资源描述
重质油化学与加工重质油化学与加工Heavy Oil Chemistry and Processing1 1、重质油化学、重质油化学、重质油化学、重质油化学2 2、重质油加工、重质油加工、重质油加工、重质油加工 重质油热转化重质油热转化重质油热转化重质油热转化 重质油催化裂化重质油催化裂化重质油催化裂化重质油催化裂化 重质油催化加氢重质油催化加氢重质油催化加氢重质油催化加氢 重质油溶剂萃取脱沥青重质油溶剂萃取脱沥青重质油溶剂萃取脱沥青重质油溶剂萃取脱沥青第1页第1页第五章第五章 重油催化裂化重油催化裂化第2页第2页5.1 催化裂化基本情况催化裂化基本情况 第3页第3页5.1 催化裂化基本情况催化裂化基本情况 第4页第4页第5页第5页催化裂化妆置普通由三个部分构成：催化裂化妆置普通由三个部分构成：催化裂化妆置普通由三个部分构成：催化裂化妆置普通由三个部分构成：1 1、反应再生系统、反应再生系统、反应再生系统、反应再生系统2 2、分馏系统、分馏系统、分馏系统、分馏系统3 3、吸取稳定系统、吸取稳定系统、吸取稳定系统、吸取稳定系统第6页第6页1 1反应再生系统反应再生系统反应再生系统反应再生系统反 应：催化裂化反应，一方面发生分解反应生成 气体、汽油等小分子产物；另一方面同 时发生缩合反应生成焦炭，沉积在催化剂 表面，使催化剂活性下降。再 生：用空气烧去催化剂表面积炭过程。第7页第7页原料：原料：原料：原料：VGOVGO催化剂：催化剂：催化剂：催化剂：活性天活性天活性天活性天然白土然白土然白土然白土特点特点特点特点（3030年代末）年代末）年代末）年代末）1 1、设备复杂、设备复杂、设备复杂、设备复杂2 2、操作繁琐、操作繁琐、操作繁琐、操作繁琐3 3、质量不稳、质量不稳、质量不稳、质量不稳原料：原料：原料：原料：VGOVGO催化剂：催化剂：催化剂：催化剂：合成合成合成合成Si-Si-AlAl小球小球小球小球 特点特点特点特点（4040年代初）年代初）年代初）年代初）1 1、反再连续、反再连续、反再连续、反再连续2 2、补剂以便、补剂以便、补剂以便、补剂以便3 3、质量稳定、质量稳定、质量稳定、质量稳定原料：原料：原料：原料：VGOVGO催化剂：催化剂：催化剂：催化剂：合成合成合成合成Si-Si-AlAl微球微球微球微球特点特点特点特点（4040年代初）年代初）年代初）年代初）1 1、操作以便、操作以便、操作以便、操作以便2 2、用热充足、用热充足、用热充足、用热充足3 3、结构简化、结构简化、结构简化、结构简化原料：原料：原料：原料：VGO+VRVGO+VR催化剂：催化剂：催化剂：催化剂：分子筛剂分子筛剂分子筛剂分子筛剂特点特点特点特点（6060年代初）年代初）年代初）年代初）1 1、控制灵活、控制灵活、控制灵活、控制灵活2 2、辛烷值高、辛烷值高、辛烷值高、辛烷值高3 3、选择性好、选择性好、选择性好、选择性好1 1反应再生系统反应再生系统反应再生系统反应再生系统第8页第8页1 1反应再生系统反应再生系统反应再生系统反应再生系统第9页第9页1 1反应再生系统反应再生系统反应再生系统反应再生系统第10页第10页1 1反应再生系统反应再生系统反应再生系统反应再生系统第11页第11页（d d）提升管型）提升管型）提升管型）提升管型1 1反应再生系统反应再生系统反应再生系统反应再生系统第12页第12页2 2提升管反应器提升管反应器提升管反应器提升管反应器提升管反应系统提升管反应系统提升管反应系统提升管反应系统进料进料喷嘴喷嘴提提升升管管反反应应器器出出口口快快分分再生催化剂再生催化剂第13页第13页q直径：由进料量决定。直径：由进料量决定。线速度：入口处线速度：入口处47m/s；出口处；出口处1218m/s。q高度：由反应时间拟定：高度：由反应时间拟定：2.53.5s；q提升管上端出口设有气固快速分离设备。提升管上端出口设有气固快速分离设备。q下部对进料雾化有较高要求，尤其是重油下部对进料雾化有较高要求，尤其是重油FCC。要快。要快速汽化、较高汽化率与催化剂均匀接触。速汽化、较高汽化率与催化剂均匀接触。q沉降器下段汽提作用：减少油气损失，减小再生烧焦沉降器下段汽提作用：减少油气损失，减小再生烧焦负荷。负荷。第14页第14页3 3再生器再生器再生器再生器第15页第15页 主要技术要求：主要技术要求：再生剂含碳低（普通要求低于再生剂含碳低（普通要求低于0.2%，甚至要求达到，甚至要求达到0.05%0.01%）。）。较高烧焦强度：较高烧焦强度：100250kg/t.h。催化剂减活与磨损条件比较缓和。催化剂减活与磨损条件比较缓和。易于操作，能耗和投资少。易于操作，能耗和投资少。能满足环境要求。