实验指导书（综合实验）
实验项目名称：固定流化床催化裂化反应 实验项目性质：综合实验 所属课程名称： 实验计划学时：6
一、 实验目的
（1） 掌握在固体床反应器上进行催化裂化反应的方法； （2） 了解催化裂化工艺的原理、原料性质和产物分布； （3） 掌握催化裂化产物的分析方法。
二、 实验原理
催化裂化是炼油工业中主要的二次加工手段之一。催化裂化过程是在480~520℃温度条件下蜡油和重油在催化剂上进行裂解反应，生成裂化气、汽油、柴油、焦炭等产物。各炼油厂和研究单位时常要对催化裂化反应过程和催化裂化催化剂进行科学实验，考察催化裂化反应机理、工艺条件、催化性能。科研中常常使用的实验设备有微型固定床反应器（微反）和固定流化床反应器。微反是一个固定反应器，其催化剂装量很少，而固定流化床反应器是在高温下用水蒸气使反应器内的催化剂流化，形成流化床，在催化剂与原料油的接触形式上固定流化床反应器较微反更接近于实际生产装置上的提升管反应器，并且固定流化床反应器中催化剂加入量和原料油用量均较多，容易达到物料平衡，在进行重质油反应时，固定流化床反应器更显示出它的优越性，因此在对催化裂化过程进行研究时广泛使用固定流化床反应器。
本实验在固定流化床反应器上进行催化裂化反应，用气相色谱仪分析催化裂化反应后的气体产物、液体产物，用自动定碳仪上测定反应后的堆积在催化剂上的焦炭。
三、 实验方法
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1） 实验装置和流程
固定流化床反应装置由进样系统、反应系统、产物接受系统和温度控制系统四部分组成，流程见图14.1。 （1） 进样系统
为了降低油品的粘度，确保油品良好的流动性，原料油和称量用的天平需要置于保温箱内，用电热板加热，油泵和输油管线用电热带保温。用于流化的蒸馏水和反应原料油分别用水泵和油泵经三通阀和反应器预热段注入到反应器底部。 （2） 反应系统
固定流化床反应器的形状图14.2，上部为不锈钢圆柱体（Φ6331.5mm），下部为不锈钢圆锥体。在固定流化床反应器内有热电偶套管，套管内插入三支热电偶分别检测反应器内上中下三段温度。为了防止催化剂随同水蒸气及反应后的油气从流出口流出，在反应器内的产物出口还装置了陶瓷过滤器。 （3） 温度控制系统
本装置工有六个控制点，即预热炉、加热炉三段、进料系统保温箱及输油管线保温。六个温度点均采用SWP-D905-87-03-HL-P型智能仪表控制，各点温度由K型热电偶测量。
（4） 产物接收系统
反应后的油气经二级冷凝冷却后收集液体产物和气体产物。液体产物的接收瓶置冰水浴中，气体产物收集采用排水集气法，蒸气瓶中需放入饱和盐水。用一台真空泵和一只过滤瓶相配置，从催化剂加料口加入或吸出催化剂。 2） 实验原料
（1）催化剂：催化裂化工业平衡催化剂或经过老化的新鲜催化剂。
新鲜催化剂许经高温水蒸汽预处理，老化的条件为：常压、760℃、100%水蒸汽老化4小时，以降低新鲜催化剂的初活性，使之接近工业平衡催化剂。 （2）原料油：蜡油或重油 3） 实验条件
（1）催化剂用量：80g； （2）蒸馏水注入量：3ml/min； （3）反应温度：490℃； （4）反应压力：常压；
（5）反应时间：固定流化床的反应时间定为进料开始至停止进料的时间，本次实验
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反应时间为1.5min；
（6）反应空速：按重量空速1～20h?1的流量调节原料油泵。
1-保温箱；2-原料油罐；3-天平；4-原料油泵；5-水罐；6-输水泵；7-预热炉；8-加热炉；
9-热电偶；10-反应器；11-催化剂出入口；12-过滤器；13-冷凝器；14-冰水浴； 15-液体收集器；16-盐水瓶；17-采样器；18-缓冲瓶；19-过滤器；20-真空泵
图14.1 固定流化床反应装置示意图
1-反应器；2-原料油管；3-过滤器；4-热电偶套管
图14.2 固定流化床反应器
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4）产物分析
