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第二章岗位操作法第一节反应岗位反应岗位是催化裂解的龙头岗位，它的操作对全装置有较大的影响，反应岗位的特点是操作参数多，相互影响大，涉及面广，关系复杂。这就要求在操作中能及时抓住主要矛盾，及时予以正确的调整。反应岗位在操作中要紧紧把握热量、物料、压力三大平衡关系，通过对仪表数据进行分析、判断、掌握设备运行情况及流化工况，及时发现并消除事故起因，防止事故发生。反应岗位的参数虽然较多，但其中的反应温度、反应压力、再生温度、再生压力、主风流量等尤为重要，只要稳定住这些主要控制参数，生产就能平稳。下面就对操作中影响因素逐一说明。一、关键变量对操作的影响催化裂解的操作变量很多，在工业装置中，一个操作变量的改变，会对其它多个变量产生影响，一般将众多变量分独立变量和非独立变量。独立变量一般可通过仪表控制，并且可由操作人员在一定范围内调整，如：进料预热温度、反应温度、汽提和雾化蒸汽量等。随独立变量的改变而改变的变量，称之为非独立变量（如剂油比），如再生温度在蜡油催化无取热设施的方案中，是装置热平衡的结果，是非独立变量。当再生器有取热设施，可对其进行控制时，再生温度为独立变量。催化裂解各变量之间的分类见下表催化裂解装置各变量的分类影响热负荷的独立变量原料预热温度、反应温度、新鲜进料量、回炼油量、蒸汽量、CO2/CO、反应料位、掺渣比影响热负荷的非独立变量转化率、生焦率、催化剂循环量影响生焦率或热输出及热负荷的独立变量反应温度、回炼汽油量、汽提和雾化蒸汽量在工业装置中，由于热平衡的制约，各操作变量相互关联，难以将某一操作变量孤立出来研究。相反，在实验室试验装置中，靠电加热，催化裂解的操作变量能够独立于热平衡，使改变某一操作变量，维持其它变量恒定成为可能，并研究其对催化裂解的影响，其结果对工业装置有很大的指导性。以下将对催化裂解的关键操作变量分别讨论力图突出某一变量的影响，但因催化裂解各操作变量的相互关联性，难以将某一变量的影响和其它变量的影响严格区分开来，只有深刻理解其间的关联，才能深刻理解操作变量对催化裂解的影响。（一）反应温度反应温度对反应速度和产品质量都有重大影响，催化裂解反应温度一般比蜡油催化裂化要高15--30℃。1.据文献介绍，反应温度每提高10℃，反应速度提高10～20％。2.高反应温度可以提高液化气中烯烃产率(C3、C4)。汽油辛烷值提高了，但产率下降。3.低反应温度又适逢大回炼比和低活性催化剂，可以显著提高轻油收率。同时，柴油的十六烷值和汽油的诱导期升高，因油气中的烯烃随着裂解条件的缓和而减少。4.在掺炼渣油时，如热量过剩，采用低反应温度有利于催化裂解装置维持热平衡，如热量不过剩，则可以提高掺炼比。（二）反应压力反应压力是独立操作变量，但一般是不能任意改变的，须从装置的压力、设备及各部分情况来综合考虑。反应压力的提高增加了反应物的浓度和反应时间，有利于提高反应速度和转化率。但另一方面生焦率随之上升，进而使催化剂结焦失活，抵销了上述正方向的影响。因而在实际生产中，反应压力对转化率和选择性影响不大，但应该注意到在催化裂解中，用于反应的蒸汽量很大(占原料量的15--25％)，虽然反应压力提高了，但油气分压并不高，这样有利于降低生焦率，提高汽油产率，有利于汽油中和气体中烯烃增加，使汽油辛烷值提高。同时对干气和液化气产率无明显影响。提高反应压力，再生压力也要相应提高。氧分压增加有利于再生。同时对再生烟气和能量回收有利。（三）进料预热温度对于提升管反应，反应温度主要通过再生滑阀控制再生催化剂循环量来调节，原料预热温度已不再是调节反应温度的主要手段。随着各种高效喷嘴的广泛采用，对原料预热温度的要求也越来越低。反应温度、再生温度、原料预热温度相互之间关系密切，在相同反应温度和进料量下原料预热温度提高，催化剂循环量下降，剂油比下降，转化率降低，生焦率降低，气体收率下降，一般而言，原料预热温度增加50℃，再生温度便上升10℃，转化率下降2%，焦炭产率下降5～10％(以原有焦产率为基础)。