催化重整装置的优化.ppt

1,催化重整装置的优化曹 坚中国石化工程建设公司2010.10.15,2,1.概况2.催化重整工艺类型及技术特点催化重整的专用设备催化重整的优化我国催化重整的发展趋势结束语,目录,3,1.概况,4,催化重整装置是炼油工业的重要装置之一，不仅在炼油行业具有重要的作用，而且在石油化工化纤行业占有重要的地位。,5,1965年我国在大庆建成投产了第一套10万吨/年的工业化催化重整装置；经过40年的发展，到2010年共建成投产催化重整装置约75套；我国重整总加工能力近3000万吨/年，约占原油总加工能力的10%左右。连续重整装置28套，加工能力近2000万吨/年半再生重整装置47套，加工能力约1000万吨/年,我国的催化重整工业,6,7,已建成装置的规模分布情况,8,90年代以前的25年，建成投产了21套催化重整装置，其中只有一套连续重整装置。90年代以后的20年间共建成投产了54套催化重整装置，占全部投产装置总套数的72%；而其加工能力占全部投产装置总能力的87.2%。90年代以后的20年就建成投产了27套连续重整，占全部投产连续重整装置总套数的96.4%,占能力的98%。目前在建的连续重整装置有超过10余套，总设计负荷在1200万吨/年以上。,9,半再生和连续重整催化剂都已经实现了国产化，并达到国际水平；半再生重整的工程设计全部国产化；连续重整仅购买专利使用权，全部工艺和工程设计实现国产化；并且开发出了以“逆流移动床”为代表的具有自主知识产权的连续重整专利技术。,10,我国催化重整近年来发展较快、技术水平不低，但能力等差别较大；先进国家催化重整的加工能力已经占原油一次加工能力的20以上，美国为37左右；除总加工能力远远低于欧州和北美外，单套装置尤其是半再生重整装置的平均能力偏低；由于原料来源等原因，现有的装置普遍开工不足。因此装置的操作成本高，大部分装置的能耗都在4000MJ/t重整进料以上。,11,“重整”是指烃类分子重新排列成新的分子结构。通俗的说就是烃类分子的重新排列与整理 所谓的“催化重整”是以石脑油（直馏和各类加氢石脑油）为原料，在催化剂的存在下，生产富含芳烃的高辛烷值汽油组分，并副产含氢气体等产品的工艺，因此是炼油工业中最重要的生产工艺之一,12,蒸馏,石脑油馏分,催化重整（脱氢反应）,煤柴油馏分,加氢处理（加氢反应）,重油馏分,加氢裂化、催化裂化（裂化反应）,渣油馏分,焦化、催化裂化（脱碳裂解反应）,汽油、H2,汽、煤、柴油,汽、柴油,汽、柴油,原油,芳烃联合装置,芳烃,13,装置按目的产品分类,目的产品为芳烃的为23套，加工能力为770万吨/年，占总能力的31.3%；目的产品为高辛烷值汽油组分的为34套，加工能力为1090万吨/年，占总能力的44.3%；在生产芳烃的同时兼顾生产汽油的为12套，加工能力为600万吨/年，占总能力的24.4%。,1.目前我国催化重整现状,14,连续重整装置占总套数的31.9%，加工能力却占到了59.3%。22套连续重整装置中的5套平均反应压力为0.8MPa左右,其余的平均反应压力为0.35MPa左右，单套装置的平均能力为66.4万吨/年；连续重整装置所采用的工艺技术包括了UOP和IFP两家专利公司的各代专利技术，已具有国际水平。,1.目前我国催化重整现状,15,目前我国已经建成投产的连续重整装置情况（一）,我国从1979年开始引进连续重整技术，1985年第一套连续重整装置在上海金山投产，30年来有了很大发展，到现在已建成投产30套装置，总能力超2000万吨/年。我国现有的连续重整装置列表如右，SEI设计了其中的21套，参与了2套的技术引进.,16,目前我国已经建成投产的连续重整装置情况（二）,17,近年来随着石化工业的发展，我国的连续重整不论是数量还是规模，都有了巨大的提高，有一批新的装置正在设计和建设中，总能力2100万吨/年，这些装置都将在最近几年内陆续建成投产，右表是我国正在设计和建设的连续重整装置的初步名单从这张名单中可以看出：一个连续重整建设的新高潮正在到来，未来三、四年内建设的连续重整装置总加工能力将超过2200万吨/年，比近20年建设能力的总和还要多。新建装置的规模越来越大，大多数都在一二百万吨/年，有的已达到世界之最。,我国在/拟建连续重整装置情况,18,催化重整装置的作用高辛烷值汽油添加组分；芳烃生产的主要原料。