催化重整装置题库2.pdf
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1、第一章原料预分馏过程1.何谓催化重整?催化重整装置的任务是什么?生产汽油与生产芳烃在流程上有何不同?催化重整是一种石油二次加工过程。这一过程是以含 C6C11烃的石脑油为原料:在一定的操作条件和催化剂的作用下。原料(烃)分子结构发生重新排列,使环烷烃和烷烃转化成芳烃或异构烷烃,同时副产部分氢气。催化重整装置的任务是:能够生产低分子石油芳烃苯、甲苯和二甲苯等,因而它是生产芳香系石油化工产品的龙头装置,是芳烃联合装置的核心部分;催化重整反应生成的产物芳烃和异构烷烃具有很高的辛烷值,因此催化重整又是生产高辛烷值汽油组分的重要过程;此外,副产的氢气是加氢裂化等用氢装置的重要氢气来源。综上所述,催化重整
2、是炼油和石油化工的重要生产工艺之一,但生产汽油与生产芳烃的工艺流程不同。(1)生产苯类芳烃的重整装置,需要设置单独的芳烃分离工艺过程。而生产汽油的重整装置则不需要。芳烃分离过程是借助某种萃取剂(如甘醇类溶剂、环丁矾等),将重整生成油中的芳烃抽出,再借助芳烃精馏过程,将单体芳烃苯、甲苯及二芳烃分离出来。(2)生产汽油的重整装置,虽然不需要芳烃抽提过程。但要生产符合汽油规格指标要求的高辛烷值汽油调合组分,通常需将重整生成油中的低分子烃脱除,因此,需设置重整生成油稳定塔,将 C4以下的烃类脱除。无论是生产苯类芳烃产品,还是生产高辛烷值汽油组分的重整装置都离不了原料预处理过程和重整反应过程。2.重整原
3、料有哪些来源?各有何特点?在炼厂中,催化重整装置主要是加工常减压装置得到的低辛烷值直馏石脑油(粗汽油)。有些炼油厂,为了提高全厂汽油的辛烷值,将低辛烷值焦化石脑油、减粘石脑油经加氢精制后也送到催化重整装置处理。在国外,有些炼油厂甚至把催化裂化汽油中辛烷值较低的馏分经加氢后送到重整装置进行加工。加氢裂化装置得到的重石脑油也是生产芳烃的主要原料来源。不同来源的重整原料油各有其特点。(1)直馏石脑油直馏石脑油,在我国通常是优质的重整原料。一与二次加工重整原料比较,直馏石脑油芳烃潜含量较高,硫、氮含量较低。有些直馏石脑油(如大庆直馏石脑油)砷含量高,做重整原料时,必须进行脱砷。(2)热加工石脑油热加工
4、石脑油(如焦化汽油、减粘汽油)的特点是环烷烃含量少、芳烃潜含量低,含有大量不饱和烯烃,且硫、氮等化合物含量高。做重整原料必须进行预处理。(3)加氢裂化石脑油加氢裂化石脑油的特点是有害杂质含量少,不饱和烃含量低,是理想的重整原料;但有些加氢裂化石脑油由于加氢裂化的原料和过程不同,芳烃潜含量可能稍低,但多数加氢裂化石脑油的芳烃潜含量可高达40%以上。3.重整装置对原料有些什么要求?重整装置对原料的要求,通常希望含有较多的能转化为目的产品的前身物,不含或少含杂质。具体的要求是:(1)对原料的组成要求对馏分组成的要求根据装置生产任务不同,对原料馏程要求如下:目的产物要求的馏程(实沸点),C6C8的芳烃
5、65145苯6585甲苯85105二甲苯105145高辛烷值汽油80180对烃组成的要求从烃组成的角度来说,芳烃潜含量较高的原料是比较理想的原料。芳烃潜含量低(低于 28)的原料通常称为劣质原料,这种原料会极大地影响催化重整的经济性。另外,进料中不应含有C5以下的轻烃,C5以下的轻烃不利于生成芳烃,而且会带来许多不利的影响,如增加能耗、降低氢纯度等。(2)对原料中杂质的要求通常与反应压力和重整催化剂的类型有密切关系,如铂催化剂和反应压力较高时,允许的杂质,如硫、水等可允许稍高(10106以上)。对现代双(多)金属重整催化剂而言,原料中的有害杂质含量限制为:As109;S0.5106;Cu151
