催化裂化的工艺特点及基本原理

教案 叶蔚君 5.1 催化裂化的工艺特点及基本原理 [引入]: 先提问复习，再从我国催化裂化汽油产量所占汽油总量的比例引入本 章内容。 [板书]:催化裂化 一、概述 1、催化裂化的定义、反应原料、反应产物、生产目的 [讲述]: 1．催化裂化的定义(重质油在酸性催化剂存在下，在 470~530OC 的温 度和 0.1～0.3MPa 的条件下，发生一系列化学反应，转化成气体、汽 油、柴油等轻质产品和焦炭的过程。)、 反应原料:重质油;(轻质油、气体和焦炭)、(轻质油); [板书]2.催化裂化在炼油厂申的地位和作用: [讲述]以汽油为例，据 1988 年统计，全世界每年汽油总消费量约为 6.5 亿吨以上，我国汽油总产量为1750 万吨，从质量上看，目前各国 普通级汽油一般为 90-92RON、优质汽油为 96-98RON，我国 1988 年颁 布车用汽油指标有两个牌号， 其研究法辛烷值分别为不低于 90 和 97。 但是， 轻质油品的来源只靠直接从原油中蒸馏取得是远远不够的。 一般原油经常减压蒸馏所提供的汽油、煤油和柴油等轻质油品仅有 10-40%，如果要得到更多的轻质产品以解决供需矛盾，就必须对其余 的生质馏分以及残渣油进行二次加工。 而且， 直馏汽油的辛烷值太低， 一般只有 40-60MON，必须与二次加工汽油调合使用。 国内外常用的二次加工手段主要有热裂化、焦化、催化裂化和加 氢裂化等。而热裂化由于技术落后很少发展，而且正逐渐被淘汰，焦 化只适用于加工减压渣油，加氢裂化虽然技术上先进、产品收率高、 质量好、灵活性大，但设备复杂，而且需大量氢气，因此，技术经济 上受到一定限制，所以，使得催化裂化在石油的二次加工过程中占居 着重要地位(在各个主要二次加工工艺中居于首位)。特别是在我国， 车用汽油的组成最主要的是催化裂化汽油，约占近 80%。因此，要改 善汽油质量提高辛烷值，首先需要把催化裂化汽油辛烷值提上去。目 前我国催化裂化汽油辛烷值 RON 偏低，必须采取措施改进工艺操作， 提高催化剂质量，迅速赶上国际先进水平。 [板书]3 催化裂化过程具有以下几个特点 [讲述] (1)轻质油收率高，可达70%-80%，而原料初馏的轻质油收率仅为 10%~40%。所说轻质油是指汽抽、煤油和柴油的总和。 (2)催化汽油的辛烷值较高，研究法辛烷值可达85 以上。汽油的安定 性也较好。 (3)催化柴油的十六烷值低， 常与直馏柴油调合使用或经加氢精制提高 十六烷值。 (4)催化裂化气体产品产率约为10%~20%左右， 其中90%左右是C 3， C4(称 为液化石油气)。C 3、C4 组分中合大量烯烃。因此这部分产品是优良的 石油化工原料及生产高辛烷值汽油组分的原料。 气体产率为 10%~20%，汽油产率为 30%－50%，柴油产率不超过 40%，焦炭产率在 5%~7%左右。 催化裂化过程的主要目的是生产汽油， 根据我国国情， 交通运输 和农业的发展，对柴油的需求量很大，通过调整操作条件或采用新的 工艺技术，可在生产汽油的同时，尽可能提高柴抽的产率，这也是我 国催化裂化技术的一大特点。 [板书]4.催化裂化的发展概况 5.催化裂化的发展方向： [讲述]：继续改进工艺、设备、催化剂技术，尽可能多地转化劣质重 油；提高轻质产品收率。对我国而言，特别要在保证长周期运转上下 功夫。 继续研究开发多产低碳烯烃的工艺，为发展石油化工和清洁燃料 组分的生产提供原料。利用其反应机理，继续研究开发能满足市场产 品需求的催化裂化工艺和催化剂。