副产氢气,19,催化重整汽油的特点：高辛烷值：一般为95106（RONC）低烯烃含量：一般为0.11.0高芳烃含量：一般为5580基本不含硫、氮、氧等杂质催化重整汽油的这些特点正好能弥补目前我国车用汽油的质量缺点，是理想的可增加的调和组分。要实现车用汽油质量的升级换代，就要调整汽油构成，减少催化裂化汽油所占比例，增加其它汽油调和组分尤其是催化重整汽油的比例。,20,催化重整装置的原料来源：1、常减压的初馏塔顶和常压塔顶直馏石脑油馏分2、加氢裂化和加氢改质石脑油。其芳烃潜含量高，是一种优良的重整原料，可不经预处理而直接进重整反应3、焦化石脑油。性质较差，在进重整反应部分之前要经加氢处理，并且因其稀烃和稠环含量多使催化剂生焦率高4、乙稀裂解汽油的抽余油，环烷含量高，是比较好的重整原料5、催化汽油部分馏分也可做重整原料,21,重整反应对进料有三个方面的要求：馏程范围族组成杂质含量 经原料预处理过的重整反应进料必须满足上述三个要求。,22,生产高辛烷值汽油时，一般采用80180OC馏分 生产芳烃时合适的馏分组成：目的产品 合适的馏分 苯 6085OC 甲苯 85110OC 二甲苯 110145OC 苯，甲苯+二甲苯 60145OC,杂质含量要求：重整原料中的少量杂质如砷、铅、铁、铜、汞、硫、氮、氧、水等会使催化剂丧失活性，这种现象称之为催化剂的“中毒”，而这些杂质则称之为“毒物”。使催化剂永久性中毒的“毒物”，称之为“永久性毒物”，金属毒物如砷、铅、铜、铁、镍、汞、钠等为永久性毒物，经过再生其活性不能恢复。使催化剂暂时性中毒的“毒物”，称之为“暂时性毒物”，非金属毒物如硫、氮、氧等为非永久性毒物。经过再生后其活性可以恢复。,23,24,我国车用汽油调和组分中:催化裂化汽油所占比例太大催化重整汽油和其它高质量汽油组分所占比例太小低辛烷值（直馏）汽油组分还占一定比例。以上特点导致我国汽油与欧美国家汽油相比:烯烃含量高，硫含量高，辛烷值不高，芳烃含量不高。,25,26,催化重整装置与其它生产高质量汽油的工艺相比：其原料来源广范，加工量大可根据需要在一定范围内调整所生产的汽油辛烷值的高低是解决目前我国车用汽油质量的最有效和最重要的手段。是实现汽油质量升级的主要工艺要使我国车用汽油质量指标符合欧IV排放标准，汽油调和组分中重整汽油等所占比例要提高,27,催化重整装置生产的汽油芳烃含量较高，一般为5585（重），可生产高纯度的苯，甲苯，混合二甲苯，邻二甲苯，对二甲苯及重芳烃等芳烃产品。我国建成投产的催化重整装置有一半是用来生产芳烃的。对二甲苯是聚酯工程的主要原料，我国目前已是世界第一产能国。产能已达到714万吨/年，是世界产能的20%。,28,重整产氢是炼厂宝贵的氢源，目前，国内柴油产品的质量指标也正在逐步提高，对硫含量等限制更加严格，所以要建设大量的加氢装置，因而就需要大量的氢气采用制氢等装置生产的氢气成本很高，生产每吨纯氢成本是3万元催化重整可付产大量廉价的含氢气体，重整装置的纯氢产率为2.54.5,氢纯度可达90%（分子），是加氢装置非常好的氢源一套规模为60万吨/年的催化重整装置,采用半再生重整纯氢产量至少每年1.5万吨，采用连续重整纯氢产量每年约2.4万吨。可为一套120200万吨/年的柴油加氢精制装置提供氢气，节省大量的制氢原料，降低加氢装置的操作成本,29,2.催化重整工艺类型及技术特点,30,重整原料的预处理重整反应对原料有上述严格要求，原料在进入到重整反应部分之前要进行预处理重整原料的预处理包括：预分馏、预加氢和汽提脱水等几个工序通过分馏、加氢和汽提脱水等工序为重整反应制备在馏分范围和杂质含量上满足要求的原料,31,重整原料的预处理-预分馏预分馏的作用是根据重整目的产物的要求切割一定沸程范围的馏分，即通常所说的“拔头和切尾”生产高辛烷值汽油时，一般采用84180OC馏分 生产芳烃时合适的馏分组成：目的产品 合适的馏分 苯 6085OC 甲苯 85110OC 二甲苯 110145OC 苯，甲苯+二甲苯 60145OC,32,重整原料的预处理-预加氢预加氢的作用是除去原料油中的杂质以保护重整催化剂。预加氢的化学反应：在催化剂和氢压的条件下，使原料油中含硫、含氮、含氧等化合物进行加氢分解，生成H2S、NH3和H2O，然后再在后面的汽提塔中除去原料油中的含砷、铅等金属化合物经过加氢分解出金属，然后吸附在预加氢催化剂上。,33,预加氢的化学反应：脱硫反应 RSH+H2 RH+H2S脱氧反应 ROH+H2 RH+H2O 脱氮反应 RN+H2 RH+NH3脱卤素反应 RCl+H2 RH+ClH烯烃饱和反应 C7H14+H2 C7H16,34,重整原料的预处理-汽提脱水 汽提脱水是采用共沸蒸馏的原理把通过预加氢过程产生的H2S、NH3和H2O等汽提出去。