6、09N106Pb10109H2O 0.5106),就使现代双金属重整催化剂的活性和选择性受到损害,由于硫中毒造成重整装置停工的事故并不罕见,但是,利用硫对重整催化剂活性的减活作用,可限制某些催化剂(如 Pt-Re 催化剂)开工时超温现象,因此,铂铼重整装置工时通常需要向催化剂床层注硫,这就是所谓的预硫化过程。此外,硫对系统的设备还有腐蚀作用。含氮化合物重整原料中的含氮化物主要包括吡咯,吡啶等。重整原料中的氮含量,通常比硫更少。在重整反应条件下,氮化物将转化成NH3和烃,NH3是碱性化合物,将降低催化剂的酸性功能。(2)金属有机化合物含砷化合物重整原料中代表性的含砷有机化合物有:二乙基砷化氢(C
7、2H5)2AsH,沸点为161;三乙基砷(C2H5)3As。沸点为 140;三甲基砷化氢(CH3)3AsH,沸点为 52。总的来说,对重整原料油中的砷化物尚不太清楚,但是砷对重整催化剂的严重危害,在国内外重整技术开发过程中有过深刻教训。已经证实砷(As)能与铂(Pt)生成 Pt As 化合NNN物,使催化剂丧失活性,而且不能再生复活,属永久性中毒。含铜、含铅化合物含铜、含铅化合物与砷化合物一样,也是重整催化剂的永久性毒物(即不能再生复活)。13预分馏过程的墓本原理是什么?预分馏过程是利用原料混合物中的各种组分的沸点不同(即挥发度不同),将其切割成不同沸点范围的馏分。由于不同烃类的沸点不同,在受
8、热时轻组分(沸点低的组分)容易气化,在冷凝时重组分(沸点高的组分)容易冷凝。由此在分馏塔中可将各组分切割开来。如将初馏130的石脑油加热到一定温度(如 80),就要发生部分汽化,其中沸点较轻的组分容易汽化,成为气体(或汽相)。而沸点较高的组分不易汽化,被留在液体(液相)中。经过一次汽化,轻、重组分就得到一次初步分离。当然,一次汽化只能粗略的分离,因为汽相中同时也会有少量沸点较高的组分,而液相中也会有部分沸点低的组分。如果将剩余的液体再加热,液相中的较轻组分将不断汽化,最后剩余在液相中的主要是沸点最高的组分。如果将气相混合物逐渐冷凝(或称部分冷凝),则首先冷凝的是沸点较高的重组分,而留在汽相中的
9、主要是沸点较低的轻组分。这样把汽相混合物多次冷凝,最后留在汽相中的就是沸点最低的轻组分。液体汽化要吸收热量,蒸气冷凝要放出热热量,当汽液直接接触时,不仅有热量的交换(传热),汽液两相中各组分要发生转移(传质),液相中的轻组分容易汽化优先进入汽相,汽相中的重组分容易冷凝优先进入液相中。这样汽液两相组成发生了变化。分馏塔板是两相接触的场所。在塔板上温度低、轻组分浓度高的液体回流与温度高、轻组分浓度低的气体进行接触。回流液由塔顶打入,高温气体由塔下部上升,蒸气和液体通过塔板逆流接触。越近塔顶温度越低,轻组分浓度越高;越往塔底温度越高,轻组分浓度越低。这样,不适于重整的轻组分(如初馏65的馏分)拔头油
10、,就可在塔顶拔出。塔底得到适于重整的 65130原料。如果原料含有130的重组分,重整原料可由侧线抽出,130的组分切尾油自塔底切除,也可由两个塔完成“拔头”和“切尾”,重整原料则在第二个分馏塔的塔顶抽出。14.分馏过程的必要条件有哪些?(1)分(精)馏过程主要依靠多次部分汽化及多次部分冷凝的方法,实现对液体混合物的分离,因此,液体混合物中各组分的相对挥发度差异是实现精馏过程的一首要条件。在挥发度十分接近(如 C4烃类混合物)难以分离的条件下,可以采用恒沸精馏或萃取精馏的方法来进行分离。(2)塔顶加入轻组分浓度很高的回流液体,塔底用加热或汽提的方法产生热的蒸气。(3)塔内要装设有塔板或填料,提
