石油炼制工程讲义催化裂化

①对于全混床反应器，第一段出口的半再生剂的含碳量 高于再生剂的含碳量，从而提高了烧碳速率；
②在第二段再生时可以用新鲜空气和更高的温度，提高 了烧碳速率；
③第二段内的水气分压可以很低，减轻了催化剂的水热 老化；且第二段的催化剂藏量比单段再生器的催化剂藏量低， 停留时间较短。因此，第二段可采用较高的再生温度。
催化裂化工艺流程与设备
石油炼制工艺的目的可概括为： ①提高原油加工深度，得到更多数量的轻质油产品； ②增加品种，提高产品质量。 催化裂化是炼油工业中最重要的一种二次加工工艺，是重 油轻质化和改质的重要手段之一，已成为当今石油炼制的核心
工艺之一。
工艺流程
• 一：反应—再生系统 • 二：分馏系统 • 三：吸收稳定系统 • 四：能量回收系统
100~125mm厚的隔热耐磨衬里。
➢ 伸到汽提段、沉降器内的部分只设耐磨衬里。 ➢ 提升管的上端出口处设有气-固快速分离机构，用于使催化剂与油气快
速分离以及抑制反应的继续进行
➢ 快速分离机构的形式有多种多样，比较简单的有伞帽形、T字形的构件
，现在用得比较多的是初级旋风分离器
沉降器
• 沉降器的作用是使来自
分馏系统
• 分馏系统的作用是将反应¾ 再生系统的产物进行分离，得
到部分产品和半成品。 由反应¾ 再生系统来的高温油气进 入催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进入分 馏段，经分馏后 得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、 回炼油和油浆。富气和粗汽油去吸收稳定系统；轻、重柴 油经汽提、换 热或冷却后出装置，回炼油返回反应–– 再生系统进行回炼。油浆的一部分送反应再生系统回炼， 另一部分经 换热后循环回分馏塔。为了取走分馏塔的过 剩热量以使塔内气、液相负荷分布均匀，在塔的不同位置 分别设有4 个循环回流：顶循环回流，一中段回流、二中 段回流和油浆循环回流。

及典型故障分析 ▪ 第六节 反应—再生系统主要工艺计算简介 ▪ 本章小结
第一节 催化裂化化学反应原理
▪ 一、单体烃催化裂化的化学反应 ▪ （一）烷烃
▪ 烷烃主要发生分解反应，分解成较小分子的烷烃和烯烃， 烷烃分解时多从中间的C—C键处断裂，分子越大越容易 断裂
▪ （二）烯烃
▪ 烯烃的主要反应也是分解反应，但还有一些其它重要反应， 主要反应有：
（二）三阀
▪ 1．单动滑阀
单动滑阀用于床层反应器催化裂化和高低并列式提升管催化裂化装置。 其作用是：正常操作时用来调节催化剂在两器间的循环量，出现重大事 故时用以切断再生器与反应沉降器之间的联系，以防造成更大事故。
▪ 2．双动滑阀
双动滑阀是一种两块阀板双向动作的超灵敏调节阀，安装 在再生器出口管线上（烟囱），其作用是调节再生器的压 力，使之与反应沉降器保持一定的压差。
径或筛分组成。工业用微球催化剂颗粒直径一般在20～80之间。 ▪ 我国用磨损指数来评价微球催化剂的机械强度 ▪ （六）密度 ▪ 1．真实密度：颗粒的质量与骨架实体所占体积之比 ▪ 2．颗粒密度：把微孔体积计算在内的单个颗粒的密度 ▪ 3．堆积密度 ：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒间的孔隙体积的密
度
三、裂化催化剂的失活与再生
▪ 综合上述两个排列顺序可知，芳烃虽然吸附能力强，但反应能力弱，使 整个石油馏分的反应速度变慢 ；对于烷烃，虽然反应速度快，但吸附 能力弱，从而对原料反应的总效应不利。富含环烷烃的石油馏分应是催 化裂化的理想原料
（二）石油馏分的催化裂化反应是复杂的平 行—顺序反应
▪ 石油馏分进行催化裂化反应时，原料向几个方向进行反应， 中间产物又可继续反应，从反应工程观点来看，这种反应 属于平行—顺序反应。原料油可直接裂化为汽油或气体， 属于一次反应，汽油又可进一步裂化生成气体，这就是二 次反应。平行—顺序反应的一个重要特点是反应深度对产 品产率分布有重大影响。

