形成1084.7流态化基本原理流态化基本原理1094.7流态化基本原理流态化基本原理1104.7流态化基本原理流态化基本原理 实实验验将将发发生生如如下下现现象象：当当气气

80、速速U U较较小小时时，床床层层内内的的催催化化剂剂颗颗粒粒不不活活动动，处处于于堆堆紧紧状状态态，即即处处于于固固定定床，只是随气体流速的增大，床层压将增加图床，只是随气体流速的增大，床层压将增加图ABAB段。段。 气气速速增增大大到到一一定定程程度度时时，床床层层开开始始膨膨胀胀，一一些些细细粒粒在在有有限限的的范范围围内内运运动动。当当层层速速再再增增高高时时，固固体体粒粒子子被被气气流流悬悬浮浮起起来来，并并做做不不规规则则的的运运动动，即即固固体体颗颗粒粒开开始始流流化化，此此后后继继续续增增大大气气速速，床床层层继继续续膨膨胀胀，固固体体运运动动也也愈愈激激烈烈，但但床床层层压压基

81、基本本不不变变。（如如图图BCBC段）段） 气气速速再再增增大大到到某某个个数数值值，如如C C点点 固固体体颗颗粒粒被被气气流流带带走走，床床层层压压降降下下降降，气气体体再再继继续续增增大大，被被带带出出的粒子越多。最后被全部带出，压降为的粒子越多。最后被全部带出，压降为0 0。1114.7流态化基本原理流态化基本原理 临临界界流流化化速速度度umfumf。( (又又叫叫起起始始流流化化速速度度););相相当当于于B B点点的的气气速；速； 终端速度终端速度ut(ut(速度速度) )； 相当于相当于C C点的气速点的气速 uumf uumf 为固体床为固体床 umfuut umfuut u

82、ut 稀相输送稀相输送 在在固固体体床床阶阶段段, ,粒粒子子之之间间的的空空隙隙形形成成了了许许多多曲曲曲曲弯弯弯弯的的小小通通道道。气气体体流流过过这这些些小小通通道道时时固固摩摩擦擦阻阻力力而而产产生生压压降降摩摩擦擦阻阻力力与与气气体体的的流流速速的的平平方方成成正正比比, ,固固此此气气体体流流速速越越大大, ,产产生生的的床床层压力降越大。层压力降越大。1124.7流态化基本原理流态化基本原理2、气固流态化域气固流态化域 我们把床层的不同流化状态叫流态化域。我们把床层的不同流化状态叫流态化域。 固定床固体颗粒相互紧密接触固定床固体颗粒相互紧密接触, ,呈堆积状态。呈堆积状态。 散散

83、式式流流化化床床固固体体颗颗粒粒脱脱离离接接触触, ,但但均均匀匀地地分分散散在在流流化化介介质质中中, ,床床层层界界面面比比较较清清晰晰而而稳稳定定, ,已已具具有有流流体特性。体特性。 鼓鼓泡泡流流化化床床随随着着ufuf的的增增大大, ,流流化化床床中中出出现现了了气气体体的的聚聚集集相相- -气气泡泡. .在在气气泡泡上上升升至至床床层层表表面面时时, ,气气泡泡破裂将部分形成了稀相区破裂将部分形成了稀相区, ,在床面以下则是密相区。在床面以下则是密相区。 1134.7流态化基本原理流态化基本原理 湍湍动动床床气气体体ufuf增增大大到到一一定定程程度度时时, ,由由于于气气泡泡不不

84、稳稳定定而而使使气气泡泡分分裂裂成成更更多多的的小小气气泡泡, ,床床层层内内循循环环加加剧剧, ,气气泡泡分分布布较较为为均均匀匀. .此此时时气气体体夹夹带带固固体体颗颗粒粒量量增增大大, ,使使稀稀相相区区的的固固体体浓浓度度增增大大, ,稀稀密相的界面变得模糊不清。密相的界面变得模糊不清。快快速速床床气气速速ufuf再再增增大大至至一一定定程程度度时时，气气体体夹夹带带固固体体量量已已经经达达到到饱饱和和夹夹带带量量，密密相相床床已已不不能能继继续续维维持持而而被被气气流流带带走走，此此时时必必须须靠靠一一定定的的固固体体循循环环量量来来维维持持，密密相相床床层层的的密密度度与与固固体

