книги из ГПНТБ / Прокопюк С.Г. Промышленные установки каталитического крекинга

Б И Б Л И О Т Е Ч К А М О Л О Д О Г О Р А Б О Ч Е Г О

С. г . ПРОКОПКЖ Р. М. МАСАГУТОВ

ПР О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Е

УС Т А Н О В К И

КА Т А Л И Т И Ч Е С К О Г О

КР Е К И Н Г А

М О С К В А ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ» 1974

УДК 665.644!

П 80 •

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

Прокопюк С. Г., Масагутов Р. М. Промышленные уста­ новки каталитического крекинга. М., «Химия», 1974. 176 с, 13 табл., 55 рис., список литературы 6 ссылок.

В книге рассмотрены основные теоретические и техноло­ гические принципы осуществления различных систем процесса каталитического крекинга. Описаны технологические схемы про­ мышленных установок, изложены правила пуска, остановки, нормальной эксплуатации и ремонта установок с шариковым и пылевидным катализатором. Уделено внимание конструктив­ ным особенностям аппаратуры, а также системам контроля и автоматического регулирования процесса. Приведены основ­ ные сведения из правил техники безопасности, противопожар­ ной техники и котлонадзора. Рассмотрены результаты иссле­ довательских и конструкторских работ по усовершенствова­ нию процессов каталитического крекинга.

Книга предназначена для квалифицированных рабочих нефтеперерабатывающих заводов и может служить пособием для учащихся профессионально-технических училищ и нефтя­ ных техникумов.

П31406-134 109-73 050(01 )-74

© Издательство «Химия», 1974 г.

3

Г Л А В А I

ОС Н О В Н Ы Е С В Е Д Е Н И Я ПО ХИМИЗМУ

ИКИНЕТИКЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

Каталитический крекинг представляет собой процесс расщепления нефтяных фракций при высоких темпера­ турах (440—500 °С) в присутствии алюмосиликатных катализаторов. Этот процесс весьма сложен вследствие большого количества одновременно протекающих реак­ ций, а также из-за разнообразия углеводородов, содер­ жащихся в сырье и продуктах процесса. Тем не менее его механизм и химизм хорошо изучен отечественными и зарубежными учеными. В нашей стране большой вклад в разработку процесса и исследования его закономерно­ стей внесли Агафонов А. В., Алиев В. С , Америк Б. К., Бондаренко Б. И., Гутыря В. С , Крамской В. П., Лав­ ровский К. П., Маншилин В. В., Нагиев М. Ф., Обряд­ чиков С. Н., Орочко Д. И., Панченков Г. М., Топчиева К. В., Фрост А. В., Эйгенсон А. С. и др.

Литература по каталитическому крекингу весьма обширна. Имеется много статей, обзоров и монографий, посвященных различным вопросам каталитических превращений на природных и синтетических катализато­ рах. Из-за небольшого объема настоящей книги невоз­ можно подробно описать все исследования, направлен­ ные на изучение каталитического крекинга. Поэтому ограничимся лишь изложением кратких сведений по теории каталитического крекинга, необходимых для по­ нимания основных вопросов процесса.

О С Н О В Н Ы Е Т Е Р М И Н Ы И О П Р Е Д Е Л Е Н И Я

В процессе каталитического крекинга, где чаще все­ го сырьем являются газойлевые фракции, образуются газ, бензин, легкий газойль, тяжелый газойль и кокс. Качество этих продуктов зависит от качества исходного

5

сырья, применяемого катализатора, технологической схемы установки и параметров процесса.

Газ крекинга представляет собой смесь углеводоро­ дов—метана, этана, этилена, пропана, бутана, бутиленов, а также водорода и сероводорода. В газе присут­ ствуют в небольших количествах двуокись и окись уг­ лерода, азот, сернистый ангидрид и пары воды. Они вносятся в реактор циркулирующим катализатором из регенератора и системы пневмотранспорта. Если в со­ ставе установки имеется блок сжатия и фракциониро­ вания газа, то из газа каталитического крекинга полу­ чают сухой газ (метан, этан и неуглеводородные ком­ поненты), пропан-пропиленовую и бутан-бутиленовую фракции.

Бензин состоит из смеси углеводородов, выкипающих в интервале температур 35—185°С. Октановое число бензина по моторному методу составляет 78—85. Его

вое число легкого газойля достигает 45. Его использу­ ют главным образом в качестве компонента дизельных топлив.

Тяжелый газойль представляет собой смесь углево­ дородов, образующихся при крекинге, и непрореагнро­ вавшей тяжелой части сырья. Используется как компо­ нент котельного топлива.

Кокс состоит из смеси углеводородов с низким со­ держанием водорода. Содержание углерода в коксе из­ меняется от 90 до 97 вес.%, а водорода — от 3 до 10 вес.%. В коксе могут присутствовать сера, азот и ме­ таллы (ванадий, никель, кобальт, железо и др.). В про­ цессе крекинга кокс адсорбируется на внутренней и внешней поверхности пористого катализатора.

Основными параметрами процесса, влияющими на выход и качество продуктов, являются температура в реакторе, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции катализатора, активность катализатора и продолжительность его работы. В свою очередь, эти па­ раметры определяют глубину крекинга и избиратель­ ность катализатора.

