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催化裂化会议文集

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《炼油设计》编辑部

出版

催化裂化科技情报站

武汉石化厂催化裂化装置技术改造简介

总公司北京设计院

根据武汉石油化工厂总体规划及“七五”规划重油平衡要求，原油加工量将增至180万吨/年，大约有70万吨/年渣油，其中约有34万吨/年重油需要寻找出路。

由于该厂重油水运出厂困难，需由催化裂化装置进行加工，使处理能力由60万吨/年扩到100万吨/年（掺炼20-40%）。

又考虑全厂装置组成尽量简单，引进国外生焦较少的重油催化裂化技术，并按高低残炭两种原料进行装置改造技术。

一、装置设计情况

1、装置规模及加工方案

设计进料量100万吨/年

最小进料量60万吨/年

年开工小时数8000小时

按两种进料进行设计48%的管输混合油减压馏分油和52%管输混合油减压渣油。

68%的管输混合油减压馏分油和32%管输混合油减压渣油。

2、混合原料油的主要性质其性质间表1。

表1

名称

58/52（W）

68/32（W）

比重

SW%

NW%

CＷ%

HW%

C/H比W%

C7不溶物W%

康氏残炭W%

Vppm

Nippm

Nappm

华生特性因数

分子

0.9224

0.84

0.6

85.9

12.2

7.1

1.2

8.1

1.8

18

1.0

12.1

480

0.9032

0.7

0.3

85.9

12.6

9.6

0.7

5.0

1.1

11.2

1.0

12.1

456

3、产品收率

其收率见表2。

表2

名称

63/32

48/25

备注

H2SW%

H2-C1W%

C3-C4W%

C5-200℃汽油W%

轻柴油W%

油浆W%

焦炭W%

轻质油收率W%

转化率（221℃）

0.35

2.5

13.06

48.07

25.25

5.27

5.5

73.32

74.22

0.4

2.59

12.66

46.1

26.14

6.2

5.9

72.24

72.97

雷特蒸汽压39.996kpa

4反应再生部分主要改造内容

该项目利用现有的提升管/沉降器/汽提段并进行修改，修改项目如下：

（1）提升管/沉降器/汽提段

①新的进料喷嘴（二个）；

②新的提升管Y型部分；

③新的提升管顶部分离器；

④新的反应器旋风分离器系统；

⑤新的再生催化剂立管及滑阀；

⑥拆除现有汽提段的挡板；

⑦新汽提蒸汽环；

⑧要求的控制仪表；

⑨汽提段耐热耐磨衬里。

（2）一级再生器

利用现有设备，作如下修改：

①新的空气分布环；

②新的脱气罐；

③新的两级旋风分离器系统（三个）及外集气室；

④新的再生催化剂控制滑阀；

⑤新的催化剂分布器；

⑥要求控制仪表。

（3）二级再生器（全部新建）

①新的空气分布环；

②新的空气提升管；

③新的33.59GJ/h的空气预热炉；

④新的脱气罐；

⑤新的外部旋风分离器系统；

⑥新的烟气降压孔板室；

⑦新的双动滑阀；

⑧新的再生滑阀。

（4）催化剂装卸系统

①新的催化剂自动加料器，用来将新鲜催化剂连续加入一级再生器。

②新加两个贮存催化剂贮罐，大小与现有催化剂贮罐相同。

（5）钝化剂注入系统

①新的钝化剂贮罐；

②新的钝化剂注入泵。