,35,预加氢催化剂预加氢催化剂采用含钴、钼、镍稀有金属，一般以AL2O3作为载体国内普遍采用的预加氢催化剂有4813、FDS-4A、RS1、RN-1等,36,典型的重整原料预处理工艺流程,37,催化重整的化学反应“重整”是指烃类分子重新排列成新的分子结构。在有催化剂作用的条件下对石脑油（汽油馏分）进行重整叫作“催化重整”。重整基本不改变碳原子数。如：C RCCCC RCCC 环己烷 脱氢 苯+H2,38,1.环烷脱氢反应-希望发生的反应 R R+3H2，强吸热反应，低压对反应有利2.环烷烃和烷烃的异构化-希望发生的反应 R R C RCCCC RCCC，压力对反应影响不大,S,O,S,S,重整反应器中主要发生下例6类化学反应,39,烷烃的脱氢环化反应-希望发生的反应 R+H2 R-C-C-C-C R”+H2,40,加氢裂化反应-不希望发生的反应 C C RCC H2 RH CCC H,41,脱甲基反应-副反应，不希望发生的反应RCCCC H2 RCCCH CH4 RC+H2 RH+CH4,42,芳烃的脱烷基化反应 R+H2 R+R”,43,44,催化重整的反应热重整的反应为强吸热反应，反应热很大，根据原料和反应苛刻度不同，一般半再生重整反应器的总温降为150200OC，连续重整反应器的总温降为170240OC。重整催化剂的有效反应温度一般在440OC以上，为发挥催化剂的作用，采用多段反应，根据原料及要求的反应苛刻度不同，一般采用34段，即34个反应器及加热炉。,45,催化重整的反应条件的选择,催化重整的反应条件的选择与原料性质、产品质量要求有关重整的苛刻度一般都以重整生成油的辛烷值（RONC）来衡量，反应的苛刻度越高，也就是要求重整生成油的辛烷值（RONC）越高，反应条件就越苛刻一般半再生重整苛刻度即重整生成油的辛烷值RONC不超过97连续重整苛刻度即重整生成油的辛烷值RONC一般为100106生产芳烃一般RONC要求的高些重整苛刻度越高，要求反应压力越低、氢油比越高、空速越低、反应温度越高,46,催化重整的反应参数的影响,反应压力 低压有利于脱氢生成芳烃的反应，因此，反应压力低对重整反应有利，但压力低使催化剂生焦速率快，催化剂失活速率快半再生重整因催化剂不能随时再生采用比较高的反应压力连续重整因催化剂能连续再生采用比较低的反应压力氢油比低氢油比有利于脱氢生成芳烃的反应，因此，氢油比低对重整反应有利，但低氢油比使催化剂生焦速率快，催化剂失活速率快半再生重整因催化剂不能随时再生采用比较高的氢油比连续重整因催化剂能连续再生采用比较低的氢油比反应温度在一定范围内温度高对重整反应有利，但高的反应温度使催化剂生焦速率快，催化剂失活速率快，因此：半再生重整因催化剂不能随时再生采用比较低的反应温度连续重整因催化剂能连续再生采用比较高的反应温度催化剂空速低空速对重整反应有利，但空速的选择应与氢油比结合起来考虑，低空速可以选择低氢油比；反之，提高空速就需要大的氢油比空速的选择还与原料性质及目的产品有关，一般生产芳烃比生产汽油的空速要低些,47,48,重整催化剂主要由活性组分铂、助催化剂（如铼和锡）和担体（如Al2O3）所组成。主要组分是铂等金属、卤素和氧化铝。是一种双功能催化剂，其中的铂构成脱氢活性中心，促进脱氢、加氢反应；而含有少量卤素氯的氧化铝担体具有一定酸性，从而提供了酸性功能，促进裂化、异构化等反应。半再生重整使用铂铼催化剂稳定性好、活性和选择性低于铂锡催化剂连续重整使用铂锡催化剂活性和选择性好、稳定性低于铂铼催化剂重整催化剂十分昂贵，每吨100-200万元，一套100万吨/年的连续重整的催化剂费用要超过1亿万元。,49,催化重整能耗重整工艺相对比较复杂，流程长，产品接近化工级高温反应过程，反应吸热量大，所需的反应加热炉多能耗大，80-110万大卡/吨重整进料,50,催化重整按类型可分为两种：半再生（固定床反应器）连续重整（移动床反应器）,51,半再生重整工艺特点工艺流程简单，投资少固定床反应器反应压力和氢油比较高停工后对催化剂进行再生产品辛烷值、反应产物液体收率、氢气产率较连续重整低随着操作周期的延长，催化剂活性因结焦逐渐减弱，重整产物C+5液体收率及氢气产率也将逐渐降低，需逐步提高反应温度直至停工对催化剂进行再生,52,连续重整重整工艺特点采用移动床反应器设置一套催化剂连续再生系统，在不停工条件下对催化剂进行连续再生，保持催化剂活性稳定工艺流程较为复杂，相应投资也高反应在低压、低氢油比的苛刻条件下操作，充分发挥催化剂的活性及选择性产品的辛烷值高、产物的C+5液体收率及氢气产率都较高装置开工周期长，操作灵活性大,53,催化重整工艺类型及技术特点,54,3.