催化裂化3.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,一、催化剂的失活,催化剂的失活,*,：在反应,-,再生过程中，,Cat.,的活性和选择性不断下降的现象。,(1),催化裂化,Cat.,失活性的原因,*,水热失活,在高温和,水蒸气,作用下，裂化,Cat.,的比表面积、孔容，分子筛晶体结构破坏。,1,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,结焦失活：,焦炭沉积在,Cat.,的表面上，覆盖在,Cat.,的活性中心，使其活性和选择性。,工业催化裂化所产生的焦炭包括：,催化焦,:,烃类在催化剂活性中心上反应时生成的焦炭,附加焦：原料中的焦炭前身物（稠环芳烃）在催化剂表面上吸附、经缩合反应生成的。,可汽提焦：重质烃类,污染焦：重金属沉积造成的,2,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,毒物引起的失活,裂化,Cat.,的毒物主要是重金属,(Fe,、,Ni,、,Cu,、,V,),、钠和碱性氮化合物。,(2)Cat.,的平衡活性,新鲜,Cat.,的活性不能反映装置中实际的,Cat.,活性。,在实际生产中，用“平衡活性”来表示装置中,Cat.,活性。,3,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,二、裂化,Cat.,的再生,1,、再生方法,烧去,Cat.,上所沉积的焦炭。,恢复,Cat.,的活性和选择性，为反应过程提供热量。,催化剂失活后，可以通过再生而恢复由于结焦而丧失的活性，但不能恢复由于结构变化及金属污染引起的失活。,6,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,待生剂：,在工业上把经反应沉积了焦炭的催化剂。,再生剂：,再生除去部分焦炭的催化剂。,2,、再生要求,无定型的硅酸铝,Cat.,：再生后含碳量为,0.3,0.5%,；,分子筛,Cat.,：再生后含碳量,0.2,%,以下。,3,、再生反应和反应热,*,焦炭分子式,焦炭是一种缩合产物，主要成分是,C,和,H,。,7,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,焦炭的经验分子式为（,CH,n,),m,，,n,0.5,1.0,。,再生反应,催化剂再生反应就是用空气中的氧烧去沉积的焦炭，即焦炭中的,C,和,H,被空气中的,O,2,燃烧的氧化反应，再生反应的产物是,CO,2,、,CO,和,H,2,O,。,8,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,再生反应热,（,P376,）,再生反应是放热反应，热效应相当大，足以提供本装置热平衡所需的热量。,把焦炭看作是,C,和,H,单质的混合物，分别计算燃烧热，再计算总和。,9,这种计算方法实际上是把焦炭看成是碳和氢的混合物，实际计算中还须从总热效应中扣除某一个数值以对燃烧热作出修正,常见的修正方法如,ESSO,法,(,焦炭脱附热的数值为总热效应的,11.5%),、,PACE,法,(,从总热效应中扣除,5,10%,的水脱附热,),等,10,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,烧焦放热中有,11.5%,消耗在焦炭脱附过程中，故,可利用热总热焦炭脱附热,或,Q,用,Q,总,Q,脱,Q,总,(100,11.5)%,11,影响再生反应热的主要因素,反应热的数值与焦炭中的,H/C,和烟气中,CO,2,/CO,有关。,若,H/C,比值，放热；,CO,2,/CO,比值，放热。,通常在计算再生热时，是根据,元素碳和元素氢的燃烧发热值,并结合焦炭的,H/C,以及烟气中的,CO,2,/CO,来计算再生反应热，此计算值为再生反应的总热效应,。,12,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,#,例题,1,：某催化裂化装置烧焦炭量为,11.4t/h,，焦中,H/C,（质量比）,=8/92,，再生烟气中,CO,2,/CO,（体积比）为,1.5,，求烧焦放热为多少？,（,36553,*,10,4,KJ/h,）,13,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,焦炭燃烧所需主风量（湿空气量）,例题,2,：已知烟气中氧含量为,0.5%,（,V,），,CO,2,/CO,（体积比）为,1.5,。焦中,H/C,（质量比）,=10/90,，烧焦量为,11.4t/h,，空气中水蒸汽与干空气的质量比为,0.01,，计算燃烧所需要的空气量。