7.4.3 催化裂化操作因素分析
对一套催化裂化装置的基本要求是处理能力大、轻质油产率高、产品质量好,这三者是互相联系又互相矛盾的。例如,当主要目的是多产汽油产品时,轻柴油产率和轻质油总收率就相应低些,处理量也较低;当要求多产轻柴油时,汽油产率就低些,处理量则高些。因此,要掌握各种因素对处理量、产品产率和产品质量的影响规律,据此调整操作条件来达到各种不同的产品要求和质量指标。
1)基本概念
（1)转化率、产率、回炼比
反应转化产物与原料之比称为转化率,如以新鲜原料为基准时称为总转化率,以装置总进料为基准时称为单程转化率。由原料转化所得各种产品与原料之比称为各产品的产率。生产中常常是把“未转化”的原料全部或一部分重新送入反应器进行反应,这部分原料叫循环油或回炼油,回炼油与新鲜原料之比叫回炼比,总进料量与新鲜原料量之比称为进料比。
（2)藏量、空间速度
反应器内经常保持的催化剂量称为藏量。对流化床反应器,一般指分布板以上密相床层的藏量。每小时进入反应器的原料量与反应器内催化剂藏量之比称为空间速度,简称为空速,常以V0表示。例如某反应器的催化剂藏量为10t,进料50t/h,则空速为5h－1。空速反映原料与催化剂接触反应的时间。空速越大,表示原料同催化剂接触反应的时间越短。空速的倒数常用来表示反应时间,但它不是反应器中真正的反应时间,只是一个相对值,故称为假反应时间。
（3)催化剂的对油比
每小时进入反应器的催化剂量（即催化剂循环量)与每小时总进料量之比,称为催化剂对油比,简称剂油比,常以n（C)/n（O)表示。例如反应时进料量为100t/h,催化剂循环量为500t/h,则n（C)/n（O)＝5。剂油比表示每吨原料油与多少吨催化剂接触。在焦炭产率一定时,若剂油比高,则平均每颗催化剂上沉积的焦炭就少些,因而催化剂的活性就高些。可见剂油比反映了在反应时与原料油接触的催化剂的活性。
（4)强度系数
生产中发现 
这一比值与转化率有一定关系,称为强度系数。如果n（C)/n（O)提高,V0也提高,只要保持两者的比例不变,则转化率基本上不变。这就是说,n（C)/n（O)提高使催化剂的活性提高,反应速度加快;另一方面V0提高,使原料在反应器内反应的时间缩短了,又缓和了反应的进行。当强度系数不变时,这两个互相对立的影响大致互相抵消,于是反应的深度不变,转化率也不变。
强度系数越大,则转化率越高。对性质不同的原料油,在同一强度系数下操作,原料越重则转化率越高,原料油芳烃含量越少或特性因数越大则转化率越高。床层式流化催化裂化反应器的强度系数一般为0.5～1.0。
2)操作因素分析
（1)原料油性质
原料油性质主要指原料油的化学组成。若原料油含吸附能力较强的环烷烃多,化学反应速度快,选择性好,因而气体、汽油产率高,焦炭产量比较低。含烷烃较多的原料,化学反应速度较快,但吸附性能差。含芳烃较多的原料反应速度最慢,其吸附能力很强,选择性差,极易生成焦炭。此外,还要求原料油中镍、钒、铁、铜等重金属含量少,以减少重金属对催化剂的污染。残炭值大的原料油品收率低、焦炭产率高,残炭值一般要求在0.3%～0.4%。
（2)反应温度
提高反应温度可使反应速度加快,提高实际转化率,从而提高设备的处理能力。目的是多产柴油时,宜采用较低的反应温度（460～470℃),在低转化率、高回炼比的条件下操作;目的为多产汽油时,则宜用较高的反应温度（500～530℃),在高转化率、低回炼比条件下操作;目的产物为燃料气体时,则宜选择更高的反应温度。反应温度对分解反应和芳构化反应的反应速度比对氢转移反应速度要敏感得多,因此产物中芳香烃和烯烃含量较多时,可得辛烷值高的汽油,而其柴油十六烷值则较低。
（3)反应压力
提高反应压力使反应器内的油气体积缩小,相当于延长反应时间,也可使转化率提高。压力增加有利于吸附而不利于重质油品的脱附,所以焦炭产率明显上升,汽油产率略有下降,但此时烯烃含量减少,油品安定性提高。床层流化催化裂化反应表压通常控制在0.17MPa±0.02MPa,提升管催化裂化反应表压为0.2～0.3MPa。
（4)空速和反应时间
降低流化床催化裂化装置的空速就是延长反应时间,有利于提高转化率,更有利于反应速度相对较慢的氢转移反应的进行,因此可减少烯烃含量,提高油品的安定性。因提升管催化裂化过程是稀相输送过程,应该采用反应时间来描述。在提升管中的停留时间就是反应时间。在提升管反应器中,刚开始反应速度最快,转化率增加也快,但1s后反应速度和转化率的增加幅度就趋缓。反应时间过长,会引起汽油分解等二次反应和过多的氢转移反应,使汽油产率和丙烯、丁烯产率降低。反应时间要根据原料油性质、催化剂特性、产品的要求和试验结果来选定,通常为2～4s。
（5)催化剂对油比
提高剂油比,可减少单位催化剂上的积炭量,从而增加催化剂的活性,提高转化率。剂油比大,反应深度大,汽油中的芳烃含量增加,硫含量和烯烃含量都降低。
（6)回炼比
改变回炼比实质是改变进料的性质。回炼油比新鲜油原料含有较多的芳烃,难裂化易生焦。回炼比加大,其他条件不变则转化率下降,处理能力降低。回炼比大,反应条件缓和,单程转化率低,二次反应较少,汽油/气体及汽油/焦炭较高,汽油和轻质油的总产率高。反之,回炼比低时,生产能力大而汽油和轻质油总产率低。
从以上各因素分析可知,影响催化裂化的操作因素较多,它们之间既互相影响又互相联系。各因素都影响原料的裂化深度,从而影响处理能力、产品分布及产品质量。转化率能较全面反映各操作因素与处理能力、产品分布和产品质量间的关系,因而生产中一般将转化率列为催化裂化过程的重要指标。