催化重整工艺类型及技术特点,55,连续重整与半再生重整相比：C5+产品液体收率增加约2.0%(重)氢气产率增加1.11%(重)，而且氢气纯度也较高芳烃产率增加约12%(重)。,56,重整工艺技术的选择原则：规模大，原料差，对产品的苛刻度要求越高，对氢气的需求量大，应选择连续重整反之，则应选择半再生半再生的产品辛烷值一般不宜超过97（RON），连续重整可以超过100（RON），最高可以到106（RON）,催化重整工艺类型及技术特点,57,典型的半再生重整装置共有工艺设备约 125 台套,催化重整工艺类型及技术特点,58,典型的连续重整装置共有工艺设备约250台套，主要设备分类如下：塔 3台反应器及再生器 6台加热炉 7台冷换设备 60台电加热器 4台容器 37台压缩机 4台风机 4台泵 36台氨冷冻系统 1套重整废热锅炉系统 1套加热炉余热回收系统工程 1套,催化重整工艺类型及技术特点,59,重整装置的工艺流程,催化重整工艺类型及技术特点,半再生重整装置工艺流程包括下列三部分：原料预处理重整反应重整产物分离连续重整装置工艺流程包括下列四部分：原料预处理重整反应重整产物分离催化剂连续再生,60,重整装置的工艺流程,3.催化重整工艺类型及技术特点,原料预处理部分（分馏、加氢、汽提）,重整反应部分,产物分离部分,石脑油,精制石脑油,催化剂连续再生部分,连续重整设置此部分,反应产物,含氢气体,燃料气,液化气,汽油,待生催化剂,再生催化剂,61,催化重整工艺类型及技术特点,典型的半再生重整装置的工艺流程,62,3.催化重整工艺类型及技术特点,典型的半再生重整装置,3.催化重整工艺类型及技术特点,CCR,R,R,R,R,反应进料,H,H,H,H,反应器,增压机,UOP连续重整装置的工艺流程,汽油,液化气,氢气,反应加热炉,再生器,循环氢压缩机,进料换热器,64,世界有两种工业化连续重整技术美国环球油品公司（UOP）反应器布置采用重叠式再生回路流程采用热循环法国石油研究院（Axens）反应器布置采用并列式再生回路流程采用冷循环,连续重整工艺技术,65,UOP连续重整装置的工艺流程-重整反应部分部分,连续重整工艺技术,66,UOP连续重整装置的工艺流程-cyclemax催化剂连续再生流程,连续重整工艺技术,67,IFP连续重整装置的工艺流程-反再部分,连续重整工艺技术,68,IFP连续重整装置的工艺流程 Regen B 再生流程,连续重整工艺技术,69,IFP连续重整装置的工艺流程Regen C 再生流程,连续重整工艺技术,70,IFP连续重整装置的工艺流程最新的 Regen C2再生流程,连续重整工艺技术,71,连续重整装置工艺流程-产品分离,4连续重整工艺技术,72,采用UOP工艺的连续重整装置,4连续重整工艺技术,73,74,采用IFP工艺的连续重整装置,连续重整工艺技术,75,连续重整工艺技术,SEI的“逆流”移动床重整技术,76,4连续重整工艺技术,我国目前现有的连续重整装置都采用国外的连续重整专利技术，实现连续重整工艺技术的国产化，拥有我国自己的连续重整专利技术一直是我们多年来的奋斗目标。经过多年的努力，在有关单位的密切配合下，在1987年开发出了我们自己的连续重整工艺技术“逆流移动床重整工艺技术”。,77,4连续重整工艺技术,现有连续重整工艺情况催化重整反应特点现有连续重整工艺的缺点“逆流”移动床重整工艺“逆流”移动床重整工艺 的 优 点开发该项工艺的关键课题“逆流”移动床重整工艺为我国自行开发的技术,UOP采用重叠式反应器，催化剂与反应物料的流动方向一致，都是从第一反应器到最末反应器，为“顺流”式 反 应 进 料 一 反 二 反 三反 再 生 器 反 应 产 物 四反 IFP采用并列式反应器，催化剂与反应物料的流动方向一致，都是从第一反应器到最末反器，为“顺流”式 一 反 二 反 三 反 四 反 反应进料 反应产物催化剂 从再生器 催化剂至再生器,现有连续重整流程特点,79,催化重整反应特点,主要有六种化学反应环烷脱氢反应 C6和C7相对反应速率为 100和 120烷烃和环烷烃的异构化反应 C6和 C7相对反应速率为 10和 13烷烃的脱氢环化反应 C6和C7相对反应速率为 1 和 4加氢裂化反应 C6和C7相对反应速率为 3和 4脱甲基反应 C6和C7相对反应速率为 5和 3芳烃的脱烷基化反应难重整主要反应有难有易，由易到难的顺序为：脱氢 异构化 加氢裂化和脱氢环化容易的反应在前面反应器中进行，而相对较难的反应在后面的反应器中进行 一反 二反末反 反应进行的难易程度 易 难,连续重整工艺技术,80,现有连续重整工艺的缺点,催化剂活性状态与反应难易程度不相配 一反 二反.