6

Температурой процесса обычно считают среднее значение температуры реагирующих продуктов и ката­ лизатора в реакционной зоне. Поступающие в реакцион­ ную зону сырье и катализатор нагреты до разных тем­ ператур. При их контакте в прямоточном реакторе тем­ пература быстро выравнивается и постепенно пони­ жается, так как часть тепла расходуется на реакцию крекинга.'Обычно замеряют температуру верха, середи­ ны и низа реакционной зоны. За температуру процесса каталитического крекинга принимают температуру се­ редины реакционной зоны. В промышленных реакторах температуру процесса каталитического крекинга под­ держивают в пределах 450—500 °С.

Объемная скорость подачи сырья измеряется отно­

реакторов со стационарным катализатором или со сплошным подвижным слоем шарикового катализатора.

пользуются весовой скоростью подачи сырья, которая

Весовая кратность циркуляции катализатора — от­ ношение массы катализатора к массе сырья, подавае­

тализатора весовая кратность циркуляции катализато­ ра поддерживается в пределах 1,5—6,5. В случае приме­ нения псевдоожиженного слоя кратность циркуляции увеличивается до 7—20.

Активность катализатора определяют на специаль­ ной лабораторной установке при постоянных условиях. Для определения активности шарикового катализатора проводят крекинг стандартного сырья (газойлевая фракция артемо-маглобекской нефти) при 450 °С, объем­ ной скорости подачи сырья 0,7 ч - 1 и продолжительно-

7

сти работы катализатора 30 мин. Индекс активности ка­ тализаторов оценивается по выходу бензина в весовых процентах (вес. %) на крекируемое сырье. Алюмосиликатные синтетические шариковые катализаторы имеют индекс активности 36—38. Активность цеолитсодержащих катализаторов достигает 45—50.

Продолжительность работы катализатора в стадии крекинга определяется длительностью контакта катали­ затора с сырьем в реакторе. Для установок со стацио­

кулирующим слоем шарикового катализатора продол­ жительность работы катализатора является частным, полученным от деления объема реакционной зоны на объем катализатора, проходящего через реактор за 1 ч. Обычно на установках каталитического крекинга с цир­ кулирующим слоем шарикового катализатора продол­

углеводородов, вновь образовавшихся во время процес­ са (не содержащихся в исходном сырье). Наряду с этим термином часто применяются равнозначные выражения «глубина превращения сырья» или «степень конверсии». Глубина крекинга газойля обычно выражается суммой

дуктов происходят химические превращения во фрак­ циях, имеющих те же пределы кипения, что и исходное сырье, например реакции изомеризации, ароматизации и др. Однако отмеченный метод оценки глубины кре­ кинга как наиболее простой и дающий приемлемые ре­ зультаты, нашел широкое применение в практике нефте­ перерабатывающей промышленности.

Избирательность (селективность) катализатора оп­ ределяет его способность к образованию целевых про­ дуктов процесса. Наиболее правильно оценивать изби­ рательность катализатора путем сравнения выхода бен­ зина, газа и кокса при одинаковой глубине крекинга. Чем больше отношение выхода бензина к выходу кокса, тем больше избирательность данного катализатора.

8

С повышением температуры процесса каталитиче­ ского крекинга, увеличением кратности циркуляции ка­ тализатора и его активности, уменьшением продолжи­ тельности работы катализатора и объемной скорости подачи сырья возрастает жесткость процесса. В практи­ ке жесткость процесса оценивается фактором жесткости крекинга — отношением весовой кратности циркуляции катализатора к объемной скорости подачи сырья. Одна­ ко несмотря на некоторое распространение такого метода оценки жесткости крекинга, он не позволяет установить влияние всех параметров процесса.

Х И М И З М И М Е Х А Н И З М КАТАЛИТИЧЕСКИХ П Р Е В Р А Щ Е Н И Й

Химизм реакций углеводородов при каталитическом крекинге в основном сводится к расщеплению их и пе­ рераспределению водорода. В итоге образуются газ и бензин с небольшим содержанием алкенов и бедный во­ дородом кокс, отлагающийся на поверхности катализа­ тора.

Уже первоначальные исследования каталитических превращений углеводородов показали глубокие разли­ чия в реакциях каталитического и термического крекин­ га. В газе каталитического крекинга преобладают про- пан-пропиленовая и бутан-бутиленовая фракции, а в га­ зе термического крекинга — этан-этиленовая фракция и более легкие компоненты. В жидких продуктах ката­ литического крекинга, в отличие от продуктов термиче­ ского происхождения, преобладают изоалканы и арома­ тические углеводороды и меньше содержится алкенов и диенов. Для объяснения причин такой особенности состава продуктов каталитического крекинга рассмот­ рим химизм превращения чистых углеводородов.

Алканы. Низкомолекулярные алканы с числом угле­ родных атомов менее пяти мало изменяются в процессе каталитического крекинга при 500—600°С. Скорость каталитического крекинга алканов возрастает с увели­ чением их молекулярного веса. Так, при 500 °С глубина крекинга нормального бутана, гептана, додекана и цетана составляет соответственно 1, 4, 24 и 51 вес. %.

9