一、裝置簡介
催化裂化是重油輕質(zhì)化的核心工藝之一，是提高原油加工深度、增加輕質(zhì)油收率的重要手段，在汽油和柴油等輕質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)中占有很重要的地位。催化裂化是煉廠獲取經(jīng)濟效益的重要手段。催化裂化是重質(zhì)油在酸性催化劑的作用下發(fā)生裂解，生成輕質(zhì)油、氣體和焦炭的過程。催化裂化反應包括分解和縮合兩個過程，分解等反應生成氣體、汽油等小分子產(chǎn)物，縮合反應生成焦炭。
一般原油經(jīng)過常減壓蒸餾后可得到的汽油、煤油及柴油等輕質(zhì)油品僅有10％～40％，其余的是重質(zhì)餾分油和殘渣油。如果想得到更多輕質(zhì)油品，就必須對重質(zhì)餾分和殘渣油進行二次加工。催化裂化是最常用的生產(chǎn)汽油、柴油生產(chǎn)工序，汽油柴油主要是通過該工藝生產(chǎn)出來。這也是一般石油煉化企業(yè)最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
二、典型催化裂化裝置的工藝及特點
原料：渣油和蠟油70％左右，催化裂化一般是以減壓餾分油和焦化蠟油為原料，但是隨著原油日益加重以及對輕質(zhì)油需求越來越高，大部分石煉化企業(yè)開始在原料中摻加減壓渣油，甚至直接以常壓渣油作為原料進行煉制。
產(chǎn)品：汽油、柴油、油漿（重質(zhì)餾分油）、液體丙烯、液化氣；各自占比：汽油占42％，柴油占21.5％，丙烯占5.8％，液化氣占8％，油漿占12％。
催化裂化是在有催化劑存在的條件下，將重質(zhì)油（例如渣油）加工成輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油）的主要工藝，是煉油過程主要的二次加工手段，屬于化學加工過程。工藝過程：
①. 常渣和臘油經(jīng)過原料油緩沖罐進入提升管、沉降器、再生器形成油氣，進入分餾塔。
②. 一部分油氣進人粗汽油塔、吸收塔、空壓機進人凝縮油罐，經(jīng)過再吸收塔、穩(wěn)定塔，最后進行汽油精制，生產(chǎn)出汽油。
③. 一部分油氣經(jīng)過分餾塔進入柴油汽提塔，然后進行柴油精制，生產(chǎn)出柴油。
④. 一部分油氣經(jīng)過分餾塔進入油漿循環(huán)，最后生產(chǎn)出油漿。
⑤. 一部分油氣經(jīng)分餾塔進入液態(tài)烴緩沖罐，經(jīng)過脫硫吸附罐、砂濾塔、水洗罐、脫硫醇抽提塔、預堿洗罐、胺液回收器、脫硫抽提塔、緩沖塔，最后進入液態(tài)烴罐，形成液化氣。
⑥. 一部分油氣經(jīng)過液態(tài)烴緩沖罐進入脫丙烷塔、回流塔、脫乙烷塔、精丙稀塔、回流罐，最后進入丙稀區(qū)球罐，形成液體丙稀。液體丙稀再經(jīng)過聚丙稀車間的進一步加工生產(chǎn)出聚丙稀。
催化裂化裝置大致可以分為四個加工單元，即反應再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)。
1. 反應再生系統(tǒng)
反應再生系統(tǒng)包括原料油的裂化反應和催化劑的再生兩個工藝過程。典型的催化裂化裝置的反應再生系統(tǒng)工藝流程如圖2.3所示。經(jīng)換熱升溫后的新鮮原料油與回煉油混合，經(jīng)加熱爐加熱后送至催化裂化提升管反應器下部噴嘴，原料油蒸氣霧化后噴入提升管內(nèi)，與來自再生器的高溫催化劑接觸，隨即氣化并發(fā)生反應。反應生成的氣體、汽油、液化氣、柴油等組成的反應油氣被送至旋風分離器。經(jīng)旋風分離器分離出夾帶的催化劑后送入分餾塔進行分餾。
經(jīng)汽提后的待生催化劑通過待生斜管進入再生器，用空氣燒焦，燒去催化劑上因反應而生成的積炭，使催化劑的活性得以恢復。再生后的催化劑落入淹流管，經(jīng)再生斜管送回反應器循環(huán)使用。在生產(chǎn)過程中，催化劑會有損失及失活。為了維持系統(tǒng)內(nèi)催化劑的存量和活性，需要定期地或經(jīng)常地向系統(tǒng)中補充或置換新鮮催化劑。催化劑的補充常采用稀相輸送的方法，輸送介質(zhì)為壓縮空氣。
2. 分餾系統(tǒng)
典型的催化裂化分餾系統(tǒng)工藝流程如圖2.4所示。
由反應器來的反應油氣從分餾塔下部進入分餾塔。在底部的脫過熱段與油漿換熱，并洗掉油氣中攜帶的少量催化劑。反應油氣在分餾塔內(nèi)上升并經(jīng)過多次的傳熱、冷凝，在分餾段根據(jù)物料的沸點差，從上至下分離出富氣、粗汽油、柴油、回煉油和油漿。塔頂為沸點最低的富氣及粗汽油。經(jīng)換熱冷卻后，進入油氣分離器。油氣分離器頂部出來的催化富氣，經(jīng)氣體壓縮機壓縮后，進入吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。
