Министерство образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет экономики и управления в нефтегазохимическом комплексе и экологической безопасности

Кафедра экономики и менеджмента в нефтегазохимическом

комплексе

Учебная практика по дисциплине

«Технология переработки нефти и газа»

Тема: Углубленная переработка нефти: каталитический крекинг.

Выполнили: Тридуб Наталья Евгеньевна

Николаева Валерия Владимировна

студент 3 курса 4 года 10 мес. спец. 080502/Н

Группа 2601

Преподаватель: Саламатова Елена Валентиновна

Должность: кандидат технических наук, доцент.

Оценка: _________Дата: ___________

Подпись: _______________

Санкт-Петербург, 2012г.

Содержание

1. Введение

2. Общие сведение о катализе и катализаторах

2.1 Энергетика и химическая природа катализа

3. Значение и назначение процесса

   1. Сырье каталитического крекинга

   2. Подготовка сырья каталитического крекинга

   3. Катализаторы крекинга

4. Механизм и химизм каталитического крекинга

5. Технологические параметры каталитического крекинга

   1. Кратность циркуляции катализатора

6. Типы реакторов

7. Технологическая схема установки каталитического крекинга

8. Современные и перспективные процессы каталитического крекинга

9. Список литературы

1.Введение

Каталитический крекинг появился в США в начале 40-х годов и за истекшие годы неузнаваемо усовершенствовался. Сейчас это самый массовый процесс получения высокооктанового бензина, газа для синтеза алкилбензина - компонента дизельного топлива и сырья для получения технического углерода. Поэтому он является базовым процессом в схемах глубокой переработки нефти.

В самой крупной нефтяной державе - США в настоящее время работает бо­лее 140 установок каталитического крекинга общей мощностью около 200 млн т/год, т.е. 30 % от мощ­ности печной перегонки нефти. Россия пока значительно отстает в этом от­ношении и имеет мощности каталитического крекинга, составляющие примерно 6 % от мощности первичной перегонки нефти. Отсюда и разница в глубине переработки нефти: в США она составляет около 85 %, а в нашей стране - около 60%[1].

Процессы каталитического крекинга являются традиционными процессами обеспечивающими многотонное производство высококачественных автомобильных бензинов и углеводородных газов - ценного сырья для промышленности нефтехимического синтеза. Поэтому интенсификация существующих процессов и создание новых более эффективных, является важной проблемой отечественной и зарубежной промышленности[3].

2. Общие сведение о катализе и катализаторах

Катализ (этот термин впервые был предложен шведским химиком Берцелиусом в 1835 г.) является исключительно эффективным методом осуществления в промышленности химических превращений. В настоя­щее время до 90 % всей химической продукции мира изготавливается каталитическим путем. От развития катализа в значительной степени зависит технический прогресс химической, нефтехимической, нефте­перерабатывающей и других отраслей промышленности.

Катализ — многостадийный физико-химический процесс изби­рательного изменения механизма и скорости термодинамически воз­можных химических реакций веществом-катализатором, образующим с участниками реакций промежуточные химические соединения.

Различают положительный катализ — увеличение скорости реакции под влиянием катализатора — и отрицательный катализ, приводящий к уменьшению скорости химического превращения. При положитель­ном катализе промежуточное взаимодействие реагирующих веществ с катализатором открывает новый, энергетически более выгодный (т. е. с меньшей высотой энергетического барьера), по сравнению с тер­молизом, реакционный путь. При отрицательном катализе, наоборот, подавляется (ингибируется) быстрая и энергетически более легкая стадия химического взаимодействия. Следует отметить, что под термином «катализ» подразумевают преимущественно только положи­тельный катализ.

Важной особенностью катализа является сохранение катализато­ром своего состава в результате промежуточных химических взаимо­действий с реагирующими веществами. Катализатор не расходуется в процессе катализа и не значится в стехиометрическом уравнении сум­марной каталитической реакции. Это означает, что катализ не связан с изменением свободной энергии катализатора и, следовательно, ката­лизатор не может влиять на термодинамическое равновесие хими­ческих реакций. Вблизи состояния равновесия катализатор в равной степени ускоряет как прямую, так и обратную реакции. При удалении от состояния равновесия это условие может и не выполняться. То, что катализатор не участвует в стехиометрическом уравнении реакций, не означает абсолютной неизменности его состава и свойств. Под влиянием реагентов, примесей, основных и побочных продуктов реакций, циркуляции и температуры катализатор всегда претерпевает физико-химические изменения. В этой связи в промышленных ката­литических процессах предусматриваются операции замены, периоди­ческой или непрерывной регенерации катализатора.

Следующей важной особенностью катализа является специфич­ность действия катализатора. Нельзя рассматривать каталитичес­кую активность как универсальное свойство катализатора. Многие катализаторы проявляют каталитическую активность в отношении одной или узкой группы реакций. Для каждой реакции целесообразно использовать свой наиболее активный и селективный катализатор.

