流化催化裂化反应器和再生器催化剂密度的预测

根据流化床气泡理论,推导出流化催化裂化反应器和再生器密相床平均密度的计算公式.同时,提出了一套计算再生器稀相催化剂密度分布公式.     

催化裂化装置动态机理模型：Ⅲ.催化剂流动和压力系统

由催化剂运动线路和压力平衡导出动态机理模型，必须事先确定待生，再生催化剂和二密相床至烧焦罐的内循环速率的表达式。根据气体状态方程和容器物料平衡，得到了沉降器、分馏塔顶油气分离罐和再生器顶等部分的压力动态响应方程。     

沉降器汽提段堵塞的分析及对策

中国石油化工股份有限公司洛阳分公司二催化裂化装置在2012年12月28日10时,出现再生器藏量由153 t缓慢下降,再生密相温度快速下降,最低降至512℃,而沉降器藏量由43 t只小幅增加的异常工况,通过排除催化剂隐藏在再生器一侧及再生器跑剂、沉降器跑剂和催化剂隐藏在外取热等因素,推断是由于催化剂大量转至沉降器内,沉降器汽提段存在堵塞情况,造成催化剂沉降器和再生器流化不畅。为保证催化剂能从沉降器正常流动至再生器,采取逆压差操作,维持两器压差在-13 kPa左右,调整两段汽提蒸汽等措施,两器藏量能在可控范围内。逆压差操作期间出现外取热调整不灵活、催化剂循环受限、干气氮含量上升、沉降器藏量无法真实监测、再生器压力降低,主风机发电工况变化等问题。     

0.5Mt/a重油催化裂化装置再生强化技术改造

中海石油中捷石化0.5 Mt/a重油催化裂化装置于2012年6月进行了强化再生技术改造并取得成功,通过在再生器密相床层内设置中国石油大学(北京)开发的Crosser强化格栅,强化了再生器床层内的气固相间接触,改善了主风沿床层横截面的均匀分布,实现了高效再生,装置多项技术指标均得到了显著的提升。改造后标定数据表明:再生器密相床层水平温差由15℃降低至3℃;稀相水平温差由37℃降低至2℃;原来存在的稀相尾燃超温问题基本得到消除,CO助燃剂由此可以降低2/3;在原料质量变差、用风量降低约10.9%、再生器催化剂烧焦反应时间减少12%的不利前提下,再生剂碳质量分数仍可由0.10%降至0.06%。不仅降低了装置能耗,而且保证了催化剂活性不下降、装置产品分布不变差,并消除了再生器稀相设备超温的重大安全隐患,创造了可观的经济效益。     

烧焦罐式再生器操作因素分析及改进

分析了催化剂循环比、表观线速等操作参数对烧焦罐式再生器再生效果的影响,并针对生产中出现的二密相操作以及待生催化剂和内循环催化剂的混合等问题对再生效果的影响进行了分析,提出了相应的改进建议.结果表明,较适宜的催化剂循环比为1.5～2.0,表观线速为1.5～1.8 m/s;根据装置的结构特点,通过对烧焦罐和二密相结构的适当改进,可实现烧焦罐式再生器的优化操作.建议将外取热器的热催化剂进口和冷催化剂出口均设在二密相内,并可在外取热器空气进入二密相之前设置一预分布结构.     

催化裂化装置动态机理模型的应用——原料处理量对过程动态和稳定性的影响

应用前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置动态机理数学模型及其仿真软件平台, 考察了原料处理量对反应－再生系统过程动态及其稳定性的影响。在汽提段和二密相床催化剂藏量闭环控制的前提下, 沉降器压力和反应温度只有均被控制或均不被控制时反应－再生系统才是稳定的, 否则不稳定。再生器压力、沉降器压力和提升管反应器出口温度均被控制, 原料处理量提高后, 气体、汽油和焦炭产率均下降。因此, 应适当提高反应温度给定值, 以改善产品分布。原料处理量的变化对再生烧焦效果有一定的影响。     

重油催化裂化装置再生器的改造

上海石化股份公司重油催化裂化装置为反应沉降器与再生器并列布置 ,两个再生器同轴布置。通过处理能力由 0 .8Mt/a提高至 1.0Mt/a的局部改造后 ,该装置产生了外取热器无法正常投用 ,两个再生器烧焦比例不易合理分配、第一再生器 (一再 )烧焦强度较低、剂油比偏低及催化剂单耗偏高等问题。因此 ,又对再生器进行了改造 :将一再船形待生催化剂分布器改为Y形分布器、在一再密相床上部增设格栅、外取热器催化剂返回分布器增设软密封、待生催化剂输送线路由斜管 立管 斜管的形式改为斜管形式等 ,改造效果好。     

