一、裝置(zhi)簡介
催(cui)化(hua)(hua)(hua)裂化(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)油輕(qing)質化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)核心(xin)工藝之一(yi)，是(shi)(shi)提高原油加工深(shen)度、增加輕(qing)質油收(shou)率的(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)要手段，在汽(qi)油和(he)柴油等(deng)輕(qing)質產(chan)(chan)品的(de)(de)生產(chan)(chan)中占有很重(zhong)(zhong)(zhong)要的(de)(de)地位。催(cui)化(hua)(hua)(hua)裂化(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)煉廠獲取經濟效益(yi)的(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)要手段。催(cui)化(hua)(hua)(hua)裂化(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)質油在酸性(xing)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)作(zuo)用下發(fa)生裂解，生成(cheng)輕(qing)質油、氣(qi)體和(he)焦(jiao)炭(tan)的(de)(de)過程(cheng)。催(cui)化(hua)(hua)(hua)裂化(hua)(hua)(hua)反(fan)應包括分(fen)解和(he)縮(suo)合兩(liang)個過程(cheng)，分(fen)解等(deng)反(fan)應生成(cheng)氣(qi)體、汽(qi)油等(deng)小分(fen)子產(chan)(chan)物，縮(suo)合反(fan)應生成(cheng)焦(jiao)炭(tan)。
一般(ban)原油(you)(you)(you)經(jing)過(guo)常減壓蒸餾(liu)后可(ke)得到的汽(qi)油(you)(you)(you)、煤油(you)(you)(you)及(ji)柴油(you)(you)(you)等輕質油(you)(you)(you)品僅有10％～40％，其(qi)余的是重質餾(liu)分油(you)(you)(you)和殘(can)渣油(you)(you)(you)。如果想得到更多(duo)輕質油(you)(you)(you)品，就必須對重質餾(liu)分和殘(can)渣油(you)(you)(you)進行二次加(jia)工。催化裂(lie)化是最常用的生(sheng)產汽(qi)油(you)(you)(you)、柴油(you)(you)(you)生(sheng)產工序，汽(qi)油(you)(you)(you)柴油(you)(you)(you)主要是通過(guo)該工藝生(sheng)產出來。這(zhe)也是一般(ban)石油(you)(you)(you)煉化企業最重要的生(sheng)產環(huan)節。
二、典型催化裂化裝置的工藝及特點
原料：渣(zha)油和(he)蠟油70％左右，催化裂化一般是以(yi)減壓餾分(fen)油和(he)焦(jiao)化蠟油為原料，但是隨(sui)著原油日益加(jia)(jia)重(zhong)以(yi)及對輕(qing)質(zhi)油需求越來越高，大部分(fen)石煉化企(qi)業(ye)開始在(zai)原料中摻加(jia)(jia)減壓渣(zha)油，甚至直接(jie)以(yi)常壓渣(zha)油作為原料進行煉制(zhi)。
產品(pin)：汽油(you)、柴(chai)油(you)、油(you)漿（重質餾分(fen)油(you)）、液(ye)體丙(bing)烯、液(ye)化(hua)氣；各(ge)自占(zhan)比：汽油(you)占(zhan)42％，柴(chai)油(you)占(zhan)21.5％，丙(bing)烯占(zhan)5.8％，液(ye)化(hua)氣占(zhan)8％，油(you)漿占(zhan)12％。
催化裂(lie)化是在(zai)(zai)有催化劑(ji)存在(zai)(zai)的條件(jian)下，將重質油(you)(you)（例如渣油(you)(you)）加工成輕質油(you)(you)（汽(qi)油(you)(you)、煤油(you)(you)、柴油(you)(you)）的主(zhu)(zhu)要(yao)工藝(yi)(yi)，是煉油(you)(you)過(guo)程(cheng)(cheng)主(zhu)(zhu)要(yao)的二次加工手段，屬于(yu)化學加工過(guo)程(cheng)(cheng)。工藝(yi)(yi)過(guo)程(cheng)(cheng)：