两个现有风机将分别向一级和二级再生器供风，在事故状态下一台主风机可向两个再生器供风。

二、工艺特点

1、催化剂系统

反应、再生部分催化剂循环系统的设计对其反应系统，装置的灵活性和稳定性起着重要作用。

这一系统的主要松动及流化作用叙述如下：

（1）提升管Y型部分蒸汽环

分布环有两个作用，其一是使催化剂流向从向下流动改为向上流动，并均匀松动。

在进料喷嘴将催化剂和油充分混合是十分重要的，该蒸汽环保证了催化剂合适的流动方式和密度，使专门的进料喷嘴能够以最佳方式喷射物流。

其二，由于蒸汽环松动了催化剂，为进料喷嘴下面的流化催化剂提供了一种良好的密封，来防止油气倒流。

在操作中应保持蒸汽环设计的正常流率。

该环的流率也可以提高到正常流率的两倍，在开工或发生倒流时可起协助作用，但只有在必要的时候才能提高流率。

（2）立管松动系统和流化作用

立管松动系统的设计能适应较大幅度变化，可以提供正常流速，亦可以在开车和倒流时提高到正常的流速的两倍。

并能为正常操作提供平稳的催化剂流动。

这一点对稳定和提供足够的催化剂滑阀压差起着重要作用。

松动气是可调的，用转子流量计进行检测，立管上方每个松动口流速应相等，新的操作条件可对流量进行微量调整，但需要检查立管的压力分布后才能进行。

要注意松动与流化系统的区别：

松动是通过注入新鲜空气或蒸汽来补充被松动催化剂由于受压而产生的容积损失，松动介质的作用是防止催化剂变得过于紧密而导致流量不稳定，所以立管松动口之间的间隔大约1.5米。

流化是在催化剂将要或已经被脱除气体的时候改变其几何结构，例如可以变成45°斜线，如果不能在关键点注入流化介质，流体就会变成不稳定的团块而导致流动停滞。

通过在底部注入流化介质，就能保持催化剂正常流动，并能平稳地流入垂直流管。

因此要定期检测松动、流量情况。

大多数流化口是两个一组或三个一组，每一组都要设计成适应正常流率和处理开车和倒流的加倍流率。

每一流化点的流率是几何形状和该点催化剂流动方式的函数。

有两个地方值得特别注意，第一再生器是在高温下进行烧焦，使再生催化剂含碳很少，进入再生催化剂立管的催化剂本身很难被松动，因此，要特别注意保证把松动速率和仪表反吹保持在规定的水平上。

第二个需要注意的地方是第二级再生器的外旋风分离器的料腿，在垂直部分的松动不能过大。

因这些料腿里的仪表反吹风已占松动风需要量的很大比例。

因此设计对仪表反吹风做出规定。

料腿斜管部分的流化对催化剂流回到第二级再生器是很重要的，没有这一流化，料腿会发生阻塞，而且会增加再生系统的催化剂跑损。

（3）脱气罐空气环

脱气罐空气环应位于脱气罐的正切线上。

在催化剂进入再生立管之前，脱气罐可以做为催化剂的缓冲罐并重新造成新的条件。

脱气罐中的床是一个逆流床，空气环提供的松动空气向上流动，可以使脱气罐空气环处的脱气的催化剂重新被松动。

这一点对再生催化剂尤为重要，因为在高温条件下再生催化剂已基本没有碳了，在较长的立管中是很难进行充分松动的，为空气环设计的小股空气的正常流速要能将催化剂的密度控制到恰到好处。

开工和倒流时的流速应为正常流速的两倍。

（4）提升管空气环

该空气环的基本作用是在催化剂通过45°角Y型向上流动时起再引导作用，使其成为流化状态，并能为防止倒流起密封作用。

2、汽提段

汽提段是不设挡板的。

通过适当的蒸汽分布器汽提和足够的停留时间，基本上使所有催化剂孔隙中的烃和挥发物质都被置换到沉降器顶部其中，确定汽提蒸汽流率的办法是先将流率定在规定的正常流率上，然受再慢慢地按200公斤/时的速度减下来并注意观察第一级再生器的温度。