能满足环境要求。第16页第16页q上段稀相段，下部为密相段上段稀相段，下部为密相段q密相段有效藏量：由烧碳负荷及烧碳强度决定。密相段有效藏量：由烧碳负荷及烧碳强度决定。有效藏量有效藏量是指处于烧碳环境中藏量。是指处于烧碳环境中藏量。q密相区直径：由空塔气速决定：密相区直径：由空塔气速决定：采用较低气速时为：采用较低气速时为：0.8 1.0m/s采用较高气速时为：采用较高气速时为：1.01.5m/sq密相区床层高度普通为：密相区床层高度普通为：57米。米。第17页第17页oo按两器关系分类：按两器关系分类：按两器关系分类：按两器关系分类：两器并列两器并列两器并列两器并列两器同轴两器同轴两器同轴两器同轴oo按再生器个数分类按再生器个数分类按再生器个数分类按再生器个数分类单段再生单段再生单段再生单段再生两段再生两段再生两段再生两段再生3 3反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式第18页第18页按再生器型式分类按再生器型式分类按再生器型式分类按再生器型式分类床层再生床层再生床层再生床层再生烧焦罐再生烧焦罐再生烧焦罐再生烧焦罐再生烧焦罐烧焦罐烧焦罐烧焦罐+床层再生床层再生床层再生床层再生烧焦管烧焦管烧焦管烧焦管+床层再生床层再生床层再生床层再生床层床层床层床层+床层再生床层再生床层再生床层再生3 3反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式第19页第19页 按提升管型式分类按提升管型式分类按提升管型式分类按提升管型式分类 内提升管内提升管内提升管内提升管 外提升管外提升管外提升管外提升管3 3反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式第20页第20页按提升管结构分类按提升管结构分类按提升管结构分类按提升管结构分类 单提升管反应器单提升管反应器单提升管反应器单提升管反应器 双提升管反应器双提升管反应器双提升管反应器双提升管反应器提升管床层反应器提升管床层反应器提升管床层反应器提升管床层反应器 两段提升管反应器两段提升管反应器两段提升管反应器两段提升管反应器3 3反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式第21页第21页按再生温度分类按再生温度分类按再生温度分类按再生温度分类低温再生，低温再生，低温再生，低温再生，650650 中温再生，中温再生，中温再生，中温再生，650650690690高温再生，高温再生，高温再生，高温再生，6906907507503 3反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式反应再生系统结构形式第22页第22页第23页第23页第24页第24页第25页第25页第26页第26页第27页第27页第28页第28页第29页第29页第30页第30页第31页第31页 将将将将反反反反应应应应油油油油气气气气分分分分离离离离成成成成裂裂裂裂化化化化气气气气（富富富富气气气气）、粗粗粗粗汽汽汽汽油油油油（初初初初馏馏馏馏点点点点200200）、轻轻轻轻柴柴柴柴油油油油（200200350350）、回回回回炼炼炼炼油油油油（350350500500）及及及及油油油油浆浆浆浆（500500）。4 4分馏系统分馏系统分馏系统分馏系统 将将将将裂裂裂裂化化化化气气气气（富富富富气气气气）和和和和粗粗粗粗汽汽汽汽油油油油（初初初初馏馏馏馏点点点点200200）进进进进一一一一步步步步分分分分离离离离成成成成干干干干气气气气（H H2 2、H H2 2S S、C C1 1C C2 2）、液液液液化化化化气气气气（C C3 3C C4 4）及及及及稳稳稳稳定定定定汽汽汽汽油油油油（初馏点（初馏点（初馏点（初馏点200200）。5 5吸取稳定系统吸取稳定系统吸取稳定系统吸取稳定系统第32页第32页类别类别类别类别o原料起源特点特点特点特点馏分油催化裂化馏分油催化裂化馏分油催化裂化馏分油催化裂化 30306060年代年代年代年代（原料（原料（原料（原料350350500500，C C2020CC3636）1.1.减压馏分油（减减压馏分油（减减压馏分油（减减压馏分油（减二、三线、常四二、三线、常四二、三线、常四二、三线、常四线）线）线）线）2.2.焦化馏分油（焦焦化馏分油（焦焦化馏分油（焦焦化馏分油（焦化汽、柴油）化汽、柴油）化汽、柴油）化汽、柴油）3.3.溶剂精制抽出油溶剂精制抽出油溶剂精制抽出油溶剂精制抽出油 1.1.