催化裂化工藝相關問題探討

王磊

((天津大港油田集團建設監(jiān)理有限責任公司,天津,116600)

催化裂化工藝相關問題探討

王磊

((天津大港油田集團建設監(jiān)理有限責任公司,天津,116600)

催化裂化作為核心裝置,其效益的好壞,直接關系到化工廠的經(jīng)濟效益。本文主要分析了催化裂化工藝中的操作條件影響和焦炭燃燒動力學方面內容,對于進一步深化催化裂化設計具有一定幫助。

催化裂化;操作條件;焦炭燃燒動力學;設計

1 引言

催化裂化具體的工藝過程是為實現(xiàn)特定的操作條件服務的。在一定程度上也限定了操作條件的調整范圍。但就反再系統(tǒng)來說,操作條件就包括諸多方面。盡管操作參數(shù)眾多,但平時可調整的卻屈指可數(shù),有些參數(shù),反再系統(tǒng)工藝路線已經(jīng)確定,也就基本確定下來,不能再調整或無法調整了[1,2]。

2 操作條件的影響

催化裂化在接近常壓的低壓下操作,在這個壓力范圍內壓力對熱力學的影響微乎其微。較低的烴分壓有利于裂化,不利于生焦,因而是有利的。最小總壓取決于后續(xù)分離系統(tǒng),目前在 300kPa以下。烴分壓可以通過噴入水蒸汽的方法來降低(一般噴入水蒸汽的量占進料的 1%～5%),也可以將一部分輕烴氣體打循環(huán),但循環(huán)量需要根據(jù)具體的經(jīng)濟性來確定。

3 焦炭燃燒動力學

催化裂化焦炭的收率一般在 4～8%之間。在再生器的典型溫度條件下,富氫化合物要么揮發(fā),要么裂化成可揮發(fā)性組分和焦炭。催化劑再生所需要的時間主要由焦炭的較慢的燃燒速率決定。焦炭燃燒的活化能約為 147kJ/mol。催化劑焦炭含量為 1%、燃燒后煙氣中的氧含量為 1%催化劑焦炭含量為 1%、燃燒后煙氣中的氧含量為 1%,燒焦時間與溫度之閫的函數(shù)關系如圖 1所示。該函數(shù)關系非常重要,因為它確定了催化剡的總量與再生器的大小。減小再生器的大小與催化劑的總量很重要,原因有兩個：FCC再生器在整個裝置的造價中占有很大的比重,減小其大小有利于降低裝置的投資;減少催化劑總量,不僅有利于減少操作費用,而且還有利于根據(jù)原料與產(chǎn)品的變化迅速改變催化劑。FCC裝置是一個“熱平衡體系”,熱催化劑為裂化反應提供了部分熱量。FCC裝置的熱平衡與催化劑的活性、原料性質、原料的預熱和反應溫度有關。此外,熱平衡還與再生煙氣 CO2/CO的理想比例有關。焦炭燃燒的一次產(chǎn)物有 CO、CO2和 H2O, CO與CO2之比是溫度的函數(shù)。CO與O2反應生成CO2是自由基反應,在有固體存在的條件下反應速率會減慢。

圖1 燒焦時聞與溫度之問的關系

使 CO轉化成 CO2也可以通過提高反應溫度來實現(xiàn)。CO均相燃燒生成 CO2的活化能較高,約為 293kJ/mol,在空氣充足的情況下,在 7000C以上 CO可以完全轉化。從熱平衡的角度,達到 7000C以上的再生溫度毫無問題,但是再生器的材質和催化劑限定了最大再生溫度。催化劑在高溫條件下容易燒結,也易于水熱失活。當然,如今的催化劑可以保證在高達 850℃的高溫條件下不會造成燒結破壞,但水蒸汽的老化作用要求溫度要比該溫度低得多。設計者在迸行反應器設計時,在降低再生溫度以減小水熱失活與提高再生溫度以減小再生器大小之間權衡。另外一個減小催化劑水熱失活的方法是采用兩段再生：在第一段,在較低的再生溫度條件下,進行富氫焦炭的再生;二段在較高的溫度下操作。圖 1所示的燃燒所需的停留時間是根據(jù)等溫反應計算得到的,而 FCC再生器并不總是等溫的,尤其是催化劑顆粒溫度不均勻。顆粒直徑需要在 200岫 1以下,再生器才能在6500c以上操作而避免顆粒內部產(chǎn)生高的溫度梯度。固定床反應器的最小顆粒為 1mm,移動床反應器的約為 3mm,只有流化床反應器的催化劑顆粒直徑小于 200μm。對于焦炭收率很低的情況,可以考慮采取稀釋空氣、由此降低絕熱溫升的方法保護催化劑。這種方法理論上可行,實際操作過程中空氣量太大,有一定的問題。

4 結語

本文介紹反應的壓力、溫度、停留時間和催化劑的再生等的影響,對于進一步了解催化裂化工藝相關設計問題具有一定幫助。

[1]劉銀東,王剛,李澤坤,等.焦化蠟油催化裂化反應過程生焦特性[J].石油學報 (石油加工),2009,25(1).

TQ031.3

B

1003-3467(2010)10-0081-01