催化裂化反应操作的影响因素

反应温度是对产品产率和质量影响最灵敏的参数,用提升管的出口温度来表示。
1. 温度是调节转化率的主要变量,T↑,ν反应↑。
2. 反应温度可以通过对各类反应速率大小来影响产品的分布和质量,即多产汽油或柴油或气体等不同的生产方案是通过采用不同的反应温度来实现的。T↑→汽油辛烷值↑,汽油产率↓,气体产率↑ 。
催化裂化反应时向系统供热,再生时从系统取热。
因此催化裂化反应是吸热反应;再生反应是强放热反应。
油气分压提高即反应物浓度提高,反应速度加快,生焦的反应速度也提高。
虽然压力对反应速度影响较大,但是在操作中压力一般是固定不变的,工业装置中一般采用不太高的压力(约0.1~0.3Mpa)。
一般对于给定大小的设备,提高压力是增加装置处理能力的主要手段。
剂油比:单位时间内进入反应器的催化剂量(即催化剂循环量)与总进料量之比。反映了单位催化剂上有多少原料进行反应并在其上积碳。
提高剂油比,则催化剂上含碳量相对减少,催化剂活性下降小,转化率增加。但剂油比受装置总热平衡特别是反应温度控制,当反应温度不变时,剂油比也基本不变。
改变剂油比最灵敏的方法是调节再生催化剂的温度和调节原料预热温度。
原料性质影响产品分布,在同样转化率时,石蜡基原料的汽油及焦炭产率较低,气体产率较高;环烷基原料的汽油产率高,气体产率低;芳香基原料汽油产率居中,焦炭产率高。
一般较重的原料较易裂化,生成的气体和汽油含烯烃也较多,但含硫、氮、及金属杂质也较多,
含芳烃多的原料较难裂化。
空速:每小时进入反应器的原料油量与反应器藏量(反应器和再生器经常保持的催化剂量)之比。其大小反映了反应时间的长短,其倒数为反应时间。
反应时间越长,转化率越高,但到一定值后增加不多,汽油、柴油的产率反而因二次反应而下降。它是由提升管的容积和进料总量决定的。工业上,按汽油方案操作时,采用高反应温度短反应时间(2~3S);按柴油方案则采用低反应温度较长反应时间(3~4S)。
再生催化剂含碳量指经再生后的催化剂上残留的焦炭含量。对于无定形硅铝催化剂,含碳量小于0.7%,对催化剂无明显影响,含碳量对于沸石催化剂的活性影响较大,一般应保持小于0.2% ,最好在0.05% 以下。
根据生产实际综合选定。增加回炼比,单程转化率↓,柴油产率↑
我国炼油催化裂化工程技术奠基人陈俊武
——“常学常看,才能跟上时代”

人物小传
陈俊武:1927年生,祖籍福建长乐,生于北京。1948年毕业于北京大学化工系,曾担任我国炼油工艺“五朵金花”之一的中国第一套60万吨/年流化催化裂化炼油装置设计师,一生组织多个国内重点石油化工项目。1991年当选为中国科学院院士。人物小传
初见陈俊武,他正双手举着报纸,神情专注地阅读……虽已93岁,但记者问他是否经常看报,他认真地回答:“要看。跟发达国家比,我国炼油等技术还有些许差距,常学常看,才能跟上时代。”
耄耋之年的他,一生与祖国石油发展相连。早年带头建造我国第一套流化催化裂化装置,中年指导攻克了煤质烯烃的世界性难题,如今仍拼搏在一线,为我国石油发展建言献策、培养人才。“我的一生从未停步,直到今天,我还在学习……”
“科学研究最忌讳的是,一有成绩,就沾沾自喜,想歇歇脚”
6点半起床阅读、散步,8点半,到办公室搜集资料、数据,与学生讨论课题,有机会还参加国内外重要学术会议。退休30多年,陈俊武一直保持着良好的状态,工作治学,未曾懈怠。