2）烯烃 ： 分解反应、异构化反应、氢 转移反应、芳构化反应
3）环烷烃：分解反应、异构化反应、氢转 移反应
4）芳香烃：脱烷基反应、侧链异构化（3 个C以上）、多环缩合反应
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3.2 化学反应的特点
1）烷烃断键在正构中间，异构在叔C原 子的ß键。
2）烯烃很活波，反应速率快，催化主要 反应。
（1）经过半个多世纪的发展，工艺技术已非常 成熟 （2）能最大量生产高RON汽油组分与低碳烯烃 （3）原料适应性较广（从VGO、CGO、DAO到AR、 VR）
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（4） 反应转化深度较高，轻油及LPG收率较高 （5）装置压力等级不高，操作条件相对缓和， 投资较省 (相对加氢裂化)
（6）LPG中含有大量低分子烯烃，利用价值非 常高，能生产出高附加值产品
3 ）焦炭 焦炭产率5－10％。 焦炭分为：催化碳、附加焦碳、可汽提焦、污染
焦
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2.2.2 催化裂化原料和产品特点
原料
products dry gas LPG gasoline LCO
LCO
m% H%
C1~C2 Light cycle
oil
轻<5循环油19，~2即3 催化柴油
C3~C4
分解反应速率2倍烷烃，规律与烷烃相 似，
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异构有骨架异构、双键位移异构、几何 异构三种。
氢转移造成汽油饱和和催化剂失活。氢 转移反应比分解反应慢的多。低温高活 性有利于氢转移反应，高温相对抑止氢 转移，生产高辛烷值汽油。
芳构化主要是脱氢形成。
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3）环烷烃断键成烯烃和断侧链叔C原子的ß键， 速率较快。氢转移生成大环和芳烃。

馏分油FCC： 减压馏分油 原料
350～500℃， 焦化馏分油 含芳较多，较难 （焦化汽、柴油） 裂化，不单独使用 C20～C36 含芳更多，更难 溶剂精制抽出 裂化，只能掺兑用 油
第9章 催化裂化
4、催化裂化的原料
类别 重油FCC： 原料来源 常压重油 减压渣油 特点 最重的部分，除 了多环、稠环芳 烃外，含有胶质 与沥青质，必须 使用专门的催化 剂与相应的工艺 设备与条件。
1960
第一套移动床 FCC 第一套流化床 FCC 1930 第一套固定床 FCC 2000
第9章 催化裂化
7、 FCC技术的发展方向 发展重残渣油的FCC技术，拓宽原料来源。
调整产品结构及产品质量 催化剂的发展 （加工重质油，具备专门特性的） 降低能耗 减少环境污染
过程模拟和计算机应用
脱氢
环烷烃
裂化 脱氢
芳烃＋H2
断侧链
芳环＋烷烃或烯烃（反应同上） 非常困难，只有个别特殊结构的芳烃可裂化 结焦或复杂环芳烃
芳香烃
开环裂化 脱氢
第9章 催化裂化
FCC反应——第一要点
主要反应——分解反应。
特有反应——氢转移反应；
FCC其它反应包括：异构化反应，芳构化 反应，缩合生焦反应。
第9章 催化裂化
第9章 催化裂化
FCC反应热：
强吸热反应——分解、脱氢、环化反应； 弱放热反应——异构化、氢转移及缩合反应。
热效应的计算：
以新鲜原料为基准：300-500 KJ/kg新鲜原料； （P330表9-5）
以反应产物——生成的（汽油+气体）量为基准； （P330，图9-5 ） 以反应生成的焦炭中的碳（催化碳 ）为基准

