1.2Mt/a***石化催化裂化装置工艺设计 摘要：根据**石化催化裂化装置提供的原始数据及相关资料对催化裂化装置的反应 再生系统和分馏系统进行了工艺设计。首先确定**石化1.2Mt/a催化裂化装置的加工方 案为多产汽油方案（产品中汽油的产率最高），其中，反应一再生系统采用的烧焦形式 为烧焦罐完全再生形式，并对其进行物料衡算和热量衡算，烧焦罐直径为6.6，提升管 反应部分的设计直径为1.2m,高为32m,二再稀相段直径10.2m。分馏塔中设计塔径为 4.4m,塔下部的脱过热段采用7层人字形挡板，塔上部采用32层固舌塔板，其具有压 降较低、通量大、抗堵性能强的特点，塔盘开孔率为16%。计算结果表明，本装置能够 在设计的负荷范围内正常操作和运行，说明本设计是合理的。 关键词：催化裂化；反应一再生系统；催化剂；分馏塔
西安石油大学本科毕业设计(论文) 1.2Mt/a Design of ** Petrochemical Company Atmospheric residual oil Catalvtic Cracking Unit Abstract According to the refinery provide the data and related information on the fCC to process design. First make sure th兴六 refinery 1. 2Mt/a atmospheric residue catalytic cracking unit for the processing petrol programme( the main product is petrol), it main consists of two parts: reaction-regeneration system and the fractionation tower. And reaction renewable forms of charred cans for complete combustion. Accounting for the material balance and heat balance. charred tank diameter 6.6m. the riser reactor design of a diameter of 1. 2m, high-320m, the second paragraph and then dilute the diameter of 10.2m. Fractionator design for the tower diameter 4. 4m, the tower's bottom part of 7 paragrah from the chevron baffle layers, the upper part of a 32-storey tower with a lower pressure drop, flux, and anti-blocking performance of solid tongue trays, perforated trays rate was 16%. The results showed that the device which is able to load in the design of the scope of normal operation and operation of this design is reasonable. In addition, a flow chart of the device process of this principle was drawn to prove it Key words: Catalytic cracking: Reaction-regeneration system; Catalyst; Fractionation tower
西安石油大学本科毕业设计(论文) 目录 1绪论 1.1设计依据 1.2设计原则 1.3裝置设计特点 1.4工艺流程说明 1.5课题意义 2反应-再生系统的工艺设计 2.1基础数据 2447 22反应部分的工艺计算 2.3再生器的设计计算 24两器压力平衡 25反再系统设计数据汇总 3分馏系统的工艺设计 3.1分馏系统操作条件的确定 3.2各侧线抽岀板温度及回流量的确定 3、3全塔关键塔板气液相负荷的计算…. 51 34全塔气液相负荷汇总 62 3.5塔板设计及水力学计算 3.6塔高计算 3.7分馏塔数据汇总 4毕业设计总结 参考文献… 致谢 79