85、体循环量密切相关。烧焦也是此类。循环量密切相关。烧焦也是此类。输输送送床床当当气气速速增增大大至至即即便便靠靠固固体体循循环环量量也也无无法法维维持持床床层层时时，就进入气力输送状态，提升管反应器属此类。就进入气力输送状态，提升管反应器属此类。1144.7流态化基本原理流态化基本原理二、流化床的基本特征二、流化床的基本特征1 1、散式流化床、散式流化床(1)(1)、散式流化、散式流化 当当气气流流速速度度超超过过临临界界流流化化速速度度不不多多时时，流流化化 床床内内没没有有聚聚集集现现象象，固固体体颗颗粒均匀地分散在流化介质压降平稳变化。粒均匀地分散在流化介质压降平稳变化。(2)(2)聚式流

86、化聚式流化 床床层层中中固固体体颗颗粒粒不不是是以以单单个个而而是是以以集集团团进进行行运运动动，气气体体的的气气泡泡形形式式通通过过床床层层，床床层层不不是是均均匀匀的的而而是是分分为为两两相相：气气泡泡相相，主主要要是是气气泡泡，其其中中夹夹带带有有少少量量固固体体；颗颗粒粒相相，是是流流化化的的固固体体颗颗粒粒，其其间间有有接接近近于于临临界界流流化化速速度度的气体通过，它的床层界面起伏不稳，流化裂化一般属于此类。的气体通过，它的床层界面起伏不稳，流化裂化一般属于此类。（3 3） 流化床的膨胀比流化床的膨胀比 床层的流化床的体积与起始流化时的床层体积比叫膨胀比。床层的流化床的体积与起始流

87、化时的床层体积比叫膨胀比。1154.7流态化基本原理流态化基本原理2、鼓泡床的基本现象、鼓泡床的基本现象 如如果果床床层层的的直直径径足足够够大大，而而且且气气体体的的流流速速不不太太大大时时，即即器器壁壁的的影影响响和和个个气气池池的的影影响响可可以以忽忽略略不不计计，我我们们可可以以观观察察到到一一个个气气泡泡的的运运动情况。动情况。 (1) (1) 气泡的发生与形状气泡的发生与形状 气体以高速通过分布器时形成气泡。气体以高速通过分布器时形成气泡。 正常气泡的形状下图。正常气泡的形状下图。 气泡的上半部分呈半环形，气泡的尾部则有一个凹入的部分，气泡的上半部分呈半环形，气泡的尾部则有一个凹入

88、的部分，称为尾波区，体积占球形体积的称为尾波区，体积占球形体积的20-30%。尾波区夹带有固体颗粒，。尾波区夹带有固体颗粒，而气泡相对则基本不含固体颗粒。而气泡相对则基本不含固体颗粒。 气泡1164.7流态化基本原理流态化基本原理(2) 气泡运动与返混气泡运动与返混 气泡上升过程中，尾波区的压力较低，气气泡上升过程中，尾波区的压力较低，气泡周围的固体颗粒被引至尾波区并随气泡向上泡周围的固体颗粒被引至尾波区并随气泡向上运动。当尾波区夹带的固体颗粒较多时，它变运动。当尾波区夹带的固体颗粒较多时，它变得不稳定，于是上升的过程中会甩下一部分夹得不稳定，于是上升的过程中会甩下一部分夹带的颗粒，而其余的仍

89、被带上去。当气泡升至带的颗粒，而其余的仍被带上去。当气泡升至床层界面时，气泡破裂，尾波区的颗粒散落下床层界面时，气泡破裂，尾波区的颗粒散落下来。这是固体颗粒的返混。来。这是固体颗粒的返混。 1174.7流态化基本原理流态化基本原理 (3)气泡对流化和反应的影响 气气泡泡的的长长大大，使使得得气气泡泡内内的的气气体体量量增增大大，这这些些气气体体不不能能和和催催化化剂剂很很好好地地接接触触，所所以以没没有有经经过过反反应应就就离离开开床床层层，对对反反应应是是不不利利的的。下下面面我我们们看一下流化床的特殊现象。看一下流化床的特殊现象。 气节（腾涌）气节（腾涌） 在在直直径径较较小小的的流流化化