如果温度保持不变，一个小时以后不上升，再按减少水蒸汽流率200公斤/时，照此办理，直至观察到第一级再生器温度上升。

此时应把水蒸汽流率稍微提高一点以保证汽提的正常进行。

汽提段设计的蒸汽流率有正常和正常流率的50%两种，而不影响催化剂分布质量。

3、进料雾化蒸汽

进料雾化蒸汽对渣油裂解十分重要，比起瓦斯油裂解更重要得多，其流率要根据进料的分子结构来确定，分子量增大，蒸汽流率相应要提高。

雾化蒸汽有两个作用：

第一是使油和催化剂混合并在喷嘴上保证正常裂解的最佳条件。

蒸汽对气化油的分散起协助作用，并使混合物的单位密度降低到32-48公斤/米3。

第二个目的是在多种方案设计条件下，帮助调节提升管停留时间。

根据提升管出口速度正常的停留时间应该是2秒。

流入的蒸汽量超过要求的量对反应无害，并且在降低处理量的操作中是保持速度和停留时间的一个很方便的方法。

4、提升管出口气固分离器

提升管顶部的气固分离器，设计得简单而易于维修，而且有较高的分离效率。

出口尺寸的设计要能降低固体一气体混合改变流向以使催化剂分离出来。

5、再生系统

再生系统设计的特点是在不采用外部持合适的催化剂表面积，这一点通过在两个容器内烧焦来达到。

这样可使第一段再生相对低的温度下部分地烧焦，并产生CO，这对防止催化剂热崩溃是一个有效的办法。

第二段的烧焦是在没有水汽的情况下在相对高的温度下进行的。

再生器中的空气分布是十分重要的，第一级再生器使用逆流床中的均匀性燃烧，保证了氢被完全烧掉，并且使颗粒内部的温度保持在理想限度之内，以最大限度地减少失活。

空气环的设计对再生器的烧焦性能是极重要的，第二级再生器的设计也要使空气分布均匀。

容器的底部要设计成45°锤体，提升管把从第一级再生器来的部分再生催化剂通过这个锤体送入第二级再生器。

这种几何形状易使催化剂和空气有效地混合。

此外所设计的空气环把大部分烧焦空气通过催化床层，以保证良好的流化。

第一级再生器的催化剂料位置高度由滑阀控制，正常的料位高度要能保证足够的停留时间以进行合适的烧焦；最低第料位高度根据要求而定，至少应保持在排出口以上一米的高度。

由于两级旋风分离器能够有效地减少新鲜催化剂的损失，所以每天补充新鲜催化剂要添加到第一级再生器。

第二级再生器的催化剂料位高度是浮动的，它不是直接控制的，所以从第二级再生器卸岀催化剂是比较理想的，在操作中最低料位高度为旋风分离器料腿返回口以上0.45米。

这一最低密封高度的要求已在容器设计时考虑进去，以便使排卸扣不露岀最低料位高度。

第二级再生器的最高料位高度是外旋风分离器压力平衡和需要的料腿压头的函数。

旋风分离器的料腿压头，必须满足催化剂回到床层，在料腿到再生器壁的进口处设置的小突出部分结构可以起到帮助返回的催化剂穿过靠近再生器壁的催化剂的密相层的使用。

同时还能抑制空气气泡上升到料腿以免降低旋风分离器的效率。

6、旋风分离器

本反应再生系统所用的再生分离器比其他反应在再生系统的旋风分离器具有更高的效率。

第二级再生器的单级外旋风分离器和反应器内部旋风分离器所采用的设计特点在其它FCC装置上是不多见的。

反应器催化剂跑损低，不用油浆再循环来控制又将催化剂的含量。

又将回炼会占反应空间，并且会生成焦炭和气体。

此外，还会使进料喷嘴造成永久性的破坏。

7、操作条件范围

经验证明，提升管出口温度高过538℃并无好处，只会造成从有价值的液体产品中生产过量气体。

提升管温度的下线可根据进料的分子结构和目的产物来确定。

第一级再生器为部分再生，产生一氧化碳，700℃为上限温度，温度有利于CO2的生成，并增加催化剂失活的机会，大多数以渣油为原料的更佳温度范围为635℃-690℃，以瓦斯油为原料的温度约为600℃。