含芳烃不多，易裂含芳烃不多，易裂含芳烃不多，易裂含芳烃不多，易裂化，轻油收率高，化，轻油收率高，化，轻油收率高，化，轻油收率高，优质催化料优质催化料优质催化料优质催化料2.2.含芳烃较多，较难含芳烃较多，较难含芳烃较多，较难含芳烃较多，较难裂化，不单独使用裂化，不单独使用裂化，不单独使用裂化，不单独使用3.3.含芳烃更多，更难含芳烃更多，更难含芳烃更多，更难含芳烃更多，更难裂化，只能掺对用裂化，只能掺对用裂化，只能掺对用裂化，只能掺对用 1 1、原、原、原、原 料料料料第33页第33页1 1、原、原、原、原 料料料料类别类别类别类别o原料起源特点特点特点特点o重油催化裂化o o70年代及以后o（原料350或500，C20C36或更重部分）1.1.常压重油常压重油常压重油常压重油2.2.减压渣油减压渣油减压渣油减压渣油o最重部分，除了多环、稠环芳烃外，含有胶质与沥青质o必须使用专门催化剂与相应工艺设备与条件。第34页第34页4164030100510152025303540干气干气汽油汽油焦炭焦炭干气干气液化气液化气汽油汽油柴油柴油焦炭焦炭2 2、产物分布、产物分布、产物分布、产物分布柴油柴油液化气液化气第35页第35页1)1)气体构成以气体构成以气体构成以气体构成以C3C3、C4C4为主，两者累计占气体为主，两者累计占气体为主，两者累计占气体为主，两者累计占气体80%80%，其中烯烃，其中烯烃，其中烯烃，其中烯烃占占占占2/32/3，C4C4中相称部分是异构。中相称部分是异构。中相称部分是异构。中相称部分是异构。2)2)汽油因含异构烷烃和芳烃较多而辛烷值较高；基本不含二烯汽油因含异构烷烃和芳烃较多而辛烷值较高；基本不含二烯汽油因含异构烷烃和芳烃较多而辛烷值较高；基本不含二烯汽油因含异构烷烃和芳烃较多而辛烷值较高；基本不含二烯烃，稳定性较好。烃，稳定性较好。烃，稳定性较好。烃，稳定性较好。3)3)柴油因含芳烃较多而十六烷值较低，需与直馏柴油调合使用。柴油因含芳烃较多而十六烷值较低，需与直馏柴油调合使用。柴油因含芳烃较多而十六烷值较低，需与直馏柴油调合使用。柴油因含芳烃较多而十六烷值较低，需与直馏柴油调合使用。4)4)由于烯烃和稠环芳烃不断脱氢缩合，必定形成高度缩合产物由于烯烃和稠环芳烃不断脱氢缩合，必定形成高度缩合产物由于烯烃和稠环芳烃不断脱氢缩合，必定形成高度缩合产物由于烯烃和稠环芳烃不断脱氢缩合，必定形成高度缩合产物焦炭（在催化剂表面）。焦炭（在催化剂表面）。焦炭（在催化剂表面）。焦炭（在催化剂表面）。3 3、产物特性、产物特性、产物特性、产物特性第36页第36页1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应第37页第37页 1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应（1 1）分解反应）分解反应）分解反应）分解反应qq 分解为两个较小分子烯烃分解为两个较小分子烯烃分解为两个较小分子烯烃分解为两个较小分子烯烃qq 烯烃分解反应比烷烃快烯烃分解反应比烷烃快烯烃分解反应比烷烃快烯烃分解反应比烷烃快qq 大分子烯烃分解快于小分子大分子烯烃分解快于小分子大分子烯烃分解快于小分子大分子烯烃分解快于小分子qq 异构烯烃分解快于正构烯烃异构烯烃分解快于正构烯烃异构烯烃分解快于正构烯烃异构烯烃分解快于正构烯烃第38页第38页1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应（2 2）异构化反应）异构化反应）异构化反应）异构化反应qq 骨架异构骨架异构骨架异构骨架异构qq 双健移位双健移位双健移位双健移位第39页第39页 1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应（3 3）氢转移反应）氢转移反应）氢转移反应）氢转移反应qq 两个烯烃分子之间发生氢转移，变成烷烃和二烯烃两个烯烃分子之间发生氢转移，变成烷烃和二烯烃两个烯烃分子之间发生氢转移，变成烷烃和二烯烃两个烯烃分子之间发生氢转移，变成烷烃和二烯烃qq 环烷烃放出氢使烯烃饱和而本身变成芳烃环烷烃放出氢使烯烃饱和而本身变成芳烃环烷烃放出氢使烯烃饱和而本身变成芳烃环烷烃放出氢使烯烃饱和而本身变成芳烃qq 芳烃放出氢使烯烃饱和而本身变成稠环芳烃甚至焦炭芳烃放出氢使烯烃饱和而本身变成稠环芳烃甚至焦炭芳烃放出氢使烯烃饱和而本身变成稠环芳烃甚至焦炭芳烃放出氢使烯烃饱和而本身变成稠环芳烃甚至焦炭第40页第40页3C3CN N H H2N2N +C +CM M H H2M2M 3C3CN N H H2N+22N+2 +C +CM M H H2M-2M-6 6 烯烃烯烃烯烃烯烃 环烷烃环烷烃环烷烃环烷烃 烷烃烷烃烷烃烷烃 芳烃芳烃芳烃芳烃C CN NH H2N-22N-2,C,CMMH H2M2M6 6 环烯环烯环烯环烯 芳烃芳烃芳烃芳烃c cc cc cc cc cc cc cc cc cc cc cc cc cc c 焦炭前身物焦炭前身物焦炭前身物焦炭前身物 氢转移氢转移氢转移氢转移 缩合反应缩合反应缩合反应缩合反应C CN N H H2N2N C CN N H H2N2N +2+2 吸取负氢吸取负氢吸取负氢吸取负氢，多多多多 环环环环 化化化化 合合合合 物物物物.