裂化率怎么計算

【專家解說】：加氫裂化實質(zhì)上是加氫和催化裂化過程的有機結(jié)合，一方面能夠使重質(zhì)油品通過催化裂化反應(yīng)生成汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)油品，另一方面又可以防止生成大量的焦炭，而且還可以將原料中的硫、氮、氧等雜質(zhì)脫除，并使烯烴飽和。加氫裂化具有輕質(zhì)油收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好的突出特點。 (1) 加氫裂化的化學(xué)反應(yīng) 烴類在加氫裂化條件下的反應(yīng)方向和深度，取決于烴的組成、催化劑性能以及操作條件，主要發(fā)生的反應(yīng)類型包括裂化、加氫、異構(gòu)化、環(huán)化、脫硫、脫氮、脫氧以及脫金屬等。 ① 烷烴的加氫裂化反應(yīng)。在加氫裂化條件下，烷烴主要發(fā)生C-C鍵的斷裂反應(yīng)，以及生成的不飽和分子碎片的加氫反應(yīng)，此外還可以發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)。 ② 環(huán)烷烴的加氫裂化反應(yīng)。加氫裂化過程中，環(huán)烷烴發(fā)生的反應(yīng)受環(huán)數(shù)的多少、側(cè)鏈的長度以及催化劑性質(zhì)等因素的影響。單環(huán)環(huán)烷烴一般發(fā)生異構(gòu)化、斷鏈和脫烷基側(cè)鏈等反應(yīng);雙環(huán)環(huán)烷烴和多環(huán)環(huán)烷烴首先異構(gòu)化成五元環(huán)衍生物，然后再斷鏈。 ③ 烯烴的加氫裂化反應(yīng)。加氫裂化條件下，烯烴很容易加氫變成飽和烴，此外還會進行聚合和環(huán)化等反應(yīng)。 ④ 芳香烴的加氫裂化反應(yīng)。對于側(cè)鏈有三個以上碳原子的芳香烴，首先會發(fā)生斷側(cè)鏈生成相應(yīng)的芳香烴和烷烴，少部分芳香烴也可能加氫飽和生成環(huán)烷烴。雙環(huán)、多環(huán)芳香烴加氫裂化是分步進行的，首先是一個芳香環(huán)加氫成為環(huán)烷芳香烴，接著環(huán)烷環(huán)斷裂生成烷基芳香烴，然后再繼續(xù)反應(yīng)。 ⑤ 非烴化合物的加氫裂化反應(yīng)。在加氫裂化條件下，含硫、氮、氧雜原子的非烴化合物進行加氫反應(yīng)生成相應(yīng)的烴類以及硫化氫、氨和水。 (2) 加氫裂化催化劑 加氫裂化催化劑是由金屬加氫組分和酸性擔(dān)體組成的雙功能催化劑。該類催化劑不但要求具有加氫活性，而且要求具有裂解活性和異構(gòu)化活性。 ① B族和Ⅶ族中的幾種金屬元素(如Fe、Co、Ni、Cr、Mo、W)的氧化物或硫化物，以及貴金屬元素Pt、Pd等。催化劑的加氫活性組分。與加氫精制催化劑相同，加氫裂化催化劑的加氫活性組分也主要是Ⅵ ② 催化劑的擔(dān)體。加氫裂化催化劑的擔(dān)體有酸性和弱酸性兩種。酸性擔(dān)體為硅酸鋁、硅酸鎂、分子篩等，弱酸性擔(dān)體為氧化鋁及活性炭等。催化劑的擔(dān)體具有如下幾方面的作用:增加催化劑的有效表面積;提供合適的孔結(jié)構(gòu);提供酸性中心;提高催化劑的機械強度;提高催化劑的熱穩(wěn)定性;增加催化劑的抗毒能力;節(jié)省金屬組分的用量，降低成本。 ③ 催化劑的預(yù)硫化。加氫裂化催化劑的活性組分是以氧化物的形態(tài)存在的，而其活性只有呈硫化物的形態(tài)時才較高，因此加氫裂化催化劑使用之前需要將其預(yù)硫化。預(yù)硫化就是使其活性組分在一定溫度下與H2S反應(yīng)，由氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧铩ｎA(yù)硫化的效果取決于預(yù)硫化的條件，一般的溫度范圍為280~300℃。 (3) 石油餾分加氫的影響因素 影響石油餾分加氫過程(加氫精制和加氫裂化)的主要因素包括:反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度、原料性質(zhì)和催化劑性能等。 ① 反應(yīng)壓力。反應(yīng)壓力的影響是通過氫分壓來體現(xiàn)的，而系統(tǒng)中氫分壓決定于操作壓力、氫油比、循環(huán)氫純度以及原料的氣化率。含硫化合物加氫脫硫和烯烴加氫飽和的反應(yīng)速度較快，在壓力不高時就有較高的轉(zhuǎn)化率;而含氮化合物的加氫脫氮反應(yīng)速度較低，需要提高反應(yīng)壓力(即延長反應(yīng)時間)和降低空速來保證一定的脫氮率。對于芳香烴加氫反應(yīng)，提高反應(yīng)壓力不僅能夠提高轉(zhuǎn)化率，而且能夠提高反應(yīng)速度。 ② 反應(yīng)溫度。提高反應(yīng)溫度會使加氫精制和加氫裂化的反應(yīng)速度加快。