6.4 催化裂化在线视频

同学们大家好

今天我们一起来学习

催化裂化相关的知识内容

催化裂化是石油二次加工的

主要方法之一

它是指在高温和催化剂的作用下

使重质油发生裂化反应

转变为裂化气 汽油和柴油等的过程

主要反应有分解 异构化

氢转移 芳构化 缩合 生焦等

与热裂化相比

其轻质油产率高

汽油辛烷值高

柴油安定性较好

并副产富含烯烃的液化气

因此 催化裂化是石油加工的主要方法之一

那么首先我们来学习

催化裂化的相关化学反应

催化裂化的化学反应主要有三个特点

第一

催化裂化是与延迟焦化并行的

重油加工方法

主要反应与延迟焦化差不多

但由于催化裂化有催化剂存在

反应选择性好

轻质油收率高

汽油安定性好

辛烷值高

催化裂化过程进行时

一方面通过裂化反应生成气体

汽油等较小分子产物

另一方面同时发生缩合反应生成焦炭

这些焦炭会沉积在催化剂表面

使其活性下降

因此

经过一段时间反应后

必须除去沉积在催化剂表面的焦炭

以恢复催化剂的活性

我们将这个过程称之为再生过程

第三

再生反应为放热反应

而裂化反应为吸热反应

所以反应装置必须处理好这一矛盾

那么

在催化剂表面发生的化学反应

都有哪些特点呢

首先

催化裂化反应属于

气-固相非均相催化反应

反应物首先从油气流扩散到催化剂表面

并且吸附在催化剂表面

然后在催化剂作用下进行化学反应

生成的化学产物先是从催化剂表面脱附

再扩散至油气流中

导出反应器

因此

烃类进行催化裂化反应的先决条件

是反应物在催化剂表面的吸附能力

根据烃类吸附能力的强弱

我们可以大致将顺序分为以下

从以上规律我们可以总结

同类烃分子量越大越容易吸附

根据反应速度又可以将顺序大致分为以下

显然

上述两个排列是有明显差异的

比较突出的是稠环芳香烃

它的吸附能力强但反应速度慢

因此

当原料中含此类物质较多时

他们就占据了催化剂表面的活性中心

但他们的反应速度慢且不容易脱附

于是就会降低其他烃类

在催化剂表面吸附和反应的概率

从而使整个催化裂化过程效率降低

需要注意的是

催化裂化反应往往都是平行连串反应

它是指反应产物同时可以进一步反应

而生成其他产物的反应

其主要特征是随着反应的进行

中间产物浓度逐渐增大

达到极大值后又逐渐减少

由图我们可以看到

在催化裂化反应中

重质石油馏分就是通过平行连串反应

生成了不同产物

还需要注意的是

反应深度 即裂化后反应进行的程度

对产品分率分配影响较大

因此必须适当控制反应深度

在反应种类方面

裂化反应为催化裂化中发生的主反应

例如饱和的碳七裂化为碳三和碳四

那么发生裂化反应的速率顺序一般为

叔碳＞仲碳＞伯碳

在发生裂化反应的同时

往往还伴随着其他反应

例如异构化反应

氢转移反应

芳构化反应

叠合反应和烷基化反应

接下来

我们再来介绍一下催化裂化中

使用的催化剂类型

催化裂化反应用催化剂主要有两大类

它们是无定形硅酸铝和结晶型硅铝酸盐

后者又称为分子筛

无定型硅酸铝是用硅酸钠

和硫酸铝溶液

按一定比例配合生成凝胶

再经水洗 过滤 成型 干燥

活化等步骤制成合成硅酸铝催化剂

它的主要成份

SiO2和Al2O3 还带有少量的MgO.Na2O

而目前大多是催化裂化反应则使用分子筛

也就是结晶型硅铝酸盐作为反应催化剂

这种催化剂是一种

立方型晶格结构的硅铝酸盐

通常用硅酸钠和偏铝酸钠

在强碱性水溶液中合成晶体得到

它的主要成份

是金属氧化物 氧化硅 氧化铝和水

晶体结构具有整齐均匀的孔隙

孔隙大小为分子尺寸级

分子筛的化学组成可用如下通式来表示

不同类型的分子筛主要是硅铝比不同

结合的金属离子不同

人工合成的分子筛

还需进一步用离子置换法

得到各种类型活性分子筛

如H-Y型

Re-Y型和 Re-H-Y型

应用最多的是用稀土元素置换

得到的Re-Y型催化剂

其活性很高

通常比硅酸铝催化剂高出百倍

那么分子筛催化剂的优点在于

裂化活性高

氢转移活性高

选择性好

稳定性好

抗重金属能力强

同时 它也有一定的缺点

那就是它允许含C量很低

大约在0.2%左右

而含C量每增加0.1%

其转化率就会降低3~4%

催化剂的性质主要是从

它的物理性质和催化性质来考察

物理性质一般包括

密度 孔隙率 比表面积 孔径等

催化性质则包括

活性 稳定性 选择性等

催化剂在使用过程中一定要注意避免

它的中毒和污染

例如

碱 硫 氮都可使催化剂中毒

焦炭也可使催化剂中毒

但可烧焦后恢复

催化剂的重金属污染主要是

由镍等在催化剂表面沉积而引起

它们降低了催化剂选择性

对其活性影响不大

防止催化剂中毒和污染的措施

一般是用抗污染的分子筛

或者除去原料油中的硫和重金属