类型类型类型类型 A A 类型类型类型类型 B B不同类型氢转移反应第41页第41页 1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应（4 4）芳构化反应）芳构化反应）芳构化反应）芳构化反应qq 烯烃环化脱氢生成芳烃。烯烃环化脱氢生成芳烃。烯烃环化脱氢生成芳烃。烯烃环化脱氢生成芳烃。CHCH3 3第42页第42页 1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应qq 环断裂生成烯烃，烯烃继续反应；环断裂生成烯烃，烯烃继续反应；环断裂生成烯烃，烯烃继续反应；环断裂生成烯烃，烯烃继续反应；qq 长侧链断裂；长侧链断裂；长侧链断裂；长侧链断裂；qq 通过氢转移转化为芳烃；通过氢转移转化为芳烃；通过氢转移转化为芳烃；通过氢转移转化为芳烃；qq 五员环烷烃五员环烷烃五员环烷烃五员环烷烃 六员环烷烃六员环烷烃六员环烷烃六员环烷烃 芳芳芳芳 烃烃烃烃第43页第43页 1 1、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应、单体烃催化裂化反应qq 芳烃芳核非常稳定，难以进行反应；芳烃芳核非常稳定，难以进行反应；芳烃芳核非常稳定，难以进行反应；芳烃芳核非常稳定，难以进行反应；qq 烷基侧链发生断裂生成较小分子烯烃；烷基侧链发生断裂生成较小分子烯烃；烷基侧链发生断裂生成较小分子烯烃；烷基侧链发生断裂生成较小分子烯烃；qq多环芳烃多环芳烃多环芳烃多环芳烃 稠环芳烃稠环芳烃稠环芳烃稠环芳烃 焦炭。焦炭。焦炭。焦炭。第44页第44页2 2、烃类催化裂化反应机理、烃类催化裂化反应机理、烃类催化裂化反应机理、烃类催化裂化反应机理 烃类催化裂化反应遵循烃类催化裂化反应遵循烃类催化裂化反应遵循烃类催化裂化反应遵循正碳离子正碳离子正碳离子正碳离子反应机理。反应机理。反应机理。反应机理。所谓正碳离子，是指缺乏一对价电子碳所形成所谓正碳离子，是指缺乏一对价电子碳所形成所谓正碳离子，是指缺乏一对价电子碳所形成所谓正碳离子，是指缺乏一对价电子碳所形成 烃离子，烃离子，烃离子，烃离子，19221922年由年由年由年由MeerweinMeerwein提出，如：提出，如：提出，如：提出，如：+5050年代由年代由年代由年代由HaenselHaensel和和和和BruceBruce用来解释烃类催化裂化反应机理。用来解释烃类催化裂化反应机理。用来解释烃类催化裂化反应机理。用来解释烃类催化裂化反应机理。第45页第45页1 1）正碳离子形成）正碳离子形成）正碳离子形成）正碳离子形成第46页第46页1 1）正碳离子形成）正碳离子形成）正碳离子形成）正碳离子形成第47页第47页2 2）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应第48页第48页2 2）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应第49页第49页2 2）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应第50页第50页2 2）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应）正碳离子反应生成正碳离子趋向于异构叔正碳离子生成正碳离子趋向于异构叔正碳离子生成正碳离子趋向于异构叔正碳离子生成正碳离子趋向于异构叔正碳离子CHCH3 3第51页第51页3 3）正碳离子反应终止）正碳离子反应终止）正碳离子反应终止）正碳离子反应终止C C3 3H H7 7+C C3 3H H8 8 +H+H+（催化剂）（催化剂）（催化剂）（催化剂）第52页第52页1.1.