催化裂化装置反应再生及分馏系统工艺设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结催化裂扮装置反应 -再生及分馏系统工艺设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目 录摘要I第一章前言. . 31.1催化裂化的目的及意义 . . . .31.2催化裂化技术进展 . . 41.3设计内容 . .4其次章工艺表达 . 52.1分馏系统. .62.2分馏系统.62.3吸取 稳固系统.6第三章设计原始数据 . . 73.1开工时.73.2处理量.73. 3 原始数据 及再生- 反 应及分馏操 作条件 .9第四章反应 -再生系统工艺运算. 11可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.1再生系统.114.1.1燃烧运算 114.1.2热量平稳 12

2、4. 1. 2. 1热流量入 方 . 1 24. 1. 2. 2热流量出 方 . 1 34.1.3催化剂循环量 . .134.1.4空床流速 154. 1. 4. 1 密 相床 层154.2 反应器 .164.2.1物料衡算 .164.2.2热量衡算 . 184.2.2.1热量入 方 . 各进 料温度 184.2.2.2热量出方194.2.3提升管工艺运算.214.2.3.1提升管进料处的压力和温度.214.2.3.2提升管直径 .214.2.3.3预提升段的直径和高度.234.2.4旋风分别器工艺运算.244. 2. 4. 1筒体 直径 .244.2.2.2一级入口截面积254.2.2.3二

3、级入口截面积.254.2.2.4 算旋风分别器组数 2 54.2.2.5 一可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结级 腿 负 荷 及 管 径 2 5 第五章 分馏塔能量平稳运算 . 27 第六章 运算结果汇总 .29 终止语 30参考文献 3 1致 谢. 32第一章前言1.1 催化裂化的目的及意义我国原油偏重，轻质油品含量低，为增加汽油、柴油、乙烯用裂解原料等轻质油品产量。我过炼油工业走深度加工的道路，形成了以催化裂化 FCC）为主体，推迟焦化、加氢裂化等配套的工艺路线。 2001 年底全国有 147 套催化裂扮装置，总加工才能超过 100.0Mt/a ，比 1991 年增加 58.

4、4 Mt/a ，增长 137.16%，可以说是世界上催化裂化才能增长最快速的国家。催化裂化是重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油等轻质油品的生产占有很重要的位置。催化裂化过程在炼油工业，以至国民经济中只有重要的位置。在我国，由于多数原油偏重，而H/C 相对较高且金属含量相对较低，催化裂化过程，特殊是重油催化过程的位置显得更为重要。随着工业、农业、交通运输业以及国防工业等部门的快速进展，对轻质油品的需求量日益增多，对质量的要求也越来越高。以汽油为例，据1988 年统计，全世界每年汽油总消费量约为 6.64 亿吨以上，我国汽油总量为 1750 万吨，从质量上看，目前各国一般级汽油一般为 919

5、2RON），优质汽油为 96 98RON）。为了满意日益严格的市场需求 ,催化裂化工艺技术也在进一步进展和改进.本设计是对催化裂化反应 -再生及分馏系统进行工艺上的设计与分析。1.2 催化裂化技术进展状况可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结80 岁月以来，催化裂化技术的进展主要表达在两个方面：开发胜利掺炼渣油 常压渣油或减压渣油）的渣油催化裂化技术 一催化裂化FCC组合工艺 ”、毫秒催化裂化工艺 MSCC）双台组合循环裂化床工艺、剂油短接触工艺SCT）、双提升管工艺、两段渣油改质技术等等。国内敏捷双效催化裂化工艺 FDFCC）、VRFCC 技术、催化裂化 MIP ）新技术等等。下面

6、以两个技术说明一下：一催化裂化 FCC组合工艺 ”。 流化催化裂化 FCC）是现代化炼油厂用来改质重质瓦斯油和渣油的核心技术，是炼厂猎取经济效益的一种重要方法。据统计，截止到 1999 年 1 月 1 日，全球原油加工才能为 4 015.48 Mt/a，其中催化裂扮装置的加工才能为 668.37 Mt/a，约占一次加工才能的 16.6%，居二次加工才能的首位。美国原油加工才能为 821.13 Mt/a ，催化裂化才能为 271 Mt/a ，居界第一，催化裂化占一次加工才能的比例为33.0%。我国催化裂化才能达66.08 Mt/a ，约占一次加工才能的 38.1%，居世界其次位。世界 RFCC