11、供传热和传质场所。15.预分馏过程的基本流程有哪几种?重整原料预分馏过程有三种不同的流程:单塔蒸馏过程(见图 11);双塔蒸馏过程;单塔开侧线流程。单塔预分馏通常适于只切除不合格的轻组分,即拔头,所以又称它为拔头塔。双塔预分馏用于生产芳烃,它既拔掉不需要的轻组分(如145的馏分)。单塔开侧线流程也能生产出符合芳烃生产要求的60145原料馏分,但操作上不如双塔预分馏容易控制,因此,工业中应用不多。16.分馏过程对塔板上接触的汽液两相有什么要求?(1)汽相温度高于液相温度;(2)液相中轻组分浓度应较高(高于与汽相相平衡的液相浓度),这样,才能保证液相中的轻组分转移到汽相中去,增加气相中轻组分的含量
12、。17.分馏塔板或填料在分馏过程中有何作用?分馏塔板或填料在分馏过程中主要提供汽、液相良好的接触场所,以便于传热、传质过程的进行。在塔板上或填料表面自上而下流动的轻组分含量较多、温度较低的液体与自下而上流动的温度较高的蒸气相接触。回流液体的温度升高,其中轻组分被蒸发到汽相中去,高温的蒸气被低温的液体所冷却,其中重组分被冷凝下来转到回流液体中去。从而使回流液体每经过一块塔板重组分含量有所上升,而上升蒸气每经过一块塔板轻组分含量也有所上升,这就是塔板或填料上的传质过程也称提浓效应。液相的轻组分汽化需要热量汽化热,这热量是由汽相中重组分冷凝时放出的冷凝热直接提供的。因此在蒸馏塔板上进行传质过程的同时
13、也进行着热量传递过程。分馏塔板和填料设计的一个重要的指导思想,是提供汽、液相充分接触的传热、传质表面积。面积越大越有利于传质、传热过程的进行。18.什么是塔板效率?如何计算?塔板效率是描述塔板传质效果的重要指标。通常用来表示。如果汽液两相充分接触,离开塔板时两相达到平衡,这样的塔板就称为理论塔板(或称为理想塔板),但实际塔板不可能达到理想塔板的分离效果。因此,实际生产中必须用几块、几十块甚至上百块塔板才能完成必要的分离效果。就是说实际塔板数(n实)比理想塔板数(nl理)要大,n实与 n理的比值就称为塔板效率。通常可写成:n理n实塔板效率高低,与被分离介质的性质和操作条件都有关系,但最主要的是与
14、塔板的结构有关。19.什么是拉乌尔定律?什么是道尔顿定律?拉乌尔(Raoult)研究稀溶液的性质,归纳了很多实验结果,于 1887 年发表了拉乌尔定律:在一定温度下的稀溶液中,溶剂的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压乘以溶剂在溶液中的摩尔分率。其数学表达式为:opA pA xA式中pA溶剂 A 的蒸气压;pA在一定温度条件下纯溶剂A 的饱和蒸气压;xA溶液中溶剂 A 的摩尔分率。以后大量的科学研究实践证明,拉乌尔定律不仅适用于稀溶液,而且也适用于化学结构相似、相对分子质量接近的不同组分所形成的理想溶液。道尔顿(Dalton)根据大量试验结果,归纳出“系统的总压等于该系统中各组分的分压之和”。以上结论
15、发表于 1801 年,通常称之为道尔顿定律。道尔顿定律有两种数学表达式:P=P1+P2+Pnopi p yi式中 P1、P2Pn各组分在气相中的分压;yii组分在气相中的摩尔分率。经以后的大量科学研究证实,道尔顿定律能准确地用于压力低于0.3MPa 的气体混合物。将上述两个定律进行联解时,很容易得到以下算式:pi0yi xip根据此算式很容易由某一相的组成,求取与其相平衡的另一相的组成。20.气液相平衡和相平衡常数的物理意义是什么?气液相平衡是指气、液两相存在于一个系统中,在两相之中进行物质传递,最终系统的温度、压力保持恒定,各相的组成保持不变,这样的状态称之为气液平衡。在石油蒸馏过程中气液相