①. 常渣和臘油經過原料油緩(huan)沖罐進入(ru)提升管、沉降器(qi)、再生器(qi)形成(cheng)油氣，進入(ru)分餾塔。
②. 一部(bu)分油氣進(jin)人(ren)粗汽(qi)油塔(ta)、吸(xi)收塔(ta)、空(kong)壓機進(jin)人(ren)凝縮油罐，經過再吸(xi)收塔(ta)、穩定(ding)塔(ta)，最后進(jin)行汽(qi)油精制，生(sheng)產出汽(qi)油。
③. 一(yi)部分油(you)(you)氣(qi)經過分餾塔(ta)進(jin)入(ru)柴油(you)(you)汽提塔(ta)，然后進(jin)行柴油(you)(you)精制，生產出柴油(you)(you)。
④. 一部分油氣經過分餾塔(ta)進入油漿循環，最后生產出油漿。
⑤. 一部分油(you)氣(qi)經分餾塔進(jin)(jin)入液(ye)(ye)態(tai)烴緩(huan)沖罐(guan)，經過脫(tuo)硫吸附罐(guan)、砂(sha)濾塔、水洗罐(guan)、脫(tuo)硫醇抽提塔、預堿(jian)洗罐(guan)、胺(an)液(ye)(ye)回收器、脫(tuo)硫抽提塔、緩(huan)沖塔，最(zui)后(hou)進(jin)(jin)入液(ye)(ye)態(tai)烴罐(guan)，形成(cheng)液(ye)(ye)化氣(qi)。
⑥. 一部分(fen)油氣經過液(ye)態(tai)烴緩(huan)沖罐進(jin)入脫丙(bing)烷塔(ta)、回(hui)流塔(ta)、脫乙烷塔(ta)、精(jing)丙(bing)稀(xi)(xi)塔(ta)、回(hui)流罐，最后進(jin)入丙(bing)稀(xi)(xi)區球罐，形(xing)成液(ye)體丙(bing)稀(xi)(xi)。液(ye)體丙(bing)稀(xi)(xi)再經過聚丙(bing)稀(xi)(xi)車間(jian)的進(jin)一步(bu)加工生(sheng)產出(chu)聚丙(bing)稀(xi)(xi)。
催化裂化裝置大致可以分(fen)(fen)為(wei)四個加(jia)工(gong)單元，即(ji)反應再(zai)生系(xi)統(tong)、分(fen)(fen)餾系(xi)統(tong)、吸(xi)收(shou)穩定(ding)系(xi)統(tong)和(he)能量回收(shou)系(xi)統(tong)。
1. 反(fan)應再(zai)生系(xi)統
反應(ying)再(zai)生系(xi)統包括原料油(you)(you)(you)的裂化(hua)(hua)反應(ying)和催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的再(zai)生兩個工藝過程。典型(xing)的催(cui)化(hua)(hua)裂化(hua)(hua)裝置的反應(ying)再(zai)生系(xi)統工藝流程如圖2.3所示。經(jing)(jing)換(huan)熱升溫(wen)(wen)后(hou)的新鮮原料油(you)(you)(you)與回煉油(you)(you)(you)混合，經(jing)(jing)加熱爐加熱后(hou)送至催(cui)化(hua)(hua)裂化(hua)(hua)提(ti)(ti)升管(guan)反應(ying)器(qi)下部噴(pen)嘴(zui)，原料油(you)(you)(you)蒸(zheng)氣霧(wu)化(hua)(hua)后(hou)噴(pen)入提(ti)(ti)升管(guan)內，與來(lai)自再(zai)生器(qi)的高溫(wen)(wen)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)接觸(chu)，隨即氣化(hua)(hua)并發生反應(ying)。反應(ying)生成(cheng)的氣體、汽油(you)(you)(you)、液(ye)化(hua)(hua)氣、柴油(you)(you)(you)等組成(cheng)的反應(ying)油(you)(you)(you)氣被送至旋風分(fen)離器(qi)。經(jing)(jing)旋風分(fen)離器(qi)分(fen)離出(chu)夾帶的催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)后(hou)送入分(fen)餾塔進行分(fen)餾。