末反 反应物料流动方向 催化剂循环流动方向 反应器中催化剂上积碳量 低 高 反应器中催化剂活性状态 高 低 反应器中反应难易程度 易 难 前面的反应器中进行的反应容易，但催化剂的活性高；后面的反应器中进行的反应难，而催化剂的活性却低，因此，催化剂的活性不能得以充分发挥,连续重整工艺技术,81,“逆流”移动床重整工艺的原理及优点,改变催化剂在 并列反应器之间的输送循环方向，催化剂流动方向与反应物料流动方向相反，即“逆反应物流”移动 一反 二反 三反 四反 反应进料 反应产物 待生催化剂 再生催化剂 反应难易程度与催化剂活性状态对应情况 一反 二反末反 反应物料流动方向 催化剂循环输送方向 反应器中催化剂上积碳量 高 低 反应器中催化剂活性 状态 低 高 反应器中进行反应的难易程度 易 难 相对反应速率高的反应也即容易进行的反应在前面的有低活性的催化剂的反应器中进行；难进行的反应在后面的有高活性的催化剂的反应器中进行；因此，克服了现有连续重整在这方面的弊病,连续重整工艺技术,82,“逆流”移动床重整工艺流程,连续重整工艺技术,83,连续重整工艺技术,SEI的“逆流”移动床重整流程,84,A装置 B装置 C装置操作条件单位 顺流操作逆流操作顺流操作逆流操作顺流操作逆流操作进料组成P/N/A59/29/1259/29/1254/38/854/38/866/33/1166/33/11进料量万吨/年606060606060辛烷值RONC102102102102102102重量空速2.22.21.921.922.22.2H2/HCMOL/MOL2.22.252.62.6322.02一反人口温度 DEG.C520523527528.3512513二反人口温度 DEG.C520523527528.3512513三反人口温度 DEG.C520523527528.3512513四反人口温度 DEG.C520523527528.3512513总温降 DEG.C 270283728929723053127一反温降 DEG.C120107614113661251181二反温降 DEG.C665416861579752三反温降 DEG.C497164558958685四反温降 DEG.C355043540243509H2产率 WT%FD3.63.773.813.93.563.64C5+液收 WT%FD90.1691.1588.789.3289.6190.38芳烃收率 WT%FD76.277.1777.3377.8677.9177.98循环氢纯度 MOL%FD87.389.068787.9787.388.49催化剂含碳量 WT%52.77353.09653.679WAIT DEG.C520523527528.3512513WABT DEG.C477.3473.5479.3478.2463460.4,“逆流”与“顺流”工艺计算对比,连续重整工艺技术,85,“进入四反的催化剂不含碳，活性最高，在相同的反应苛刻度条件下（反应产物达到相同的RON值），与“顺流”移动床重整相比，四反平均反应温度下降 25C，四个重整反应器的床层加权平均温度（WABT）降低 14C。加氢裂化反应主要发生在第四重整反应器中，催化剂上的积碳主要是该反应产生的，故重整反应器中四反的催化剂积碳量最多。平均反应温度越高，积碳量越多。因在相同的反应苛刻度条件下“逆流”移动床重整比“顺流”移动床重整四反平均反应温度下降，所以催化剂上的平均积碳率下降，降低 25%40%。因平均反应温度尤其是四反平均反应温度降低，在相同的反应苛刻度条件下“逆流”移动床重整与“顺流”移动床重整相比四反中发生的加氢裂化反应减少，所以C5液收增加，增加 0.7%1.1%。因“逆流”移动床重整比“顺流”移动床重整的催化剂平均活性高，所以芳烃及氢产率高，分别增加 0.1%1.27%及 2.1%4.7%。