100万吨/年大型催化裂解装置反再系统工艺设计
吴宝林1,吴 迪2,易文涛3
(1.长江大学电子信息学院,湖北荆州 434023;2.长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州 434023;
3.中国石油塔里木油田公司塔西南勘探开发公司,新疆泽普 844800)
摘 要:工业催化裂化装置从技术发展的角度来说,最基本的是反应—再生形式和催化剂性能两个方面的发展。催化裂化装置一般由三个部分组成,即:反应—再生系统,分馏系统,吸收稳定系统。先后经历了固定床催化裂化、移动床催化裂化和流化床催化裂化。60年代出现了分子筛催化剂,由于它具有活性高、选择性和稳定好,占据主导地位的流化床反应器又发展为提升管反应器。同时还促进了再生技术的发展。陆续出现了两段再生、高效再生和完全再生等新技术。本设计结合当今世界的新工艺,新设备。在反应器、再生器、旋风分离器和提升管等设备方面都有很详细的大量计算。在工艺技术方面到达了装置技术先进,经济合理。
关键词:催化裂化;移动床;流化床;提升管;分子筛催化剂
前言
随着石油化学工业的快速发展,我国丙烯产量大幅增长。2001年我国丙烯产量为4.75Mt,2002年达到5.32Mt,2003年则达到5.93M t,年增长率达到12%左右。丙烯表观消费量为7.92Mt左右,而2010年丙烯表观消费量将达到10.49Mt,2005-2010年年均增长率为5.8%。丙烯平衡存在大量缺口,大力发展我国的丙烯生产技术具有很重要的现实意义。
目前丙烯的生产主要依靠蒸汽裂解和催化裂化的副产,全球丙烯产量中70%来源于蒸汽裂解, 28%来源于催化裂化和2%来源于丙烷脱氢等技术。在我国,催化裂化生产的丙烯占总产量的比例为39%左右,而蒸汽裂解生产的丙烯占总产量的比例约为61%。由于我国原油偏重,轻烃和石脑油资源贫乏,而催化裂化生产丙烯技术具有原料重质化、产品中丙烯/乙烯比值高以及生产成本低的优点,因此发展多产丙烯的催化裂化技术是适合我国国情的一条丙烯生产技术路线。
1 设计原则
1.1 工程设计采用国内开发的先进可靠的工艺技术,成熟可靠的新设备、新材料等,以达到装置技术先进,经济合理。
1.2 采用美国霍尼韦尔(HONEY WELL)公司的集散型控制系统(DCS),提高自动控制水平。
1.3 除少量关键仪表及特殊设备需引进外,其它设备及仪表立足国内。
1.4 尽量采用“清洁工艺”减少环境污染。严格遵循环保、安全、卫生有关法规,确保装置的安全生产。
1.5 充分吸收国内生产装置长期实践积累的有利于长周期运转,降低能耗以及简化操作等方面的经验,确保装置投产后高水平,安、稳、长、满、优生产。2 装置概况
2.1 装置规模
设计公称能力为100×10t/a。
2.2 装置开工时数
装置物料平衡按年开工时数8000小时考虑。
2.3 原料油
设计采用的原料油为鲁宁蜡油掺炼15%减压渣油。
2.4 产品方案
最大量生产异构烯烃,多产异丁烯和异戊烯。
2.5 催化剂及助剂
采用CIP催化剂,同时考虑采用金属钝化剂及
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2007年第5期 内蒙古石油化工
收稿日期:2006-11-12
作者简介:吴宝林(1984-),男,湖北黄冈人,本科,研究方向:化工仪器设计与电子信息技术2003级6班。
CO助燃剂。
2.6 设计内容和范围
本装置为反应再生部分,包括反应器、再生器、沉降器、旋风分离器等部分。
3 设计基础数据
3.1 混合油组成
本设计的混合原料油组成如表1。
表1物料平衡数据
项 目质量百分含量入方鲁宁管输油,%85.00
江汉减压渣油,%15.00
合 计100
出方干 气 4.86
液化气32.98
稳定汽油37.85
轻柴油14.53
油浆2
焦碳7.28
损失0.5
合 计100.00
4 反应——再生系统工艺计算
DCC-Ⅱ工艺的反应热包含了各种类型热效应。催化裂化的主反应是裂化、异构化、氢转移、副反应是环化和缩合。过程很复杂,有些问题尚不能仅靠理论计算来解决。即使有些计算可以依靠某些计算方法,但是仍然要十分重视用实际生产数据来比较、检验计算结果。
5 反应部分工艺技术方案及特点
吸收国内外同类生产装置积累的经验,并结合本装置具体特点,为进一步改善产品分布,提高轻油产率、降低干气及焦炭产率,在提升管反应系统设计中采用以下一系列措施〔14〕。
5.1 设置予提升段,提升介质为自产干气和蒸汽。予提升段的目的在于催化剂整流,使催化剂和油气保持均匀接触。
5.2 采用高效雾化喷嘴BWJ,改善雾化效果,提高轻质油收率,减少干气及焦炭产率。
5.3 提升管中上部设有注反应终止剂措施。为了抑制氢转移等二次反应及减少热裂化反应,在提升管中上部设置反应终止剂注入点,以增加操作的灵活性及适应性。5.4 提升管出口快分技术。提升管出口采用粗旋加单旋并采用近似直联技术,使催化剂与反应油气迅速分离,力求减少油气在高温区的停留时间,从而减少干气的产生。
5.5 采用两段汽提
提高汽提效果对降低再生器的烧焦负荷和减轻催化剂水热失活有很大好处,本次设计采用两段汽提,以改善汽提蒸汽与待生催化剂的接触,提高汽提效果。同时设计采用较长的催化剂停留时间和较高的汽提温度,均有助于提高汽提效果。
采取上述措施使得催化剂在从进入提升管至离开沉降器汽提段的整个过程中均处于良好状态。通过予提升段尽可能地使催化剂流动均匀。采用高效雾化喷嘴使催化剂与良好雾化并均匀分布的原料油雾滴接触,达到瞬间汽化、反应的目的。使用终止剂技术及减少二次反应的措施可以减少裂化反应及热裂化反应,使反应油气在高温区的停留时间尽可能缩短。加之完善的汽提措施,从而达到提高轻质油收率,降低干气、焦炭产率的目的。
6 小结
由于时间的关系,对于催化裂化装置的反再系统只有初步的了解。在本次设计中参考了大量的文献资料。从近十年的发展情况来看,在目前和今后一段时期内,催化裂化技术将会围绕以下几个主要反面继续发展:
加工重质原料。传统的催化裂化原料主要是减压馏分油。由于对轻质油的需求不断增长以及原油价格的提高,利用催化裂化技术加工重质原料油如常压重油、脱沥青残渣油等可以得到较大的经济效益。如何解决在加工重质原料油时焦碳产率高、重金属污染催化剂严重等问题,是催化裂化催化剂和工艺技术发展中的一个重要方向。
降低能耗。催化裂化装置的能耗较大,降低能耗的潜力也较大。降低能耗的主要方向是降低焦碳产率、充分利用再生烟气中CO的燃烧热以及发展再生烟气热能利用技术等。
减少环境污染。催化裂化装置的主要污染源是再生烟气中的粉尘CO、SO
2和NO x。随着环境保护立法日趋严格,消除污染的问题也日益显得重要。
过程模拟和计算机应用。为了正确设计、预测以及用计算机优化控制,都需要有正确的模拟催化裂化过程的数学模型。由于催化裂化过程的复杂性,在这方面还有许多需要研究和开发的技术。
10内蒙古石油化工 2007年第5期
