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1200万吨/年渣油催化裂化同轴式反应再生系统工艺设计摘要本设计以任丘减压蜡油和常压渣油的混合油为原料，对200万吨/年渣油催化裂化反再系统工艺进行了设计计算。该混合油氢碳比高，重金属含量低，是较好的催化裂化原料。根据该油的点以及市场对汽油的需求情况，设计采用柴油加工方案。由于要求渣油催化裂化的焦碳产率低，且对再生剂含碳量要求很低，所以采用两段再生形式。采用提升管反应器和较先进的进料雾化技术、提升管出口快速分离技术以及高温短接触技术。设计进行了燃烧计算，反应系统、再生系统的热平衡计算，对再生器、提升管反应器、反应沉降器、汽提段、辅助燃烧室的机构尺寸和旋风分离器进行了设计计算，对两器的压力平衡进行计算。设计根据催化裂化的基本理论和工艺计算方法，借鉴现有工业装置的操作数据，得到的能够满足工艺要求的设计结果。关键词：催化裂化，同轴式，渣油，设计计算2ABSTRACTReactionandregenerationsystemtechnologyofa200wt/aRFCCprocessingRenQiupressure-reliefwaxandatmosphericresiduefeedstockhasbeendesignedandcalculatedinthispaper.ThemixturehashigherH/Cratioandlowercontentofheavymetals,isgoodfeedstockforRFCC.Accordingtocharactersofitandmarketdemand,adieselfuelsschemeisadoptedindesign.Atwostateregenerationwasadoptedbecauselowercokewasproducedandlowercontentofregeneratedcatalyst.Riserreactor,atomizationoffeedstock,drygasliftingtechnology,fastseparationtechnologyofriser,hightemperatureandshortcontacttimetechnologywereadopted.Cokeburningcalculationandthermalequilibriumcalculationofreactorandregenerationsystemwerecarried.Thestructuresizeofregenerator,riserreactor,strippingstage,auxiliarycombustionchamber,cycloneseparatorweredesignedandcalculated.Thepressureequilibriumbetweenreactorandregeneratorwascalculated.AccordingtobasetheoryofFCCandmethodoftechnologicalcalculationandoperationdataofFCCunit,designresultsmettheFCCtechnologydemandKeywords：FCC，Coaxial，Type.residual，Designcalculation3目录1设计说明书…………………………………………………………………………51.1前言………………………………………………………………………………51.2加工方案的确定及装置形式的选择……………………………………………51.2.1加工方案的确定………………………………………………………………31.2.2装置形式的选择………………………………………………………………61.3流程说明…………………………………………………………………………61.3.1反应–再生系统………………………………………………………………71.3.2分馏系统………………………………………………………………………71.3.3吸收–稳定系统………………………………………………………………81.4主要操作条件的选择…………………………………………………………81.4.1再生部分………………………………………………………………………81.4.2反应部分………………………………………………………………………121.5装置的设计特点…………………………………………………………………141.6再生烟气的能量回收与节能……………………………………………………161.7渣油催化裂化的环境保护………………………………………………………171.8计算结果汇总……………………………………………………………………182设计计算书…………………………………………………………………………242.1设计基础数据……………………………………………………………………242.2再生部分设计计算………………………………………………………………272.2.1燃烧计算………………………………………………………………………2742.2.2反应系统热平衡的计算过程…………………………………………………312.2.3再生器热平衡计算……………………………………………………………362.2.4再生器结构尺寸的计算………………………………………………………402.2.5旋风分离器型式的选择………………………………………………………452.2.6空气分布器的设计计算………………………………………………………482.2.7能量回收系统的计算…………………………………………………………522.2.8辅助燃烧室计算………………………………………………………………542.2.9上行式外取热器计算…………………………………………………………572.3反应沉降器部分设计计算………………………………………………………602.3.1提升管尺寸的计算……………………………………………………………602.3.2预提升段的直径和高度的计算………………………………………………652.3.3沉降器和汽提段………………………………………………………………662.4两器压力平衡的校核……………………………………………………………702.4.1压力平衡的计算………………………………………………………………702.4.2滑阀直径的计算………………………………………………………………75致谢…………………………………………………………………………………77参考文献………………………………………………………………………………78附图……………………………………………………………………………………795200万吨/年渣油催化裂化同轴式反应再生系统工艺设计1设计说明书1.1前言我国原油一般都是重质原油，常压原油占原油的65-75%，减压渣油占原油的40-50%。