7、装置原料中渣油的平均量为15%20%。从国 外各大公司对原料的要求来看，残炭与金属两个指标已分别达到8%和 20 g/g。而国内渣油催化裂化原料的残炭一般达到6%，金属 15 g/g，与国外水平相比，尚有潜力。中国石化集团公司FCC 装置中约 80%都掺炼不同比例的渣油，平均掺渣比约为26%， 1989-1997 年，掺炼重质油的比例从 18.52%增至 43.64%。我国大庆石蜡基原油具有残炭低、金属含量低的特点，其减压渣油的残炭为8.95%，金属为 7 g/g，所以大庆减压渣油可以直接进行催化裂化。前郭炼油厂已进行了大庆全减压渣油催化裂化的尝试，但未见国外全减压渣油催化裂化的报道2）两段提

8、升管催化裂化TSRFCC）新技术 TSRFCC 可大幅度提高原料的转化深度，同比加工才能增加2030%。显著改善产品分布，轻油收率提高23 个百分点，液收率提高34 个百分点，干气和焦炭产率大大降低。产品质量得到明显改善，汽油烯烃含量下降20 个百分点以上，柴油密度减小、十六烷值提高，汽油和柴油的硫含量都明显降低。采纳两段提升管催化裂化技术可使企业获得庞大的经济效 益。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.3 设计的主要内容1. 设计专题的经济、技术背景分析2. 工艺流程的挑选3. 主要设备物料、能量衡算4. 主要设备工艺尺寸运算5. 装置工艺流程、再生器、反应器提升管工艺流程图

9、的绘制6. 再 生 器 、 反 应 器 提 升 管 、 分 馏 塔 能 量 衡 算可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次章工艺表达工艺流程说明该装置工艺流程分四个系统如图2-1富气分可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结沉降催化提器剂罐再升生管器反应器主风机水蒸气加热炉馏回塔炼气油提罐塔回炼油浆粗汽油轻柴油重柴油油浆可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结水蒸汽新原料油图2-1 催化裂扮装置工艺流程图2.1 反应-再生系统原料油经过加热汽化后进入提升管反应器进行裂化。提升管中催化剂处于稀相流化输送状态，反应产物和催化剂进入沉降器，并经汽提段用过热水蒸气汽提，再经

10、旋风分别器分别后，反应产物从反应系统进入分馏系统，催化剂沉降到再生器。在再生器中用空气使催化剂流化，并且烧去催化剂表面的焦炭。烟气经旋风分别器和催化剂分别后离开装置，使催化剂在装置中循环使用。反应系统主要由反应器和再生器组成。原料油在装有催化剂的反应器中裂化，催化剂表面有焦炭沉积。沉积的焦炭的催化剂在再生器中烧焦进行再生，再生后的催化剂返回反应重视新使用。反应器主要为提升管，再生器为流化床。再生器的主要作用是：烧去催化剂上因反应而生成的积炭，使催化剂的活性得以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结复原。再生用空气由主风机供应，空气通过再生器下面的帮助燃烧室及分布管进入。在反应系统中加

11、入水蒸汽其作用为：1）雾化 从提升管底部进入使油气雾化，分散，与催化剂充分接触。2）预提升 在提升管中输送油气。3）汽提 从沉降器底部汽提段进入，使催化剂颗粒间和颗粒内的油气汽提， 削减油气缺失和焦炭生成量，从而削减再生器负荷。汽提水蒸气占总水蒸气量的大部分。分馏塔底部设有脱过热段 ,用经过冷却的油浆把油气冷却到饱和状态并洗下夹带的粉尘以便进行分馏和防止堵塞塔盘。2）设有多个循环回流：塔顶循环回流、一至两个中段回流、油浆回流。3）塔顶回流采纳循环回流而不用冷回流。2.3 吸取 稳固系统该系统主要由吸取塔，再吸取塔，解吸塔及稳固塔组成。从分馏塔顶油气分别器出来的富气中带有汽油部分，而粗汽油中就溶