催化裂解焦炭产率高，热量剩余，降低原料预热温度，有利于热平衡，在反应温度不变的情况下，降低原料预热温度，即可提高催化剂循环量和剂油比，但原料预热温度亦有下限，当温度低于93℃，对输送和进料雾化有不良影响，对采用冷进料的装置，原料预热温度一般不低于150℃。（四）回炼比回炼油量＋油浆回炼量回炼比＝─────────────新鲜进料量在一定转化率下，回炼比是单程转化率的反映，随单程转化率的提高而变小。如裂化条件缓和，单程转化率下降，回炼比加大，可使柴油产率增大，汽油产率下降，但总的轻质油收率还是增加。另一方面轻柴质量也变好，其十六烷值增加，凝点下降。回炼比增加最大的负效应是反应、分馏需要的热量增加，能耗变大。同时制约了装置的生产能力，需要以降量作为代价。回炼油和油浆中富含稠环烃难以裂化，如不外甩油浆，生焦率会大大增加，而且油浆的固体含量也难以控制，因此不采用大回炼比操作。而且这样轻油收率不会下降太多，其中汽油量反而增加。（五）剂油比催化剂循环量与反应器总进料量之比，叫做剂油比。催化剂循环量剂油比＝─────────总进料量剂油比增大，转化率提高，焦炭产率升高，液化气、汽油产率和汽油辛烷值上升。剂油比是非独立变量，因为反应温度控制是通过再生滑阀调节催化剂循环量来实现的，一切引起反应温度变化的因素皆会影响剂油比，剂油比最灵敏的调节方法是改变原料预热温度。原料预热温度下降，剂油比上升。对于催化裂解高残炭值、高含氮量原料，就维持高剂油比，一般应在9～12之间，甚至更高。高剂油比，必有高循环量，在提升管底形成高混合温度，有利于降低原料中残炭转变为焦炭的比例。同时，高剂油比弥补了高温再生所造成的催化剂水热失活，维持了催化剂的高动态活性。高剂油比虽然增加了生焦率，但在催化裂解中表现却利大于弊，所以为了获得高剂油比，应提高反应温度，降低原料预热温度，维持相对低的焦炭差，同时催化剂应具备良好的焦炭选择性。（六）再生温度再生器烧焦供热和反应器需要热量之间，在热平衡自适应情况下，其结果都反映在再生温度上，再生温度是非独立变量，但增设外取热器后，通过取热在一定范围内控制再生温度，使再生温度变为独立变量，取热器使装置热平衡的调节更加方便、直观，并使催化裂解对原料残炭值的敏感度下降。催化裂解再生技术的发展，主要是尽量降低再生催化剂含碳量和提高烧焦强度，前者是发挥分子筛催化剂高活性的特点，后者是提高再生效率。高再生温度增加焦炭燃烧动力学速度，再生温度在600℃左右时，每提高10℃烧焦速率可提高约20％。提高再生温度，在反应温度不变的情况下会降低催化剂循环量，延长催化剂在再生器的停留时间，这两个因素皆会导致再生催化剂含碳量的降低。无论要增加烧焦强度，还是要降低再生剂含碳量，均须提高再生温度。但高再生温度不仅受到材料的限制，而且会引起催化剂水热失活，一般再生温度不应超过720℃。（七）氧分压烧焦速度与再生烟气中氧分压成正比，氧分压是再生压力与烟气中氧的分子浓度的乘积。提高再生压力，或提高主风量增加烟气中氧的分子浓度，都会提高氧分压。烟气中氧分压对烧焦速度的影响相当明显，氧分压由1％上升到2％，烧焦速度上升18％，对于二段完全再生装置，因二次燃烧的可能性大大降低，为获得高烧焦速度，进入烟道的再生烟气中氧含量一般控制在3～5％。（八）催化剂性质1.催化裂解催化剂的活性和选择性，对催化裂解的产品分布有特别重要的作用。适时卸出部分催化剂和补充部分新鲜催化剂，维持合适的平衡剂活性，是提高催化裂解装置经济效益的有效手段之一。平衡剂活性在64～71之间，活性每增加1个单位，汽油产率增加0.8％(重)，在活性更高时，活性增加1个单位，液化气增加0.8％(重)，虽然转化率增加，而汽油产率不再增加。采用提高反应温度和增加剂油比等方式提高转化率，与提高平衡剂活性提高转化率相比，前者所得汽油产率增加量比后者要少。在平衡剂活性高到产生过度裂化之前，提高平衡剂活性是提高汽油收率最有效的途径。