两段提升管催化裂解多产丙烯工艺技术研究

论文摘要

两段提升管催化裂解多产丙烯技术是在两段提升管催化裂化技术的基础上,通过工艺技术和催化剂的密切配合,开发出的一种全新多产丙烯技术。本文在实验室研究的基础上,建立了重油、轻汽油、混合碳四反应动力学模型,中试研究了两段提升管催化裂解多产丙技术,并进行了工业化验证。首先重点分析了重油催化裂解反应动力学,在实验室研究的基础上建立了重油催化裂解反应动力学模型。利用实验数据对模型计算值进行验证,结果表明计算值与实际测量值吻合程度好,本文建立的七集总动力学模型能够有效的模拟重油催化裂解的反应行为。对FCC汽油转化制丙烯反应规律和C4转化制丙烯的反应规律进行了实验室研究:以FCC汽油为原料,对比催化裂解和热裂解实验结果,发现催化裂解工艺可以得到高的乙烯和丙烯收率,尤其是丙烯收率明显高于热裂解,同时副产物的收率低,此外还研究了HZSM-5分子筛的性能;以混合碳四为原料,在微型固定床反应装置和常压下考察了反应温度、m（H2O）/m（Feed）以及停留时间对C4转化制丙烯反应的影响,还考察了催化剂活性组分Si/Al比、催化剂粒径对于丙烯收率的影响,同时提出了丁烯转化制丙烯可能的反应机理。针对大庆催化原料、大庆原料经一段转化生成的高烯烃含量汽油和丁烯转化生成丙烯的反应特点,结合两段工艺技术所能提供的反应条件,选择MMC-2和兰州石化研究院开发的多产丙烯催化剂分别进行实验室的中试评价。根据中试评价结果进行了大庆炼化公司两段提升管催化裂解多产丙烯技术的工业化研究,根据工业试验装置实际运行标定结果,分析了两段提升管催化裂解多产丙烯技术存在的一些问题,如:催化剂破损严重、轻汽油切割不清晰、稳定汽油中烯烃含量过高等问题,并提出进一步改进方案。根据实际运行中发现的催化剂破损严重的问题,分析认为是由于反应器结构设计不合理,原料油股与反应器璧直接碰撞,造成了催化剂的磨损和破碎,为此采用计算流体力学手段对反应器结构和进料方式进行了模拟和优化。模拟结果发现,混合碳四和原料油气进入反应器后没有任何扰动和返混,反应原料的催化转化率很低;原反应器中油剂接触几率较低,不利于原料与催化剂的接触反应。在此基础上提出了两种反应器进料管及反应器相关尺寸的改进结构,模拟结果显示,优化结构更利于催化反应的进行。根据实际运行中发现的轻汽油切割不清晰、稳定汽油中烯烃含量过高等问题,提出了新增汽油切割塔和新增解吸塔方案,建议进一步开展深入研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 清洁汽油生产背景
• 1.2 国内外汽油质量对比和我国汽油质量存在的问题
• 1.3 丙烯市场需求趋势
• 1.4 重油催化裂化增产丙烯是炼化一体化主要途径
• 1.5 多产丙烯技术研究进展
• 1.5.1 重油与FCC 汽油转化制丙烯技术
• 1.5.2 丁烯转化制丙烯技术
• 1.6 小结
• 1.7 本文主要研究内容
• 第二章 重油催化裂解多产丙烯的动力学模型研究
• 2.1 物理模型的建立
• 2.1.1 集总的划分及集总之间的反应关系
• 2.1.2 重油催化裂解的反应网络
• 2.2 数学模型建立
• 2.2.1 内外扩散的影响
• 2.2.2 催化剂失活
• 2.2.3 反应系数与分子量
• 2.2.4 连续性方程的推导
• 2.3 动力学参数的求解
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 实验结果与结论
• 2.3.3 模型参数的求解
• 2.3.4 模型验证
• 2.4 其它因素对催化裂解多产丙烯过程的影响
• 2.4.1 USY／载体普通催化裂化催化剂对VGO 的转化规律研究
• 2.4.2 催化剂中ZSM-5 含量对重油转化制丙烯的影响
• 2.4.3 催化剂的流化密度对重油转化制丙烯的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 FCC 汽油转化制丙烯反应规律
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 分析仪器
• 3.1.3 原料
• 3.1.4 催化剂
• 3.1.5 产物分析
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 催化裂解和热裂解的比较
• 3.2.2 催化剂的制备
• 3.2.3 FCC 汽油的裂化反应性能研究
• 3.3 本章小结
• 4转化制丙烯的反应规律研究'>第四章 C₄转化制丙烯的反应规律研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 分析仪器
• 4.1.3 原料
• 4.1.4 催化剂制备
• 4.1.5 产物分析
• 4.1.6 数据处理
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 反应条件考察
• 4.2.2 催化剂的影响
• 4.2.3 丁烯催化裂解制丙烯反应行为的初步研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 两段催化裂解多产丙烯工艺技术的中试研究
• 5.1 两段提升管催化裂化的基本理论
• 5.2 两段提升管催化裂解多产丙烯技术
• 5.2.1 TMP 技术设想
• 5.2.2 TMP 技术原理和技术特点
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 实验装置
• 5.3.2 原料性质和组成
• 5.3.3 催化剂性质
• 5.3.4 产物分析
• 5.4 实验结果与讨论
• 5.4.1 MMC-2 催化剂评价
• 5.4.2 兰州多产丙烯催化剂评价
• 5.4.3 轻汽油的转化
• 5.4.4 丁烯的转化
• 5.5 本章小结
• 第六章 TMP 工业试验装置的运行及分析
• 6.1 TMP 工业试验方案
• 6.1.1 第一阶段，实现装置平稳运转
• 6.1.2 第二阶段，考察C4 和轻汽油回炼对丙烯的贡献
• 6.1.3 第三阶段，LCC-200 多产丙烯催化剂的工业试验
• 6.1.4 其它催化裂解催化剂的对比试验
• 6.2 TMP 工业试验运行情况
• 6.2.1 第一阶段和第二阶段试验情况
• 6.2.2 第三阶段的试验情况
• 6.3 TMP 工业试验装置的标定
• 6.3.1 第三阶段试验标定的原料和催化剂性质
• 6.3.2 第三阶段试验标定的操作条件
• 6.3.3 第三阶段试验标定的物料平衡
• 6.3.4 第三阶段试验标定的主要产品性质
• 6.4 第三阶段试验的问题分析
• 6.4.1 丙烯的低收率问题
• 6.4.2 汽油的高烯烃含量问题
• 6.4.3 柴油的质量问题
• 6.5 第三阶段试验标定小结
• 第七章流化床反应器的CFD 模拟及其结构优化
• 7.1 研究背景
• 7.2 两相流的数学模型
• 7.3 对改造前一段预提升管的模拟
• 7.3.1 几何结构及网格情况
• 7.3.2 进料性质及操作条件
• 7.3.3 改造前预提升管的模拟结果及分析
• 7.4 对改造后一段预提升管的模拟
• 7.4.1 几何结构及前处理
• 7.4.2 改造后预提升管的模拟结果及分析
• 7.5 优化预提升管进料结构
• 7.5.1 优化预提升管结构的模拟结果及分析
• 7.5.2 改造前后及优化结构后的模拟结果对比
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