12、解有C3，C4 组分。吸取 稳固系统的作用就是利用吸取和精馏方法，将富气和粗汽油分别成干气C2），液化气 C3 、C4）和蒸汽压合格的稳固汽油。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三章设计原始数据3.1 处理量100 万吨/年 + 学号 2 万吨/年 即：100 + 22 =104 万吨/年3.2 开工时 8000 小时每年就处理量为： 104103 104 8000 = 130000 kg/h3.3 原始数据及再生 -反应及分馏操作条件原料油及产品性质分别见表 3-1、表 3-2产品的收率及性质见表 3-3 再生器操作及反应条件见表 3-4、提升管反应器操作条件表3-5 催化裂

13、化分馏塔回流取热安排见表3-6分馏塔板形式及层数见表3-7分馏塔操作条件表见 3-8表 3-1 原料油及产品性质物料，性质稳固汽油轻柴油回炼油回炼油浆原料油密度0.74230.87070.88000.99850.8995恩氏初馏点54199288224蒸10%78221347380377馏30%10625736042543850%12326839945051070%13730043147055090%163324440490700终馏点183339465平均相对分子量表3-2 原料油的主要性质工程数据工程数据密度0.8995族组成分析/W%馏程饱和烃62.27初馏点224芳烃2510%377胶

14、质11.8830%438沥青质0.85可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结350馏出率 /v%7.5重金属含量 /g-1g500馏出率 /v%49Ni5.99元素组成 /w%V4.77C84.81Na0.32H12.85Fe5.91硫/w%0.77残炭， W%5.38表 3-3 产品产率 质量分数）产品产率 %流量， t/h干气5.0液化气11.0稳固汽油48.0轻柴油21.2油浆6.0焦炭8.0缺失0.8原料油100.0表 3-4再生器操作条件工程数据备注再生器顶部压力/ MPa0.200主风入再生器温度/162再生器密相温度 /700待生剂温度 /大气温度 /25大气压力 /

15、MPa0.1013空气相对湿度 /%70烟气组成 体） /%CO214.2CO0.2O2焦碳组成 / H/C ，质4.0待生剂含碳量 /%1.10再生剂含碳量 /%0.02烧焦碳量 / t/h表 3-5 提升管反应器操作条件工程数据备注提升管出口温度 /505沉降器顶部压力 / MPa0.200原料预热温度 /235回炼油进反应器温度 /265回炼油浆进反应器温度/350催化剂活性 /%60.0剂油比6.0反应时间 / S3.0回炼比0.5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结催化剂循环量 / th-1原料进料量 / th-1回炼油 /回炼油浆1： 0.25表 3-6 催化裂化分馏塔

16、回流取热安排参考）物 料顶循环回流一中循环回流二中循环回流油浆循环回流取热比例 %15201520152040 50备注表 3-7分馏塔塔板形式及层数参考）序号塔段塔 板 形 式层 数1油浆换热段人字挡板或园型挡板6 82回炼油抽出以下固舌形23回炼油抽出口上至固舌形，条形浮阀，填料10124一中回流抽出下口下一中回流固舌形，条形浮阀，填料3 45轻柴油抽出以上至固舌形，筛孔，条形浮阀，填料8 96顶循环回流段抽出下循环回流段固舌形，条形浮阀，填料3 4分馏塔总塔板数2832表 3-8 催化裂化分馏塔操作条件参考 ）序号物 料温度/压力 /塔板位置塔板类型MPa1分馏塔塔顶油气1250.255

17、30浮阀2顶循环回流10030浮阀3顶循环回流出塔16027浮阀4富吸取油 再吸取油，视为轻12020浮阀5柴油）返分馏塔轻柴油抽出22019浮阀6一中回流返回16018浮阀7一中回流抽出27516固舌形8回炼油返回2105固舌形9回炼油抽出2652固舌形10油浆循环回流返回2701固舌形11回炼油浆抽出350塔底可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12循环 /外排油浆抽出350塔底13轻柴油汽提蒸汽温度2501.014反应油气进分馏塔500塔底可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第四章 反应 -再生系统工艺运算4.1 再生系统4.1.1 燃烧运算再生器物料平稳是运算待