若平衡剂活性维持在良好的汽油选择性的最高水平，增加催化剂循环量和反应温度，可得到最大的辛烷值。2.再生剂含碳量裂化反应主要在沸石分子筛上进行，生成的焦炭主要沉积在沸石分子筛的活性中心上，再生剂含碳量上升，相当于催化剂中沸石分子筛含量减少，转化率下降，汽油产率下降，干气和C3产率，焦炭产率上升，烯烃含量上升，汽油溴价上升。当转化率一定时，则气体和焦碳产率上升。对于分子筛催化剂，再生剂含碳量对催化剂的实际使用活性影响较大，为充分发挥分子筛催化剂的性能，再生定碳应保持在0.2％以下，最好在0.05％以下。3.催化剂的重金属污染催化剂的金属污染，主要是由原料附于催化剂上的铁、镍、铜、钒和钠的污染，但对催化剂性质影响较大的重金属污染，主要是指镍和钒的污染。镍在催化反应中起催化脱氢作用，钒的脱氢活性通常认为只有镍的1/4，但它会破坏分子筛的晶格结构，特别与钠共存时，破坏作用更强。随着平衡剂重金属污染的提高，催化剂活性降低，选择性变差，表现为氢气和焦炭产率增加，汽油产率下降，干气产率上升，产品烯烃度上升。催化剂重金属污染使焦炭中污染焦的比例增大，焦炭产率上升。同时，气体中氢气含量上升，尽管占气体的重量百分比较小，因氢气分子量小，氢含量上升，富气的密度降低，对于离心式气压机每级所获得的最大压力比下降，即气压机效率下降。污染指数是平衡催化剂污染程度的直接体现，其由平衡催化剂上铁、镍、铜、钒四种金属含量计算得出，计算公式为：污染指数＝0.1(14Ni+4V+Cu+Fe)，一般控制≯8000。在工业装置上直接反映催化剂重金属污染的灵敏指标是催化干气中的H2/CH4或H2/(C1+C2)的摩尔比，污染轻的装置H2/CH4之比为0.2～0.3，但采用渣油为原料的装置，其比例会大于1，甚至达到3。对于催化裂解掺渣后，由于原料复杂，重金属含量更高，催化剂重金属污染是一个必然面临的问题。我国原油中钒含量一般较低，对催化剂的污染，主要是镍污染，有些进口油中钒含量较高。为解决重金属污染问题，一般采用原料预制工艺(如Demex工艺和HDS工艺)；或者采用抗重金属污染催化剂，在催化剂中加入金属捕集剂；或者卸平衡催化剂补充新鲜剂，以降低平衡剂重金属量；或者加注金属钝化剂，锑剂钝化镍，锡剂钝化钒。加注金属钝化剂和适当增加催化剂卸剂量是简单可行的方法。（九）原料性质原料油性质是所有操作条件中最重要的条件，选择催化剂牌号，制定生产方案，选择操作条件，都应首先了解原料油性质。生产中我们要求原料性质相对稳定，同时加工几种性质不同的原料时，要在原料罐或管道中调合均匀再进提升管反应器，并要求分析单位预先评价。原料带水会造成装置操作波动，严重时会造成事故。理想的催化裂裂原料是H/C比高、CA低、密度小(K值大)，残炭、含水少。催化原料性质一般从以下几个方面来看。1.催化裂解对原料性质的要求国外一些公司对催化裂化，特别是重油催化裂化的原料提出了一些限制。Kellogg公司提出的原料性质指标残炭%重金属（Ni+V）ppm措施＜5＜10使用钝化剂，常规再生5～1010～30使用钝化剂、再生器取热，可完全再生10～2030～150需加氢处理＞20＞150进焦化装置加工UOP公司提出的原料性质指标残炭%重金属（Ni+V）ppm相对密度d420措施＜5＜10＜0.9340馏分油催化裂化一段再生4～1010～180.9340～1重油催化裂化技术用二段再生＞10100～300＞0.9650要预脱重金属我国近年来开发了一整套重油催化裂化技术，已拥有多套处理高残炭和高金属含量的原料的重油催化裂化，这些原料包括常压渣油、掺渣油的重质和劣质原料，可统计归纳如下：（1）残炭含量为4～5％的常压渣油和掺渣油的重质原料，有的装置也处理过残碳值为7～8％的减压渣油。（2）重油原料的相对密度一般要求小于0.92，但对馏程没有要求。（3）焦化馏份虽然不属于重油，但含氮量若高于0.3～0.4％，也成为一个限制指标。2.馏程和密度馏程一般指恩氏蒸馏，即油品从初馏点到干点之间的温度范围。密度是指油品在20℃时单位体积