側(cè)線抽出的輕柴油、重柴油經(jīng)汽提塔汽提，再經(jīng)換熱、冷卻后出裝置。側(cè)線回煉油與原料油混合返回分餾塔進行回煉。塔底抽出的是油漿，一部分經(jīng)換熱、冷卻后出裝置；一部分返回分餾塔脫過熱段進行循環(huán)；另一部分油漿則送至反應器回煉。由于分餾塔的進料是帶有催化劑粉塵的過熱油氣，因此，分餾塔底部設有脫過熱段，用經(jīng)過冷卻的油漿把油氣冷卻到飽和狀態(tài)，并洗掉夾帶的催化劑粉塵，以便后續(xù)分餾，并避免塔盤堵塞。
3. 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)
典型的催化裂化吸收穩(wěn)定系統(tǒng)工藝流程如圖2.5所示。
從分餾塔頂油氣分離器出來的催化富氣中帶有汽油組分，而粗汽油中則溶解有組分。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的作用就是利用吸收和精餾的方法，將富氣和粗汽油分離成干氣(≤C2)液化氣（C3、C4）及穩(wěn)定汽油。
吸收穩(wěn)定系統(tǒng)主要由吸收塔、再吸收塔、解吸塔及穩(wěn)定塔組成。
①. 富氣經(jīng)氣壓機升壓、冷卻并分出凝縮油后形成不凝氣，由底部進入吸收塔。穩(wěn)定汽油和粗汽油則作為吸收液由塔頂進入。將富氣中的C3、C4（含少量C2）等吸收后得到富吸收油。吸收塔頂部出來的貧氣中夾帶有少量的穩(wěn)定汽油，經(jīng)再吸收塔用柴油回收其中的汽油組分后成為干氣。干氣被送出裝置進行氣體脫硫。再吸收塔底油則返回催化分餾塔。
②. 富吸收油和凝縮油均進入解吸塔，使其中的氣體解吸后，從塔頂返回凝縮油沉降罐。塔底的未穩(wěn)定汽油送入穩(wěn)定塔，通過精餾作用將液化氣和穩(wěn)定汽油分開。
③. 穩(wěn)定塔頂產(chǎn)品為液化氣（液態(tài)烴），穩(wěn)定塔底產(chǎn)品為穩(wěn)定汽油。液態(tài)烴再利用精餾的方法通過氣體分餾裝置將其中的丙烯、丁烯分離出來，進行化工利用。穩(wěn)定塔實質(zhì)上是一個精餾塔。
④. 能量回收系統(tǒng) 催化裂化反應產(chǎn)生較多的熱能，而能量回收系統(tǒng)是為這些熱能的回收而設置的。不同的催化裂化能量回收系統(tǒng)的工藝流程不盡相同，主要區(qū)別在于煙氣輪機-主風機組的組成上。圖2.6所示為典型的催化裂化能量回收系統(tǒng)的工藝流程示意圖。
由再生器過來的高溫煙氣，含有微量的催化劑粉塵，會造成煙氣輪機葉片的磨損。煙汽輪機首先用于主風機的驅(qū)動，多余能量則帶動電動／發(fā)電機發(fā)電。煙氣在驅(qū)動煙氣輪機做功并回收了壓力能后，溫度略有降低，但仍然保持較高的溫度。通常情況下，煙氣還會被送至余熱鍋爐產(chǎn)生中壓蒸氣。最后，煙氣經(jīng)進一步降溫后直接排入大氣，或經(jīng)脫硫后再排入大氣。
三、介質(zhì)特點
催化裂化裝置反應再生系統(tǒng)最典型的介質(zhì)特點是高溫條件，部分介質(zhì)工況含有固體顆粒催化劑或夾帶固體顆粒催化劑，同時又伴隨有硫化物、氮化物等腐蝕介質(zhì)的存在。含有固體催化劑的管道通常沖刷嚴重。工程設計中通常對高溫煙氣管道采用隔熱耐磨襯里。能量回收系統(tǒng)較典型的介質(zhì)特點為高溫煙氣。除高溫煙氣外，該系統(tǒng)還有預熱鍋爐系統(tǒng)中的中壓蒸汽管道、主風機的大口徑非凈化風管道等。
四、催化裂化裝置的配管設計
主要是對加熱爐、塔、換熱器、罐、泵等設備的配管設計。主要設備如下。
1. 再生器
再生器的主要作用是燒去結(jié)焦催化劑上的焦炭以恢復催化劑的活性，同時也提供裂化所需的熱量。再生器由殼體、旋風分離器、空氣分布器、燃燒室和取熱器組成。
2. 提升管反應器
①. 直管式： 多用于高低并列式反再系統(tǒng)，特點是從沉降器底部直接插入，結(jié)構簡單，壓降小。
②. 折疊式：多用于同軸式式反再系統(tǒng)。
3. 沉降器
沉降器的作用是使來自提升管的反應油氣和催化劑分離，油氣經(jīng)旋風分離器分出夾帶催化劑后經(jīng)集氣室去分餾系統(tǒng)。由快速分離器出來的催化劑靠重力在沉降器中向下沉降，落入氣體段。
4. 主風機
供給再生器燒焦用空氣。
5. 氣壓機
用于給分餾系統(tǒng)來的富氣升壓，然后送往吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。
6. 增壓機
供給IV型反應再生裝置密相提升管調(diào)節(jié)催化劑循環(huán)量。