16、平衡主要用于研究温度、压力等操作参数与气、液组成之间的关系。气液相平衡常数Ki,是指气、液两相达到平衡时,在系统的温度、压力条件下,系统中某一组分 i 在气相中的摩尔分率yi与液相中的摩尔分率xi的比值。即Kiyixi相平衡常数是石油蒸馏过程相平衡计算时最重要的参数,对于压力低于 0.64kg/cm)和密集装填技术有何好处?采用高密度催化剂和密集装填技术,可以使单个反应器装填的催化剂重量增加、在操作条件不变时。运转时间可以增加。这是因为催化剂装量增加,意味着降低了重量空速,使运转初始温度降低,操作条件缓和,催化剂寿命延长。3与常规催化剂(密度为 500 kg/cm 左右)和常规装填相比,高密度
17、催化剂和密集装填的另一个好处是,在生产同样辛烷值产品时,产品收率将有所增加。此外,床层流体力学得到改善,流量分布更趋均匀。29.平行并列式移动床反应器装填催化剂时应注意哪些事项?平行并列式移动床反应器与固定床径向反应器结构基本相同,只是在反应器顶部和底部设有流入或流出催化剂的开口。装填催化剂时,首先应向反应器内装催化剂,然后向催化剂循环系统装填。向反应器装催化剂时,应先向各反应器装入少量催化剂,然后用料腿上的“Perolo”阀检查催化剂能否正常流出。装填催化剂时,当催化剂料面达到中心管顶部后,应停止装剂,安装好反应器内部构件(盖板和进口分布器等),安装好入口弯管和多角架后,继续装填催化剂到上部
18、多角架顶部。在向顶部料斗装填催化剂时,应与 射线料面计读数核对,装满后的读数应为100%。向循环催化剂系统装填催化剂时,应借助再生器顶部补充催化剂口,先向再生器下部缓冲罐装剂,装填过程中应检查料面指示是否与实际相符。30重叠式移动床反应器装填催化剂时应注意哪些要点?(l)重叠式移动床反应器装剂只能从最下部开始。装剂时布管应伸到每个打开的反应器上盖板之下适当位置(约 0.6 米),以免把催化剂装到环形通道或扇形管中。每装一斗催化剂,应把布管移到一个新的位置,不同方位上的装填密度尽量均匀,以减少中心管的压力。装至反应器中心管上部筛网后,应测量催化剂的装入量。(2)安装盖板与输送管道应细心,并应小心
19、检验输送管道螺栓的旋紧度和衬垫的间隙;要用真空吸尘器从盖板区、油气通道或扇形管底部除去异物或溢出的催化剂。(3)在关闭顶部(1#)反应器人孔之前,要检查、调整闭锁料斗的运行情况,确保闭锁料斗提升催化剂系统正常运转。(4)用 2#提升器向还原区和催化剂分布器装剂时,应由临时管向 2#提升器通过氮气,并以适当速度(约 25m/s)通向还原区,由于1#反应器人孔开着,所以氮气压力只稍高于大气压力,直至把还原区和催化剂分布器装满催化剂为止,此时应检查料面指示计,通常应在正常位置,并注意测定每斗的提升时间和通过提升管线时的催化剂的输送率,同时还应调整好提升器下部料斗内环形管与提升管下部的间距,使催化剂输
20、送率为装置催化剂循环率的120%,确保装置运转时催化剂正常循环输送。31.现代双、多金属重整装置开工包括哪些主要步骤?主要步骤如下:(1)系统吹扫、干燥;(2)装填催化剂;(3)催化剂富氧干燥;4)催化剂还原(对氧化态催化剂);(5)催化剂预硫化铂铼催化剂);(6)装置进油;(7)调整操作条件;(8)调整反应环境等。32.干燥温度对催化剂活性有何影响?试验表明,适宜的干燥温度是充分发挥现代高铼/铂比重整催化剂性能的重要环节之一。如果把未处理的某高 Re/Pt 比催化剂的相对活性定为 1.0,当用不同的干燥温度时,催化剂活性变化将有很大变化:干 燥 处 理 温 度/400480550时间/小时相