因加氢裂化反应减少，裂介产物减少，所以产氢及循环氢纯度提高，循环氢纯度可提高 12个单位。对比计算中，“逆流”和“顺流”工况采用相同的空速和相同的催化剂填装比，即“逆流”工况没有优化。如果优化了“逆流”的反应条件（如催化剂填装比等，则可降低催化剂填装量或进一步提高液体收率，提高效益。,工艺计算对比,连续重整工艺技术,86,试验结果在相同的反应条件下H2产率增加，四组试验平均增加 3%C5+液收略有增加，但不明显重整生成油中C4-组分减少，C6+组分增加 结论：经初步试验“逆流”工艺优于“顺流”工艺,RIPP做的“逆流”与“顺流”对比试验情况,连续重整工艺技术,87,关键课题的解决,反应条件的优化石科院进行优化条件的试验，并已取得了初步结果在反应器间催化剂由低压向高压的输送经我院与清华大学合作研究，取得了结果，采用高料位罐的形式是可行的更新催化剂再生技术与石油大学共同合作开发，完成了再生动力学与气固流动的研究，提出了新型再生器结构,连续重整工艺技术,88,“逆流”移动床重整工艺不同于现有的连续重整，为我国独有的专利技术，该工艺技术获得了专利（98117972.X）“逆流”移动床重整工艺为我国自行开发的具有自主知识产权的技术,连续重整工艺技术,89,3.催化重整的专用设备,90,3.1 重整反应器,3.催化重整的专用设备,91,重整反应器有两种基本型式：轴向反应器 物料自上而下轴向流动，反应器内部是一个空筒，结构比较简单；径向反应器 物料进反应器后分布到四周分气管内，然后径向流过催化剂层，从中心管流出，反应器内需要设置分气管、中心管、帽罩等内部构件，构造比较复杂。,3.催化重整的专用设备,92,3.催化重整的专用设备,93,3.催化重整的专用设备,连续重整径向反应器设备图,94,径向反应器压降核算,3.催化重整的专用设备,95,径向反应器设计中的一个重要问题就是如何使得流体在整个流通面积上均匀分布,3.催化重整的专用设备,96,对于径向反应器的扇形分气管，气体从顶部进来后，自上而下随着气量的减少速度不断减小，即W1W2，因而P2P1，静压力下大上小。对于中心集气管，由于气量自上而下不断增加，速度也不断增加，即 W1P1-P1，即分气管与集气管的压力差下部大于上部。,3.催化重整的专用设备,97,为了克服以上不均匀流动的现象，可以考虑以下几个措施：扩大分气管和集气管的流动截面积，降低流速，使上下压差沿管长变化减小，从而使气流分布均匀些。将分气管和集气管设计成变截面的锥形管，以维持管内流速变化不大，减小管内静压力的变化。分气管和集气管上下采用不同的开孔率，用小孔阻力的变化补偿管内压力变化。增加小孔阻力，使其大大超过分气管和集气管内的压力变化。,3.催化重整的专用设备,98,改进的径向反应器设备结构 改进型径向反应器物料流动方向由上进下出改为上进上出,3.催化重整的专用设备,99,3.催化重整的专用设备,100,3.催化重整的专用设备,径向反应器轴向截面的压力等值线图与速度云图,等值线越密说明压力梯度越大。可以看出，压力梯度最大的位置在催化剂床层，而且在催化剂床层中压力等值线非常规律，不存在局部低压区，因此，催化剂床层中，气体不会形成旋涡。而在中心管中、中心管开孔附近形成了多处局部低压区，由于局部低压的形成，在中心管中部及开孔附近将形成多处小旋涡。在约翰逊网与中心管之间的空隙区域中，颜色非常一致，说明压力分布很均匀。催化剂床层中的气体速度较小，大小分布均匀。出中心管过孔时，气体速度明显增大。,101,3.催化重整的专用设备,径向反应器轴向截面的速度等值线图与云图,速度梯度最大的位置在扇形筒、中心管过孔及中心管中。催化剂床层中等值线十分稀疏，说明在催化剂床层中速度比较均匀。气体过孔后形成明显的受制射流形状。而在孔的附近区域存在明显的低速区，也就说明气流在此处已形成旋涡。气体进入催化剂床层中后，以近似径向的方向流动，到达约翰逊网壁时，改变方向，从开孔处进入中心管。,102,5.催化重整的专用设备,反应器轴向截面的速度矢量图,气体经由扇形筒分配进入催化剂床层中，在催化剂床层中速度大小基本一致，然后经由中心管开孔进入中心管中。气体在中心管及管的开孔附近的多个局部低压区形成旋涡。仍有部分气体通过催化剂顶部床层串入反应器上部无催化剂的空腔内，但是速度极小、量也极少。从速度流线图可以清晰地看出气体在催化剂床层中以平推流的形式流动。,103,.催化重整的专用设备,反应器速度流线图,104,.催化重整的专用设备,反应器横截面的流线视图,图中浅灰色部分为扇形筒，黑色为工艺物流流动的迹线。