29
0.098）（带经验式4314,0.0996）
17
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： Ch=V1(3.78+0.242CO2+0.313CO-0.18O2)/[100(CO2+CO+O2)] （kg/h）
(1792m3/min)多算几遍
15
9.4催化裂化催化剂失活与再生

例题3：已知干烟气组成：CO2=9.2%，CO=8.0%
，O2=1.4%（均为体积百分数），干烟气流量为
44800标m3/h，新鲜原料量为75t/h，干空气中
O2/N2=21/79（体积比）。

求：1）理论氧气量； 2）烧焦产生的水量； 3）
10
9.4催化裂化催化剂失活与再生
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

催化剂含炭量沿提升管高度的变化并不是单调增加的。 裂化催化剂的活性变化规律是沿提升管高度催化剂活性先 下降然后上升到一最高点，然后又下降。
6
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
积比）为1.5，求烧焦放热为多少？

（36553*104KJ/h）
14
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），
CO2/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。
u<umf umf<u<ut u>ut
为固定床 为流化床 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。
28
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
焦炭是一种缩合产物，主要成分是C和H。
8
9.4催化裂化催化剂失活与再生
焦炭的经验分子式为（CHn)m，n＝0.5～1.0。
③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O2燃烧的氧化反应，再生反 应的产物是CO2、CO和H2O。
9
9.4催化裂化催化剂失活与再生
12
9.4催化裂化催化剂失活与再生
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CO2/CO来计算再 生反应热，此计算值为再生反应的总热效应 。
13
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CO2/CO（体
④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。
C O2 CO2 33873 kJ / kg C
C 0.5O2 CO 10258kJ / kg C
H 2 0.5O2 H 2O 119890 kJ / kg H
（1）影响烧碳反应速率的主要因素
21
9.4催化裂化催化剂失活与再生
（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。
22


Cat.含C量、Cat.的类型等。



耗风指标：燃烧1kg焦炭所需要的干空气量。
19
9.4催化裂化催化剂失活与再生

计算干烟气的组成：
CO%=(8.93-0.425O2)/[(1+a）H/C+0.425a+0.257] CO2%=aCO%


20
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
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。
27
9.5流态化基本原理
临界流化速度umf (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
焦炭产率。
16
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1050Nm3/min，再生烟气中的CO为
0.08838%，O2为5.9762%，CO2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，
11
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)% ⑤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CO2/CO有关。 若H/C比值↗，放热↗； CO2/CO比值↗，放热↗。
3
9.4催化裂化催化剂失活与再生
③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。
4
9.4裂化催化剂的失活与再生
影响Cat.平衡活性的因素主要有：
25
9.5流态化基本原理
26
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

V1—进入再生器的干空气量Nm3/h，V1=V2/(1+e)


V2—湿空气量Nm3/h; e—水蒸气和干空气的分子比。
CO2，CO，O2----分别为在干烟气中的体积分数。
18Байду номын сангаас

焦碳中H/C比
H/C=[8.93-0.425（ CO2+O2）-0.257CO]/ (CO2+CO) 主风单耗=湿空气量/烧焦量 （Nm3/kg)
2
9.4催化裂化催化剂失活与再生
②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
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
△P×F=V×(1-ε) ×ρs- V×(1-ε) × ρg
上式可近似写作：△P×F=V×(1-ε) ×ρs
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。
第九章 催化裂化 Chapter 9 Catalytic Cracking
1
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* ①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。
①Cat.的水热失活速率：再生器的操作条件 ②Cat.的置换速率 ③Cat.的重金属污染 ④其它因素：原料油的性质、Cat.的流失率、新鲜Cat. 的活性及稳定性等。
5

工业提升管反应器内催化剂失活规律
石油大学的徐春明利用在线取样分析系统对工业提升管反 应器内催化剂失活规律进行了研究，结果表明：
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。
23
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
24
9.5流态化基本原理
的活性，但不能恢复由于结构变化及金属污染引起的失 活。
7
9.4催化裂化催化剂失活与再生
①待生剂：在工业上把经反应沉积了焦炭的催化剂。
②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* ①焦炭分子式