90、床床中中，有有时时气气泡泡能能长长大大到到和和床床层层直直径径大大小小一一样样，形成了一层气泡相，一层固体颗粒相，这种现象称为气节。形成了一层气泡相，一层固体颗粒相，这种现象称为气节。 在在气气节节状状态态时时，气气体体与与催催化化剂剂的的接接触触情情况况与与一一般般鼓鼓泡泡床床不不一一样样，操操作压力波动甚至会发生反应器振动。作压力波动甚至会发生反应器振动。 沟流沟流 在在大大型型鼓鼓泡泡床床中中，气气泡泡经经常常不不是是在在整整个个床床截截面面中中均均匀匀分分布布而而是是形形成成几几个个鼓鼓泡泡中中心心，气气泡泡聚聚合合后后沿沿几几条条“捷捷径径”上上升升。当当气气速速增增大大及及床床高高

91、增增加加时时，鼓鼓泡泡趋趋于于集集中中，甚甚至至几几乎乎只只集集中中与与床床层层中中央央部部分分。严严重重的的鼓鼓泡泡集集中中使使气气泡泡连连续续沿沿着着“捷捷径径”上上升升而而形形成成短短路路，这这种种现现象象叫叫沟沟流流。发发生生沟沟流时，局部床层的压降下降。显然沟流对催化裂化反应是不利的。流时，局部床层的压降下降。显然沟流对催化裂化反应是不利的。1184.7流态化基本原理流态化基本原理鼓泡床顶上的稀密相鼓泡床顶上的稀密相密相床 鼓泡床层的顶部有一个波动的界面，当气速增大时，界面起浮动的度就大，在界面以下的叫密相床。 对于催化裂化反应器和再生器，密相床层的密度随气体速度等因素而变化，一般在

92、100-150kg/m3 稀相段 密相段以上的空间叫稀相段。由于气速减小，稀相段含有固体颗粒少，密度小。 当气速较低时，稀密相的差别大，两相间的界面明显，而气速增大的则界面不明显。1194.7流态化基本原理流态化基本原理 （4 4）夹带和扬析 气体离开床层界面时，床层中的某些固体颗粒也被气体携带至稀相段，这些颗粒分为两类：一是终端速度低于表面速度，二是终端速度高于表面速度而低于气池速度。 对于终端速度大于表面速度的颗粒，由于气池的速度大于床层的表面速度，所以这些颗粒以气泡的速度抛向稀相叫带入。 A、夹带： 固体颗粒的终端速度大于表面气速，而被气泡带入稀相的叫做夹带。B、分离空间高度 随着气体离

93、开床层表面的向上运动，沿着整个容器的速度分布渐趋于均匀，当气体上升到某个高度时，气速等于表面气速，此高度称为分离空间高度分离高度与气体和固体颗粒的物性、床径、气速有关。 C、扬析 在分离空间内，被夹带出床层的固体颗粒。固体颗粒的终端速度大于表观气速，将返回到密相床。 固体颗粒的终端速度小于表观气速，将被气体带走。它们不带返回这种由气体从粗细不同的颗粒的混合物中将细粒带出床层的现象叫“扬析”。1204.7流态化基本原理流态化基本原理3 3、高速（快速）流化床、高速（快速）流化床 快速流化床与湍流床的一个重要区别在于快速床的气速已增大到必须依靠提高固体颗粒的循环量才能维持床层的密度。 催化裂化的烧

94、焦缸式再生器操作气速多在1-2M/S属于快速，在快速床阶段，气泡相转化为连续含颗粒的稀相，而连续乳化相逐渐变成由组合松散的颗粒群（等团）构成的密相。1214.7流态化基本原理流态化基本原理4 4、流化床反应器的特点、流化床反应器的特点 1、由于流化床的传热速率高和返混，床层的各部分温度均匀。2、流化床中气泡的长大、气节勾流的发生使气体与固体颗粒的接触不充分，对反应不利。对催化裂化再生器气泡的存在使气-固之间的传质速率降低，使烧焦反应过程常常表现为扩散控制而降低了烧焦速率。流化床的返混，造成催化剂在床层中的停留时间不均匀，有些催化剂没有与反应物充分接触就离开床层，有些则沉积过多的焦碳而仍停留在床