Классификация катализа и каталитических реакций. По агрегат­ному состоянию реагирующих веществ и катализатора различают гомо­генный катализ, когда реагенты и катализатор находятся в одной фазе, и гетерогенный катализ, когда каталитическая система включает не­сколько фаз. В нефтепереработке гетерогенный катализ, особенно с твер­дым катализатором, распространен значительно больше, чем гомогенный.

По природе промежуточного химического взаимодействия реагирую­щих веществ и катализатора катализ принято подразделять на следу­ющие три класса:

1. гемолитический катализ, когда химическое взаимодействие проте­кает по гомолитическому механизму;

1. гетеролитический катализ — в случае гетеролитической природы промежуточного взаимодействия;

3)бифункциональный (сложный) катализ, включающий оба типа хи­мического взаимодействия. Ценность этой классификации заключается в том, что именно при­рода промежуточного химического взаимодействия, а не агрегатное со­стояние реакционной системы определяет свойства, которыми должен обладать активный катализатор. Так, при гомолитическом катализе раз­рыв электронных пар в реагирующем веществе обычно требует большой затраты энергии. Для того чтобы тепловой эффект, а следовательно, и энергия активации этой стадии не были бы слишком большими, одно­временно с разрывом электронных пар должно протекать и образование новых электронных пар с участием неспаренных электронов катализатора.

По гомолитическому, преимущественно так называемому электрон­ному катализу протекают реакции окислительно-восстановительного типа: гидрирования, дегидрирования, окисления и восстановления в производстве элементной серы, паровой конверсии углеводородов в производстве водорода, гидрирования окиси углерода до метана и др.

Каталитической активностью в отношении таких реакций обладают переходные металлы (с незаполненными d- или f-оболочками) первой подгруппы (Сu, Ag) и восьмой группы (Fe, Ni, Co, Pt, Pd) периодичес­кой системы Д. И. Менделеева, их окислы и сульфиды, их смеси, а также карбонилы металлов.

Гетеролитический или так называемый ионный катализ, имеет мес­то в каталитических реакциях крекинга: изомеризации, циклизации, алкилирования, деалкилирования, полимеризации углеводородов, де­гидратации спиртов, гидратации олефинов, гидролиза и многих других химических и нефтехимических процессах.

К катализаторам ионных реакций относят жидкие и твердые кислоты и основания (по этому признаку гетеролитический катализ часто назы­вают кислотно-основным): H₂SO₄, HF, HCl₁, Н₃РО₄, HNO₃, СН₃СООН, AlCl₃, BF₃, SbF₃, окислы аюминия, циркония, алюмосиликаты, цеолиты, ионообменные смолы, щелочи и др.

Гетерогенные катализаторы. Под термином «гетерогенный ката­лизатор» подразумевают обычно твердый катализатор, нашедший пре­имущественное применение в каталитических процессах химической технологии.

Гетерогенные катализаторы должны удовлетворять определенным требованиям технологии каталитического процесса, основные из которых следующие:

1. высокая каталитическая активность;

2. достаточно большая селективность (избирательность) в отношении целевой реакции;

3. высокая механическая прочность к сжатию, удару и истиранию;

4. достаточная стабильность всех свойств катализатора на протяжении его службы и способность к их восстановлению при том или ином методе регенерации;

5. простота получения, обеспечивающая воспроизводимость всех свойств катализатора;

5. оптимальные форма и геометрические размеры, обусловливающие гидродинамические характеристики реактора;

7) небольшие экономические затраты на производство катализатора. Обеспечение этих требований достигается главным образом при разработке состава и способа получения катализатора. Активность катализатора определяется удельной скоростью данной каталитической реакции, т. е. количеством продукта, образующегося в единицу времени на единицу объема катализатора или реактора.

В подавляющем большинстве случаев в присутствии данного ка­тализатора, помимо основной реакции, протекает еще ряд побочных параллельных или последовательных реакций. Доля прореагировавших исходных веществ с образованием целевых продуктов характеризует селективность катализатора. Она зависит не только от природы катализатора, но и от параметров каталитического процесса, поэтому ее следует относить к определенным условиям проведения реакции. Селективность зависит также от термодинамического равновесия. В нефтепереработке иногда селективность условно выражают как от­ношение выходов целевого и побочного продуктов, например таких, как бензин/газ, бензин/кокс или бензин/газ + кокс.

Стабильность является одним из важнейших показателей ка­чества катализатора, характеризует его способность сохранять свою активность во времени. От нее зависят стабильность работы устано­вок, продолжительность их межремонтного пробега, технологическое оформление, расход катализатора, материальные и экономические за­траты, вопросы охраны окружающей среды и технико-экономические показатели процесса и др.

В процессе длительной эксплуатации катализаторы с определенной интенсивностью претерпевают физико-химические изменения, приво­дящие к снижению или потере их каталитической активности (иногда селективности), т. е. катализаторы подвергаются физической и хими­ческой дезактивации.

Физическая дезактивация (спекание) катализатора происходит под воздействием высокой температуры (в некоторых каталитических процессах) и водяного пара и при его транспортировке и циркуляции[1].