催化裂化工艺相关问题探讨

2010-09-26王磊

河南化工 2010年10期

关键词：水热催化裂化焦炭

王磊

((天津大港油田集团建设监理有限责任公司,天津,116600)

催化裂化工艺相关问题探讨

王磊

((天津大港油田集团建设监理有限责任公司,天津,116600)

催化裂化作为核心装置,其效益的好坏,直接关系到化工厂的经济效益。本文主要分析了催化裂化工艺中的操作条件影响和焦炭燃烧动力学方面内容,对于进一步深化催化裂化设计具有一定帮助。

催化裂化;操作条件;焦炭燃烧动力学;设计

1 引言

催化裂化具体的工艺过程是为实现特定的操作条件服务的。在一定程度上也限定了操作条件的调整范围。但就反再系统来说,操作条件就包括诸多方面。尽管操作参数众多,但平时可调整的却屈指可数,有些参数,反再系统工艺路线已经确定,也就基本确定下来,不能再调整或无法调整了[1,2]。

2 操作条件的影响

催化裂化在接近常压的低压下操作,在这个压力范围内压力对热力学的影响微乎其微。较低的烃分压有利于裂化,不利于生焦,因而是有利的。最小总压取决于后续分离系统,目前在 300kPa以下。烃分压可以通过喷入水蒸汽的方法来降低(一般喷入水蒸汽的量占进料的 1%～5%),也可以将一部分轻烃气体打循环,但循环量需要根据具体的经济性来确定。

3 焦炭燃烧动力学

催化裂化焦炭的收率一般在 4～8%之间。在再生器的典型温度条件下,富氢化合物要么挥发,要么裂化成可挥发性组分和焦炭。催化剂再生所需要的时间主要由焦炭的较慢的燃烧速率决定。焦炭燃烧的活化能约为 147kJ/mol。催化剂焦炭含量为 1%、燃烧后烟气中的氧含量为 1%催化剂焦炭含量为 1%、燃烧后烟气中的氧含量为 1%,烧焦时间与温度之阃的函数关系如图 1所示。该函数关系非常重要,因为它确定了催化剡的总量与再生器的大小。减小再生器的大小与催化剂的总量很重要,原因有两个：FCC再生器在整个装置的造价中占有很大的比重,减小其大小有利于降低装置的投资;减少催化剂总量,不仅有利于减少操作费用,而且还有利于根据原料与产品的变化迅速改变催化剂。FCC装置是一个“热平衡体系”,热催化剂为裂化反应提供了部分热量。FCC装置的热平衡与催化剂的活性、原料性质、原料的预热和反应温度有关。此外,热平衡还与再生烟气 CO2/CO的理想比例有关。焦炭燃烧的一次产物有 CO、CO2和 H2O, CO与CO2之比是温度的函数。CO与O2反应生成CO2是自由基反应,在有固体存在的条件下反应速率会减慢。

图1 烧焦时闻与温度之问的关系

使 CO转化成 CO2也可以通过提高反应温度来实现。CO均相燃烧生成 CO2的活化能较高,约为 293kJ/mol,在空气充足的情况下,在 7000C以上 CO可以完全转化。从热平衡的角度,达到 7000C以上的再生温度毫无问题,但是再生器的材质和催化剂限定了最大再生温度。催化剂在高温条件下容易烧结,也易于水热失活。当然,如今的催化剂可以保证在高达 850℃的高温条件下不会造成烧结破坏,但水蒸汽的老化作用要求温度要比该温度低得多。设计者在迸行反应器设计时,在降低再生温度以减小水热失活与提高再生温度以减小再生器大小之间权衡。另外一个减小催化剂水热失活的方法是采用两段再生：在第一段,在较低的再生温度条件下,进行富氢焦炭的再生;二段在较高的温度下操作。图 1所示的燃烧所需的停留时间是根据等温反应计算得到的,而 FCC再生器并不总是等温的,尤其是催化剂颗粒温度不均匀。颗粒直径需要在 200岫 1以下,再生器才能在6500c以上操作而避免颗粒内部产生高的温度梯度。固定床反应器的最小颗粒为 1mm,移动床反应器的约为 3mm,只有流化床反应器的催化剂颗粒直径小于 200μm。对于焦炭收率很低的情况,可以考虑采取稀释空气、由此降低绝热温升的方法保护催化剂。这种方法理论上可行,实际操作过程中空气量太大,有一定的问题。