3.催化裂化

催化裂化是最帶用的生產(chǎn)汽油、柴油的生產(chǎn)工序，也是一般石油煉化企業(yè)最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。催化裂化一般是以減壓餾分油和焦化蠟油為原料，但是隨著原油日益加重以及對輕質(zhì)油越來越高的需求，大部分石煉化企業(yè)開始在原料中摻加減壓渣油，甚至直接以常壓渣油作為原料進(jìn)行煉制。

催化裂化是目前石油煉制工業(yè)中最重要的二次加工過程，也是重油輕質(zhì)化的核心工藝。催化裂化是提高原油加工深度、增加輕質(zhì)油收率的重要手段。

催化裂化生產(chǎn)裝置以常壓重油或減壓餾分油摻人減壓渣油為原料，與再生催化劑接觸在480～500℃的條件下進(jìn)行裂化、異構(gòu)化、芳構(gòu)化等反應(yīng)，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)汽油、輕柴油、液化石油氣及干氣(作煉油廠自用燃料)。使用催化劑的主要成分是硅酸鋁，現(xiàn)大都為高活性的分子篩催化劑。反應(yīng)后的催化劑經(jīng)700℃左右高溫?zé)乖偕笱h(huán)使用，如圖4-24所示。

隨著重油加工深度的增加，重油催化裂化裝置的比例也在不斷增加。催化裂化裝置能耗一般占全廠總能耗的25%～35%，已成為煉油裝置中首屈一指的能耗大戶，進(jìn)一步降低催化裂化裝置能耗對提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有非常重要的意義。根據(jù)催化裂化裝置的用能特點(diǎn)，節(jié)能重點(diǎn)包括三個(gè)方面：①采取優(yōu)化原料組成、優(yōu)選催化劑、優(yōu)化操作條件等措施來提高目的產(chǎn)品的收率，減少生焦，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用新技術(shù)、新設(shè)備減少蒸汽和動力消耗。②對再生煙氣能量進(jìn)行充分優(yōu)化利用。③充分利用和優(yōu)化利用反應(yīng)油氣熱量。根據(jù)上述三方面的重點(diǎn)節(jié)能方向，此種裝置可采取的先進(jìn)節(jié)能措施如下：推廣應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，降低焦炭產(chǎn)率和減少裝置結(jié)焦;利用先進(jìn)技術(shù)對余熱鍋爐進(jìn)行改造;熱聯(lián)合和優(yōu)化利用低溫余熱;應(yīng)用再生煙氣CO器外燃燒技術(shù)提高燒焦能力;加強(qiáng)與其他單元的熱聯(lián)合和低溫余熱的優(yōu)化利用等。

4.加氫裂化

加氫裂化是重質(zhì)油輕質(zhì)化的一種工藝方法。在較高壓力和溫度下(10～15MPa、400℃左右)，氫氣經(jīng)催化劑作用使重質(zhì)油發(fā)生加氫、裂化和異構(gòu)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油(汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烴的原料)的加工過程。它與催化裂化不同的是在進(jìn)行催化裂化反應(yīng)時(shí)，同時(shí)伴隨有烴類加氫反應(yīng)。加氫裂化的液體產(chǎn)品收率達(dá)98%以上，其質(zhì)量也遠(yuǎn)較催化裂化高。雖然加氫裂化有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于它是在高壓下操作，條件較苛刻，需較多的合金鋼材，耗氫較多，投資較高，故沒有像催化裂化那樣普遍應(yīng)用。

加氫裂化屬于石油加工過程的加氫路線，是在催化劑存在下從外界補(bǔ)人氫氣以提高油品的氫碳比。加氫裂化實(shí)質(zhì)上是加氫和催化裂化過程的有機(jī)結(jié)合，一方面能使重質(zhì)油品通過裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)油品;另一方面又可防止像催化裂化那樣生成大量焦炭，而且還可將原料中的硫、氯、氧化合物雜質(zhì)通過加氫除去，使烯烴飽和。因此，加氫裂化具有輕質(zhì)油收率高、產(chǎn)晶質(zhì)量好的突出優(yōu)點(diǎn)。

加氫裂化過程的化學(xué)反應(yīng)是石油烴類在高溫、高壓及加氫裂化催化劑存在下，通過一系列化學(xué)反應(yīng)，使重質(zhì)油品轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品，其主要反應(yīng)包括裂化、加氫、異構(gòu)化、環(huán)化及脫硫、脫氮和脫金屬等。

(1)烷烴。烷烴加氫裂化反應(yīng)包括兩個(gè)步驟，即原料分子在C-C鍵上的斷裂和生成的不飽和碎片的加氫飽和。烷烴加氫反應(yīng)速度隨著烷烴分子質(zhì)量增大而加快，異構(gòu)化的速度也隨著分子質(zhì)量增大而加快。

(2)烯烴。烷烴分解和帶側(cè)鏈環(huán)狀烴斷鏈都會生成烯烴。在加氫裂化條件下，烯烴加氫變?yōu)轱柡蜔N，反應(yīng)速度最快。除此之外，還進(jìn)行聚合、環(huán)化反應(yīng)。

(3)環(huán)烷烴。單環(huán)環(huán)烷烴在過程中發(fā)生異構(gòu)化、斷環(huán)、脫烷基以及不明顯的脫氫反應(yīng)：雙環(huán)環(huán)烷烴和多環(huán)環(huán)烷烴首先異構(gòu)化生成五圓環(huán)的衍生物然后再斷鏈。反應(yīng)產(chǎn)物主要由環(huán)戊烷、環(huán)己烷和烷烴組成。