第二级再生器在较高的温度下，把剩余的焦炭烧掉，处理渣油时温度范围为700℃-815℃，温度至少应维持在足以文全烧掉一氧化碳。

容器内的连续最高温度可达870℃，允许偶尔达到900℃。

8、催化剂的添加和卸除

新鲜催化剂要连续加入到第一级再生器的床层中，以维持催化剂表面积和金属含量。

本装置设计的平衡催化剂重金属含量为10000ppm（镍、钒），随着催化剂的改进，金属含量可以增加。

由于催化剂的添加大于跑损，必须不断卸除催化剂以持续正常藏量。

添加在第一级再生器进行，卸除在第二级再生器进行。

由于两个再生器均设有添加和卸除管线，因此可以有不同的选择，但要将床层料位的波动控制在最小程度。

9、锑钝化剂

将锑注入渣油进料以降低沉积在催化剂上的镍的生氢活性，氢的产量会大大减低，在处理渣油过程中要不断地加入锑钝化剂。

锑溶液的加入量依经验而定，锑不断地加入直到氢的产量降低到最小程度。

确实的用量、储存和使用详见制造厂操作手册。

10、进料预加热

对进料预加热可以扩大加工范围和装置的操作灵活性。

渣油进料预热温度一般在150-200℃，瓦斯油一般在200-315℃或更高一些。

三、设备选择

为加快建设速度，对国内不能制造或达不到合同规定要求的关键设备，已批准引进。

进口的主要设备项目如下：

（1）设备部分

第二级再生器外部旋风器

单级（3台）

第一级再生器旋风分离器

两级（包括二级翼阀）3组

沉降器旋风分离器

单级（包括翼阀）3台

提升管进料喷嘴4个

备用2个

第一、二再生空气部分环

二再、再生单动滑阀（带液压执行机构）（全套）

二再烟气双动滑阀（带液压执行结构）

高温耐热耐磨衬里

（2）工艺部分

钝化剂注入泵1台

催化剂自动加料器1台

催化剂粉尘采样器（供能量回收部分用）

（3）测量级控制仪表

磁氧在线分析仪CO、CO2在线分析仪

蝶形调节阀（带气动执行结构和阀位开关）

Dg3001个

Dg3501个

不停电电源装置一套

气动温度调节器10台

（4）分析仪器

比重计1

油品试除离心机1

气象色谱仪1

元素分析仪1

比表面测定仪1

油品减压蒸馏1

气体采样器250m120个

500m110个

辛烷值标准油

荧光指示剂1瓶

四、主要操作条件及工艺计算结果汇总

1、操作条件

表3

方案

进料1

进料2

汽油方案

柴油方案

汽油方案

汽油方案

柴油方案

催化剂

反应温度℃/℉

进料温度℃/℉

1号再生器℃/℉

2号再生器℃/℉

剂油比kg/kg

碳差W%

操作压力kPa

反应器顶

1号再生器

2号再生器

催化剂循环量kg/h

催化剂消耗kg/h原料

平衡催化剂

金属含量ppm

OctacatD

或DeITa400

504/939

187/369

636/1175

712/1313

6

0.98

136

180

91

750000

OctacatD

或DeITa400

489/913

186/366

617/1143

689/1272

6

093

136

180

91

750000

Typec

502/936

198/389

624/1155

693/1280

6

1.00

136

180

91

750000

OctacatD或DeITa400

496/925

198/389

619/1147

690/1274

6

0.92

136

180

91

750000

OctacatD或DeITa400

477/892

167/334

605/1121

677/1250

0

0.92

136

180

91

750000

1.98

10000

1.58

1.23

10000

2、反应再生部分工艺计算结果汇总

表4

项目设备

提升管

沉降器汽提段

一级再生器

二级再生器

直径（内）mm

操作压力kPa

操作温度℃

预热温度℃

烧焦量kg/h

烧焦分配比%

焦中H/C

烟气中过剩O2

烟气中CO/CO2比

催化剂循环量kg/h

剂油比

注风量m3n/h（湿）

烟气量m3n/h（湿）

稀相线速W/S

密相线速W/S

床层密度kg/m3

稀相密度kg/m3

旋风器入口浓度kg/m3

旋风器压降kPa

一级旋风器入口线速m/s

分布管压降kPa

催化剂停留时间min

1000

136

504

187

6.0

-

5200/2200

136

504

750000

0.709

610

8.7

6.9

14

20.12

56

7000/5030

180

636

-

4425

60

0.0627

0.2

3.03

42896

47488

0.417

0.772

480

6.23

1.5

14

21

20

5

6120/4120

91

712

2950

40

2

完全

29210

30755

0.552

0.813

480

16.39

3.9

14

23.32

20

4

五、反应再生部分工程设计特点

1、关于催化剂的流化和输送

对于反应-再生系统的催化剂的流化、松动和输送是很讲究的，所以对配管的要求也很严格，如提升管，提升风管、待生斜管，其中有单个松动点、两个松动点、三个松动点分别在斜管的底部与中心线成25-35°角对称，以提高催化剂的流动性。