由于正碳离子不生成由于正碳离子不生成由于正碳离子不生成由于正碳离子不生成C3 大分子单烷基侧链单环芳烃大分子单烷基侧链单环芳烃大分子单烷基侧链单环芳烃大分子单烷基侧链单环芳烃 异构烷烃及环烷烃异构烷烃及环烷烃异构烷烃及环烷烃异构烷烃及环烷烃 小分子单烷基侧链小分子单烷基侧链小分子单烷基侧链小分子单烷基侧链单环芳烃单环芳烃单环芳烃单环芳烃 正构烷烃正构烷烃正构烷烃正构烷烃 稠环芳烃稠环芳烃稠环芳烃稠环芳烃 3 3、石油馏分催化裂化反应特性、石油馏分催化裂化反应特性、石油馏分催化裂化反应特性、石油馏分催化裂化反应特性第57页第57页3 3、石油馏分催化裂化反应特性、石油馏分催化裂化反应特性、石油馏分催化裂化反应特性、石油馏分催化裂化反应特性第58页第58页第59页第59页 反应速度与影响原因之间定量关系数学表示式！反应速度与影响原因之间定量关系数学表示式！反应速度与影响原因之间定量关系数学表示式！反应速度与影响原因之间定量关系数学表示式！近三四十年来，催化裂化反应工程研究重点近三四十年来，催化裂化反应工程研究重点近三四十年来，催化裂化反应工程研究重点近三四十年来，催化裂化反应工程研究重点 由由由由于于于于原原原原料料料料构构构构成成成成十十十十分分分分复复复复杂杂杂杂，反反反反应应应应物物物物数数数数目目目目和和和和催催催催化化化化反反反反应应应应类类类类型型型型难难难难以以以以准准准准确确确确弄弄弄弄清清清清楚楚楚楚，因因因因此此此此只只只只有有有有对对对对原原原原料料料料和和和和产产产产物物物物构构构构成成成成概概概概略略略略地地地地处理。处理。处理。处理。pp关联模型关联模型关联模型关联模型基于基于基于基于BlandingBlanding方程积分模型方程积分模型方程积分模型方程积分模型pp 集总动力学模型集总动力学模型集总动力学模型集总动力学模型基于基于基于基于WeekmanWeekman方程微分模型方程微分模型方程微分模型方程微分模型第60页第60页1 1、关联模型、关联模型、关联模型、关联模型BlandingBlanding方程方程方程方程19511951年，年，年，年，BlandingBlanding假设瓦斯油裂化为二级反应：假设瓦斯油裂化为二级反应：假设瓦斯油裂化为二级反应：假设瓦斯油裂化为二级反应：经积分和化简得：经积分和化简得：经积分和化简得：经积分和化简得：第61页第61页形成一批关联模型：形成一批关联模型：形成一批关联模型：形成一批关联模型：国外：国外：国外：国外：ESSOESSO，AmocoAmoco，KelloggKellogg，PACEPACE等；等；等；等；国内：曹汉昌、林骥国内：曹汉昌、林骥国内：曹汉昌、林骥国内：曹汉昌、林骥PACEPACE模型模型模型模型等价馏分油概念等价馏分油概念等价馏分油概念等价馏分油概念 特点：特点：特点：特点：关联模型经验性强外推性差关联模型经验性强外推性差关联模型经验性强外推性差关联模型经验性强外推性差 无法描述内在规律无法描述内在规律无法描述内在规律无法描述内在规律1 1、关联模型、关联模型、关联模型、关联模型BlandingBlanding方程方程方程方程第62页第62页2 2、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型什么是什么是什么是什么是“集总集总集总集总”（LumpingLumping）?将反应系统中众多单一化合物，按其动力学特性将反应系统中众多单一化合物，按其动力学特性将反应系统中众多单一化合物，按其动力学特性将反应系统中众多单一化合物，按其动力学特性相同原则，归并为若干个虚拟组分相同原则，归并为若干个虚拟组分相同原则，归并为若干个虚拟组分相同原则，归并为若干个虚拟组分集总，在动力集总，在动力集总，在动力集总，在动力学研究中将每个集总作为一个虚拟单一组分考虑。学研究中将每个集总作为一个虚拟单一组分考虑。学研究中将每个集总作为一个虚拟单一组分考虑。学研究中将每个集总作为一个虚拟单一组分考虑。假设：集总恒定原理（假设：集总恒定原理（假设：集总恒定原理（假设：集总恒定原理（Lumping InvariationLumping Invariation）第63页第63页James WeiJames WeiA3A1A2k21k12k23k32k13k31复杂系统动力学处理办法：复杂系统动力学处理办法：第64页第64页c c，为未知系数，与为未知系数，与为未知系数，与为未知系数，与k kij ij相关相关相关相关，但，但，但，但k kij ij与与与与c c，关系不明关系不明关系不明关系不明确。确。确。确。