好了 了解了催化剂相关知识

我们接下来对催化裂化操作因素

进行一个简单的分析

在分析之前

我们首先需要学习几个基本概念

第一 回炼比

它是指循环油 回炼油与新鲜原料油之比

第二 藏量

它是指反应器内经常保持的催化剂量

第三 空间速度

一般用V0来表示

它是指单位时间内原料量与催化剂藏量之比

常以空速的倒数来表示时间

那么 还有一个概念称之为

催化剂的对油比 或者说剂油比

它是指催化剂循环量与总进料量之比

记为C/O

它反映了反应时

与原料油接触的催化剂的活性

最后一个概念称为强度系数

我们把它定义为以下式子

该值保持不变时 转化率基本不变

C/O提高使催化剂活性提高

但V0上升 反应时间缩短 反应减少

强度系数越大 转化率越高

了解了以上几个基本概念后

我们来看一下操作因素分析

首先对于原料油

我们往往希望环烷烃含量越多越好

因为这时吸附力强 反应快 选择性好

气体和汽油产率高 焦炭少

另一方面

含重金属应尽可能少

以减少对催化剂的污染

其次

对于反应温度

我们知道

当温度上升时

反应速度加快

转化率上升

那么需要注意的是

这里的转化率不是平衡转化率

因此

在460~470℃左右较低温度时

高回炼比可得较多柴油

而在500~530 ℃较高温度时

低回炼比操作时可以得到较多的汽油

温度更高

可多得气体

因此可以根据油品需要

调节温度来调节产品的结构

另一方面

对于反应压力

提高压力相当于延长反应时间

可提高转化率

但这时焦炭生成更多

汽油产率略降

通常压力为017+-0.02MPa

提升管催化裂化可提高压力到

0.2~0.3MPa

其他一些我们需要了解的参数

例如

反应时间常为2~4 秒

提高对油比

可以减少积炭量

增加活性

可提高转化率

回炼比越大

转化率会下降

处理能力也会下降

但反应条件温和

单程转化率低

二次反应少

汽油和轻质油的总产率会提高

接下来我们再来一起学习

催化裂化的工艺流程

催化裂化工艺流程一般由反应-再生系统

分馏系统和吸收稳定系统 三部分组成

首先

流化床催化裂化使用无定形硅酸铝催化剂

普遍采用反应－再生型＋吸收稳定系统

催化剂循环采用密相输送方式

反应－再生系统和吸收稳定系统流程

如图7.8 7.9所示

那我们再来介绍一下反应－再生系统过程

原料油进入设备后首先经过加热雾化

再通过反应器提升管输送进入反应器床层

在这里原料油与催化剂充分接触进行

催化裂化反应

反应之后通过旋风分离器分离进入分馏塔

再进一步实现各组分的分离

当催化裂化进行一定程度后

积炭催化剂下降到汽提段

然后通过汽提吸附催化剂表面的油

催化剂再通过U形管

在增压风作用下进入再生器再生

催化剂在再生器内烧去积炭

进入溢流管 U形管

最后回到反应器中循环使用

我们注意到

在催化裂化工艺中还有一个分馏系统

在分馏系统中

从反应器出来的裂化气体进入分馏塔底部

经分馏后可得气体 汽油 轻柴油 重柴油

最后剩下重油渣

过程与前面原料精馏相似

需要注意的是

油浆往往循使用以尽可能提高利用率

在催化裂化工艺中还涉及到吸收稳定系统

它的作用是

将粗油品变成稳定实用的产品

例如

粗油品经过吸收解吸塔时

用稳定汽油吸收C3 C4组分

得到贫气 再进入柴油吸收塔

得到干气

另一方面

次油品经过稳定塔后

我们能得到稳定的油品

吸收-稳定系统操作压力一般为

1.0~2.0MPa

主要设备是吸收-解吸塔

再吸收塔和脱丁烷塔

吸收-解吸塔以稳定汽油为吸收剂

富气由塔的中部进入与吸收剂逆流接触

富气中C2 C3 C4组分被吸收

在解吸段

汽油与来自塔底的高温气流相遇

C2被解吸出来

最后塔顶馏出物基本上是

脱除了≥C3的贫气

贫气中夹带的汽油

经来自分馏塔的柴油馏分再吸收塔吸收后

干气由塔顶引出

脱丁烷塔

操作压力一般在0.8~1MPa左右

吸收了C3 C4的汽油自塔中部进入

塔底产品是合格的稳定汽油

塔顶产品经冷凝后分为液态烃

和气态烃

最后

我们再来了解一下

分子筛提升管催化裂化工艺流程

该工艺流程与流化床工艺流程相比

主要有以下几个特点

第一 催化剂不同

分子筛提升管工艺流程使用稀土

高活性催化剂

第二 分馏 吸收稳定系统相同

只是反应再生系统不同

关键是催化剂及其输送方式不同

第三

高低并列式提升管

催化裂化工艺如图7.10所示

同轴式提升管催化裂化工艺

如图7.11所示

该工艺流程的特点是

反应温度高 短接触时间短

一般为1.5~4s左右

轻质油收率高

油品质量改善

抗重金属污染力强

最后一点 再生温度也相应会提高

好了 今天关于催化裂化的相关知识

就学习到这里了

谢谢大家