18、再生催化剂进入再生器后焦炭燃的产物，焦炭量按新奇原料油的 8%运算：焦炭产量 =130000 8% = 10400 Kg/h=866.67kmol /h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=1.1436 / 14.4= 0.0794H/C = 8.93 0.425CO2 + O2 ）- 0.257C0/CO2 + CO）烧碳量=10400 92.66% = 9634.98 kg/h烧氢量=10400 9634.98=765.02 kg/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结已知烟气组成 体）： CO2 : CO = 14.2 : 0.2 = 71 : 1依据: C +

19、O2= CO22C + O2= 2CO2H2 + O2= 2H2O生成 CO2 的碳为 9634.98 71/= 9501.80kg/h=791.76kmol/h生成 CO 的碳为： 9634.989501.16 = 133.82kg/g=11.15kmol/h生成 CO2 的耗氧量为： 791.76 1 = 791.76 kmol/h生成 CO 的耗氧量为： 11.15 1/2 = 5.575kmol/h生成 H2O 的耗氧量为： 765.02 1/21/2 = 191.26kmol/h就理论的耗氧量为 :791.76+5.575+191.26=988.59kmol/h理论氮为： 988.5

20、9 79/21 = 3718.98 kmol/h所以，可知燃料产物为 791.76kmol/h CO2， 11.15kmol/h CO，191.26 2 = 382.52kmol/h H2O。理论干烟气包括燃烧生成 CO2 和 CO 和理论氮就总量 : 791.76 + 11.15+ 3718.98 = 4521.89kmol/h已知烟气中过剩氧为 4% 所以过剩空气摩尔百分数：4 100/21 100% = 19%过剩空气： 过剩空气百分数 / 1- 过剩空气百分数） 理论干烟气气量= 0.19/1 0.19）4521.89 = 1060.69kmol/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品

21、名师归纳总结过剩氧气： 1060.69 0.21 = 222.74kmol/h过剩空气含氮 :1060.69 222.89= 837.95kmol/h 实际干烟气为理论生成干烟气和过剩空气组成： 4521.69+ 1060.69 = 5582.67kmol/h理论干空气用量 : 988.59+3718.98+ 1060.69=5768.26kmol/h已知空气的相对湿度为 70% ，温度为 25 oC，依据石油加工工艺中册图6-29 查得：水蒸气 /干空气 = 0.016 摩尔）空气中含水蒸气为 :0.0165768.26 = 92.29kmol/h湿空气： 5768.26+ 92.29= 5

22、860.55 kmol/h已知回炼比 0.5， 剂油比为 6.0回炼油浆： 130000 0.5 =65000kg/h剂/油 = 剂 /130000 + 26000）= 6.0所以催化剂循环量为 :6.0 130000+26000）=1170000kg/h依据每吨催化剂带入 1kg 水汽,就催化剂循环量为 1170t/h 就带入1170 kg/h=65 kmol /h吹扫松动水蒸气量： 500kg/h=27.78kmol /h水蒸气为湿度与生成水及本身带入和吹扫的水蒸气之和烟气中水蒸气为： 92.29+27.78+65+382.52=567.59kmol/h综上所述可以得出再生器烟气流量及组成

23、如表4-1。组分分子量流量kmo/h ）摩尔百分数表 4-1 再生器烟气流量及组成湿烟气干烟气O232222.743.623.99CO2811.150.180.20CO 244791.7612.8814.18N 2284556.9374.1381.23干烟气305582.67100总水蒸气18567.599.19湿烟气296150.161004.1.2 热量平稳依据 Qi = Ni CPi t式中： Qi ： 热流量 KJ/hNi ： 物流 Ni 的流量 kmol/h CPi：物流 i 的热容 kJ/干空气 t = 162 oC CP = 44.6814 kJ/kmol oC 可编辑资料 -

24、- - 欢迎下载精品名师归纳总结Q1 = 5768.2644.681162 = 41.750 kJ/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2湿空气中水蒸气 C 水=34.542 kJ/kmol oC可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Q2 = 92.2934.542162 =0.52106kJ/h6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3催化剂带入水蒸气 Q3 =6535.6505 = 1.1710 kJ/h6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4吹扫、松动水蒸气 Q4 = 27.78 34.6 280 =0.27610 kJ/h可编辑资料 - -