迹线的疏密表示流动的趋势。从图中可以看出，扇形筒间不存在在大的周向流动。由于反应器结构的对称性，气体从扇形筒侧面出来后，经过碰撞后，流动方向转为沿反应器径向流动。周向流动几乎不存在。,105,3.2 进料换热器,3.催化重整的专用设备,106,我国早期重整装置中进料换热器都是采用U型管和浮头式，好几台串联操作，效率低，占地面积大，而且压力降高，不能满足低压重整的需要。从石油七厂多金属重整设计开始，用一台大型单管程立式换热器作为重整进料与反应生成物换热设备。近年来催化重整设备方面另一个引人注目的进展就是采用焊板式换热器代替原来的纯逆流单管程立式换热器作重整进料换热器。,5.催化重整的专用设备,107,5.催化重整的专用设备,108,5.催化重整的专用设备,109,典型的立换与板换的比较,5.催化重整的专用设备,110,3.3 多流路四合一加热炉,3.催化重整的专用设备,111,重整反应炉被加热物流为循环氢气和油气，体积流率很大，既要有利于加热又要压力降小，因此存在着一个多流路炉管的设计问题，并联流路有时高达几十路，同时为了缩小占地，减少投资，对于规模较大的重整装置，往往把四个加热炉联合在一起，成为一个四合一炉，炉管采用U型（集合管在上）或形（集合管在下）。,3.催化重整的专用设备,112,多流路炉管配置,3.催化重整的专用设备,U型四合一重整反应加热炉,113,3.催化重整的专用设备,型四合一重整反应加热炉,114,多流路炉管配置,3.催化重整的专用设备,U型（集合管在上）,形（集合管在下）,115,多流路加热炉物流计算,3.催化重整的专用设备,116,3.4再生器,3.催化重整的专用设备,117,再生器是连续重整的主要设备，设备从上而下包括烧焦，氧氯化及焙烧干燥等过程。,3.催化重整的专用设备,118,UOP连续重整再生器结构:再生器自上而下分为4个区：烧焦区、氧氯化区、干燥焙烧区和冷却区。烧焦区为径向床结构；氧氯化区、干燥焙烧区和冷却区为同心筒结构。,3.催化重整的专用设备,119,Axens再生器结构:再生器自上而下分为4个区：一段烧焦区、二段烧焦区、氧氯化区和焙烧区。一段和二段烧焦区为径向床结构；氧氯化区为轴向床结构、焙烧区为同心筒结构。,3.催化重整的专用设备,120,4.催化重整的优化,121,4.1 重整原料的优化,（1）石油化工中的乙烯和重整装置的原料都是石脑油，因此发展石油化工必将引起对石脑油需求量的增涨，从而导致原油加工量的增加。因此，在重整装置的操作过程中，必须综合考虑石脑油原料的优化问题，保证资源的合理利用，以最小的投入获取最大的经济效益。（2）每个石油化工公司，可根据其原料处理量，可提供重整原料装置的规模来考虑组合方案。根据实际情况选择不同的方案，宜芳则芳，宜烯则烯，宜油则油，以达到最大的经济效益。,122,加氢裂化重石脑油的环状烃（环烷烃和芳烃）含量高达4050%，是理想的催化重整原料；裂解汽油抽余油的烷烃含量较低，环烷烃和芳烃含量高达60%以上，因而是良好的重整原料油；加氢催化裂化汽油的芳烃含量较高，而环烷烃含量低，烷烃含量高，不是理想的重整原料；加氢焦化汽油属于石蜡基，更适合作为乙烯裂解料。,123,石脑油的馏程对于连续重整装置生产芳烃有重要的影响。通常，连续重整装置可以加工75-185的石脑油馏分，对于生产高辛烷值汽油组分来说，是没有任何限制的。但是，在芳烃生产过程中，有效组分主要是C6-C9馏分和少量C10馏分，生产的主要是苯、甲苯、二甲苯和C10芳烃，因此，对于以生产对二甲苯为主要目的的连续重整装置，较适宜的原料馏程范围应为75-165。,124,125,Case1:多产乙烯原料工况：在1600万吨/年原油加工阶段，每年可生产欧3#汽油92万吨，航煤158万吨，欧3#柴油554万吨；苯33万吨，对二甲苯82万吨;每年可提供乙烯料447万吨。,126,127,127,Case2:乙烯+汽油工况：在1600万吨/年原油加工阶段，每年可生产欧3#汽油250万吨，航煤124万吨，欧3#柴油598万吨；苯34万吨，对二甲苯82万吨;每年可提供乙烯料280万吨。,128,中国石油四川石化1000万吨/年炼油与80万吨/年乙烯炼化一体化工程分为炼油及化工两大部分，原来各有一套芳烃抽提装置，规模分别是35万吨/年、80万吨/年；其中35万年吨/年芳烃抽提装置原料来自35万吨/年加氢汽油装置的乙烯裂解汽油，80万吨/年芳烃抽提装置原料来自200万吨/年连续重整装置的C6、C7重整生成油组分。