所有松动点都采用了顺催化剂流动方向成45°角的松动管，这样既有利于催化剂流化，也有利于帮助催化剂输送。

为了防止催化剂倒流，保证松动管不被催化剂堵塞，要求松动管高出管嘴至少要有1米或12倍管径的密封高度。

对于固体催化剂管线要求提供Dg25的吹扫阀，其水平管线每6米加一个吹扫阀，垂直管线每3米设一个吹扫阀，所有催化剂管线上的阀门和弯头处也都要加吹扫阀门。

2、进料喷嘴

原料的进料机雾化蒸汽，都采用分组调节流量控制，以保证每个喷嘴原料和雾化蒸汽量相等。

进喷嘴前要考虑1米或12倍Dg的密封高度，并把单向阀设在最高处，避免催化剂倒流到原料蒸汽管线里。

对于第二再生器提升风管、脱气罐的流化风圈管等也同样要考虑密封高度。

3、流量计布置

为了调节松动风流量，均要设流量计，便于操作和管理，把流量计阀组都尽量集中布置在地面上或在适当的平台上。

4、阀门布置

所有与设备连接的管线阀门，都尽量与设备的嘴子相连接。

5、第二再生器是国外新设计的其特点是

①密相床是截锥形，高度4154mm。

②分布管是一根圆环，在圆环不同方位开很多喷嘴，并计开了不同规格的喷嘴216个。

③稀相高度6米、烟气线速度为0.552m/s时，估计进旋风分离器催化剂密度为3.9kg/m3；当烟气线速为0.507m/s时，估计进旋风分离器催化剂密度为3kg/m3。