,(1792m3/min),多算几遍,14,例题,3,：已知干烟气组成：,CO,2,=9.2%,，,CO=8.0%,，,O,2,=1.4%,（均为体积百分数），干烟气流量为,44800,标,m,3,/h,，新鲜原料量为,75t/h,，干空气中,O,2,/N,2,=21/79,（体积比）。,求：,1,）理论氧气量；,2,）烧焦产生的水量；,3,）焦炭产率。,15,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,例题,4,：某催化裂化装置进入再生器的总的空气量为,1050Nm,3,/min,，再生烟气中的,CO,为,0.08838%,，,O,2,为,5.9762%,，,CO,2,为,12.1632%,，空气中水蒸汽与干空气的分子比为,0.012,，试计算总烧焦量，总焦碳中,H/C,比是多少？,（,4321kg/h,，,0.098,）（带经验式,4314,0.0996,）,16,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,已知烟气分析数据和进入再生器的主风流量，可以按以下方法计算烧焦量，焦碳中,H/C,比。,再生器,烧焦量,：,C,h,=V1(3.78+0.242CO,2,+0.313CO-0.18O,2,)/100-(CO,2,+CO+O,2,),（,kg/h,）,V1,进入再生器的干空气量,Nm,3,/h,，,V1=V2/(1+e),V2,湿空气量,Nm,3,/h;e,水蒸气和干空气的分子比。,CO,2,，,CO,，,O,2-,-,分别为在干烟气中,的体积分数,。,17,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,焦碳中,H/C,比,H/C=8.93-0.425,（,CO,2,+O,2,）,-0.257CO/(CO,2,+CO),主风单耗,=,湿空气量,/,烧焦量 （,Nm,3,/kg),耗风指标,：燃烧,1kg,焦炭所需要的干空气量。,18,计算干烟气的组成：,CO%=(8.93-0.425O,2,)/(1+a,）,H/C+0.425a+0.257,CO,2,%=aCO%,19,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,4,、再生反应动力学,再生反应速率直接影响,Cat.,的活性、选择性和装置生产能力。,再生反应速率决定于焦炭中碳的燃烧速率。,由烧碳本征反应动力学方程式看出,（,1,）影响烧碳反应速率的主要因素,20,（,1,）再生温度,（,2,）氧分压：操作压力与再生气体中,氧分子浓度（进入再生器的空气和出再生器的烟气中氧含量的对数平均值）的乘积。,一般烟气中氧含量控制在,0.5%,左右；完全再生烟气中氧含量通常在,3%,以上。,21,9.4,催化裂化催化剂,失活与再生,Cat.,含,C,量、,Cat.,的类型等,。,再生时间,=,藏量,/,催化剂循环量,烧焦强度,=,烧焦量,/,藏量,（,2,）再生器工艺数学模型,在实际生产过程中，结焦催化剂的再生是在流化床中进行的，流化状态对反应物的浓度有影响，进而对再生反应速率有影响。在高气速流化床中，烧碳反应速率高。,22,9.5,流态化基本原理,一、流化床的形成与流化域,1,、流化床的形成,23,9.5,流态化基本原理,24,9.5,流态化基本原理,25,9.5,流态化基本原理,实验将发生如下现象：当气速,U,较小时，床层内的催化剂颗粒不活动，处于堆紧状态，即处于固定床，只是随气体流速的增大，床层压将增加图,AB,段。,气速增大到一定程度时，床层开始膨胀，一些细粒在有限的范围内运动。当层速再增高时，固体粒子被气流悬浮起来，并做不规则的运动，即固体颗粒开始流化，此后继续增大气速，床层继续膨胀，固体运动也愈激烈，但床层压基本不变。（如图,BC,段）,气速再增大到某个数值，如,C,点固体颗粒被气流带走，床层压降下降，气体再继续增大，被带出的粒子越多。,26,9.5,流态化基本原理,临界流化速度,u,mf,(,又叫起始流化速度,),：相当于,B,点的气速；,终端速度,ut(,速度,),：相当于,C,点的气速,uu,mf,为固定床,u,mf,uu,t,稀相输送,在固定床阶段，粒子之间的空隙形成了许多曲曲弯弯的小通道。气体流过这些小通道时因摩擦阻力而产生压降，摩擦阻力与气体的流速的平方成正比,因此气体流速越大,产生的床层压力降越大。,27,分析,:,流化床的压降不随气速的变化而改变？,当气速增大到,B,点，作用于床层的各力达到平衡，整个床层被悬浮起来而固体颗粒自由运动，即,床层压降*床层截面积,=,床中固体重,-,固体所受浮力,PF=V(1-),s,-V(1-),g,上式可近似写作,：,PF=V(1-),s,即床层压降等于单位面积床层重量（床层静压）。,利用这个原理，在实验室或工业装置中可以通过测定流化床中不同高度的两点压差来计算床层中固体藏量或床层密度。,28,