（1）气体产物分析
原料油在固定流化床上反应后，用排水集气法收集气体产物，液体产物中部分C5的轻组分不能被冷水全部冷凝成液体，而呈气态于气体产物中，因此，分析气体产物的目的在于把气体分割成小于C5和C6二部分，把C5部分归并到汽油馏分中去。
仪器：上海海欣GC-9160气相色谱仪与CDMC-1型色谱数据处理机联用，采用FID检测器，色谱柱为邻苯二甲酸二壬酯+有机皂土为固定液和6201为担体的填充柱，柱长1.0m，柱内径3mm。色谱分析条件：
载气：，N2，0.02Mpa； 氢气：0.1Mpa； 空气：0.02Mpa； 柱箱温度：50℃； 检测温度：150℃； 汽化室温度：150℃； 进样量：80uL。
方法：异戊烷是汽油馏分中最轻的组分，因此以异戊烷作为气体产物和液体产物的分割点。在GC-9160间大于异戊烷的物质归于液体产物。气体组分按出峰顺序依次为：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、异丁烷、正丁烷、丁烯、异戊烷、正戊烷。
（2）液体产物分析
催化裂化产物是一个宽沸程馏分，含有汽油、轻柴油和未转化油三个馏分，采用色谱模拟蒸馏的方法分析液体产物中汽油、柴油、未转化油的产率分布。采用日本岛津公司产的GC-14A色谱仪、CDMC-21色谱工作站、WH-500B模拟蒸馏软件。分析原理和方法参见“实验11气相色谱测定原油的流程分布”。色谱分析条件：
柱温：35～360℃，升温速率：10℃/min； 载气：N2，流速：30ml/min； 气化室温度：360℃； 检定器温度：360℃； 进样量：0.3uL。 （3）固体产物分析
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反应后的焦炭堆积在催化剂上，定碳分析是按钢铁定碳法在CS-H60C动定碳仪上测定。
四、 实验步骤
1） 反应步骤
（1） 准备催化剂：将催化剂放入烘箱内烘2hr，烘箱温度控制在120-140℃，而后将催化剂放入干燥器中冷却待用。在天平上称取80g干燥的催化剂。
（2） 装催化剂：将真空泵同吸滤瓶相连，接在反应器的产物流出口，然后开启真空泵，将催化剂从催化剂加料口加到反应器内，然后封上催化剂加料口盖。
（3） 温度设定：打开固定流化床装置控制面板上的电源开关，设定各温度控制目标。 在智能仪表面板上PV显示测量值，SV显示控制目标。按在SET键不放，4s后即进入控制温度SV的设定状态，通过▲/▼键来设定所需的控制目标，在设定完毕后，再次按压SET键即将设定的参数保存。
先将反应器预热控制温度设定在330℃、反应器上中下三段外壁控制温度均设定在500℃,保温箱和输油管线温度设定在60~80℃，并在开始加热升温。外壁控制温度的设定需要随着反应器内的上中下三段温度显示是否达到所需反应温度而不断作出相应调整。
（4） 温度控制：温度设定好之后，保温箱、输油管线、预热段温度控制置于自动状态。反应其上中下三段温度控制开始采用手动状态，即在自动输出模式下，同时按SET键和▼键，仪表将自动跟踪输出量，A/M指示亮红灯，此时可按▲/▼键手动改变仪表输出量的百分比。
（5） 催化剂的流化：待反应器上中下三段炉温大于300℃时，打开水泵，将蒸馏水按3ml/min注入反应器，使催化剂预流化，同时打开冷凝冷却水。
（6） 原料油流速标定：在保温箱和输油管线温度达到60℃~80℃时，开启原料油泵大循环，调节原料油流速可以调节反应的空速。本实验的原料油流速为10g/min。在原料油流速标定完毕后，称量并记录原料油的重量。
（7） 反应温度的稳定：待反应器内的上中下三段温度显示接近490℃，在手动控制输出模式下，同时按SET键和▼键，此时A/M指示红灯灭，即已加入自动控制状态。通过不断调整外壁控制温度的设定而使反应器内的上中下三段显示温度达到所需反应温度，即490℃，并使预热段和反应器内的上中下三段显示温度保持稳定。
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