催化裂化基础知识

提升管

在流化过程中，当气速高于带出速度，固体颗粒便被带出。把带出的颗粒沿一根垂直管道向上运动，这根管道称为提升管。

提升管主要有两种用途。一是用于固体颗粒输送；一是作为反应器，亦称为提升管反应器，催化剂和气相原料在提升管中停留时进行反应，在出口处反应产物与催化剂分离。催化剂经再生后又重新进入提升管，构成一循环流化床反应系统。 提升管反应器的主要优点是返混较小，效率高，结构简单。

目前的催化裂化装置都采用提升管反应器。

提升管反应器的作用

提升管反应器的基本结构形式如图

1所示。提升管反应器的直径由进

料量确定。工业上一般采用的线速

是入口处为4-7m/s ，出口处为

12-18m/s。随着反应深度的增大，

油气体积流量增大，因此有的提升

管反应器由不同直径的两段（上粗

下细）组成二提升管反应器的高度

由反应所需时间确定，工业设计时

多采用2-4s的反应时间。近年来由

于进入反应器的再生催化剂温度多

已提高到650-720℃，提升管下段

进料油与再生催化剂接触处的混合

温度较高，当以生产汽油、柴油为

上要目标时，反应只需2s左右的时

间就已基本完成，过长的反应时间

使二次裂化反应增多，反而使口的

产物的收率下降。为了优化反应深

度，有的装置采用终止反应技术，

即在提升管的中上部某个适当位置注人冷却介质以降低终中部的反应温度，从而抑制二次反应。有的还在注人反应终止剂的问时相应地提高或控制混合段的温度，称为混合温度控制技术（MTC）。此项技术的关键是如何确定注入冷却介质的适宜位置、种类和数量。国内有些炼油厂采用了注入终止剂技术，但是仅是凭经验来确定有关的参数，可靠性差。中国石油大学提出的提升管反应器流动—反应模型可以对提升管内的反应过程进行三维模拟，初步解决了科学确定上述有关参数的问题。图2是在某催化裂化装置的提升管的适当位置注入反应终止剂前后提升管沿高的温度及反应产二物产率变化情况的模拟计算结果。由此可见，注入终止剂后，汽油和柴油的产率都有所提高。注入终止剂的效果与原工况及注入的条件有关。

提升管反应过程

提升管上端出口处设有气—固快速分离构件，其目的是使催化剂与油气快速分离以抑制反应的继续进行。快速分离构件有多种形式，比较简单的有半圆帽形、T字形的构件，为了提高分离效率，近年来较多地采用初级旋风分离器。实际上油气在沉降器及油气转移管线中仍有一段停留时间，从提升管出日到分馏塔约为10-20s。，而且温度也较高一般为450-510℃。在此条件下还会有相当程度的二次反应发生，而且主要是热裂化反应，造成于气和焦炭产率增大。对重油催化裂化，此现象更为严重，有时甚至在沉降器、油气管线及分馏塔底的器壁上结成焦块。因此，缩短油气在高温下的停留时间是很有必要的。适当减小沉降器的稀相空间体积、缩短初级旋风分离器的升气管出口与沉降器顶的旋风分离器入口之间的距离是减少二次反应的有效措施之一。据报道，采取此措施可以使油气在沉降器内的停留时间缩短至3s，热裂化反应明显减少。

提升管下部进料段的油剂接触状况对重油催化裂化的反应有重要影响。对重油进料，要求迅速汽化、有尽可能高的汽化率，而且一与催化剂的接触均匀。原料油雾化粒径小可增人传热面积，而.只由于原料油分散程度高，油雾与催化剂的接触机会较均等，从而提高了汽化速率。实验及计算结果表明，雾滴初始粒径越小则进料段内的汽化速率越高，两者之间呈指数关系。实验结果还表明，对重油催化裂化，提高进料段的汽化率能改善产品产率分布。因此，选用喷雾粒径小，而且粒径分布范围较窄的高效雾化喷嘴对重油催化裂化是很重要的。模拟计算结果表明，当雾滴平均粒径从60μm减小至50μm时，对重油催化裂化的反应结果仍有明.显的效果。除了液雾的粒径分布外，影响油雾与催化剂的接触状况的因素还有喷嘴的个数及位置、喷出液雾的形状、从预提升管上升的催化剂的流动状况等。在重油催化裂化时，对这些因素都应予以认真的研究。

汽提段的作用

沉降器下面的汽提段的作用是用水蒸气脱除催化剂上吸附的油气及置换催化剂颗粒之间的油气，其目的是减少油气损失和减小再生器的烧焦负荷。裂化反应中生成的催化焦、附加焦及污染焦的含氢量约为4%（质量分数），但汽提段的剂油比焦的含氢量有时可达10%（质量分数）以上。因此，从汽提后的催化剂上焦炭的氢碳比可以判断汽提效果。汽提段的效率与水蒸气用量、催化剂在汽提段的停留时间、汽提段的温度及压力以及催化剂的表面结构有关。工业装置的水蒸气用量一般为2-3kg/1000kg催化剂，对重油催化裂化则用4-5 kg/1000kg催化剂。改进汽提段的结构可以提高汽提效率或减少水蒸气用量。据报道，在初级旋风分离器料腿处安装预汽提器有利于进一步提高油气与催化剂分离的效果。 再生器

一种新型再生器主要由催化剂进口管道、鼓风进口管道、燃料进口管道、再生催化剂出口管道、热风进口管道所组成；各管道端口与再生器中心相通，且相通处为一个空腔，各管道之间用耐火材料相隔离，整个再生器系统呈封闭状态。这种再生器，构造简单，造价低。由于有二次热风，催化剂循环煅烧充分，能恢复催化剂最佳活性，不但催化剂再生效果好，而且燃料来源广泛。