95、层里。对于反应的气体，有些未反应就离开了床层，而另一些则在裂化生成目的产物后仍滞留在床层继续进行二次反应。生成更多的气体和焦碳在再生器的返混、床层的催化剂几乎降低到与再生剂相同，气体中的有效氢浓度下降，催化剂停留时间不一样，导致烧焦效率不一样。3、流灰化使固体具有流体的性质，装卸、输送都较为灵活方便，这对需要大量固体循环反应系统是有利的。由于催化剂的热载体作用，两器没有传热构件。 4、在流化床反应器中，总有一些固体颗粒被带入稀相，进而带出反应器，故气体离开反应器前应通过旋分器回收固体颗粒。5、流化床中固体颗粒的激烈运动加剧了对设备的磨损，使催化剂的粉碎加剧。 1224.7流态化基本原理流态化基

96、本原理三、提升管中的气固流动三、提升管中的气固流动（垂直管中的稀相输送）1、提升管中各部位的作用 提升管内气-固混合物呈稀相状态同时向上流动。提升管内的气固混合物的密度大约是几千克每立方米，属于稀相输送的范畴。2、稀密相密度 通常以100kg/m3作为区分稀相输送与密相输送的界线。 3、催化剂的滑落和滑落系数 催化剂颗粒是被油气携带上去的，它的上升速度总是比气体的速度低一些，这种现象称为催化剂的滑落。 n滑落系数：气体线速uf与催化剂线速ut之比。 催化剂被加速之后，催化剂的速度应等于uf与催化剂的自由落体速度ut（也是终端速度）之差。 滑落系数公式: 滑落系数=uf/us=uf/(uf-ut

97、) 当气体的线速大于25m/S时，滑落系数几乎不再变化，其数值接近1.0，这时提升管内是平推流，返混很小，这样大大减少了二次反应。对分子筛催化剂是有利的。 1234.7流态化基本原理流态化基本原理四、催化剂的循环四、催化剂的循环 流化催化裂化两器之间有大量的催化剂循环，这是催化剂完成反应-再生和传递热量的需要，因此顺利循环也是一个重要的问题。 流化催化裂化采用密相输送的方法，在密度为400600kg/n3，称为密相输送。密相输送的两种形态： 粘滑流动 当固体颗粒向下流动时，气速较低，不足以使固体流化起来。Uo O.6-1.5m/s，可以向任意方向流动多发生在细粒的流动。这种流动叫充气流动。充气

98、流动时，气体的流速应稍高于固体颗粒的起始流化速度、粘滑流动主要粗颗粒的向下流动，充气流动主要发生在细颗粒的流动，例如催化裂化各循环管中。1244.7流态化基本原理流态化基本原理 1 1、密相输送原理密相输送原理 为了说明密相输送的原理我们做这样一个实验，实验如图： h1h2hP1P2水汽 在实际流动中，同时存在流动阻力，只有推动力阻力时，流动才可以实现。在流化床反应器中催化剂就是根据这样的原理进行输送的。1254.7流态化基本原理流态化基本原理 催化剂的休止角催化剂的休止角 在设计斜管输送时必须考虑斜管的倾斜角。如图:固体颗粒休止角和内摩擦角，由于小孔流出的固体颗粒在下面形成一个锥体，锥体斜面

99、于水平面的夹角叫休止角。当固体颗粒在倾斜角小于休止角时，固体颗粒留在上面不会落下。因此，催化剂斜管输送时必须大于休止角。工业装置斜管与垂线的夹角一般为27350。1264.8 反应再生器反应再生器一、一、提升管反应器提升管反应器 提升管的基本形式如图 催化裂化工艺1274.8 反应再生器反应再生器1、提升管反应器的结构 (1)提升管反应器预提升段：催化剂从再生斜管进入提升管的预提升段，提升段的作用就是加速催化剂，使其在进入反应器时有一定的线速和催化剂在轴相有良好的分布。原料入口：在提升管的底部预提升段的顶部，为了选择性裂化也有的装置在提升管的中部和上部设有入口。进料雾化喷嘴：使原料雾化，提高物