James WeiJames Wei复杂系统动力学处理办法：复杂系统动力学处理办法：第65页第65页James WeiJames Wei复杂系统动力学处理办法：复杂系统动力学处理办法：第66页第66页约束条件：约束条件：约束条件：约束条件：变换：变换：变换：变换：由由由由 由由由由 James WeiJames Wei复杂系统动力学处理办法：复杂系统动力学处理办法：Wei JamseWei Jamse.,Kuo J.C.W.A lumping Analysis in Monomolecular Reaction Systems.Ind.Eng.,Kuo J.C.W.A lumping Analysis in Monomolecular Reaction Systems.Ind.Eng.Chem.Chem.，Fundamentals,1969.8(1):114-123.Fundamentals,1969.8(1):114-123.第67页第67页2 2、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型Weekman Weekman 三集总模型三集总模型三集总模型三集总模型 1969 1969年，年，年，年，WeekmanWeekman由由由由James WeiJames Wei集总理论提出集总理论提出集总理论提出集总理论提出了划时代意义三集总动力学模型：了划时代意义三集总动力学模型：了划时代意义三集总动力学模型：了划时代意义三集总动力学模型：原料原料原料原料 Y1 Y1k k1 1k k3 3k k2 2汽油汽油汽油汽油 Y2 Y2气体焦炭气体焦炭气体焦炭气体焦炭Y3Y3第68页第68页 能够预测汽油收率，转化率，气体产率及焦能够预测汽油收率，转化率，气体产率及焦能够预测汽油收率，转化率，气体产率及焦能够预测汽油收率，转化率，气体产率及焦炭产率，大获成功。炭产率，大获成功。炭产率，大获成功。炭产率，大获成功。问题：原料性质如何处理？问题：原料性质如何处理？问题：原料性质如何处理？问题：原料性质如何处理？曾试图关联到曾试图关联到曾试图关联到曾试图关联到k1k1，k2k2，k3k32 2、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型Weekman Weekman 三集总模型三集总模型三集总模型三集总模型第69页第69页3 3、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型Weekman Weekman 十集总模型十集总模型十集总模型十集总模型 1976 1976年，年，年，年，WeekmanWeekman又由又由又由又由James WeiJames Wei集总理论提集总理论提集总理论提集总理论提出了主要十集总动力学模型：出了主要十集总动力学模型：出了主要十集总动力学模型：出了主要十集总动力学模型：P Ph hN Nh hA Ah hC CAhAhP Pl lN Nl lA Al lC CAlAlGGC CHFOHFO（350350500500）P Ph h N Nh h A Ah h C CAhAhLFOLFO（221221350350）P PL L N NL L A AL L C CALALGSOGSOGasGasCOKECOKE第70页第70页3 3、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型Weekman Weekman 十集总模型十集总模型十集总模型十集总模型假假假假 设：设：设：设：各类分子互不作用；各类分子互不作用；各类分子互不作用；各类分子互不作用；芳环芳环芳环芳环CACA不生成汽油；不生成汽油；不生成汽油；不生成汽油；CACA，A A分别集总；分别集总；分别集总；分别集总；一级反应。一级反应。一级反应。一级反应。反应器模型：反应器模型：反应器模型：反应器模型：等温、气相、平推流等温、气相、平推流等温、气相、平推流等温、气相、平推流第71页第71页反应器方程式：反应器方程式：第72页第72页反应器方程式：反应器方程式：第73页第73页4 4、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型中国十一集总模型中国十一集总模型中国十一集总模型中国十一集总模型pp中国大回炼比操作中国大回炼比操作中国大回炼比操作中国大回炼比操作pp洛阳石化工程公司和华东理工大学沙颖逊、刘馥英等开发洛阳石化工程公司和华东理工大学沙颖逊、刘馥英等开发洛阳石化工程公司和华东理工大学沙颖逊、刘馥英等开发洛阳石化工程公司和华东理工大学沙颖逊、刘馥英等开发P Ph hN Nh hA Ah hC CAhAhP Pl lN Nl lA Al lC CAlAlGGC CPCPCAhAh第74页第74页5 