(4)芳烴。單環(huán)芳烴的加氫裂化不同于單環(huán)環(huán)烷烴，若側(cè)鏈上有三個(gè)碳原子及以上時(shí)，首先不是異構(gòu)化而是斷側(cè)鏈，生成相應(yīng)的烷烴和芳烴。除此之外，少部分芳烴還可能進(jìn)行加氫飽和生成環(huán)烷烴然后再按環(huán)烷烴的反應(yīng)規(guī)律繼續(xù)反應(yīng)。

雙環(huán)、多環(huán)和稠環(huán)芳烴加氫裂化是分步進(jìn)行的，通常一個(gè)芳香環(huán)首先加氫變?yōu)榄h(huán)烷烴，然后環(huán)烷環(huán)斷開變成單烷墓芳烴，再按單環(huán)芳烴規(guī)律進(jìn)行反應(yīng)。在氫氣存在下，稠環(huán)芳烴的縮合反應(yīng)被抑制，因此不易生成焦炭產(chǎn)物。

(5)非烴類化合物。原料油中的含硫、含氮、含氧化合物，在加氫裂化條件下進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成硫化氫、氨和水被除去。因此，加氫產(chǎn)品無需另行精制。

上述加氫裂化反應(yīng)中，加氫反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，而裂化反應(yīng)則是吸熱反應(yīng)，兩者部分抵消，最終結(jié)果仍為放熱反應(yīng)過程，如圖4-25所示。

通常，加氫類裝置能耗占全廠總能耗的10%～25%。眾所周知，加氫裝置是集催化反應(yīng)技術(shù)、煉油技術(shù)和高壓技術(shù)于一體的裝置。與常減壓、催化裂化等煉油裝置相比，加氫裝置能耗具有以下特點(diǎn)：①升壓用電能在能耗中占30%左右。②反應(yīng)熱隨產(chǎn)品加工深度或轉(zhuǎn)化率以及氫耗的增加而增加。③運(yùn)轉(zhuǎn)初期和末期操作條件不同，能耗也不同等。針對上述特點(diǎn)，提出以下主要節(jié)能降耗措施：開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的新型催化劑，在保證氫分壓的基礎(chǔ)上降低反應(yīng)總壓和動力消耗;采用先進(jìn)的反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件，降低徑向溫差，減少副反應(yīng)和反應(yīng)壓降;采取循環(huán)氫脫硫措施，降低循環(huán)氫壓縮機(jī)負(fù)荷與裝置能耗;采用優(yōu)化的加氫裝置熱高分流程，提高熱量回收與利用;采用液力透平回收壓力能，降低電耗;反應(yīng)加熱爐設(shè)置余熱鍋爐，提高加熱爐熱效率;反應(yīng)部分采用爐前混氫，提高傳熱系數(shù)，反應(yīng)系統(tǒng)的換熱器均采用雙殼程高效換熱器;采用合理先進(jìn)的分離和分餾流程，降低裝置能耗。

5.溶劑脫瀝青

用萃取的方法，從原油蒸餾所得的減壓渣油(有時(shí)也從常壓渣油)中，除去膠質(zhì)和瀝青，以制取脫瀝青油同時(shí)生產(chǎn)石油瀝青的一種石油產(chǎn)品精制過程。脫瀝青油可通過溶劑精制、溶劑脫蠟和加氫精制(或白土精制)制取高黏度潤滑油基礎(chǔ)油(殘?jiān)鼭櫥?;也可作為催化裂化和加氫裂化的原料。

在減壓蒸餾的條件下，石蠟基或中間基原油中的一些寶貴的高黏度潤滑油組分，由于沸點(diǎn)很高不能氣化而殘留在減壓渣油中，工業(yè)上是利用它們與其他物質(zhì)(膠質(zhì)和瀝青)在溶劑中的溶解度差別而進(jìn)行分離的。常用的溶劑為丙烷、丁烷、戊烷、己烷或丙烷與丁烷的混合物。制取高黏度潤滑油的基礎(chǔ)油時(shí)，常用丙烷作溶劑。我國的丙烷脫瀝青裝置通常可生產(chǎn)兩種脫瀝青油，即殘?zhí)贾递^低的輕脫瀝青油和殘?zhí)贾递^高的重脫瀝青油，后者可作為潤滑油料或催化裂化原料。

工藝流程包括萃取和溶劑回收。萃取部分一般采取一段萃取流程，也可采取二段萃取流程。以丙烷脫瀝青為例，萃取塔頂壓力一般為2.8～3.9MPa，塔頂溫度為54～82℃，溶劑比(體積)為6～10：1，最大為13:1。

瀝青與重脫瀝青油溶液中含丙烷少，采用一次蒸發(fā)及汽提回收丙烷，輕脫瀝青油溶液中含丙烷較多，采用多效蒸發(fā)及汽提或臨界回收及汽提回收丙烷，以減少能耗。

臨界回收過程是利用丙烷在接近臨界溫度和稍高于臨界壓力(丙烷的臨界溫度96.8℃、臨界壓力4.2MPa)的條件下，對油的溶解度接近于最小以及其密度也接近于最小的性質(zhì)，使輕脫瀝青油與大部分丙烷在臨界塔內(nèi)沉降、分離，從而避免了丙烷的蒸發(fā)冷凝過程，因而可較多地減少能耗。

近年來，各國致力于提高萃取效果，如改進(jìn)溶劑回收流程和操作條件，并開展超臨界萃取的研究。