根据炼化一体化的原则，按照四川石化对汽油及芳烃产品的不同需求，乙烯裂解汽油仅C6组分进抽提，C7+组分直接作为汽油添加组分，而重整生成油中的C6、C7组分则全部进抽提装置分离苯和甲苯，对两套芳烃抽提装置进行优化处理合并为一套，取消化工区芳烃抽提装置，优化后芳烃抽提处理能力90万吨/年，布置在炼油区。,129,130,重整原料的精细化管理：对上游常减压装置的要求，上游装置提供的石脑油馏分控制精细化，尽量减少夹带重组分。,131,吸附分离,石脑油,优质催化重整原料高辛烷值汽油组分,优质乙烯裂解原料,正构烃,非正构烃,重整原料/乙烯原料的分子化管理：,132,以分子管理为策略，通过将石脑油中的正、异构烃分离，富含正构烷烃的脱附油作为乙烯裂解原料，富含非正构烃的吸余油作为催化重整原料或高辛烷值清洁汽油调和组分，可以在宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油基础上进一步集成优化炼厂的石脑油资源，从产品工程角度实现对石脑油资源的分子尺度管理，对于建设资源节约型和生态环保型社会有重要意义。,低温热的利用重整有很多低温热，如：与进料换热后的反应产物，温度大于100OC，直接通过空冷冷却到40OC左右进高分；与进料换热后的稳定汽油，温度大于100OC，直接通过空冷和水冷冷却到40OC左右后出装置。冷却这些物料所需的冷却热负荷很大，因此这些低温热量应该回收可用这些低温热加热重整余热锅炉所用脱盐水等,133,4.2 重整装置节能优化,134,高效传热焊板式换热器的利用：好的设计已可达到热段温差小于25，比以前的设计低10，可以回收大量热量，大大减少进料加热炉的燃料消耗，同时也减少重整产物空冷器的冷却热量。,135,提高重整加热炉效率：措施：燃料清洁化；排烟温度最低化；燃料气和空气采用余热加热；,136,4.3 重整催化剂选择,目标：高芳烃产率、高液体收率和高氢气产率是重整装置追求的目标。低铂型催化剂积碳低、选择性好、成本低，多用于汽油型连续重整；高铂型催化剂活性高、抗冲击能力强等，多用于芳烃型连续重整；,137,国内外重整催化剂及其用途,138,138,4.4 重整操作新问题,近两年新建连续重整装置操作上的问题主要是：Chlsorber脱氯工艺效果好，但是多套装置的放空换热器和管道严重腐蚀；原因主要是氯离子低温腐蚀。,5.我国催化重整的发展趋势,139,140,1.我国催化重整及芳烃工业发展存在的最大问题还是原料问题。由于中国原油资源短缺，同时对于乙烯需求的不断增大，催化重整装置的建设受到乙烯工业发展的的限制即原料的限制。石脑油资源在中国目前和将来很长一段时间里的短确局面难以改观。我国一大部分炼油企业均为乙烯提供原料作为主加工流程.2.我国炼油工业规模的不断扩大、汽油清洁化、聚酯芳烃工业的迅猛发展带动催化重整装置在今后较长一段时间里仍有很大的发展；,141,3.催化重整装置经济规模大型化,142,4.石油-化工一体化是目前各大石化公司在石化建设方面新的发展趋势 炼油-化工(乙烯/PX)一体化是目前世界各大石化公司在石化建设方面新的发展趋势。新建芳烃联合装置对提高炼厂的经济效益具有重要的作用。其优势主要体现在以下几个方面：a)由于实现了一体化，优化更大的资源，可以进一步降低成本；实现炼化一体化，石脑油可以按“宜烯则烯、易芳则芳”的原则进行优化。加氢裂化重石脑油（环烷烃高）和沙轻直馏石脑油（芳烃高）均不是较好的乙烯裂解原料。但加氢裂化重石脑油却是最好的芳烃原料，而芳烃联合装置的建设可以增加重整拔头油和抽余油的数量（较好的乙烯料），提高乙烯料的质量确保茂名分公司乙烯装置的产率和收率。b)公用工程一体化，可以大大降低公用工程系统的投资；,143,c)增强炼油化工企业对商业周期缓冲的互补优势；d)原料互供，省去了采购和运输的成本并免除中间商品交易的费用；原料和产品不用运输，因而库存、存储和装运成本较低；可以为下游装置提供可靠的原料供应，减少了在市场采购可能发生的价格变动的风险，并优化了资源的利用；5.我国连续重整技术国产化的步伐越来越快，并已取得突破性进展，近几年，我国将有多套国产化的连续重整装置建成投产；,144,6.大型化连续重整装置的设计新设想：1）把连续重整装置的生成产物尽可能分离出来：a:重整产氢单独设计PSA分离装置含氢气体分离出纯氢，尾气压 缩后既可作为制氢原料，也可作为燃料，还可作为乙