6.3 Контроль качества катализатора

Качество катализатора в значительной степени предопределяет результаты каталитического крекинга, в том числе и качество получаемых нефтепродуктов.

Наилучшие результаты достигаются при умелом сочетании свойств катализатора с технологическим режимом на установке.

При лабораторном контроле качества катализатора регулярно определяют насыпной вес, содержание кокса на отработанном и регенерированном катализаторе, размеры частиц (фракционный состав), индекс активности и механическую прочность.

Кроме того, катализатор периодически подвергают более подробному исследованию с определением термостойкости, регенерационной способности, содержания натрия и структуры равновесного катализатора (находят величину поверхности и средний диаметр пор).

По результатам анализов следят за изменением качества катализатора в процессе работы. Отдельные показатели, такие как насыпной вес, содержание кокса на катализаторе и его фракционный состав, служат основными данными для уточнения и изменения режима реакторного блока.

По изменению насыпного веса катализатора судят в первом приближении об изменении его фракционного состава и структуры по сравнению с исходной (более точно по величине поверхности и среднего диаметра пор). Увеличение насыпного веса указывает на уплотнение структуры или уменьшение размера частиц катализатора и часто является следствием влияния высоких температур в регенераторе.

Кроме того, определение насыпного веса необходимо для пересчета объемного расхода катализатора в весовой.

В зависимости от результатов анализов проб катализатора из реактора и регенератора на содержание кокса и анализов дымовых газов из секций регенератора принимается решение об изменении технологических режимов в реакторе и регенераторе.

Определение процентного содержания шариков целых, с трещинами и битых, количества шариков диаметром менее 2 мм для систем с подвижным гранулированным катализатором, а также фракционного состава пылевидного катализатора для систем с псевдоожиженным слоем, и определение активности катализатора необходимы для суждения о работоспособности катализатора в системе при данном технологическом режиме.

Ниже кратко описаны методики некоторых анализов катализаторов.

Определение насыпного веса катализатора

Насыпным весом называется вес в граммах 1 см3 катализатора.

Насыпной вес катализатора определяют следующим образом. Катализатор засыпают в мерный цилиндр емкостью 100 см3 п хорошо уплотняют осторожным постукиванием о деревянную подставку, доводя его объем точно до 100 см3, затем взвешивают п, разделив найденный вес катализатора на объем (в данном случае на 100), находят величину насыпного веса.

Для текущего контроля расчет ведут с точностью до трех знаков поело нуля.

Для контроля качества шарикового катализатора, поступающего на установку, перед определением насыпного веса его отсеивают от мелочи и крупных шариков через сита с отверстиями диаметром 2,5 и5 мм.

Определение фракционного состава катализатора

Принцип этого определения заключается в разделении катализатора на несколько частей — фракций путем просеивания через серию сит и взвешивания полученных фракций. Обычно содержание этих фракций в катализаторе выражается в процентах.

В качестве примера приводим определение фракционного состава шарикового катализатора.

От отобранной пробы циркулирующего на установке катализатора (или свежего) берется навеска 30—50 г и помещается на сито с отверстиями диаметром 2 мм с целью отсева фракции с частицами размером меньше 2 мм. Затем непросеянная часть навески переносится последовательно на сита с диаметрами отверстий 3, 3,5 и 4 мм. Полученные в результате просеивания через сита фракции катализатора взвешивают и вычисляют весовой процент каждой фракции во взятой навеске.

Катализатор каждой фракции, за исключением самой мелкой (частицы размером меньше 2 мм), разбирают вручную для определения количества целых и битых шариков. Отобранные целые шарики и бракованные отдельно взвешивают и подсчитывают их процентное содержание в катализаторе.

Определение индекса активности

Индекс активности катализатора определяют на специальной лабораторной установке.

Испытуемый образец катализатора в количестве 100 мл загружается в реактор установки и проводится крекинг в стандартных условиях и на стандартном сырье. Стандартным сырьем служит керосин артемомалгобекской нефти с содержанием нафтеновых углеводородов не менее 47%, выкипающий в пределах 240—360°.

Весовой выход продуктов, отогнанных до 200° в специальной разгоночной аппаратуре от полученной при крекинге широкой фракции, рассчитанный в весовых процентах на исходное сырье, служит основной характеристикой активности катализатора (индекс активности).

Дополнительно определяются выходы в весовых процентах газа, дестиллата и остатка после отгона до 200° С. Кокс и потери определяют суммарно по разности.

Определение индекса активности проводится следующим образом.

В специальный стеклянный реактор загружают 100 мл катализатора и хорошо уплотняют. Реактор вставляют в печь и соединяют с загрузочной бюреткой и конденсатором-холодильником. Через реометр пускают осушенный воздух со скоростью 300 мл/мин и включают электрообогрев. По достижении температуры опыта присоединяют предварительно взвешенный приемник, погруженный в водяную баню. До начала проведения крекинга устанавливают скорость подачи сырья путем регулирования давления воздушной подушки в сырьевой бюретке. Давление регулируется изменением уровней жидкости в регуляторе давления. После того как скорость установлена, временно прекращают подачу воздуха в регулятор давления н бюретку. Когда темпера-тура реактора достигнет заданной, приступают к проведению цикла крекинга.

Условия крекинга: продолжительность подачи сырья 30 мин., температура 450°, объемная скорость 0,7 объема сырья на объем катализатора в час.

Перед началом подачи сырья установку в течение 3 мин. продувают осушенным азотом, после чего подают воздух в сырьевую бюретку. Затем открывают кран впуска сырья в бюретку и одновременно присоединяют газометр. Через 30 мин. подачу сырья прекращают, отмечают и записывают уровень газа в газометре и реактор вновь продувают азотом. Затем удаляют приемник продуктов реакции и начинают регенерацию катализатора. Регене-рация проводится при температуре 550° при продувке воздухом с постоянной скоростью. Продолжительность регенерации 1,5 часа. После окончания регенерации снижается температура до 450° и проводится повторный цикл крекинга.

При определении индекса активности катализатора проводится не менее трех циклов крекинга.

Для определения выхода бензина проводится разгонка дестиллата на специальном аппарате[4].