100、化效果，有利于原料的汽化。和反应。出口快速分离器：快速分离器的作用是使催化剂和反应产物在离开提升管反应器以后迅速地分离，防止二次反应。提升管的直径：由进料量决定。线速度: 入口处：4-7m/s；出口处: 12-18m/s提升管高度：由反应时间确定: 2-4s1284.8 反应再生器反应再生器 (2)反应沉降器 反应沉降器在提升管反应器的上部，有提升管反应器出来的反应油气进入反应沉降器进行催化剂和油气的自由沉降分离，没有沉降下来的催化剂进入设在沉降器顶部的旋风分离器进行继续进行分离。沉降器的气体线速比较低，一般为0.6-0.8m/s。 (3)汽提段 汽提段设在沉降器的下部，内部设有蒸汽管和汽提挡

101、板，作用是对从沉降器落到汽提段的催化剂用水蒸汽进行汽提，汽提出催化剂颗粒间和空隙内的油气。减少油气损失提高油品的收率，降低焦炭产率，减少再生器烧焦负荷。汽提效果受水蒸气用量和汽提段的结构影响。1294.8 反应再生器反应再生器 2、反应技术（1）高温短接触技术（2）终止剂技术（3）双提升管技术（4）选择性裂化技术1304.8 反应再生器反应再生器二、再生器二、再生器烧去催化剂表面的积碳恢复催化剂的活性，再生器的主要要技术要求:生剂含碳低(一般要求低于0.2%，甚至要求达到0.05%-0.1%)。 较高的烧焦强度:100-250 kg/t.h 催化剂减活与磨损条件比较缓和。易于操作，能耗和投资少

102、。能满足环境要求。1314.8 反应再生器反应再生器 1 1、再生的形式、再生的形式三种再生组合形式的再生条件和效果催化裂化工艺1324.8 反应再生器反应再生器常规再生助燃剂再生高温再生CO2/ CO(体积)11.33-200200-300烧碳强度kg/h8010080120100120再剂含碳量0.15-0.20.1-0.20.05-0.1单器再生 1334.8 反应再生器反应再生器 两段再生单器再生两器再生不取热两器再生带取热两器逆流再生CO2/ CO(体积)1.5-2002-2.52-1503-5烧碳强度kg/h150-20080-12080-12060-80再剂含碳量0.05-0.1

103、0.03-0.050.03-0.10.03-0.051344.8 反应再生器反应再生器前置烧焦罐后置烧焦罐烧焦罐湍流床串连CO2/ CO(体积)502003-20050200烧碳强度kg/h150300200250200350再剂含碳量0.05-0.20.05-0.20.05-0.1快速床再生 1354.8 反应再生器反应再生器 2、再生器结构国内最大的直径达16.8米。上段稀相段，下部为密相段。密相段的有效藏量：由烧碳负荷及烧碳强度决定。有效藏量：是指处于烧碳环境中的藏量。密相区的直径：由空塔气速决定：采用较低气速时为: 0.8-1.0 m/s采用较高气速时为: 1.0-1.5 m/s密相区

104、的床层高度一般为: 5-7米。稀相区：要求气速不能太高。对于堆积密度较小的: 0.6-0.7 m/s对于堆积密度较大的: 0.8-0.9 m/s从密相区至一级旋风分离器入口之问的空间高度应大于TDH(分离空间高度)。再生器内装有两级串联的旋风分离器。回收固体颗粒的回收率为99.9%。下部装有空气分布器:使空气沿整个床层均勺分布。有碟形与分布管形两种。1364.9 再一反系统的工艺计算再一反系统的工艺计算(设计设计) 计算的主要内容：再生器的物料平衡，决定空气流率与烟气流率。再生器烧焦计算，决定催化剂藏量。再生器热平衡，决定催化剂循环量。反应器物料平衡、热平衡，决定原料预热温度，结合再生器热平衡决定燃烧油量或取热设施。再生器设备工艺计算:包括壳体、旋风分离器、分布管(板)、淹流管、辅助燃烧室、滑阀、稀相喷水等。反应器设备工艺计算，包括气提段和进料喷嘴的设计计算。两器压力平衡，包括催化剂输送管路。其它细节，如松动点的布置、限流孔板的设计等。137