渣油是原油中最重的组分，它含有大量的胶质，沥青质和各种稠环烃类，它的元素组成中氢碳比小，残炭值高,在反应中易于浓缩中焦碳，这对产品分布和装置热平衡都有很大的影响。在催化裂化过程会使催化剂中毒，进而也会影响产品分布，同时将加重对环境的污染。渣油几乎集中了原油所含的全部的铁、镍、钒等重金属。这些重金属吸附在催化剂上，使催化剂中毒。但是为了充分利用石油资源和提高石油加工的经济效益，必须对原油进行深度加工。渣油在原由中占有相当大的比重，因此如何合理的加工这部分重质油料对实现原油深度加工具有十分重要的意义。1.2加工方案的确定及装置形式的选择1.2.1加工方案的确定渣油经催化裂化后反应生成气体，汽油，柴油，重质油及焦炭。气体产率约10—20%，汽油产率为40——60%（重），柴油产率约20——40%（重）焦炭5——7%。一般来说是希望尽量提高目的产物的产率而限制副产品的产率，产率的分布与原料性质和催化剂的选择性有密切关系，所以在生产中应该根据原料与所用催化剂的不同控制好操作条件，在适宜的转化率下取得合理的产品分布。在我国，由于工农业生产的迅速发展，特别是农业机械的普遍使用，使农用6柴油的需求量日益增长，打破了过去的供需平衡。由于农用柴油用量大，质量要求不高，因此，通过流化催化裂化装置生产更多的柴油可解燃眉之急。为此，本设计选用多产柴油方案。1.2.2装置型式的选择同轴式催化裂化装置就是把两器重叠在一条轴线上，因此称为同轴式。同轴式的装置形式特点是：①反应器和再生器之间的催化剂输送采用塞阀控制;②采用垂直提升管和90°耐磨蚀的弯头;③原料用多个喷嘴喷入提升管。同高并列式的主要特点是:①催化剂由U型管密相输送;②反应器和再生器间的催化剂循环主要靠改变U型管两端的催化剂密度来调节；③由反应器输送到再生器的催化剂，不通过再生器的分布板，直接由密相提升管送入分布板上的流化床可以减少分布板的磨蚀。如果用两器同高并列式催化裂化装置，由于它采用的是活性不太高的无定形催化剂，同时原料的提升管长度较短，所以就需要有床层，通过调节床层的高度来改变反应的深度，但是正因为有床层的存在，所以就必定会有反混现象，将会对收率和产品的质量有一定的影响；高低并列式催化裂化装置采用的是分子筛催化剂，它要求再生催化剂的碳量应尽量降低，再生压力要提高，因此高低并列式反应器位于上方，位置较高，再生器位于下方，位置较低，催化剂的循环量一般用滑阀调节，同时用反应温度控制再生滑阀的开度，由于滑阀经常处在节流状态，所以要求滑阀的材质应尽量满足耐磨的要求；选择同轴式催化裂化装置，可以省掉反应器的框架，布置紧凑，占地面积小，投资和钢材消耗都有较大的节省。故本设计选同轴式催化裂化装置。1.3流程说明71.3.1反应–再生系统新鲜原料(减压馏分油)经过一系列换热后与回炼油混合，进入加热炉预热到370℃左右，由原料油喷嘴以雾化状态喷入提升管反应器下部，油浆不经加热直接进入提升管，与来自再生器的高温(约650℃~700℃)催化剂接触并立即汽化，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起携带着催化剂以7米/秒~8米/秒的高线速通过提升管，经快速分离器分离后，大部分催化剂被分出落入沉降器下部，油气携带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进入分馏系统。积有焦炭的待生催化剂由沉降器进入其下面的汽提段，用过热蒸气进行汽提以脱除吸附在催化剂表面上的少量油气。待生催化剂经待生斜管、待生单动滑阀进入再生器，与来自再生器底部的空气(由主风机提供)接触形成流化床层，进行再生反应，同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度(密相段温度约650℃~680℃)。再生器维持0.15mPa~0.25mPa(表)的顶部压力，床层线速约0.7米/秒~1.0米/秒。再生后的催化剂经淹流管，再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进入旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气经集气室和双动滑阀排入烟囱。再生烟气温度很高而且含有约5%~10%CO，为了利用其热量，不少装置设有CO锅炉，利用再生烟气产生水蒸汽。对于操作压力较高的装置，常设有烟气能量回收系统，利用再生烟气的热能和压力作功，驱动主风机以节约电能。1.3.2分馏系统分馏系统的作用是将反应?再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半8成品。由反应-再生系统来的高温油气进入催化分馏塔下部，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。富气和粗汽油去吸收稳定系统；轻、重柴油经汽提、换热或冷却后出装置，回炼油返回反应––再生系统进行回炼。油浆的一部分送反应再生系统回炼，另一部分经换热后循环回分馏塔。为了取走分馏塔的过剩热量以使塔内气、液相负荷分布均匀，在塔的不同位置分别设有4个循环回流：顶循环回流，一中段回流、二中段回流和油浆循环回流。催化裂化分馏塔底部的脱过热段装有约十块环形挡板。由于进料是220℃以上的带有催化剂粉末的过热油气，因此必须先把油气冷却到饱和状态并洗下夹带的粉尘以便进