对湍流床再生器内设置格栅的探讨

从再生器湍流密相床内传质的角度分析了影响烧焦能力的因素,并从理论上推导出再生器内格栅的结构形式对强化传质的效果。结果表明,密相床内设置格栅可以充分破碎气泡,从而强化氧气从气相到乳化相的传递,有效地增加再生器密相床单位体积内的烧焦强度。     

洛阳炼油厂催化裂化装置再生器内取热盘管的失效研究

洛阳炼油厂100万吨/年渣油催化裂化装置的再生器密相床中设置取热盘管,其目的是取走催化剂再生时放出的热量,以达到余热利用和调整再生器工作温度的目的.     

催化裂化装置动态机理模型 Ⅱ.再生器部分

建立了前置烧焦罐式高效再生器动态机理模型。烧焦罐再生段采用轴向扩散模型，包括催化剂上碳含量、氢含量和再生温度动态分布参数方程、气体中氧含量拟稳态分布参数方程和催化剂藏量动态方程。二密相床气速低，采用气固全返混模型，并考虑了气体外扩散对烧碳速率的影响。二密相床数学模型包括再生剂碳含量和催化剂藏量的动态集中参数方程和烟气中氧含量的拟稳态代数方程。     

前置式烧焦罐高效再生器数学模拟与操作分析

以催化剂再生动力学和快速床流态化理论为基础,建立了催化裂化装置前置式烧焦罐高效再生器数学模型。对工业装置进行的4次标定数据验证了数学模型,证明烧焦罐内传热传质均存在轴向返混,并且返混程度较大。本文开发了高效再生器数学模拟软件,可以计算烧焦罐内轴向密度分布、温度分布、催化剂上碳含量分布和气体中氧浓度分布以及再生剂含碳量等。以模拟软件对工业高效再生器几个主要操作因素(催化剂循环比、烧焦罐主风比例和二密相床催化剂藏量)进行了考察,并对齐鲁石化公司北催化裂化装置高效再生器烧焦能力进行了考察。     

催化裂化装置动态机理模型：II.再生器部分

建立了前置烧焦罐式高效再生器动态机理模型。烧焦罐再生段采用轴向扩散模型，包括催化剂上碳含量、氢含量和再生温度动态分布参数方程、气体中氧含量拟稳态分布参数方程和催化剂藏量动态方程。二密相床气速低，采用气固全返混模型，并考察了气体外扩散对烧碳速率的影响。二密相床数学模型包括再生剂碳含量和催化剂藏量的动态集中参数方程和烟气中氧含量的拟稳态代数方程。     

催化裂化装置主风分布器改造

基于催化裂化再生器主风分布器的设计方法与经验 ,对中国石油化工股份有限公司荆门分公司催化裂解装置二密相床主风分布器进行了改造设计。装置运行结果表明 ,改造后不但降低了分布器压力降和催化剂的跑损 ,保证了二密床层均匀流化 ,而且解决了由于再生斜管流动不畅而导致的催化剂输送故障。为装置的节能降耗及长周期运转打下了坚实的基础。     

140万t/a催化裂化装置改造效果分析

中石油长庆石化公司140万t/a重油催化裂化装置反再两器为同高并列式,反应部分为两段提升管,再生部分为快速-湍流床两段再生。装置运行中,存在沉降器结焦严重、主风-烟气系统压降大以及催化剂高温水热失活等问题,通过采用一系列有效的改造措施,如粗旋与顶旋直连快分技术,提升管底部混合器技术以及改进的快速床-二密床再生技术等,从根本上消除了装置长周期运行的制约因素,并提高了经济效益。     

应用高效再生器的催化裂化装置中烧焦罐主风量对生产操作的影响

利用前置烧焦罐式高效再生器的催化裂化装置动态机理数学模型及其仿真软件平台，考察了烧焦罐主风量对装置生产操作过程中动态和定态的影响。从动态的角度来看，在控制汽提段和二密相床藏量的条件下，沉降器压力和提升管出口温度均不被控制或均被控制时，反应－再生系统对烧焦罐主风量的变化是稳定的，否则是不稳定的。还分析了催化剂循环比对生产操作的影响。     

