chapter6热量平衡.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse第六章热量平衡第一节概述催化裂化反应再生系统的热平衡是三大平衡之一,本章研究的范围是指在维持合理的反应再生条件下的热平衡,而不是泛指的热平衡。研究热平衡就是要研究各种参数变化对反应再生系统的热平衡所产生的影响及相应应该采取的对策。一反应再生系统热平衡的意义1预测较合理的操作条件在新建或改建装置设计、生产装置改变生产条件(换催化剂、换原料及生产方案等)时,为保证生产的安全和稳定,均需对热平衡进行预测,以采用相应对策,保证合理的操作条件。2取得优化的产品分布要得到最优的产品分布,需要优化的反应及再生条件。通过计算系统热平衡才能得到反应温度、再生温度、催化剂循环量和进料预热温度之间的优化匹配,得到优化的产品分布。3保证安全,平稳生产再生条件对安全生产及维持催化剂活性是至关重要的,通过热平衡计算预测再生条件,保证再生器不发生严重超温并有应急措施。二反应再生系统热平衡的特点加工减压馏分油的流化催化裂化装置有一个较为满意的热平衡状态,图6-1给出了它的热平衡示意图,由图6-1可以看出,热的再生催化剂提供反应段所需的大部分热量。其中:加热和气化液体进料占60-85%;裂化反应热约占10-35%;热损失约占5%。图6-1馏分油催化裂化反应再生系统的热平衡由图6-1还可以看出,在加工馏分油时,再生温度在680℃-760℃之间,这一温度对于催化剂和再生器的材质来说,都是可以承受的。当处理重质原料时,例如常压渣油或掺炼部分减压渣油,过多的焦炭生成导致过多的烧焦热量,过高的再生温度将会破坏再生器的内构件及大大加速催化剂的减活。通过内、外取热设施来冷却催化剂,单程操作,外排油浆,或降低原料预热温度是常用的办法。图6-2给出了使用内、外取热器时的热平衡。图6-2重油催化裂化反应再生系统的热平衡两段再生是解决加工重质原料热平衡问题的另一方法。它既减少了烧焦的放热,又保证了催化剂的再生效果。图6-3是使用两段再生器的热平衡示意图。图6-3采用两段再生的反应再生系统热平衡影响装置热平衡的变量有多种,大体可分成两类,一类是独立变量(自变量),另一类是非独立变量(因变量)。表6-1给出了影响热平衡诸因素的分类及其对热平衡的影响。由表6-1可见,独立变量和非独立变量中还分为影响热负荷的变量;影响生焦但不影响热负荷的变量;影响生焦、热输出和热负荷的变量等不同种类。表6-1影响热平衡变量分类(根据对热平衡的影响)一独立变量(自变量)二非独立变量(因变量)1影响热负荷:1影响热负荷:进料预热温度回炼油温度反应温度重循环油温度新鲜原料进料量油浆温度回炼油量转化率(反应热)轻循环油生焦率重循环油油浆蒸汽量雾化蒸汽入再生器蒸汽或水主风温度CO2/CO2影响生焦但不影响热负荷:2影响生焦或热输出:进料性质剂油比催化剂活性催化剂选择性压力3影响生焦、热输出和热负荷: 3影响热负荷、热输出:反应温度再生温度回炼油量轻循环油重循环油油浆蒸汽量雾化蒸汽(压力影响)汽提蒸汽二反应再生系统热平衡的特点反应再生系统热平衡的特点如下:(1)多参数相互影响影响系统热平衡的参数很多,而且互相之间有复杂的交错影响关系,影响因素常常是正负作用互相干扰。举一简例,在再生温度偏高时,可以降低进料温度,为维持反应温度,需加大循环量,这样,剂油比加大增加转化率,增加生焦,再生放热量增大,转化率增加又增大了反应热,这几个方面的影响互相抵消,系统就达到平衡,认识这个特点,在分析问题时,就应从不同方面分析,最后得到综合影响的结果。(2)催化裂化反应再生系统热平衡具有自补偿能力①当影响热负荷的变量发生变化时,生焦也发生变化。②催化裂化装置总是热平衡的,当热平衡遭到破坏时,因变量(例如剂油比和再生温度)就会立即改变,使装置恢复到热平衡状态。只有在为了满足热平衡的需要,剂油比的改变引起滑阀压降超过允许范围时,装置热平衡才会出现问题。③当自变量(如催化剂活性及进料残炭等)变化而增加生焦及热输出,且没有影响热负荷时,剂油比下降,再生温度升高,使装置达到另一热平衡状态,生焦稍有提高。④当自变量(如提升管出口温度和回炼比)变化时,会影响热负荷和热输出,引起焦产率的一些改变。热平衡则由剂油比和再生温度来自行调节。⑤当水蒸汽加入量或催化剂冷却变化时,增加了热负荷,但是不引起生焦或热输出的改变,这就必须由剂油比和再生温度的改变来补偿。上面所说的只是热平衡自补偿的一些表现,催化裂化热平衡存在自补偿这一特点是由于剂油比对转化率的影响、转化率对焦炭产率的影响以及控制反应器温度的方法等原因。反应再生系统热平衡计算方法与一般的化工过程热平衡计算一样,首先需要确定一个计算基准,如273K或293K,但在催化裂化的热平衡计算中,使用焓差较多,比较方便,所以在