6、第一再生器改造内容

①待生催化剂进入密封床上部，采用了新的船形快分溢流槽溢出催化剂，烧焦是在密相床使催化剂与空气逆流接触，以提高烧焦效率和避免催化剂过热，维持催化剂活性。

②空气分布管是一根园环，在园环不同角度开尺寸大小不等的喷嘴共357个。

③再生器稀相线速为0.417m/s，进旋风分离器催化剂密度预计为1.5kg/m3,当稀相线速为0.383m/s时，则进旋风分离器的催化剂密度为1.1kg/m3。

7、沉降器内改造内容和特点

①将提升管出口伞帽形快速分离器，改为石伟公司的侧面开槽加挡板，改变油气和催化剂的流动方向，根据外商介绍分离效率可达90%。

②汽提段拆除人字挡板；热壁改为冷壁，这就简化了汽提段的结构，又可减少热膨胀。

汽提蒸汽改为园环分布器。

③旋风分离器两级改为单级。

当沉降器油气线为0.709m/s，进入旋风分离器的催化剂密度预计为6.9kg/m3；当线速为0.683m/s时，则进入旋风分离器的催化剂密度为6.7kg/m。

④沉降器内集气室采用新的锥形结构。

8、高效旋风分离器

旋风分离器的特点：

（1）结构尺寸

①简体、椎体、灰斗尺寸长。

②简体直径小，入口面积大。

③气体出口线速比入口面积大。

④第一再生器旋风分离器壁厚10mm。

⑤第二再生器旋风分离器冷壁厚13mm。

⑥沉降器旋风分离器壁厚13mm。

（2）回收效率高

第一再生器采用两级旋风分离器，第二再生器用单级旋风分离器，沉降器亦是用单级旋风分离器，从旋风分离器带出的催化剂见表5。

表5

项目

旋风分离器

沉降器内（单级）

第一再生器内（两级）

第二再生器内（单级）

总计

气体入旋风分离器体积流率m3/h

气体含催化剂密度kg/m3

催化剂损失kg/h

催化剂损失kg/h

旋风分离器回收率%

54360

6.9

6.36

152.7

99.9983

57960

1.5

7.272

174.5

99.99164

61560

3.9

11.36

272.7

99.99527

599.9

旋风分离器的效率系根据石伟公司提供的数据计算出来的。

外商只保证，从第一再生器、第二再生器烟气带出的催化剂加上去分馏塔的催化剂共计每天600公斤，相当于催化剂单耗0.2kg/t原料。

9、应力分析和强度计算

设备和设备开口以及相连的管线均进行应力分析和强度计算。

石伟公司对设备壁厚不仅进行强度计算，还要根据生产实际进行选择。

每个设备开口和管线连接，进行应力分析，计算岀推力，当推力作用在设备上的力量过大，就采取以补偿结构的变化来减少管线热膨胀产生的推理。

例如待生催化剂原设计的方案有几十吨的力作在嘴子上，后改为加对称波形补偿器将产生的力相互抵消，使嘴子上的推力为0，这样大大节省了设备和土建框架的投资，还有，提升管反应器下部与再生催化剂相连接的Y型部分的管子壁厚，根据经验采用38mm。

10、第二再生器结构

第二再生器的温度高，采用外集合管和冷壁外旋风分离器组合结构，这样就满足了高温再生的要求，此结构简单，又可节省合金钢材。

11、设置分布环

所有外脱气罐底部、提升管底部均设有分布环，通气流化，保证催化剂处于良好的稳定流化状态。

12、第二再生器采用高温单动、双动滑阀

根据武汉石化厂使用的混合进料蜡油：

减压渣油为48：

52时，再生器操作温度为712℃，但外商根据工艺专利特点，可以在高温下操作，因此，规定流体最高操作温度为871℃，机械设计流体温度为900℃。

滑阀制造厂提供的初步图纸有下列特点：

①单动、双动滑动滑阀均选用隔热耐磨衬里。

阀体按冷壁设计，设计温度为343℃，选用碳钢，阀体和管线直接焊接。

②发内节流孔、导轨、阀板、阀杆及固定螺钉均采用耐高温的INCOLOY800H。

③隔热层厚度为89mm，材料用VSL50；耐磨层厚度为64mm，材料用AR-400；S和龟甲网材质为不锈钢310SS。

滑阀驱动选用美国MEASeIf-Com-tained公司制造的电、液执行机构。

其主要优点是：

推力大、平稳、噪音小，避免风动马达时带不动和马达出现叶片变形卡住现象，而影响装置正常操作。

滑阀采用冷壁有下列有点：

①热壁用不锈钢在高温时冷下来有裂的现象；

②冷壁材料热膨胀伸长比热壁小；

③冷壁体本身的应力小；

④冷壁阀体材料可用碳钢；

⑤冷壁阀体使用碳钢与接管材质相同。

这样，膨胀系数相同可以与接管直接焊接，比较安全可靠。

六、自动控制部分

1、自动控制水平

从石伟公司为武汉石油化工厂设计的催化裂化装置的自动控制流程来看，控制方案和控制水平与国内设计的同类装置大部分相同，但也有它的一些特点和先进之处，归纳起来有如下几点：

（1）控制方案

为了保证操作平稳和设备安全，重要参数采用了复杂控制方案。

①主风机防喘振控制；1号和2号主风机均设置了防喘振控制。

主风机入口流量和进出口差压两个信号送入防喘振控制器，经过运算来控制主风机出口放空蝶阀。

同时还设置了遥控选择保护控制，本方案的设置对保护主风机的安全有着很重要的作用。

如果主风机在低负荷条件下运转，此方案可以再保证主风机不喘振的情况下放空量最小，起到节能作用。

②提升管出口温度和第二再生滑阀压降采用选择控制方案。

提升管出口温度信号和第二再生滑阀压降信号送入一个低信号选择器，选择出一个低信号控制第二再生滑阀。

正常情况下，提升管出口温度被被选去控制第二再生滑阀，当三器压力平衡受到破坏、滑阀开大、压降减小至某个极限数值时，滑阀压降调节器的输出信号就被选择去控制滑阀。

不至使滑阀压降降低太大，这就可以防止第二再生斜管中催化剂倒流。

③沉降器料位和待生滑阀压降选择控制，控制原理和作用同第②条。

④第一再生器料位和第一再生滑阀压降选择控制方案，控制