21、对活性81.2541.3041.13由此可见,对于高 Re/Pt 比催化剂施工,干燥温度480都不好。究竟采用多高的干燥温度,应根据试验室推荐的条件进行。33.现代重整装置开工为什么推荐“富氧”干燥?研究表明,现代双、多金属重整催化剂用无氧或氧浓度较低的干燥介质,金属 Pt 会发生凝聚烧结作用。以高 Re/Pt 比 CB8 催化剂为例,在 480条件下,纯氮干燥 4h,铂发生凝聚,如果在同样条件下干燥,氮中保持 1.85kPa 氧的分压,催化剂的金属功能将得到保护。因此,干燥过程中系统中无氧或氧分压过低(如700106)持续时间比无烧烃的 B 装置减少 5h,平均含水量低 191106,氢纯度
22、高 20%左右,还原起始温度低 100,还原时间缩短 9 小时。总之,烧烃,对重整氢还原过程的影响是很大的,是不可缺少的一个重要程序。39.还原过程中系统含水量过高有什么危害?水的来源有哪些?如何减少还原过程中系统的含水量?水,是重整催化剂还原过程的一大危害,它将使催化剂的选择性变坏。石油化工科学研究院的研究结果表明,当还原系统含水量为(10500)106 ppm 时,正庚烷在 CB-7 催化剂上转化成甲苯的选择性和C5液收选择性,随水含量的增加而下降,水含量500106_时,两者均下降 6%。水的来源:(1)还原过程中金属氧化物生成的还原水;(2)催化剂干燥后残存水;(3)氮气置换时带入的水
23、;(4 补充氢中带入的水;(5)系统中残余氧、烃反应生成水等。减少还原系统中水的主要方法还是依赖千还原前对系统过程的高温、高氧干燥和快速置换过程。这是因为,第(1)项还原反应生成的还原水是不可避免的,而第(1)、第(2)两项水占系统总水量的绝大部分,其余三项来源水总量只不过占很少一部分。由上述可见,只要进行好高温、高氧干燥和快速置换操作,就能最大限度地减少还原系统的水含量。除此之外,在还原过程中,一个有效的措施是投用分子筛干燥器,使系统水含量降至要求范围内。40.氧对还原过程有何危害?氧是从哪里来的?如何减少还原系统的含氧量t?危害:在一定的温度条件下,还原系统的氧和氢将会生成水:O2+2H2
24、2H2O如果系统存在烃,在一定条件下,氧与烃反应也会生成水,增加还原系统含水量,危害催化剂选择性,损伤催化剂活性。氧的来源:最主要是重整系统残存的氧,置换时氮气和补充氢也带入一些氧。减少系统含氧量的方法是:(1)置换时要使用含氧量低的合格氮气,并尽量将系统中氧置换掉,尽量减少系统残存氧;(2)认真分析还原氢中含氧量,不得使用含氧童过多的氢气;(3)杜绝贮氢或向系统补氢操作中将空气携带入氢气中。事实上,由于贮氢系统阀门、法兰或管嘴接触点密封不好,使空气漏入贮氢瓶;特别是在贮氢时,氢气增压机抽空时有可能将空气压入贮氢气瓶中;严重时,达到一定比例后,氢气瓶会炸裂。41.CO 或/和 CO2对还原过程
25、有何危害?它是从哪里来的?如何减少系统中 CO 或/和 CO2的含,?在还原的条件下,CO 与 Pt 和 Cl 能够生成羰基铂氯化合物(Pt C OC1)使金属 Pt 失去活性。CO2在还原条件下可转化成CO。来源:重整氢或从轻油制氢来的氢气中可能带入少量的CO、CO2还原过程中,系统含烃和氧时,氧与烃类反应可生成CO、CO2减少还原系统中 CO、CO2的方法是:(1)严格控制进入还原系统中介质的杂质含量,不合格的氮气或氢气(含 CO、CO2高)不准进入还原系统;通常要求氢气中(COCO2)总量20106(2)尽量清除系统中残存的或介质带入的烃和氧,减少氧与烃反应生成 CO、CO2的可能性。一
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