西安石油大学本科毕业设计(论文) 1绪论 11设计依据 (1)西安石油大学化学化工学院化工系下发的“毕业设计任务书”。 (2)中国石油化工总公司“炼油装置工艺设计技术规 (3)国家标准总局“中华人民共和国国家标准”。 (4)中国天然气行业标准“石油工程制图标准”。 1.2设计原则 (1)设计规模为1.2Mta (2)原料:**石化常压渣油 3)催化剂:采用超稳分子筛催化剂。 4)装置组成:装置主要由反应—再生、分馏、吸收稳定、烟气能量回收系统 等部分组成。 (5)装置年开工时数:8000h。 (6)余热锅炉:充分利用再生烟气的能量产生蒸汽。 7)低温热利用:尽量回收装置低温位热量,用以加热生活用水。 1.3装置设计特点 为满足重油催化裂化要求快速反应、快速分离的特点,本设计采用提升管反应器, 在提升管下部设预提升段,并采用新型高效喷嘴,提升管岀口设有T型快速分离器, 并采用烧焦罐髙效完全再生工艺技术、PⅤ型旋风分离器、三段回流分馏塔(一中段 回流、塔顶循环回流、塔底回流),以生产高辛烷、髙稳定性汽油。 1.4工艺流程说明 14.1反应一再生部分 从常压蒸馏装置出来的原料油送入原料油缓冲罐中,再由原料油泵抽出 (15000kgh)加压送到换热器加热到180℃,与回炼油混合经反应进料喷嘴喷入提 升管反应器中与来自再生器的热催化剂进行接触,在高温和适中压力下随即汽化并进 行反应。反应温度控制在510℃左右,停留时间为3.0s;反应后的油气经过T型快速 分离器,分离出油气和催化剂,经旋风分离器,进一步除去携带的催化剂后从反应器 顶部进入催化分馏塔 反应生成的焦炭沉积在催化剂上,待生催化剂进入沉降器下部的汽提段,在汽提 作用下脱除所携带的油气之后沿待生斜管下流,经待生滑阀节流至烧焦罐底部,与外
西安石油大学本科毕业设计(论文) 取热器返回的催化剂混合。在烧焦罐底部通入主风,催化剂同主风以快速床形式向上 流动,在较高的再生温度及富氧条件下进行烧焦再生。催化剂和烟气经稀相管、T型 快分将催化剂与烟气分离,催化剂落入二密相床。在二密相底部送入增压风,使催化 剂处于流化状态并进一步烧焦。二密相段设2个催化剂出口,分别与再生催化剂管 外取热器连接,然后经各自的单动滑阀去提升管反应器及外取热器。 再生烟气经两级旋风分离器分离岀夹带的催化剂后,经双动滑阀排入烟气能量回 收系统。利用烟气的热能和压力能做功,驱动主风机以节约电能。再进入余热锅炉回 收烟气余热,最后将温度降到180~200℃由烟囱排入大气。再生过程的过剩热量由 外取热器取走,采用下行式外循环式外取热器。烧焦用空气由主风机提供,经辅助燃 烧室、主风分布管进入烧焦罐底部。二密相流化、外取热器流化及提升需要增压风由 增压机提供。 1.4.2分馏部分 反应油气自沉降器顶引入分馏塔(29层塔板)底部,反应油气(500℃)与循 环油浆经过挡板逆流接触,一方面洗涤油气携带的催化剂,另一方面使过热的反应油 气达到饱和状态,再进入上部进行分馏。在分馏段分割成几个中间产物:塔顶出粗汽 油及富气,侧线出柴油和回炼油,塔底产物为油浆。富气进入气压机压缩后送往油气 分离器。分馏塔的余热由顶循环回流,中段循环冋流,油浆循环回流取走。油浆由循 环泵自塔底抽岀,一部分经油浆—原料油换热器换热后返回脱过热段,另一部分与原 料油混合进反应装置 分馏塔底部设有脱过热段,用冷却后的部分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及避免堵塞塔盘。由于全塔气液负荷差别很大,为尽量拉平沿 塔高的气液负荷,设有三段回流:塔顶循环回流、一个中段循环回流、塔底循环回流。 由于进入馏塔的油气中含有相当多的惰性气体和不凝气,他们会影响塔顶冷凝冷却器 的效果,所以塔顶不采用冷回流。柴油经汽提后再经换热、冷却岀装置 1.5课题意义 由于近20年来,对轻质油品的需求量不断增加,然而原油经过一次加工所得到 的轻质油品只占原油的10%~40%,其余为重质馏分和残渣油,而且得到的某些轻质 油品质量也不高。例如直馏汽油的辛烷值只有40~60左右。这就要求重油轻质化 技术不断提高 催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一,相对其它二次加工过程而言,催化 裂化过程投资较少,操作费用较低,原料适应性强,轻质产品收率高,技术成熟,在 汽油和柴油等轻质油品的生产中占有很重要的地位。传统的催化裂化原料是重质馏分 油,主要是直馏减压馏分油(VGO),也包括焦化重馏分油(CGO,通常须经加氢精 制)。随着技术的进步,更重的油料也作为催化裂化的原料,例如减压渣油、脱沥青
西安石油大学本科毕业设计(论文) 的减压渣油、加氢处理的重油等。对于一些在减压馏分油中掺入上述重质原料的,其 掺入的比例主要受限于原料的金属含量和残碳量。对于一些金属含量很低的石蜡基油 也可以直接用常压重油(AR)作为原料。当减压馏分油中掺入更重的原料时,则通 称为重油催化裂化。 原料油在500℃左右、2~4atm及裂化催化剂接触的条件下,经裂化反应生成气 体、汽油、柴油、重质油(可循环作原料)及焦炭。反应产物的产率与原料性质、反 应条件及催化剂性能有密切的关系。一般工业条件下,气体产率约10%~20%,其中 主要是C3、C4,且其中的烯烃含量可达50%左右;汽油产率约30%~60%,其研究 法辛烷值约80~90,安定性也较高;柴油产率约0~40%,由于含有较多的芳香烃, 其十六烷值较直馏柴油低,由重油催化裂化所得的柴油的十六烷值更低,可达8~10。 焦炭是裂化反应的缩合产物,它的碳氢比较高,其原子比约为1:(03-1)21 从催化裂化的原料和产品可以看出,催化裂化过程在炼油工业以至国民经济中占 有的重要地位。因此,一些原油加工深度较大的国家,例如中国和美国,催化裂化的 处理能力达原油加工能力的30%以上。