催化裂化再生器稀相密度异常分析与处置

针对中国石化镇海炼化分公司2号催化裂化装置再生器稀相密度出现异常升高、再生器藏量下降、三级旋风分离器出口烟气细粉变粗等现象，经过分析平衡催化剂上铁含量、平衡催化剂电镜扫描等方法确认是平衡催化剂铁中毒导致。通过降低原料铁含量、提高新鲜催化剂加入速率、使用低磁剂置换、降低主风量等措施使再生器稀相密度、再生器藏量等快速恢复正常工况。并进一步分析了铁的来源、催化剂铁中毒的症状以及铁中毒后的应对措施。     

折流式外取热器内传热强化特性

为解决流化催化裂化(FCC)外取热器的取热负荷不足问题,提出了一种新型折流式外取热器,即在工业常用的下流式外取热器的基础上,沿催化剂流动方向增设若干折流板。通过大型冷模实验分别测量了下流式和折流式外取热器密相区和稀相区的传热系数,结果表明：在密相区和稀相区,折流式外取热器的传热系数均大于下流式外取热器,其中密相区和稀相区的传热系数的相对增长量分别为26.9%~267.9%和31.6%~152.5%。在折流式外取热器的密相区,传热系数得到强化,主要是因为颗粒径向流动的增加、密相床层的轴向混合的增强和气泡尺寸的变小;在稀相区,主要是由于颗粒流沿折流板以“折流”形式流动,增长了颗粒的过流路径,同时折流板上的开孔使催化剂分布更加均匀,提高了颗粒与换热管的接触分率。由于下流式和折流式外取热器内密相区传热系数均远大于稀相区,因此密相区为主要换热区域。建立了2种外取热器的密相区传热系数关联式,其计算值与预测值间相对误差小于20%。     

蜡油FCC装置改为完全再生工艺的技术分析

中国石油化工股份有限公司洛阳分公司Ⅰ套蜡油FCC装置设计加工能力1.4 Mt/a,采用单段常规再生技术。2009年由于进料性质变轻,出现了再生器密相温度低,稀相温度超标、再生滑阀全开、滑阀差压低、再生烧焦效果差、平衡剂碳含量居高不下等现象,给正常的生产操作带来了不便。为解决上述问题,2010年改成完全再生工艺。针对再生器后部易发生尾燃和催化剂跑损问题,采取了提高主风量、加入CO助燃剂等措施。实施后,提高了再生器烧焦效果,催化剂碳质量分数在0.05%左右,活性上升约7个单位,单耗降低,液化石油气和汽油收率增加。2011年再生器内取热系统切除,原料以加氢蜡油为主,加工能力可达到1.6 Mt/a。汽油收率达到50%左右,轻液收率约90%,优化了产品分布,证实了完全再生工艺的适用性。     

某催化裂化装置第二再生器硫酸钙积聚问题探析

国内某两段再生催化裂化装置,在运行过程中出现第二再生器一、二级旋风分离器(旋分)效率突然降低的问题,具体表现：平衡剂、三级旋分细粉平均粒径变大,平衡剂中细粉减少,催化剂跑损量增加;装置停工检修时发现,第二再生器二级旋分灰斗与料腿连接处结垢严重,第二再生器一、二级旋分外顶部也出现垢块、第二再生器三级旋分单管下料锥口结垢严重。垢物分析结果表明：第二再生器二旋分内及一、二级旋分外顶部垢块中硫酸钙质量分数超过70%,而三级旋分及烟机叶片上积垢主要为催化剂细粉和金属氧化物。该装置第二再生器富氧再生环境、扩能改造导致第二再生器稀相催化剂浓度增加及原料油中重金属铁、钙含量升高可能是造成硫酸钙大量积聚的原因。     

催化裂化高效再生器多级混合模型及其应用

建立了催化裂化装置烧焦罐高效再生器多级混合模型,模型参数(混合槽级数)数值表明,烧焦罐内返混程度较大。以模型考察催化剂循环比对高效再生器烧焦效果的影响,循环比提高有利于降低再生剂含碳量,但循环比大于1.5后效果不明显。模拟计算还表明,只要普通两段再生器第一段密相床流化状况良好,则其烧焦效果与烧焦罐高效再生器的不相上下。