再生立管有足够压头，就得让再生器高出反应器很多。
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第一节 概述
三、催化裂化工艺发展
■ 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。
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？
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第一节 概述
二、催化裂化产生背景
■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。
■所以1925年就大规模使用四乙基铅。 1965年热裂化装置(延长)
四乙基铅分子式
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。
缺点：设备复杂
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第一节 概述
三、催化裂化工艺发展 ■ 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
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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(Fluidized catalytic cracking)发展.
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。
解读一下英文课程名称？
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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

贵金属，以Al2O3或SiO
2-Al2O3作为载体。
三、催化裂化催化剂的使用性能 （一）活性 1.微反活性法：在微型固定式流化床反应器，所得反应
产物中的(<204℃的汽油+气体+焦炭)质量占总进料量 的百分数即为该催化剂的微反活性(MA) 微反活性只是一种相对比较的评价指标，它并不能完全 反映实际生产的情况。 2.平衡活性的高低取决于催化剂的稳定性新鲜催化剂 的补充量
PI>750污染催化剂 PI>900严重污染
（五）流动性能和抗磨性能
催化剂粒度一般要求在20～80μm之间 催化剂粒度>80μm
，催化剂的流动性变差，对设备的 磨损较大。
适当的细粉(<40μm)含量可以改善流化质量，细粉在 粗颗粒之间起了润滑作用，改善了催化剂流化性能；
采用“磨损指数”来评价微球催化剂的机械强度； 通常要求微球催化剂磨损指数≯3%~5%。
工业上使用的钝化剂主要有锑型、铋型和锡型三类； 锑型和铋型主要是钝镍，而锡型主要是钝钒。目前使用比 较广泛的是锑型钝化剂； 钝化剂的加入量一般认为以催化剂上的锑/镍比为0.3～1.0 为宜。
3． CO助燃剂
CO助燃剂的作用是促进烟气中的CO氧化成CO2；
目前广泛使用的助燃剂的活性组分主要是铂、钯等
在反应—再生过程中，裂化催化剂的活性和选择性不 断下降，此现象称为催化剂的失活。 1．水热失活 表面结构发生变化，比表面积减小、孔容减小、分子 筛的晶体结构破坏。
2． 结焦失活
催化裂化反应生成的焦炭沉积在催化剂的表面上，覆盖催 化剂表面的活性中心，使催化剂的活性和选择性下降； 结焦失活的程度与催化裂化反应的生焦速率密切相关。
石油炼制技术
催化裂化

