催化裂化装置是炼油工业中重要的二次加工装置,能够使减压蜡油( VCO)、常压渣油( AR)、减压渣油(VR)、焦化蜡油(CG0)、脱沥青油(DA0)等重质原料,在催化剂的作用下,有选择地转化为液化气(I.PG)、汽油、柴油等轻质燃料及轻烯烃(尤其是丙烯)等化工原料。催化裂化装置一般包括有反应一再生、产品分馏、吸收稳定和产品精制四部分。
一、反应一再生部分
反应一再生部分是催化裂化装置的核心部分:将重质原料转化为轻质燃料和化工原料的催化裂化反应在反应器中进行。反应后的待生催化剂在再生器中烧掉焦炭,恢复活性,并为原料裂化提供热量。
反应器和再生器的构型多种多样?从反应器的形式来看,有床层反应器、提升管、下行式反应器等,并以提升管为主;从提升管相对于沉降器的位置来看,有内提升管和外提升管;从提升管的数量来看,有单提升管和双提升管(第二根提升管用于回炼汽油或者回炼油等);从再生器的形式来看,有床层再生、烧焦罐再生及床层和烧焦罐之间的组合等;从再生器的数量来看,有单段再生和两段再生;从反应器和再生器的相对位置来说,有并列式和同轴式等。
反应一再生部分除了反应器、再生器之外,还有催化剂储藏,输送和加入等设施以及主风机和烟气能量回收设施。
图4-1反应一再生部分工艺流程
1余热锅炉汽包;2一汽包;3三旋;4-外取热器;5一再生器;6蒸汽过热器;7反应器;8原料油缓冲罐;9-回炼油罐;10-原料油泵;11一回炼油泵
以最常见的高低并列式反应一再生构型为例(见图4 -1),反应一再生部分的工艺流程简介如下:
新鲜原料油经换热后,进入提升管反应器下部的喷嘴,由蒸汽雾化并喷入提升管内,在其中与来自再生器的高温催化剂( 600 - 750℃)接触,随即汽化并进行反应。油气在提升管内的停留时间很短,一般只有几秒钟。反应产物经旋风分离器分离出夹带的催化剂后离开反应器去分馏塔。
提升管的进料除新鲜原料油之外,还有回炼油、回炼油浆、急冷水(含硫污水或除盐水)和急冷油(可以是粗汽油、轻柴油)以及提升蒸汽和提升干气等。在提升管底部还设有催化剂预提升段,使催化剂在与原料油混合前分布均匀。
积有焦炭的催化剂(称待生催化剂)由沉降器落入下面的汽提段。汽提段内装有多层挡板或填料并在底部通入过热蒸汽。待生催化剂上吸附的油气和颗粒之间夹带的油气被蒸汽置换出来,返回上部。经汽提后的待生剂通过待生剂斜管进入再生器。
再生器的主要作用是烧去催化剂上因反应而生成的焦炭,使催化剂的活性得以恢复,同时也为原料裂化提供热量。再生用空气由主风机供给,空气通过再生器下面的辅助燃烧室及分布管进入流化床层。对于热平衡式装置,辅助燃烧室只是在开工升温时才使用,正常运转时并不烧燃料油。再生后的催化剂(称再生催化剂)经再生斜管送回反应器循环使用。
在加工生焦率高的原料时,例如加工含渣油的原料时,因焦炭产率高,再生器的热量过剩,须在再生器设置取热设施(内取热器或外取热器)以取走过剩的热量。
高温再生烟气经再生器旋风分离器和三级分离器分离出夹带的催化剂和粉尘后,进人烟气轮机发电或驱动主风机运行以回收其能量,然后经余热锅炉,温度降至约180℃后排人大气。根据当地环境条例,有的装置在余热锅炉下游设置静电除尘器或烟气洗涤塔,然后再排人大气。对一些不完全再生的装置,再生烟气中含有5% - 10%的一氧化碳,可设一氧化碳锅炉使一氧化碳完全燃烧以回收能量。
在生产过程中,催化剂会有损失及失活。为了维持系统内催化剂的藏量和活性,需要定期地向系统补充量换新鲜催化剂。为此,装置内至少应设两个催化剂储罐。装卸催化剂时采用稀相输送的方法,输送介质为压缩空气。
二、分馏部分
分馏部分的任务主要是把反应器(沉降器)顶来的气态产物,按沸点范围分割成富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆等馏分。
从沉降器来的油气进入分馏塔下部,经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。富气经压缩后和粗汽油一起送入吸收稳定部分。轻柴油和重柴油一般经精制后作为调合组分送出装置。回炼油和油浆的处理则根据操作方案和反应条件不同而变化。如果按循环裂化方案操作,则回炼油作为反应进料返回反应一再生部分,而油浆作为产品送出装置;但有的装置把油浆也作为反应进料。如果是单程裂化,则回炼油和油浆都作为产品。
分馏塔过剩热量大,为了取走过剩热量并提供足够的局部回流使分馏塔的负荷比较均匀,在塔的不同位置建立循环回流取热系统。取走的热量主要用于为吸收稳定部分的再沸器供热以及发生蒸汽。为充分回收反应产物的热量,将催化裂化装置的原料油和分馏部分的产品物流进行换热后,再送往反应一再生系统。另外,用分馏得到的部分轻柴油作为吸收稳定部分再吸收塔的贫吸收油,饱和吸收油返回分馏塔,以回收在吸收塔顶被贫气带出的C3、C4和汽油组分。