在我国,由于多数原油偏重,而氢碳比(H 相对较高且金属含量相对较低,催化裂化过程,尤其是重油催化裂化过程的地位就显 得更为重要。2007年,我国催化裂化加工能力达到1.23×10°ta,占原油加工量的 37.0%(质量分数),且掺炼渣油的比例高达30%(质量分数),居世界之首。它将 3000多万吨低价值的减压渣油转化成了社会急需的轻质燃料和化工产品,是我国最 主要的重质油轻质化手段。因此,提高催化裂化轻质油品收率对于提高炼油行业的经 济效益具有至关重要的作用。另外,随着国家对绿色GDP增长的重视,催化裂化过 程中节能减排也是目前国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键技术问题。并且 将会围绕加工重质原料、劣质原料预处理、降低能耗、减少污染物排放、适应多种生 产需求的催化剂和工艺开发等主要方面继续发展。我国许多装置还采用了国外的先进 技术,其中最具有代表性的是UOP公司的毫秒催化裂化(MSCC)技术。在此过程 中,催化剂向下流动形成催化剂帘,原料油水平注入与催化剂垂直接触,实现亳秒催 化反应,大大提高了渣油处理量。 本设计主要有两大主要模块构成,即反应-再生系统和分馏系统。其主要包括以 下主要设备的设计:烧焦罐、提升管反应器、PⅤ型旋风分离器、沉降器和分馏塔等
西安石油大学本科毕业设计(论文) 2反应-再生系统的工艺设计 21基础数据 2.1.1原始数据 原料及产品基础数据见表2-1。产品产率见表2-2。千气及液化气体积(v%)组成 数据见表2-3。 2-1原料及产品基础数据表 恩氏馏程,℃ 项目 0% 10% 30% 50 70% 90% 100% 原料油0.9085284 438 476 566 汽油 0.7223 12 190 柴油 0.8825 132 195 223 240 281 323 357 回炼油0.9530246 368 383 395 410 1017 238 420 442 460 514 表2-2产品产率表 损耗 产率(m% 4.5 13.5 9.0 0.5 表2-3干气及液化气体积(V%)组成数据 项目 10.25 C3H8 0.54 Cah n-Cah8 0.07 顺-C4Hs 0.26 3,91
西安石油大学本科毕业设计(论文) 反C4H 1.65 H,S 合计 2.12原料及产品性质参数的计算 原料及产品的特性因数及分子量(以汽油为例来计算)3 斜率S=90%点馏出温度-10%点馏出温度=10-601375 体积平均沸点:t t10+t30+t50+t70+t90 60+85+102+126+170 nMe=-1.53181-0.01281061+3.64678s0333 =-1.53181-0.0128×10906+3.64678×1,3750333 238 9375(℃ 中平均沸点:tMe=t-M-99.625(℃ 由公式d16=d40+d查相关图表换算得d56=0.7424 比重指数AP/°= 141.5 131.5=59.10 由AP和tMe查图得K=11.9,M9 其它油品计算结果如表24
西安石油大学本科毕业设计(论文) 表2-4各原料及产品的性质 项目d136 API°特性因数K斜率s分子量M 原料油0.904 435 4169925,03 283 汽油0.7424 59,10 1.375 柴油 0.877 277.2 0.888 215 回炼油0.894 325,4 319 1.275 250 0.949 479 17.60 11.56 2.275 416 213主要操作条件 根据设计任务书并参考国内同类装置确定主要操作条件见表2-5。参考国内炼厂 同类装置确定各处水蒸气用量,见表2-6,表2-7, 表25主要操作条件 项目 数据 再生器顶压力,kP 再生温度,℃ 720 再生剂含碳量,(m)% 烧焦罐温度,℃ 烧焦量,kgh 13500 大气温度,℃ 大气压力,kPa 空气相对湿度,% 烟气组成(y),% CO(完全再生) 沉降器顶压(表),kPa 提升管反应温度,℃ 焦炭组成 090 原料预热温度,℃ 待生剂温度,℃ 新鲜原料,kgh 150000 回炼油,kg/h 30000 回炼油浆,kg 15000 提升管停留时间 3.0 O2过剩量(v%) 0.3
西安石油大学本科毕业设计(论文) 表26再生器各处吹扫-松动蒸汽 待生滑阀吹扫蒸汽 待生斜管膨胀节吹扫蒸汽 待生斜管采样口吹扫蒸汽 待生斜管松动蒸汽 主风事故蒸汽喷嘴吹扫蒸汽 120 燃料油喷嘴吹扫蒸汽 稀相喷嘴吹扫蒸汽 合计 1200 表27进入反应系统的水蒸气 名称 压力,kPa 流量,kgh 过热蒸汽 300 420 进料雾化蒸汽(占进料5% 9750 预提升蒸汽 气提蒸汽 2850 气提段锥体松动蒸汽 368 再生滑阀前松动蒸汽 675 14993 饱和蒸汽 再生滑阀吹扫蒸汽 再生斜管采样口吹扫蒸汽 再生斜管膨胀节吹扫蒸汽 518 提升管上段采样口吹扫蒸汽 提升管下段采样口吹扫蒸汽 进料事故蒸汽喷嘴吹扫 提升管卸料口吹扫蒸汽 提升管排污口扫蒸汽 小计 1292 22反应部分的工艺计算 22.1反应系统热量衡算