25、 - 欢迎下载精品名师归纳总结5烧焦炭 Q5 =866.67 15.6505 =6.83 10 kJ/h6催化剂 Q67燃烧热 Q7， j = Nj H 查石油馏分焓图得36CO2Q7，1 = 791.76 407.0 10 =322 10 kJ/h36COQ7，2 =11.15 122.7 10=1.37 10 kJ/h36H2OQ7，3= 382.52239.4 10 =91.58 10 kJ/hQ7 =106+ Q6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=465.494.1.2.3 热流量出方106+ Q6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结干烟气 Q， 1 = 5

26、582.6732.58700 = 127.32，106 kJ/h6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1水蒸气 Q 2 =564.81 39.877700 = 15.7710 kJ/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2催化剂带出水蒸气 Q， 3 = 65 39.8773脱附热，脱附热为燃烧热的 11.5%700= 1.81106 kJ/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Q，64 = 414.98 10 0.115 =47.72106 kJ/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4热缺失 = 582烧碳量，6可编辑资料 - - - 欢迎下载

27、精品名师归纳总结Q 5 = 5829634.98 = 5.610kJ/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结65催化剂 Q，出方的能量 : Q， = 15.77+47.72+5.6+127.326=196.41 106 + Q，依据热量平稳式： 465.46 106 + Q6 = 196.41106+ Q， 66，10 + Q 6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结催化剂升温所需的热量： Q=Q6-Q6=269.05 106kJ/h4.1.3 催化剂循环量1 6催化剂平均比热为 1.086kJ/kg oC）。设催化剂循环量为W /h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名

28、师归纳总结1.086W700-505）=269.05 106W=1.270 kg/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于回炼比 0.5，所以剂油比为 :1.27 106/ 1300001+0.5）=6.5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结综上所述可得再生器物料平稳如表4-2、热平稳如表 4-3。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结入方 kg/h出方 kg/h干空气167279.54干烟气161897.43水汽主风带入1661.22水生成水汽6885.363331.26172114.051.27 106145 104表 4-2 再生器物料平稳待生剂带入1

29、170汽带入水汽松动 .吹动500合计合计17.06 104循环催化剂焦碳10400循环催化剂 0.5=4 5860.55*29/3.140.936000.5=8.2m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结烧焦强度 =烧焦量/藏量藏量=烧焦量/烧焦强度 =10400/0.2=52000kg3密密密V 密=藏量/ 密=52000/300=173.33m H= V/A=173.334/3.14 8.22=3.28m=V20.51/4D U 稀SD=4VS/U 稀可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=4 6150.17 29/3.140.6 36000.5=10.26m可编辑资

30、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结-0.36-0.7TDH=2.7D EXP0.7UFD T-0.23 DT可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=2.710.26-0.36-0.7EXP0.7 0.6 10.26-0.23 10.26=6.1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结再生器的工艺结构图 4-1。烟 气 窗 口集 气 室衬 里人 孔稀 相冷 却 蒸 汽喷 水旋风分别器紧 急 喷 水人孔可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结淹 流 管待 生 管二次风装 卸 手 孔燃料油辅 助可编辑资料 - - - 欢

31、迎下载精品名师归纳总结一次看燃风火料窗油燃 燃 烧料 室气可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4-1 再 生 器 结 构 简 图4.1.4 空床流速4.1.4.1 密相床层进入密相床层的气相流量为：干烟气： 5582.67kmol/h、水蒸气： 567.59-4.4=563.19kmol/h从水蒸气中 563.19kmol/h 扣除稀相床层中吹入的吹扫蒸汽4.4kmol/h），所以气相流量为 5582.67+563.19=6145.86 kmol/h已知床层温度为 700 oC ，压力为 200+2=202kpa所以体积流量： 6145.86 22.4 273+700）101.

32、3 103/273 2021033600） =68.34m3/s4.1.4.2 稀相床层有 4.4kmol/h 水蒸气吹入，因此流量为 6129.48+4.4=6133.88Kmol/h体积流量： 6133.88 22.4 273+710）101.3 103/273 2001033600）=69.79m3/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2 提升管反应器提升管反应器的流程图 4-2。反 应 油 气 、 催 化剂 、 烟 气 、 水 蒸反应温度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结新奇原料回炼油 回炼油浆雾化蒸汽再 生 剂 、烟 气 、 水可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结预提升蒸汽可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.1 物料衡算图 4-2 提升管反应器的流程可编