經汽提(ti)后(hou)的(de)(de)(de)待生(sheng)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)通過(guo)待生(sheng)斜(xie)管(guan)進入再(zai)生(sheng)器，用空氣(qi)燒(shao)焦，燒(shao)去催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)上因(yin)反(fan)應而生(sheng)成的(de)(de)(de)積炭(tan)，使(shi)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)活(huo)性得以恢(hui)復(fu)。再(zai)生(sheng)后(hou)的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)落入淹(yan)流(liu)管(guan)，經再(zai)生(sheng)斜(xie)管(guan)送回反(fan)應器循環使(shi)用。在(zai)生(sheng)產過(guo)程(cheng)中，催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)會有(you)損失及失活(huo)。為(wei)了維持系統(tong)內催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)存量和活(huo)性，需(xu)要定期地或經常地向系統(tong)中補充或置換新鮮催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)。催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)補充常采用稀(xi)相輸送的(de)(de)(de)方(fang)法，輸送介質為(wei)壓(ya)縮空氣(qi)。
2. 分餾系(xi)統
典型的催化裂化分(fen)餾系(xi)統工(gong)藝流(liu)程(cheng)如(ru)圖(tu)2.4所示。
由反(fan)應器來(lai)的反(fan)應油(you)(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)從分(fen)餾(liu)(liu)塔下部(bu)進(jin)(jin)入(ru)分(fen)餾(liu)(liu)塔。在(zai)(zai)底部(bu)的脫過熱段與油(you)(you)(you)(you)漿(jiang)換(huan)熱，并洗掉油(you)(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)攜帶的少(shao)量催(cui)化劑。反(fan)應油(you)(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)分(fen)餾(liu)(liu)塔內上升并經過多次的傳熱、冷(leng)凝(ning)，在(zai)(zai)分(fen)餾(liu)(liu)段根據物(wu)料的沸點差，從上至下分(fen)離(li)出富(fu)(fu)氣(qi)(qi)(qi)、粗汽油(you)(you)(you)(you)、柴油(you)(you)(you)(you)、回煉油(you)(you)(you)(you)和(he)油(you)(you)(you)(you)漿(jiang)。塔頂為(wei)沸點最(zui)低的富(fu)(fu)氣(qi)(qi)(qi)及粗汽油(you)(you)(you)(you)。經換(huan)熱冷(leng)卻后，進(jin)(jin)入(ru)油(you)(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)分(fen)離(li)器。油(you)(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)分(fen)離(li)器頂部(bu)出來(lai)的催(cui)化富(fu)(fu)氣(qi)(qi)(qi)，經氣(qi)(qi)(qi)體壓縮機壓縮后，進(jin)(jin)入(ru)吸收穩定(ding)系(xi)統。
側線抽出的(de)輕柴(chai)(chai)油(you)、重柴(chai)(chai)油(you)經汽提塔(ta)(ta)(ta)(ta)汽提，再經換熱、冷(leng)(leng)卻后(hou)出裝置(zhi)。側線回(hui)煉油(you)與原料(liao)油(you)混合返回(hui)分餾(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)進(jin)行(xing)(xing)回(hui)煉。塔(ta)(ta)(ta)(ta)底抽出的(de)是油(you)漿，一部(bu)分經換熱、冷(leng)(leng)卻后(hou)出裝置(zhi)；一部(bu)分返回(hui)分餾(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)脫(tuo)過(guo)熱段進(jin)行(xing)(xing)循環；另一部(bu)分油(you)漿則送至反應(ying)器回(hui)煉。由于分餾(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)的(de)進(jin)料(liao)是帶有催(cui)化劑粉(fen)塵(chen)的(de)過(guo)熱油(you)氣(qi)，因此(ci)，分餾(liu)塔(ta)(ta)(ta)(ta)底部(bu)設(she)有脫(tuo)過(guo)熱段，用經過(guo)冷(leng)(leng)卻的(de)油(you)漿把油(you)氣(qi)冷(leng)(leng)卻到飽和狀態，并洗(xi)掉(diao)夾帶的(de)催(cui)化劑粉(fen)塵(chen)，以便后(hou)續分餾(liu)，并避免塔(ta)(ta)(ta)(ta)盤堵塞(sai)。