在通常的反應(yīng)壓力范圍內(nèi)，加氫精制的反應(yīng)溫度一般不超過420℃，加氫裂化的反應(yīng)溫度一般為260~400℃。當(dāng)然，具體的加氫反應(yīng)溫度需要根據(jù)原料性質(zhì)、產(chǎn)品要求以及催化劑性能進行合理確定。 ③ 空速?？账俜从沉搜b置的處理能力。工業(yè)上希望采用較高的空速，但是空速會受到反應(yīng)溫度的制約。根據(jù)催化劑活性、原料油性質(zhì)和反應(yīng)深度的不同，空速在較大的范圍內(nèi)(0.5~10h-1)波動。重質(zhì)油料和二次加工得到的油料一般采用較低的空速，加氫精制過程中，降低空速可使脫硫率、脫氮率以及烯烴飽和率上升。 ④ 氫油比。提高氫油比可以增大氫分壓，這不僅有利于加氫反應(yīng)，而且能夠抑制生成積炭的縮合反應(yīng)，但是卻增加了動力消耗和操作費用。此外，加氫過程是放熱反應(yīng)，大量的循環(huán)氫可以提高反應(yīng)系統(tǒng)的熱容量，減小反應(yīng)溫度變化的幅度。在加氫精制過程中，反應(yīng)的熱效應(yīng)不大，可采用較低的氫油比;在加氫裂化過程中，熱效應(yīng)較大，氫耗量較大，可采用較高的氫油比。 (4) 加氫裂化工藝流程 目前的加氫裂化工藝絕大多數(shù)都采用固定床反應(yīng)器，根據(jù)原料性質(zhì)、產(chǎn)品要求和處理量的大小，加氫裂化裝置一般按照兩種流程操作:一段加氫裂化和兩段加氫裂化。除固定床加氫裂化外，還有沸騰床加氫裂化和懸浮床加氫裂化等工藝。 ① 固定床一段加氫裂化工藝。 一段加氫裂化主要用于由粗汽油生產(chǎn)液化氣，由減壓蠟油和脫瀝青油生產(chǎn)航空煤油和柴油等。一段加氫裂化只有一個反應(yīng)器，原料油的加氫精制和加氫裂化在同一個反應(yīng)器內(nèi)進行，反應(yīng)器上部為精制段，下部為裂化段。其流程示意圖見下圖。 一段加氫裂化工藝流程示意圖 以大慶直餾柴油餾分(330~490℃)一段加氫裂化為例。原料油經(jīng)泵升壓至16.0MPa，與新氫和循環(huán)氫混合換熱后進入加熱爐加熱，然后進入反應(yīng)器進行反應(yīng)。反應(yīng)器的進料溫度為370~450℃，原料在反應(yīng)溫度380~440℃、空速1.0h-1、氫油體積比約為2500的條件下進行反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物與原料換熱至200℃左右，注入軟化水溶解NH3、H2S等，以防止水合物析出堵塞管道，然后再冷卻至30~40℃后進入高壓分離器。頂部分出循環(huán)氫，經(jīng)壓縮機升壓后返回系統(tǒng)使用;底部分出生成油，減壓至0.5MPa后進入低壓分離器，脫除水，并釋放出部分溶解氣體(燃料氣)。生成油加熱后進入穩(wěn)定塔，在1.0~1.2MPa下蒸出液化氣，塔底液體加熱至320℃后進入分餾塔，得到輕汽油、航空煤油、低凝柴油和塔底油(尾油)。一段加氫裂化可用三種方案進行操作:原料一次通過、尾油部分循環(huán)和尾油全部循環(huán)。 ② 固定床兩段加氫裂化工藝 兩段加氫裂化裝置中有兩個反應(yīng)器，分別裝有不同性能的催化劑。第一個反應(yīng)器主要進行原料油的精制，使用活性高的催化劑對原料油進行預(yù)處理;第二個反應(yīng)器主要進行加氫裂化反應(yīng)，在裂化活性較高的催化劑上進行裂化反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)，最大限度的生產(chǎn)汽油和中間餾分油。兩段加氫裂化有兩種操作方案:第一段精制，第二段加氫裂化;第一段除進行精制外，還進行部分裂化，第二段進行加氫裂化。兩段加氫裂化工藝對原料的適應(yīng)性大，操作比較靈活。 ③ 固定床串聯(lián)加氫裂化工藝 固定床串聯(lián)加氫裂化裝置是將兩個反應(yīng)器進行串聯(lián)，并且在反應(yīng)器中填裝不同的催化劑:第一個反應(yīng)器裝入脫硫脫氮活性好的加氫催化劑，第二個反應(yīng)器裝入抗氨、抗硫化氫的分子篩加氫裂化催化劑。其它部分與一段加氫裂化流程相同。同一段加氫裂化流程相比，串聯(lián)流程的優(yōu)點在于:只要通過改變操作條件，就可以最大限度的生產(chǎn)汽油或航空煤油和柴油。 ④ 沸騰床加氫裂化 沸騰床加氫裂化工藝是借助于流體流速帶動一定顆粒粒度的催化劑運動，形成氣、液、固三相床層，從而使氫氣、原料油和催化劑充分接觸而完成加氫裂化反應(yīng)。該工藝可以處理金屬含量和殘?zhí)恐递^高的原料(如減壓渣油)，并可使重油深度轉(zhuǎn)化。但是該工藝的操作溫度較高，一般在400~450℃。 ⑤ 懸浮床加氫裂化工藝 懸浮床加氫裂化工藝可以使用非常劣質(zhì)的原料，其原理與沸騰床相似。其基本流程是以細(xì)粉狀催化劑與原料預(yù)先混合，再與氫氣一同進入反應(yīng)器自下而上流動，并進行加氫裂化反應(yīng)，催化劑懸浮于液相中，且隨著反應(yīng)產(chǎn)物一起從反應(yīng)器頂部流出。