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1、催化重整装置技术问答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

2、。综上所述，催化重整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

3、整反应过程。2.重整原料有哪些来源?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

4、脱砷。(2)热加工石脑油热加工石脑油(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:

5、目的产物 要求的馏程(实沸点)， C6C8的芳烃 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

6、剂而言，原料中的有害杂质含量限制为: As109; S0 .5106; Cu15109 N106 Pb10109 H2O 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

7、。(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(C2H5)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

8、(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

9、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

10、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，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

11、，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)

12、，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。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

13、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:塔板效率

14、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:式中溶剂A的蒸气压; 在一定温度条件下纯溶剂A的饱和蒸气压; 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

15、的分压之和”。以上结论发表于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+Pn式中P1、P2Pn各组分在气相中的分压;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: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平衡主要用于研究温度、压力

16、等操作参数与气、液组成之间的关系。气液相平衡常数，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与液相中的摩尔分率的比值。即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0.3MPa的理想溶液,相平衡常数可以用下式计算:式中组分在系统温度下的饱和蒸气压，Pa;系统压力，Pa。对于石油或石油馏分，可用实沸点蒸馏的方法切割成为沸程为1030的若干个窄馏分，借助于多元系统汽液相平衡计算的方法，进行石油蒸馏过程的气相相平衡的计算。21.什么叫挥发度、相对挥发度?液体混合物中任一组分汽化倾向的大小可以用挥发度来表示，其数值是相平衡常数与压力的乘积，

17、即:对于理想体系，液体混合物中组分的挥发度显然就等于它的饱和蒸气压，即。相对挥发度是指系统中，任一组分与对比组分挥发度之比值，即:对于理想体系对于低压非理想溶液其中、 、组分的活度系数。22.什么叫饱和蒸气压?饱和蒸气压都与哪些因素有关?在某一温度下，纯液体与在它液面上的蒸气呈平衡状态时，由此蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸气压的高低表明了液体中的分子离开液体汽化或蒸发的能力，蒸气压越高，就说明液体越容易汽化。蒸气压的大小首先与物质的本性：相对分子质量大小、化学结构等有关，同时也和体系的温度有关。在压力低于0.3M Pa的条件下，对于有机化合物常采用恩托因(Antoine) 方

18、程来表示蒸气压与温度的关系:式中 组分的蒸气压，Pa;、恩托因常数；T系统温度，K。恩托因常数、可由有关手册中查到。对于同一物质其饱和蒸气压的大小主要与系统的温度T有关，温度越高，饱和蒸气压越大。23.什么叫泡点、露点?什么是泡点方程和露点方程?泡点是在恒压条件下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化出现第一个汽泡时的温度。露点是在恒压条件下冷却气体混合物，当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度。石油精馏塔内侧线抽出温度则可近似看作为侧线产品在抽出塔板油气分压下的泡点温度。塔顶温度则可以近似看作塔顶产品在塔顶油气分压下的露点温度。泡点方程是表征液体混合物组成与操作温度、压力之间关系的数学表达

19、式，其算式如下:露点方程是代表气体混合物组成与操作温度、压力之间关系的数学表达式，其算式如下：式中，、分别代表组分在液相或汽相的摩尔分率;n代表系统中的组分数目。24.化验室分析馏分组成时，常用的方法有几种?它们的馏出曲线有何不同?炼厂化验室主要应用实沸点蒸馏、恩氏蒸馏，平衡气化三种方法。实沸点蒸馏是一种间歇精馏过程。塔釜加入油样加热汽化，上部冷凝器提供回流，塔内装有填料供汽液相接触进行传热和传质，塔顶按沸点高低依次切割出轻重不同的馏分。实沸点蒸馏主要用于原油评价试验。恩氏蒸馏也叫微分蒸馏。油样放在标准的蒸溜烧瓶中，严格控制加热速度，蒸发出来的油气经专门的冷凝器冷凝后收集在量筒中，以确定不同馏

20、出体积所对应的馏出温度。恩氏蒸馏操作简单，速度快。主要用于石油产品质量的考核及操作控制上。平衡汽化也称为一次汽化，在加热的过程中油品汽液两相密切接触并处于相平衡状态，加热终了使气、液相分离。实际的平衡汽化是很难达到的，因为这要求汽液两相有无限长的接触时间和无限大接触面积。但在石油加工过程中，近似于平衡汽化的情况很多。通过三种蒸馏过程的馏出曲线进行比较(见图12)，很容易看出，实沸点蒸馏初馏点最低，终馏点最高，曲线的斜率最大。平衡汽化的初馏点最高，终馏点最低，曲线斜率最小。恩氏蒸馏过程则居于两者之间。基于以上的现象，经过大量的试验积累了丰富的数据，经处理得到二种蒸馏曲线换算图表。主要用来从实沸点

21、蒸馏数据或恩氏蒸馏数据出发，求取平衡汽化数据，便于在分馏塔设计时求取塔内各点的温度。25.分馏塔的操作中应掌握哪三大平衡?分馏塔的操作应掌握物料平衡、气液相平衡和热量平衡。物料平衡指的是单位时间内进塔的物料量应等于离开塔的诸物料量之和。物料平衡体现了塔的生产能.力，它主要是靠进料量和塔顶、侧线和塔底出料量来调节的。操作中，物料平衡的变化具体反应在塔底液面上。当塔的操作不符合总的物料平衡时，可以从塔压差的变化上反映出来。例如进得多，出得少，则塔压差上升。对于一个固定的分馏塔来讲，塔压差应在一定的范围内。塔压差过大，塔内上升蒸气的速度过大，雾沫夹带严重，甚至发生液泛而破坏正常操作，塔压差过小，塔内

22、上升蒸气的速度过小，塔板上汽液两相传质效率降低，甚至发生漏液而大大降低塔板效率。物料平衡掌握不好，会使整个塔的操作处于混乱状态，掌握物料平衡是塔操作中的一个关键。如果正常的物料平衡受到破坏，它将影响另二个平衡，即：汽液相平衡达不到预期的效果，热平衡也被破坏，需重新予以调整。汽液相平衡主要体现了产品的质量及损失情况。它是靠调节塔的操作条件(温度、压力)及塔板上汽液接触的情况来维持的。只有在温度、压力固定时，才有确定的汽液相平衡组成。当温度、压力发生变化时，汽液相平衡所决定的组成就发生变化，产品的质量和损失情况也随之发生变化。汽液相平衡与物料平衡密切相关，掌握好物料平衡，塔内上升蒸气速度合适，汽液接触良好，则传热、传质效率高，塔板效率也高。当然，温度、压力也会随着物料平衡的变化而改变。热量平衡是指进塔热量和出塔热量的平衡，具体反应在塔顶温度上。热量平衡是物料平衡和汽液相平衡得以实现的基础，反过来又依附于它们。没有热的汽相和冷的回流，整个精馏过程就无法实现；而塔的操作压力、温度的改变（即汽液相平衡组成改变），则每块塔板上汽相冷凝的放热量和液体汽化的吸热量也会随之改变。掌握好物料平衡、气液相平衡和热量平衡是精馏操作的关键所在，三个平衡之间相互影响、相互制约。在操作中通常是以控制物料平