3. 吸收穩定系統
典型的(de)催(cui)化裂化吸收穩定系統(tong)工藝(yi)流程如(ru)圖2.5所示。
從分(fen)(fen)(fen)(fen)餾塔頂油(you)氣(qi)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器出來的(de)催(cui)化(hua)富氣(qi)中帶有汽油(you)組(zu)(zu)分(fen)(fen)(fen)(fen)，而(er)粗汽油(you)中則溶解有組(zu)(zu)分(fen)(fen)(fen)(fen)。吸收穩定系統的(de)作(zuo)用就是利用吸收和(he)(he)精餾的(de)方法(fa)，將(jiang)富氣(qi)和(he)(he)粗汽油(you)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)成干氣(qi)(≤C2)液化(hua)氣(qi)（C3、C4）及穩定汽油(you)。
吸(xi)收(shou)穩(wen)定系(xi)統主要(yao)由吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)、再吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)、解吸(xi)塔(ta)(ta)及穩(wen)定塔(ta)(ta)組成。
①. 富(fu)氣(qi)(qi)經氣(qi)(qi)壓(ya)機升壓(ya)、冷卻并分出凝(ning)縮油(you)后(hou)形成不(bu)凝(ning)氣(qi)(qi)，由底部進入吸(xi)(xi)收(shou)(shou)塔(ta)。穩定(ding)汽(qi)(qi)油(you)和(he)粗(cu)汽(qi)(qi)油(you)則作為吸(xi)(xi)收(shou)(shou)液由塔(ta)頂進入。將(jiang)富(fu)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)C3、C4（含少(shao)量C2）等吸(xi)(xi)收(shou)(shou)后(hou)得(de)到富(fu)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)油(you)。吸(xi)(xi)收(shou)(shou)塔(ta)頂部出來的(de)貧氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)夾(jia)帶有少(shao)量的(de)穩定(ding)汽(qi)(qi)油(you)，經再(zai)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)塔(ta)用柴油(you)回收(shou)(shou)其中(zhong)(zhong)的(de)汽(qi)(qi)油(you)組分后(hou)成為干氣(qi)(qi)。干氣(qi)(qi)被送出裝置進行氣(qi)(qi)體脫硫。再(zai)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)塔(ta)底油(you)則返回催化分餾塔(ta)。
②. 富吸收油和凝縮油均進入(ru)(ru)解(jie)吸塔(ta)(ta)(ta)，使其中(zhong)的(de)(de)氣體解(jie)吸后，從塔(ta)(ta)(ta)頂返回凝縮油沉(chen)降罐。塔(ta)(ta)(ta)底(di)的(de)(de)未穩(wen)定汽油送(song)入(ru)(ru)穩(wen)定塔(ta)(ta)(ta)，通過精餾(liu)作用將(jiang)液化氣和穩(wen)定汽油分開。
③. 穩(wen)(wen)定塔(ta)頂(ding)產(chan)品(pin)為液(ye)化氣(qi)（液(ye)態烴），穩(wen)(wen)定塔(ta)底產(chan)品(pin)為穩(wen)(wen)定汽油。液(ye)態烴再利用(yong)精(jing)餾的(de)方法通過氣(qi)體分(fen)(fen)餾裝置將其(qi)中(zhong)的(de)丙烯(xi)、丁烯(xi)分(fen)(fen)離(li)出來，進行化工利用(yong)。穩(wen)(wen)定塔(ta)實質上(shang)是一個精(jing)餾塔(ta)。