为清洁生产，研究开发减少排放的 工艺、催化剂、添加剂以及排放物的无害化处理。同步发展催化裂化 与其它工艺的组合优化。 过程模拟和计算机应用。 新催化材料的开发和应用。 [引入]催化裂化汽油原料和产品 [板书]二、催化裂化的原料和产品 1、原料：馏分油、渣油 [讲述]馏分油 （直馏重馏分油/直馏减压馏分油 VGO 馏程是 350~500oC、 热加工产物——焦化蜡油/减粘裂化馏出油、润滑油溶剂精制的抽出 油） 、渣油（减压渣油、脱沥青的减压渣油、加氢处理重油等，常掺入 到减压馏分油中进行加工，当减压馏分油中掺入渣油时则通称为 RFCC） 。 评价指标：馏分组成、烃类族组成、残炭、含硫含氮化合物、金属 等。 [板书]2、产品：气体、液体产物、焦炭 [讲述]气体（干气、液化气） 、液体产物（汽油、柴油、重柴油/回炼 油、油浆/澄清油） 、焦炭。 [引入]催化裂化原料是如何进行反应而得到产品的？ [板书]三、烃类的催化裂化反应 [小结]:一、烃类的催化裂化基本反应: (一)烷烃(以分解反应为主); (二)烯烃(分解反应、 异构化反应——骨架异构/双键位移异构/几何结 构、氢转移反应、芳构化反应——脱氢); (三)环烷烃(分解、氢转移、异构化); (四)芳香烃(烷基侧链断裂、脱氢、焦化) [提问]:为什么催化的汽油辛烷值高，而柴油的十六烷值低呢? [回答]要点：从裂化可能进行的化学反应上看，可知异构成分、芳香 烃较多，而正构烷烃少)再把辛烷值、十六烷值的概念重新复习一遍。 [板书]二、石油馏分的催化裂化反应机理 各种烃类之间的竞争吸附和对反应的阻滞作用、复杂的平行-顺 序反应。 不同烃类分子在催化剂表面上的吸附能力不同，其顺序如下: 稠环芳烃稠环环烷烃烯烃单烷塞单环芳烃单环环烷烃烷烃同类 分子，相对分予质量越大越容易被吸附。 按烃类化学反应速度顺序排列，大致如下: 烯烃大分子荜烷基侧链的单环芳烃异构烷烃和环烷烃小分子单烷 基侧链的单环芳烃正构烷烃稠环芳烃 [讨论]催化裂化的理想原料是什么?为什么? 讨论结束请学生回答问题 [小结]环烷烃有一定的吸附能力，又具适宜的反应速度，因此可以认 为，富含环烃的石油馏分应是催化裂化的理想原料 [引入] 催化裂化反应的催化剂结构和组成如何?应该在使用中注意些什么? [板书]四、催化裂化催化剂 1、裂化催化剂的种类(无定形硅酸铝、分子筛系列)、组成(活性中 心 Al 2O3，Si02、其他添加剂)和结构(八面沸石笼); [板书]2.裂化催化剂的使用性质:活性、 选择性、 稳定性抗重金属污染 性质。 [讲述]活性、选择性、稳定性抗重金属污染性质对催化剂的影响。 [板书]3.工业用分子筛裂化催化剂的种类: 4.裂化催化剂的失活与再生: [讲述]失活原因(水热失活、结焦失活、中毒失活)、 裂化催化剂的再生(主要是烧焦) 再生操作的主要影响因素(T、氧分压、再生剂含碳量、再生器的 结构形式、再生时间) [归纳、提问、总结]以提问的方式梳理本次课的内容 5.2 催化裂化工业装置（工艺流程） [引入]: 先提问复习， 再引入提问:催化裂化的工艺流程由哪几个部分组成、 主 要设备是什么、现有哪些新技术? [板书]5-2 催化裂化工业装置(工艺流程) 一、生产中几个常用的基本观念 (一)转化率和回炼操作 [版书并讲解]1 转化率: 原料转化为产品的百分率。 总转化率＝(气体+汽油+焦炭)/(新鲜原料油)x100% [讲述]真正意义的转化率应该是原料油量减去末转化油的量与原料油 量之比，称为重油转化率，一般在实验室使用。 [版书]2.回炼操作 [讲述]回炼操作又叫循环裂化。由于新鲜原料经过