重油催化裂化知识

催化裂化是炼油工业中重要的二次加工过程，是重油轻质化的重要手段。它是使原料油在适宜的温度、压力和催化剂存在的条件下，进行分解、异构化、氢转移、[url=]芳构化[/url][A1] 、缩合等一系列化学反应，原料油转化成液态烃、汽油、柴油等主要产品及油浆、焦炭的生产过程。催化裂化的原料油来源广泛，主要是常减压的馏分油、常压渣油、减压渣油及焦化蜡油、加氢尾油、蜡膏、蜡下油等。随着石油资源的短缺和原油的日趋变重，重油催化裂化有了较快的发展，处理的原料可以是全常渣甚至是全减渣。在硫含量较高时，则需用加氢脱硫装置进行处理，提供催化原料。催化裂化过程具有轻质油收率高、汽油辛烷值较高、气体产品中烯烃含量高等特点。

催化裂化是在裂化催化剂的作用下，原料在反应器内与高温催化剂接触，瞬时汽化，并裂化成产品。一般来说，催化裂化反应遵循正碳离子理论，分为以下五步。

第一步：原料分子由主气流中扩散到催化剂表面。

第二步：原料分子沿催化剂微孔向催化剂内部扩散。

第三步：原料分子被催化剂内表面吸附。

第四步：被吸附的原料分子在催化剂内表面上发生化学反应。

第五步：产品分子自催化剂内表面脱附。

第六步：产品分子沿催化剂微孔向外扩散。

第七部：产品分子扩散到主气流中去。

整个催化裂化反应的速度取决于这七步骤进行的速度，而速度最慢的步骤对整个反应速度起到决定性的作用而成为控制因素。从反应过程来讲，催化裂化反应分为裂化反应、异构化反应、[url=]氢转移反应[/url][A2] 、芳构化反应和环化反应五种。

反应-再生部分：其主要任务是完成原料油的转化。原料油通过反应器与催化剂接触并反应，不断输出反应产物，催化剂则在反应器和再生器之间不断循环，在再生器中通入空气烧去催化剂上的积炭，以恢复催化剂的活性，使催化剂能够循环使用。烧焦放出的热量又以催化剂为载体，不断带回反应器，供给反应所需的热量，过剩热量由专门的取热设施取出加以利用。

分馏部分：主要任务是根据反应油气中各组分沸点的不同，将它们分离成富气、粗汽油、轻（重）柴油、回炼油、油浆，并控制汽油干点、轻柴油凝固点和闪点合格。

吸收稳定部分：利用气体混合物中各组分之间在液体中溶解度不同，把富气和粗汽油分离成干气、液态烃、稳定汽油。控制好干气中的Ｃ3含量、液态烃中的Ｃ2和Ｃ5含量、稳定汽油的蒸汽压。

[A1]芳构化是指氢化芳香族化合物经脱氢转变成为芳香族化合物的反应。

[A2]在催化裂化条件下，环烷烃、芳香烃，以及两个烯烃分子之间可以发生去氢反应，这类反应统称为氢转移反应。

一个是碳碳键断裂 一个是碳氢键断裂。

整个催化过程中，裂化反应是最重要的首位反应。无论是烷烃、环烷烃还是芳烃都是以C-C键断裂为最基本的一次反应并生成烯烃，然后在此基础上发生各种二次反应。较重要的二次反应有：烯烃的裂化、环化、异构化、氢转移和叠合、环烷基脱氢、芳烃缩合、烷基转移和烷基化等。除少数二次反应（环烷基脱氢、芳烃缩合和烷基转移）外，上述的二次反应都是通过烯烃或烯烃参与而进行的，这样，正碳离子是催化裂化一次反应的中间体，而由一次反应生产的烯烃则基本上成为二次反应的中间体。涉及到生成异构烷烃和芳烃的二次反应有异构化、氢转移和烷基化，这些二次反应都与烯烃有关，烯烃是生成异构烷烃和芳烃的前身产物。

由于裂化是吸热反应，而氢转移、异构化和烷基化是放热反应。反应温度增加，对裂化反应是有利的，而对氢转移、异构化和烷基化反应是不利的。从反应平衡常数来看，高温对催化裂化反应有利，但对氢转移反应不利；异构化反应由于其平衡常数较大，受热力学影响较大，降低反应温度对异构化反应更有利；烷基化反应在高温下（527℃）几乎不能有效地进行，因此，低反应温度对生成异构烷烃有利，由于单异构烷烃的前身物烯烃则需要高温裂化才能得到，这与烯烃异构化反应所需的反应温度相矛盾。化解有利于烯烃生成的一次高温裂化反应，和烯烃在二次反应中能够有利于生成异构烷烃之间矛盾是该工艺的关键。由于生成异构烷烃的前身物烯烃是串联反应的中间体，故可以将烯烃的生成和反应分为两部分，如图所示：

                                                      

MIP工艺中两个反应区功能示意图

为了达到生成异构烷烃和芳烃，将上图分为两个部分，以烯烃为结合点，生成烯烃为第一反应区，烯烃转化反应为第二反应区。第一反应区主要作用是，烃类混合物快速和较彻底地裂化生成烯烃，故此区操作方式类似目前催化裂化方式，即高温、短接触时间和高剂油比，最好该区反应苛刻度高于目前催化裂化的反应苛刻度，这样可以达到在短时间内较重的原料油裂化生成烯烃，而烯烃还没时间进一步裂化，保留较大分子的烯烃，同时高反应苛刻度可以减少汽油组成中的低辛烷值组分（正构烷烃和环烷烃），对提高汽油的辛烷值非常有利；由于烯烃生成异构烷烃既有平行反应又有串联反应，且反应温度低对其生成有利，故此区操作方式不同于目前催化裂化操作方式，即低反应温度和长反应时间，第二反应区主要作用是促使烯烃反应，有利于生成异构烷烃和芳烃。

现有的提升管反应器采用高温、高强度短接触时间，使裂化反应充分进行，有利于保留汽油中的烯烃，提高辛烷值。如将现有的提升管反应器分成两个反应区，如下图所示，在第一个反应器中，仍采用高温、短接触时间和高剂油比，满足裂化反应，保证一定的转化率，在较短的停留时间后进入扩径的第二反应区下部；在第二反应区内，通入冷却介质，控制较低的反应温度和较长的停留时间，促进氢转移反应和异构化反应，使汽油中的烯烃含量降低，异构烷烃和芳烃含量增加。