④. 能(neng)(neng)量回(hui)(hui)收(shou)系統 催化(hua)裂化(hua)反應產生較(jiao)多的熱能(neng)(neng)，而能(neng)(neng)量回(hui)(hui)收(shou)系統是為這些熱能(neng)(neng)的回(hui)(hui)收(shou)而設置的。不(bu)同(tong)的催化(hua)裂化(hua)能(neng)(neng)量回(hui)(hui)收(shou)系統的工(gong)藝流程(cheng)不(bu)盡相(xiang)同(tong)，主要區別在于煙氣輪機-主風機組的組成上。圖2.6所示為典型的催化(hua)裂化(hua)能(neng)(neng)量回(hui)(hui)收(shou)系統的工(gong)藝流程(cheng)示意(yi)圖。
由再生器過來(lai)的(de)高溫(wen)煙(yan)(yan)氣(qi)，含(han)有(you)微(wei)量的(de)催化劑粉塵(chen)，會(hui)造(zao)成煙(yan)(yan)氣(qi)輪機(ji)葉(xie)片的(de)磨損。煙(yan)(yan)汽輪機(ji)首先用于主風機(ji)的(de)驅動(dong)，多余(yu)能(neng)量則帶(dai)動(dong)電動(dong)／發電機(ji)發電。煙(yan)(yan)氣(qi)在驅動(dong)煙(yan)(yan)氣(qi)輪機(ji)做功(gong)并回(hui)收(shou)了壓(ya)(ya)力能(neng)后，溫(wen)度略(lve)有(you)降低，但仍然保持較高的(de)溫(wen)度。通常情(qing)況下，煙(yan)(yan)氣(qi)還會(hui)被送至(zhi)余(yu)熱鍋(guo)爐產生中壓(ya)(ya)蒸(zheng)氣(qi)。最后，煙(yan)(yan)氣(qi)經(jing)進一(yi)步(bu)降溫(wen)后直接排(pai)入大氣(qi)，或(huo)經(jing)脫(tuo)硫后再排(pai)入大氣(qi)。
三、介質(zhi)特點
催(cui)化(hua)裂(lie)化(hua)裝置反應再生(sheng)系(xi)(xi)統最典型的(de)(de)介(jie)(jie)質特點是(shi)高(gao)溫條(tiao)件，部分介(jie)(jie)質工況含有(you)固(gu)體顆(ke)粒(li)催(cui)化(hua)劑或夾帶固(gu)體顆(ke)粒(li)催(cui)化(hua)劑，同時(shi)又伴隨有(you)硫化(hua)物、氮(dan)化(hua)物等腐蝕介(jie)(jie)質的(de)(de)存在。含有(you)固(gu)體催(cui)化(hua)劑的(de)(de)管道(dao)(dao)通(tong)常(chang)沖刷嚴重。工程設計中通(tong)常(chang)對高(gao)溫煙(yan)氣(qi)(qi)管道(dao)(dao)采(cai)用隔熱(re)耐磨襯里。能量回收系(xi)(xi)統較典型的(de)(de)介(jie)(jie)質特點為高(gao)溫煙(yan)氣(qi)(qi)。除高(gao)溫煙(yan)氣(qi)(qi)外，該系(xi)(xi)統還有(you)預熱(re)鍋爐系(xi)(xi)統中的(de)(de)中壓(ya)蒸汽管道(dao)(dao)、主風(feng)機的(de)(de)大口徑非凈化(hua)風(feng)管道(dao)(dao)等。
四(si)、催(cui)化裂化裝置的配管設計
主(zhu)要是對加熱爐、塔、換熱器、罐、泵等設備的配管(guan)設計。主(zhu)要設備如下。
1. 再(zai)生器
再生(sheng)器(qi)(qi)的主要作用是燒(shao)去結焦催(cui)化(hua)劑上的焦炭以(yi)恢復催(cui)化(hua)劑的活性，同(tong)時(shi)也提供(gong)裂化(hua)所(suo)需的熱(re)量(liang)。再生(sheng)器(qi)(qi)由殼(ke)體、旋風(feng)分離器(qi)(qi)、空氣分布器(qi)(qi)、燃燒(shao)室和(he)取熱(re)器(qi)(qi)組(zu)成。
2. 提升管(guan)反應器
①. 直管式： 多(duo)用于高低(di)并列式反(fan)再系統，特(te)點是從沉降(jiang)器底(di)部直接插入，結構(gou)簡單，壓降(jiang)小。
②. 折疊(die)式：多用于同軸(zhou)式式反再系統。
3. 沉降器
沉降(jiang)器的(de)(de)作用是使來自提升管的(de)(de)反應(ying)油氣和(he)催(cui)(cui)化劑(ji)分離(li)，油氣經(jing)旋風分離(li)器分出夾帶催(cui)(cui)化劑(ji)后(hou)經(jing)集氣室去分餾系(xi)統(tong)。由快速分離(li)器出來的(de)(de)催(cui)(cui)化劑(ji)靠重力在沉降(jiang)器中向下(xia)沉降(jiang)，落入氣體(ti)段。
4. 主風機
供給再(zai)生器(qi)燒焦用空(kong)氣。
5. 氣(qi)壓機(ji)
用于給分餾(liu)系統來的富(fu)氣升壓(ya)，然后送往吸收穩定系統。
6. 增壓機(ji)
供給IV型反應再(zai)生裝置密相提升管調節催化劑循環(huan)量。