再生器的主要作用是烧去结焦催化剂上的焦炭以恢复催化剂的活性，需的热量。 催化裂化再生器

再生器的主要作用是烧去结焦催化剂上的焦炭以恢复催化剂的活性，需的热量。对再生器的主要要求有:

①生催化剂的含炭量较低，一般要求低于0.2%（质量分数）有时要求低达0.05%0.10%（质量分数）。

②有较高的烧焦强度，当以再生器内的有效藏最为基准时，烧焦强度一般为100-250 kg/（t*h）。

③催化剂减活及磨损的条件比较缓和。

④易于操作，能耗及投资较少。

⑤能满足环境保护要求。

为了实现以上目标，工业上有各种型式的再生器，大体可分为三种类型：单段再生、两段再生、快速流化床再生。表1列出了各种组合方式的再生型式以及它们的主要指标。图1是单段再生的再生器简图，以下以此图为例说明再生器的基本工艺结构。

再生器的结构

再生器的壳体是钢制的大型筒体，国外

最大的直径达

16.8m（装置处理能力8.5Mt/a）。壳体内的上部为稀相区，下部为密相区。密相区的有效藏量由烧焦负荷及烧焦强度确定，根据密相区的有效藏量和固体密度

可决定密相风的容积。所谓有效藏量是指处于烧焦环境中的藏量。密相区的直径由空塔气用较高的气速可以有较高的烧焦强度，从而使藏量减少，但床层密度下降而使床层体积增大，因此，气速的选择有一合理的范围。密相区的直径和容积确定后，即可确定其高度。密相区的床层高度一般为5-7m。为了避免过多地带出催化剂及增大催化剂的损耗，稀相区的气速不能太高，对堆积密度较小的催化剂一般采用0.6-0.7m/S，对堆积密度较入的催化剂则可采用0. 8 - 0.9 m/s。从密相区向上到一级旋风分离器入口之间的稀相空间高度应大于TDH。即使如此，稀相空间仍有一定的催化剂浓度，为了减少催化剂的损耗，再生器内装有两级串联的旋风分离器，其回收固体颗粒的效率应在99.99%以上。旋风分离器的直径不能过大，以免降低分离效率，因此，在烧焦负荷大的再生器内装有几组旋风分离器，它们的升气管连接到一个集气室将烟气导出再生器。

为了使烧焦空气（工厂里多称为主风）进入床层时能沿整个床截面分布均匀，在再生器下部装有空气分布器，其主要结构形式有分布板式（碟形）和分布管式（平面树枝形和环形）两类。碟形分布板上开有许多小孔，孔直径为16-25mm，孔数为10-20/㎡。分布板可使空气得到良好的分布，但是大直径的分布板长期在高温下操作易变形而使空气分布状况变差。目前工业上使用较多的是管式分布器，这种分布器在树枝形分布管或环形分布管上设有向下倾斜45°的喷嘴，空气由喷嘴向下喷出，再返回上面的床层。

待生催化剂进入再生器和再生催化剂出再生器的方式及相关的结构形式随再生器的结构、再生器与反应器的相对位置等因素而多种多样，同时还应从反应工程的角度考虑如何能有较高的烧焦效率。一般来说，待生催化剂从再生器床层的中上部进入，并且以设有分配器为佳;再生催化剂从床层的中下部引出，通常是通过淹流管引出。

在以馏分油为原料的催化裂化装置中，一般是处于热平衡操作。但在重油催化裂化装置中，由于焦炭产率高，再生器内产生的热量过剩，必须另外取走一部分热量才能维持两器的热平衡。工业上曾经采用在再生器内安装取热盘管或管束的办法来取走过剩的热量，称为内取热方式。由于操作灵活性差及取热管易损坏，近年来，内取热方式已被外取热方式逐渐所替代。外取热方式是在再生器壳体外部设一催化剂冷却器（称外取热器），从再生器密相床层引出部分热催化剂，经外取热器冷却，温度降低约100-200℃，然后返回再生器。这种取热方式可以采用调节引出的催化剂的流率的方法改变冷却负荷，其操作弹性可在0-100%之间变动，这就使再生温度成为一个独立调节变动，从而可以适合不同条件下的反应—再生系统热平衡的需要。

沉降器

利用重力的差别使流体(气体或液体)中的固体颗粒沉降的设备。

将气溶胶或悬浮液导入器内，经一定时间的静置或极慢的流动，然后将沉降物导出器外。

沉降器的分离效率很低，一般仅用于初步分离。有间歇式、半连续式或连续式。 用于气体净化的有降尘室和离心沉降器等。用于处理悬浮液的有锥形沉降器和增稠器等。

气提原理

气提是一个物理过程，它采用一个气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态，使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。例如，A为液体，B为气体，B溶于A中达到气液平衡，气相中以B气相为主，加入气相汽提介质C时，气相中A、B的分均均降低从而破坏了气液平衡，A、B物质均向气相扩散，但因气相中以B为主，趋于建立一种新的平衡关系，故大量B介质向气相中扩散，从而达到气液相分离目的。通过控制气提介质的量可以控制气提程度。

化工中做气提的是汽提塔，其原理就是分离作用。

简单的说汽化塔是在塔中把液体变为气体的装置；洗涤塔是利用自塔顶喷淋下来的液体将自塔底进来的气体中要去除的成分吸收掉的装置；精馏塔是把多种混合的液体进行分离的装置；汽提塔是利用气体通过液体时把液体中要提走的成分带走的装置。

干气

油田的伴生天然气，经过脱水、净化和轻烃回收工艺，提取出液化气和轻质油以后，主要成分是甲烷的处理天然气叫干气。