“他心里装的是国家和事业,从没有想过自己。”负责陈俊武起居生活的陈涛告诉记者,陈俊武生活从不讲究,但学习、工作总是精益求精。虽是硕果累累的资深院士,但他那种拼搏的劲头和49年前并无二致。
1961年,大庆油田快速发展,给国家提供了充足原油,但国内炼油技术发展稍显乏力,“像有了好大米,却依然吃不上香喷喷的白米饭。”陈俊武说,流化催化裂化是炼油工业的关键技术,投资少、操作费用低、原料适应性强,但这类装置全世界仅有几十套,技术被层层封锁。
为改变这一面貌,国家提出自力更生开展五项新技术攻关,被称为炼油工艺的“五朵金花”。34岁的陈俊武受命“挑大梁”,担任建造我国第一套流化催化裂化装置的设计师。
“建立一个完整的新炼油厂,上到仪器仪表、大小阀门,下到粗细管线、器件之间的联动,都完全靠自己琢磨。”陈俊武回忆:1962年到古巴考察期间,四名石油部工程师冒着战争危险,拍下400卷胶片,写满20多个笔记本,搜集到几万页资料,这几乎成为炼油厂建设的一手资料。
“我们的命运始终与国家相连,激励着我们不断攻坚克难。”1965年5月5日,经过4年多艰苦攻关,我国第一套自行设计、自行施工安装的60万吨/年流化催化裂化装置在抚顺石油二厂建成投产,催开了我国炼油工业新技术的“第一朵金花”。
“科学研究最忌讳的是,一有成绩,就沾沾自喜,想歇歇脚!我国曾落后先进技术20年,要想实现‘齐步走’,就必须具备自我研发实力。”为保证人才不断代,陈俊武退休后积极开设催化裂化高级人才培训班和中国石化高级人才研修班。通过几代人努力,我国目前已建成不同类型催化裂化装置200多套,每年处理原油近2亿吨,催化裂化工艺技术水平长期稳定在国际先进水平。
“科研人员不能讲‘可能’,该是什么样就是什么样”
陈俊武看起来很随和,可接触过他的人却说:“这是个较真的人”。这一点,与陈俊武共事数十年,曾任洛阳工程公司副总工程师的陈香生最有感受:“前段时间,几个业内朋友想请陈院士挂名他们的科研项目,陈院士看后直接拒绝。他认为项目中仍有问题没有解决,不愿意只照顾面子。”
最让陈香生感到意外的是,陈俊武“较真”起来,“连自己的面子也不给”。
1995年,陈俊武曾出版过一本专著《催化裂化工艺与工程》,2005年再版,2015年发行第三版,全书共1606页252万字,凝聚了他毕生的科学实践与研究创新。
2018年,中国科学院大连化学物理研究所欲将该书三个版本都收录入中国新建的催化史料馆,陈俊武签字准备寄出时,却突然反悔。原来,第二版和第三版中有一个方程式转化率因子数据适用范围有偏差。第二天,陈俊武立即打印了一个勘误说明,将两版内哪几页、哪个方程式、哪个表格引用错误,标注得清清楚楚,以这种形式向读者致歉。
“发现错误,就必须予以纠正,要对每一个数据负责、为国家负责。”陈俊武的这种“较真”,也源自对自己科学研究的笃定。
20世纪80年代初期,陈俊武应兰州炼油厂之邀,建设一套年加工能力50万吨同轴式流化催化裂化装置。但是,有人从技术角度对设计方案安全性提出质疑。专门论证会上,气氛紧张,质疑的人仍在坚持:“这有可能出事故……”“出了问题谁负责?”陈俊武并不是听不进意见的人,但他对自己的精心测算更较真,他坚定地说:“出了问题,我陈俊武负责!”