5、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型其它集总模型其它集总模型其它集总模型其它集总模型pp Paraskos Paraskos等人三集总模型等人三集总模型等人三集总模型等人三集总模型pp Yen Yen等人和等人和等人和等人和Liang Sun Lee Liang Sun Lee 等人四集总模型等人四集总模型等人四集总模型等人四集总模型pp 沙颖逊等人十一集总模型沙颖逊等人十一集总模型沙颖逊等人十一集总模型沙颖逊等人十一集总模型（结构族构成）（结构族构成）（结构族构成）（结构族构成）pp 任杰重油十一集总模型任杰重油十一集总模型任杰重油十一集总模型任杰重油十一集总模型（结构族构成）（结构族构成）（结构族构成）（结构族构成）pp 沙颖逊等人渣油十三集总动力学模型沙颖逊等人渣油十三集总动力学模型沙颖逊等人渣油十三集总动力学模型沙颖逊等人渣油十三集总动力学模型（结构族构成）（结构族构成）（结构族构成）（结构族构成）pp 日本高日本高日本高日本高 冢透等人渣油六集总模型冢透等人渣油六集总模型冢透等人渣油六集总模型冢透等人渣油六集总模型第75页第75页6 6、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型问问问问 题题题题pp 装置因数装置因数装置因数装置因数pp 机理性退化到经验性机理性退化到经验性机理性退化到经验性机理性退化到经验性pp 不好用，多次回归装置因数不好用，多次回归装置因数不好用，多次回归装置因数不好用，多次回归装置因数pp 国内外都是如此国内外都是如此国内外都是如此国内外都是如此 反应器模型：反应器模型：反应器模型：反应器模型：等温、气相、平推流等温、气相、平推流等温、气相、平推流等温、气相、平推流第76页第76页6 6、集总模型、集总模型、集总模型、集总模型问问问问 题题题题第77页第77页摘要摘要:催化裂化提升管反应器数学模型基本上都是基于平推流反应催化裂化提升管反应器数学模型基本上都是基于平推流反应器假设建立起来。但是由于其内部流动、传热以及反应过程非常复器假设建立起来。但是由于其内部流动、传热以及反应过程非常复杂杂,偏离平推流较大偏离平推流较大,因此在模型实际应用中必须用装置因数去校因此在模型实际应用中必须用装置因数去校正正,表现出较强经验性。为了改变这种情况表现出较强经验性。为了改变这种情况,本文通过研究分析本文通过研究分析,提出了对催化裂化提升管反应器进行多维微分模拟研究办法提出了对催化裂化提升管反应器进行多维微分模拟研究办法,从主从主线上把反应器结构尺寸线上把反应器结构尺寸,物流入口条件物流入口条件,流动特性及传热特性等影流动特性及传热特性等影响考虑进来响考虑进来,把流动、传热、传质、裂化反应以及湍流脉动作用所把流动、传热、传质、裂化反应以及湍流脉动作用所有纳入模型中有纳入模型中,建立催化裂化提升管反应器流动反应综合模型。通建立催化裂化提升管反应器流动反应综合模型。通过对模型求解过对模型求解,能够得到提升管反应器内催化剂颗粒及油气速度分能够得到提升管反应器内催化剂颗粒及油气速度分布、温度分布以及组分分布布、温度分布以及组分分布,从而揭示工业提升管反应器内化学工从而揭示工业提升管反应器内化学工程信息。这些数据对工业提升管反应器设计、操作优化及新技术实程信息。这些数据对工业提升管反应器设计、操作优化及新技术实行都是十分主要。行都是十分主要。7 7、催化裂化反应器模型主线办法、催化裂化反应器模型主线办法、催化裂化反应器模型主线办法、催化裂化反应器模型主线办法第78页第78页（1 1）无定型硅酸铝催化剂）无定型硅酸铝催化剂）无定型硅酸铝催化剂）无定型硅酸铝催化剂 如天然活性白土、人工合成硅酸铝如天然活性白土、人工合成硅酸铝如天然活性白土、人工合成硅酸铝如天然活性白土、人工合成硅酸铝 含有许多大小不一微孔，平均孔径含有许多大小不一微孔，平均孔径含有许多大小不一微孔，平均孔径含有许多大小不一微孔，平均孔径4 47nm7nm，比表面，比表面，比表面，比表面积积积积500500700m700m2 2/g/g。硅酸铝催化活性起源于其表面酸性。硅酸铝催化活性起源于其表面酸性。硅酸铝催化活性起源于其表面酸性。硅酸铝催化活性起源于其表面酸性。