9.5. Макрокинетика процесса

Процесс каталитического крекинга протекает в несколько стадий:

1. диффузия сырья к поверхности катализатора (внешняя диффузия);

2) проникновение молекул сырья в поры катализатора (внутренняя диффузия;

3) хемосорбция на активных центрах катализатора;

4) химическая реакция;

5) десорбция продуктов процесса из пор катализатора;

6) десорбция продуктов реакции с поверхности катализатора;

7) удаление продуктов крекинга из зоны реакции.

Скорость процесса определяет самая медленная стадия. Она называется лимитирующей. Если таковой является диффузия, то скорость мало зависит от температуры. В этом случае процесс можно интенсифицировать путем увеличения удельной поверхности катализатора, т. е. измельчая его.

Если скорость процесса ограничивает сама химическая реакция, то скорость в большей степени зависит от температуры. Но повышение температуры возможно до определенного предела, после которого процесс переходит в область диффузии.

Если скорость каталитического процесса ограничивается скоростью диффузии (внешней или внутренней), то говорят, что процесс протекает в диф­фузионной области (внешней или внутренней). Напротив, если лими­тиру­ющей стадией является химическая реакция, то процесс осуществляется в кинетической области.

Кинетику процесса на цеолитсодержащем катализаторе описывает уравнение 1-го порядка:

К_эф. = v₀ (1 –X), (9.30)

где К_эф – эффективная константа скорости реакции, моль/сг;

v₀ – скорость подачи сырья;

Х – конверсия (степень превращения) сырья, мольные доли.

Скорость процесса и выход продуктов зависят от химического состава сырья, свойств катализатора, параметров процесса и технологического оформления процесса.

9.6. Промышленный каталитический крекинг

Это один из самых многотоннажных процессов в нефтепереработке. Основной целевой продукт – высокооктановый бензин. Сырьем процесса могут служить тяжелые дистилляты и остатки, выкипающие при темпе­ратурах выше 300 ^оC. Температура процесса 450–530 ^оС, давление 0,3–0,7 МПа. Другие продукты – углеводородный газ, пропан-пропиленовая и бутан-бутиленовая фракции, легкий и тяжелый газойли.

Углеводородный газ С₁ – С₂ (сухой газ) обычно используют внутри НПЗ в качестве технологического топлива. Можно из него выделять этан и направлять в процесс пиролиза с целью получения этилена.

Пропан-пропиленовая фракция – это, прежде всего, сырье, из которого выделяют пропилен, необходимый для алкилирования бензола, полимери­зации, получения изопропилового спирта и т. д.

Фракцию С₄ перерабатывают с целью получения бензина-алкилата, высокооктановых добавок к моторным топливам (МТБЭ, МТАЭ), бутадиена, изопрена, полиизобутилена, ПАВ, каучуков и др.

Бензиновая фракция содержит 25 – 40 % аренов, 15 – 30 % алкенов, 2 – 10 % циклоалканов и 35 – 60 % алканов, преимущественно изостроения. Октановое число такого бензина достигает 92 – 93 по исследовательскому методу. Он наравне с бензином-риформатом является базовым компонентом товарных бензинов.

Легкий газойль (фракция 195 – 350 ^оС) используется как компонент авиакеросина или дизтоплива. Цетановое число такого топлива, полученного из парафинового сырья, достигает 45 – 55. Фракцию 195 – 270 ^оС, получаемую по нефтехимическому варианту, используют как компонент реактивного топлива в качестве флотореагента, а фракцию 270 – 420 ^оС – как сырье для производства технического углерода.

Тяжелый газойль (фракция выше 350 или 420 ^оС) применяют в качестве компонента котельного топлива, направляют на установку коксования или рециркулируют в сырье каталитического крекинга.