1982年,凝聚着陈俊武团队心血的兰州炼油厂装置建成投产,当年就收回4000多万元的投资,并把我国炼油技术水平推进了一大步。这项技术1984年获得全国优秀设计金奖,1985年又获得国家科技进步一等奖。“科研人员不能讲‘可能’,该是什么样就是什么样。”
“年轻人才是未来的希望”
陈俊武自己一生进步不止,但他明白“年轻人才是未来的希望”。这些年,他所培养的新一代优秀工程师,在专业领域都有不小的成就。
“他们还在成长,要多给他们机会。”很多学生在申报新课题时,陈俊武都会提供悉心指导。申报技术成果时,学生把陈俊武的名字写上,陈俊武都会偷偷把名字划掉。
“他对自己一直都很‘小气’。”他的家人曾经讲过一件事,有一次陈俊武在路上不小心扭伤了脚踝,疼得脸色发白……其实只需要打个电话,单位就会派车来接他。“但他坚持不占用公共资源,硬是自己努力站起来,一瘸一拐往家走……”家人说,这些年,陈俊武将自己所得的奖金捐给学校、优秀教师,奖励年轻科研工作者。“年轻人没了后顾之忧,才能为祖国更好地做贡献。”陈俊武以一己之力,为科技发展不断铺路。
现在,陈俊武不再长期处在科研一线,但仍然关心着我国重大工程技术研发和宏观战略性课题创新。能源替代和碳排放,是他当下最关注的两个课题。其实,退休后的陈俊武主动学习了多领域的知识,单在中国碳减排战略和应对气候变化方面,就发表了多篇高质量论文。
“创新就是要不断发现和思考新的问题。我的一生,一直在努力。”从20多岁观察鼓风机特性帮车间“每小时省25千瓦时电”,到设计一个催化分馏塔取代常压和减压两个分馏塔,再到流化床催化剂的两段氧化再生……陈俊武的轻描淡写,正是他一生追求创新的缩影。
“技术引进永远不能代替开发。作为科研人员,要时刻牢记使命,绝不做技术的买卖人。”采访结束后,陈俊武与记者告别后,随即又拿起手边的课题材料,认真地阅读起来……
奉献一生 专注一世
当采访前得知陈俊武院士已是90多岁高龄时,记者的心“咯噔”了一下:“陈老年纪这么大,研究的领域那么专,还能讲得清楚他的工作吗?”带着疑虑,记者赶赴洛阳拜访他,欣喜的是,陈老精神矍铄、工作如常,说话既掷地有声,又惜字如金……
从采访见面到结束,陈老很少主动提及话题,总是老老实实地回答提问。他的生活助理说,陈老一生不爱社交,淡泊名利。他很少虑及自己和家人,注意力总是倾注在专业里。即便85岁高龄后,他也不是只享受天伦之乐,反而更在意经验的传承和知识的更新。
陈老关心专业领域,更时刻关注着国家的前途命运。他的小女儿陈欣说,老人认为自己不善言谈,真正的爱国应该体现在实际行动中,并践行一生。
正是这种专注,造就了陈老的事业。为国家舍小家、为事业轻自己,奉献一生,专注一世,这就是令人敬仰的陈俊武院士。
填空题
1. 反应系统的主要平衡是( )。
2. 原料残炭增加,生焦率( )。
3. 剂油比增大,转化率( )。
4. 原料预热温度升高,则原料经过喷嘴的雾化效果( )。
5. 两器间催化剂的流动主要靠( )平衡。
6. 物料平衡包括催化剂和原料在数量上的平衡、单程转化率和回炼比的平衡以及( )平衡。
7. 一般控制再生后的催化剂含碳量为( )。
判断题:
1. 二次燃烧是指CO离开再生器以后继续燃烧成二氧化碳这个过程。 ( )
2. 催化裂解反应不吸热也不放热。( )
3. 在提升管催化裂化装置中,主要是用待生单动滑阀开度来调节反应温度的。( )