石油炼制过程中的催化裂化技术石油作为一种重要的能源资源，在现代工业生产中发挥着重要作用。

然而，原始的石油资源并不直接适用于工业生产，需要经过炼制过程才能得到各种对我们有价值的产品，如汽油、柴油、航空燃料等。

催化裂化技术作为石油炼制中的重要工艺之一，对于提高石油利用率、改善产品质量具有重要意义。

一、催化裂化技术的作用催化裂化技术是指通过催化剂的作用，将大分子石油组分裂解成小分子烃化合物的过程。

在传统炼油工艺中，原油经过蒸馏处理后得到的馏分中，还含有大量的重油和杂质。

这些重油在石油炼制过程中无法直接利用，需要经过催化裂化技术将其裂解成较小分子的轻质油品。

催化裂化技术可以有效提高石油资源的利用率，同时还能改善产品质量。

二、催化裂化技术的原理催化裂化技术的原理基于化学反应中的催化作用以及裂化作用。

催化剂是催化裂化过程中的关键因素，通过调整催化剂的配方和结构，可以控制反应的速率和选择性。

催化裂化过程中，大分子石油组分吸附到催化剂表面，随后经过热裂化作用被裂解成小分子烃化合物。

裂化产物进一步在催化剂的作用下重组成为更加有价值的轻质油品。

三、催化裂化技术的应用催化裂化技术在炼油行业中广泛应用，可以生产出各种油品，如汽油、柴油、液化石油气等。

其中，汽油是对车辆工作性能具有重要影响的燃料，通过催化裂化技术可以有效提高汽油的辛烷值和溢价性能，使得汽车动力性能得到提升。

另外，柴油在农业机械和工程机械中的应用也十分广泛，催化裂化技术可以调整柴油的凝点、减少硫含量，提高其性能。

四、催化裂化技术的发展趋势目前，随着能源需求的增长和环境污染问题的日益凸显，催化裂化技术也在不断发展与完善。

一方面，炼油企业致力于研究更加高效的催化剂和工艺，以提高产品收率和质量；另一方面，催化裂化技术逐渐向更深度和多功能的方向发展，尽可能获取更多高附加值的产品。

此外，随着环保意识的增强，绿色低碳的催化裂化技术也备受关注，以降低碳排放和污染物产生。

催化剂与原料比例
催化剂与原料的比例影响催化反 应的速率、选择性和裂化产物的 产率。
设备与工艺流程
反应器设计
催化裂化反应器的设计应考虑热力学、动力学和工艺流程等因素，以实现高效的裂化反应。
分离装置
分离装置对裂化反应产物的分离和提纯起到重要作用，包括分馏塔、冷凝器等设备。
废气处理
催化裂化过程中产生大量废气，需经过净化设备处理，以减少对环境的影响。
催化裂化催化剂按组成和形态可以分为 多种类型，如酸性催化剂和热稳定剂等。
剂量优化
通过调整催化剂的添加量和用量，优化 催化剂的使用效果，提高催化裂化的产 物选择性和产率。
工艺参数的影响因素
温度
温度的控制对裂化反应的转化率 和产物分布具有重要影响。
压力
压力的调节对裂解反应的平衡、 催化剂填充和产物选择性等方面 起到关键作用。
2 裂化反应
催化裂化是一种将重质石油烃转化为轻质石油烃的技术，通过裂解长链分子，产生更多 的汽油和其他高附加值产品。
3 影响因素
催化裂化的效果受到催化剂选择、工艺参数、设备设计等多个因素的影响。
原理与反应机理
裂化原理
催化裂化是通过催化剂引发的 裂化反应，将长链石油分子分 解为短链石油产品。
反应机理
《催化裂化浅析》PPT课 件
本课件将从催化裂化的简介、原理与反应机理、催化剂的选择与优化、工艺 参数的影响因素、设备与工艺流程、催化裂化的应用与发展等方面进行深入 剖析，最后总结与展望。
催化裂化的简介
1 历史&发展
催化裂化是炼油行业中一项重要的工艺，经过多年的发展与改进，已成为炼油生产中不 可或缺的环节。
裂化过程中，催化剂与石油分 子发生物理和化学相互作用， 导致分子断裂和重排，生成轻 质石油产品。

催化裂化讲义单位：姓名：目录1.催化裂化基本知识 (1)1.1基本催化裂化工艺 (1)1.2装置主要指标 (1)1.3产品质量控制 (3)1.4各种基本计算 (5)2.中油催化装置基本情况 (6)2.1平面布置 (6)2.2主要设备型号 (9)2.3主要控制回路 (11)2.4三大平衡 (14)3.自动保护系统（ESD） (15)4.基本开停工过程 (19)4.1开工步骤 (19)4.2停工步骤 (19)5.基本事故处理 (19)5.1紧急停工的条件： (19)5.2紧急停电 (20)5.3全厂性停电： (21)5.4仪表电全停时装置应急处理方案 (22)5.5火灾事故 (22)5.6增压机自停事故处理预案 (22)1.催化裂化基本知识1.1基本催化裂化工艺FCC（流化催化裂化）的各种工艺，基本上没有多大的区别，较大的区别在产品分布，从而对各部分的设计产生影响。

