减压渣油催化蒸汽裂化研究

论文摘要

渣油是原油经过常减压蒸馏后剩余的最重的组分,它的组成十分复杂,与馏分油相比,具有密度大、沸点高、H/C原子比低、金属及杂元素含量高等特征,这些特征使得渣油加工和利用难度很大。通过轻质化反应使重质油转化为轻质燃料油及化工原料是渣油利用的有效途径。目前,渣油改质轻质化最理想的方法是加氢裂化,但是该方法需要在氢气为氢源、高压的条件下进行,对装置要求高、建设费用高、生产成本高,开发催化蒸汽裂化过程具有重要的现实意义。开发催化蒸汽裂化过程,最重要的是寻找合适的催化剂。本文采用共沉淀法合成了一种三组分铁基催化剂,催化剂有双重功能：分解水蒸气提供活性氢和氧；催化裂化使大分子重油裂解为小分子轻质油。通过BET、孔径分布、粒度分布、XRD等对催化剂的结构进行了表征。重油转化率和轻质油得率是反映催化剂催化效果的重要指标,本文运用热重分析仪,建立了一种热重模拟蒸馏分析减压渣油及其裂化产物中组分沸点分布的方法。该方法选取萘、2-甲基萘、联苯、芴、菲、荧蒽、芘等为代表组分,用甲苯配成溶液进行热重实验,将热重曲线的最大失重速率点所对应的温度作为该组分的热重表观沸点,将真实沸点与热重表观沸点之间的对应关系进行回归发现,真实沸点与热重表观沸点成线性关系。升温速率和样品浓度对此线性关系影响的实验考察表明,样品浓度的影响可忽略,升温速率越小,真实沸点与热重表观沸点的线性关系越好。本文在固定床反应器中对比了三种催化剂的催化活性,发现铁基催化剂（记为Zr/Al/FeOx）具有最高的反应转化率和轻质油得率,催化剂的催化活性受Zr02负载量的影响,当Zr02负载量达到一定量后反应转化率和轻油得率会出现极值,分别为77.5%和65.0%。操作条件也对反应有较大影响,发现反应温度在500℃、W/F值为0.8时,可以在保证相对较高的转化率的同时得到最大的轻油得率。最后考察了催化剂的重复利用性能,发现不经过再生活化、连续使用的催化剂反应活性会明显下降,而反应后经过再生的催化剂反应活性略微下降,但基本保持在第一次使用的水平上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 第二章 文献综述
• 2.1 渣油
• 2.1.1 来源
• 2.1.2 物理化学性质
• 2.2 渣油改质方法
• 2.2.1 热加工
• 2.2.2 催化裂化
• 2.2.3 加氢裂化
• 2.2.4 重油加工工艺组合
• 2.3 渣油改质催化剂
• 2.3.1 催化裂化催化剂
• 2.3.2 加氢裂化催化剂
• 2.4 渣油的催化蒸汽裂化
• 2.4.1 蒸汽裂化
• 2.4.2 催化剂
• 2.5 减压渣油及其裂化产物馏程分析
• 2.5.1 恩氏蒸馏
• 2.5.2 气相色谱模拟蒸馏
• 2.5.3 热重模拟蒸馏
• 2.6 课题的研究目的
• 第三章 实验部分
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料与试剂
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 试剂
• 3.3 实验仪器与设备
• 3.4 实验装置与实验流程
• 3.4.1 实验装置
• 3.4.2 实验流程
• 3.5 催化剂制备与表征
• 3.5.1 催化剂制备
• 3.5.2 催化剂表征
• 3.5.2.1 颗粒直径及粒径分布
• 3.5.2.2 比表面积测定与孔结构表征
• 3.5.2.3 催化剂晶型表征
• 3.6 液体产物的分析
• 3.6.1 液体产物定性分析
• 3.6.2 液体产物定量分析
• 第四章 液体产物分析——热重模拟蒸馏方法的建立
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 热重模拟蒸馏标准曲线的建立
• 4.3.2 升温速率对标准曲线的影响
• 4.3.3 样品浓度对标准曲线的影响
• 4.3.4 馏程测定
• 4.5 本章小结
• 第五章 减压渣油催化蒸汽裂化
• 5.1 引言
• 5.2 催化剂表征结果
• 5.2.1 催化剂的粒径
• 5.2.2 催化剂的比表面积和孔径、孔容
• 5.2.3 催化剂的XRD表征
• 5.3 催化剂活性考察
• 5.3.1 几种催化剂催化效果比较
• 5.3.2 催化剂的改性--锆负载量对催化效果的影响
• 5.4 操作条件对裂化反应的影响
• 5.4.1 反应温度的影响
• 5.4.2 W/F对反应的影响
• 5.5 催化剂的重复使用性能
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士学习期间发表的论文
• 致谢