7.2.3 催化裂化工艺
催化裂化是原料在500℃左右、0.1～0.3 MPa的条件下与催化剂进行接触,经裂解等反应生成气体、汽油、柴油和焦炭的工艺过程。催化裂化装置一般由四部分组成:反应-再生系统、分馏系统、吸收-稳定系统和烟气能量回收系统。下面分别介绍这四种系统。
1.反应-再生系统
反应-再生系统是催化裂化装置的核心部分,其类型主要有床层反应式、提升管式,提升管式又分为高低并列式和同轴式两种。尽管不同类型的反应-再生系统会略微有所差异,但是其原理都是相同的,下面就以高低并列式提升管催化裂化工艺为例进行简单介绍,其催化裂化工艺流程图如图7-3所示。
图7-3 催化裂化工艺流程图
新鲜原料油经过换热后与回炼油混合,经加热炉加热至300～400℃后,由原料油喷嘴以雾化状态喷入提升管反应器下部,与来自再生器的高温(600～750℃)催化剂接触并汽化,油气与雾化蒸汽、预提升蒸汽一起携带催化剂以7～8 m/s的速率向上运动,边流动边进行反应。在470～510℃的反应温度下,油气在提升管反应器内的停留时间很短,一般为2～4 s。反应后的油气经过沉降器实现快速分离,大部分催化剂落入沉降器底部,反应油气则携带少量催化剂经过旋风分离器后进入集气室,通过沉降器顶部出口进入分馏系统。
积有焦炭的待生催化剂由沉降器进入下面的汽提段,用过热水蒸气进行汽提,以脱除吸附在待生催化剂表面的少量油气,然后经过待生斜管、待生单动滑阀进入再生器,与来自再生器底部的空气接触形成流化状态,进行再生反应,以恢复催化剂的活性,并放出大量的热量。维持高床层温度为650～680℃,再生器的顶部压力为0.15～0.25 MPa,床层线速率为0.7～1.0 m/s。再生后的催化剂含碳量小,经再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。
催化剂再生时产生的再生烟气经再生器稀相段进入旋风分离器,经两级旋风分离器分离出携带的大部分催化剂,其余烟气经集气室和双动滑阀排入烟囱或者进入能量回收系统。利用再生烟气的热能和压力做功驱动主风机以节约电能。回收的催化剂经两级料腿返回床层。(https://www.daowen.com)
在生产过程中,少量催化剂细粉随烟气排入大气或(和)进入分馏系统随油浆排出,从而造成催化剂的损耗。为了维持反应-再生系统的催化剂总量,需要定期向系统内补充新鲜的催化剂。即使催化剂损失很低,但是基于部分催化剂老化失活或者受重金属的污染,也需要补充一些新鲜催化剂,以维持系统内催化剂的活性。为此,装置内通常设有两个催化剂罐,并配备加料和卸料系统。
2.分馏系统
分馏系统的作用是将反应-再生系统的产物进行初步分离,得到部分产品和半成品。
从反应-再生系统来的高温油气进入分馏塔下部,经装有挡板的脱过热段脱热后进入分馏段,经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。富气和粗汽油送入吸收-稳定系统;轻柴油和重柴油经汽提、换热、冷却后出装置;回炼油返回反应-再生系统进行回炼。油浆的一部分送入反应-再生系统进行回炼,另一部分经换热后循环回分馏塔。为取走分馏塔的过剩热量以使塔内气相、液相负荷分布均匀,在分馏塔的不同位置分别设有4个循环回流装置,分别是塔顶循环回流、一中段回流、二中段回流和油浆循环回流。分馏塔底部的脱过热段装有约10块人字形挡板。由于进料是460℃以上的带有催化剂粉末的过热油气,必须先把油气冷却到饱和状态,同时洗下夹带的催化剂粉末以便进行分馏,同时避免堵塞塔盘。塔底抽出的油浆经冷却后返回人字形挡板的上方,与由塔底上来的油气进行逆流接触,一方面使油气快速冷却至饱和状态,另一方面使油气夹带的催化剂粉末迅速沉降下来。
3.吸收-稳定系统
吸收-稳定系统包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔和相应的冷却换热设备,目的是将来自分馏系统的富气中C2以下组分与C3以上组分分离,同时将混入汽油中的少量气体烃分出,以降低汽油的蒸气压。
4.烟气能量回收系统
从再生器出来的高温烟气首先进入高效旋风分离器分离出少量的催化剂粉末,使其含量降低到0.2 g/m3以下,然后通过调节蝶阀进入烟气轮机膨胀做功,使压力能转化为机械能以驱动主风机转动,并提供空气给再生器。待烟气压降为0.12 MPa、温度降为450℃后,再将此烟气引入余热锅炉,使烟气温度降至200℃以下,然后由烟囱进行排空。另外,为了防止烟气轮机发生故障后烟气无法处理的情况发生,烟气也可经双动滑阀直接进入余热锅炉后进行排空。烟气轮机带动反应-再生系统的主风机,余热锅炉产生的蒸汽驱动汽轮机、发电机,这样组成了同轴式四机组烟气能量回收系统。