1 1、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成第79页第79页1 1、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成第80页第80页第81页第81页第82页第82页1 1、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成、催化剂结构与构成第83页第83页2 2、催化剂使用性能、催化剂使用性能、催化剂使用性能、催化剂使用性能 对催化剂评价，除了分析其化学构成和表面结构，还需要一些与生对催化剂评价，除了分析其化学构成和表面结构，还需要一些与生对催化剂评价，除了分析其化学构成和表面结构，还需要一些与生对催化剂评价，除了分析其化学构成和表面结构，还需要一些与生产直接关联指标。产直接关联指标。产直接关联指标。产直接关联指标。（1 1）活性、稳定性）活性、稳定性）活性、稳定性）活性、稳定性 微反活性（微反活性（微反活性（微反活性（MATMAT）：在微型固定床反应器中放置）：在微型固定床反应器中放置）：在微型固定床反应器中放置）：在微型固定床反应器中放置5g5g待测催待测催待测催待测催化剂，采用原则原料化剂，采用原则原料化剂，采用原则原料化剂，采用原则原料(如大港如大港如大港如大港235235337337轻柴油轻柴油轻柴油轻柴油)，在，在，在，在460460、重、重、重、重量空速量空速量空速量空速16h16h-1-1、剂油比、剂油比、剂油比、剂油比3.23.2条件下反应条件下反应条件下反应条件下反应70s70s，反应产物中，反应产物中，反应产物中，反应产物中204204汽汽汽汽油气体焦炭质量占总进料百分数即为该催化剂微反活性。油气体焦炭质量占总进料百分数即为该催化剂微反活性。油气体焦炭质量占总进料百分数即为该催化剂微反活性。油气体焦炭质量占总进料百分数即为该催化剂微反活性。第84页第84页第85页第85页 由水热老化处理前后活性比较来评价。由水热老化处理前后活性比较来评价。由水热老化处理前后活性比较来评价。由水热老化处理前后活性比较来评价。水热老化条件：水热老化条件：水热老化条件：水热老化条件：800800、常压、饱和水蒸气下处理、常压、饱和水蒸气下处理、常压、饱和水蒸气下处理、常压、饱和水蒸气下处理4h4h或或或或17h17h。第86页第86页（2 2）选择性）选择性）选择性）选择性 催化裂化目的产物是汽油，假如气体和焦炭产率高，则汽油催化裂化目的产物是汽油，假如气体和焦炭产率高，则汽油催化裂化目的产物是汽油，假如气体和焦炭产率高，则汽油催化裂化目的产物是汽油，假如气体和焦炭产率高，则汽油产率会减少。产率会减少。产率会减少。产率会减少。裂化催化剂选择性以裂化催化剂选择性以裂化催化剂选择性以裂化催化剂选择性以“汽油产率汽油产率汽油产率汽油产率/转化率转化率转化率转化率”，“焦炭产率焦炭产率焦炭产率焦炭产率/转化率转化率转化率转化率”表示。表示。表示。表示。2 2、催化剂使用性能、催化剂使用性能、催化剂使用性能、催化剂使用性能第87页第87页（3 3）密度）密度）密度）密度真实密度：催化剂颗粒骨架所含有密度，称骨架密度，真实密度：催化剂颗粒骨架所含有密度，称骨架密度，真实密度：催化剂颗粒骨架所含有密度，称骨架密度，真实密度：催化剂颗粒骨架所含有密度，称骨架密度，在在在在2 22.2g/cm2.2g/cm3 3 。颗粒密度：把微孔体积计算在内单个颗粒密度，颗粒密度：把微孔体积计算在内单个颗粒密度，颗粒密度：把微孔体积计算在内单个颗粒密度，颗粒密度：把微孔体积计算在内单个颗粒密度，0.9 0.91.2g/cm1.2g/cm3 3 。堆积密度：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒间堆积密度：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒间堆积密度：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒间堆积密度：催化剂堆积时包括微孔体积和颗粒间 孔隙体积密度，孔隙体积密度，孔隙体积密度，孔隙体积密度，0.5 0.50.8g/cm0.8g/cm3 3 。催化剂密度对其流化状态有主要影响催化剂密度对其流化状态有主要影响催化剂密度对其流化状态有主要影响催化剂密度对其流化状态有主要影响2 2、催化剂使用性能、催化剂使用性能、催化剂使用性能、催化剂使用性能第88页第88页（4 4）筛分构成、机械强度）筛分构成、机械强度）筛分构成、机械强度）筛分构成、机械强度为了确保催化剂良好流化状态，要求有一个适宜筛分构成，为了确保催化剂良好流化状态，要求有一个适宜筛分构成，为了确保催化剂良好流化状态，要求有一个适宜筛分构成，为了确保催化剂良好流化状态，要求有一个适宜筛分构成，裂化催化剂粒径分布裂化催化剂粒径分布裂化催化
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