以重质油为原料多产丙烯的催化裂解技术(DCC)、多产液化气和汽油的催化裂化技术(MGG和ARGG)、多产异构烯烃的催化裂化技术(MIO)、多产丙烯和乙烯的催化热裂解技术(CPP)，全大庆减压渣油催化裂化工艺(VRFCC)，焦化蜡油吸附转化DNCC催化裂化技术。

MIP 多产异构烷烃DCC 深度催化裂化MGD 最大量生产液化气和柴油工艺FDFCC 灵活双效催化裂化MSR（Multi Stage Reaction）多段提升管MSR-PL 最大量丙稀、液化气MSR-LG 最大量液化气、汽油MSR-DG 最大量柴油、汽油MSR-OLD 最大量降低汽油稀烃催化裂化装置主要任务是将常压重油（渣油、蜡油）等经过反应生成高辛烷值汽油、轻柴油、液化石油气、干气、油浆，并将生成的焦炭在再生器燃烧，产生蒸汽，另外还提供近100℃的低温热源。

1.2装置主要指标1.加工能力同类装置，相同条件下（装置类型、原料和催化剂性质、加工工艺、生产方案等）一般加工量越大，综合能耗越低。

① 移动床催化裂化 ② 流化床催化裂化 3．分子筛催化剂和提升管催化裂化
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炼油工艺学
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炼油工艺学
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催化裂化技术今后的发展方向： ① 加工重质原料 ② 降低能耗 ③ 减少环境污染 ④ 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
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脱碳（溶剂脱沥青、催化裂化、焦炭化等）
加氢（加氢裂化）
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一、催化裂化的原料和产品
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 催化裂化是提高原油加工深度、增加轻质油收率的重要 手段 催化裂化于1936年实现工业化 催化裂化原料：重质馏分油(减压馏分油、焦化馏分油)、 常压重油、减渣(掺一部分馏分油)、脱沥青油
炼油工艺学
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三、工艺流程概述
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
1．反应—再生系统
高低并列式提升管催化裂化装置的工艺流程
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反应温度
490～510 ℃ 2 ～3s
600～750 ℃
200～300 ℃
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同高并列式
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炼油工艺学
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谢谢！
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炼油工艺学
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二、催化裂化的发展过程

课程：石油炼制运行与操控 知识点：催化裂化的化学反应类型
催化裂化过程
催化裂化过程是将原料在适宜的操作条件下，通过催化剂的 作用转化成各种产品，而每种产品的数量和质量则决定于组 成原料的各类烃在催化剂上所进行的化学反应。
引入
如何控制生产达到 高高产优优质质？
了解催化裂化 反应的实质 、特特点点 及 催化裂化反应的有关 影影响响因因素素 。
C
C H
CH3
H3C
Ⅱ.分子中的双键向中间方向移动
CH2
C （能够提高辛烷值）
CH3
Ⅲ.烯烃空间结构的变化
H3C HC
CH3 CH
H
H3C
C
C H
CH3
正构烷烃
裂化
烷烃
裂
异构烷烃
化 原
烯烃
料
环烷烃
裂化
烯烃
油 的
异构化
异构 烯烃
组
成
芳香烃
芳香烃
三、氢转移反应
氢转移反应
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。
裂 化
正构烷烃 异构烷烃
裂化
烷烃
原
料
油
环烷烃
烯烃
的
பைடு நூலகம்
组
成
芳香烃
一、裂化反应
(1)烷烃裂化反应
烷烃主要发生裂化反应，例如：
H2
H2
H2
C
C
C
H3C
C H2
C H2
CH3
C16HH33C4
C H2
+ H2
CC8CHH13 6
H C
CH83HC 18
CH2
生成小分子的烷烃和烯烃，生成的烷烃还可以进一步裂化成更小的分子。