книги из ГПНТБ / Суханов, В. П. Переработка нефти учебник

п р и м е р н ы е п о к а з а т е л и р а б о т ы у с т а н о в о к д л я к а т а л и т и ч е с к о г о к р е ­

к и н г а .

Приведенные в табл. 8 данные подтверждают, что возрастание глубины превращения сопровождается увеличением выхода бензи­ на, газов и кокса. Соответственно уменьшается выход каталитиче­ ских газойлей.

Характерно то, что при использовании кристаллических катали­ заторов, особенно если в их составе есть окиси редкоземельных ме­ таллов, тот же и даже более высокий выход бензина достигается при более низких выходах газа и кокса. Это подтверждаем эффек­ тивность их применения.

Вначале своего развития каталитический крекинг был внедрен

впромышленность в виде установок с неподвижным (стационар­ ным) слоем алюмосиликатного катализатора и реакторами периоди­ ческого действия (установки Гудри). Эти установки были очень сложны и управлялись при помощи сложной системы, автомати­ зации.

Рост потребности в высокооктановых автомобильных и авиаци­ онных бензинах потребовал создания новых, более совершенных систем для каталитического крекинга. Установки Гудри были вытес­ нены более экономичными и менее сложными системами с циркули­ рующим катализатором. Широкое распространение получили уста­ новки двух типов. В установках первого типа каталитический кре­ кинг сырья и регенерация катализатора осуществляются в сплош­ ном медленно опускающемся слое шарикового катализатора с диа­ метром шариков 3—5 мм; в установках второго типа процессы ка­ талитического крекинга и регенерации катализатора протекают в кипящем (псевдоожиженном) слое микросферического катализа­ тора.

Большое значение для совершенствования установок с цирку­ лирующим шариковым катализатором имело применение пневмо­ транспорта катализатора, впервые в мире осуществленное в г. Гроз­ ном на установке 43-1. -

В эксплуатации находится много разнообразных установок. Ни­ же будут рассмотреньгнекоторые из них.

Промышленная установка для каталитического крекинга с подвижным шариковым катализатором

Назначение нагревательно-фракционирующей части — нагрев, испарение и смешивание исходного сырья с рециркулирующим ката­ литическим газойлем (последнее при работе с рециркуляцией) и разделение продуктов крекинга. Главное назначение реакторной части — непрерывная подача катализатора в реактор, осуществле­ ние реакций каталитического крекинга, пневмотранспорт катализа­ тора и регенерация закоксованного катализатора.

В иагревательно-фракционнрующей части установки применяют­ ся обычные для нефтеперерабатывающих заводов аппаратура и оборудование. В реакторной части имеется оборудование, специ­ фическое для данной установки.

В

Рис. 83. Принципиальная технологическая схема установки для каталити­ ческого крекинга дистиллятного сырья с подвижным шариковым катализа­ тором:

циркулирующей через змеевики регенератора; 18, 19 — дозаторы для катализатора; 20 — стволы пневмотранспорта; 21 — распределительная решетка; 22 — печь [бункер для све­ жего катализатора с предварительным его нагревом, а также ввод деаэрированной ко­

каталнзаторной крошки (мелочи); XIII — приема воздуха; XIV — вывода нагретого воз­ духа; X V — подачи топлива в топки; XVI — вывода пара; XVII — подачи горячей воды для циркуляции через змеевики регенератора; XVIII — подачи нагретого воздуха в

Реактор предназначен для непрерывного контактирования па­ ров сырья с горячим катализатором. Он состоит из трех частей: верхней — бункера для катализатора (рис. 84), средней — проме­ жуточной емкости 4 (для разгрузки катализатора по линии VI во

162

Рис. 84. Реактор установки для каталитического крекинга с подвижным шариковым катализато­ ром:

/ — переточные трубы; 2 — трубы для отвода паров с колпачками 3; 4 — емкость для катализатора; 5 — на­ порный стояк для катализатора; б — бункер для ката­

устройства; /3 —нижнее распределительное устройство

А /

Рис. 85. Деталь секции для разделения паров и катализатора (см. рис. 84,

10) :

1 — патрубок; 2 —колпачок;

3 — прорезь для вывода паров

163

время остановки установки на ремонт) и реакционной зоны, где протекают реакции крекинга. Деталь секции для разделения паров и катализатора показана на рис. 85.

Регенератор предназначен для осуществления регенерации ка­ тализатора. В регенератор катализатор поступает сверху через бун­ кер 1 (рис. 86) и, спускаясь по рукавам, равномерно распределяется по горизонтальному сечению аппарата, заполненному по всей высо­ те катализатором. Горячий воздух, необходимый для поддержания горения кокса в регенераторе, поступает из двух наружных разме­ щенных по обе его стороны вертикальных воздуховодов в воздуш­ ные короба 2 каждой секции. Воздух, выходя из-под желобов, вхо­ дит в слой катализатора каждой секции, а продукты горения отво­ дятся через газовые короба 3 в дымовую трубу.

Рис. 86. Схема регенератора с конструктивными элементами:

/ — бункер: 2 — воздушные короба (показан воздушный короб второП секции); 3 — газо­ вые короба; -/ — охлаждающие змеевики; 5 — выравнивающее устроЛство; 6 — труба для вывода катализатора из регенератора

164

Для-предупреждения чрезмерного повышения температуры в ре­ генераторе между воздушными и газовыми коробами расположены, начиная с четвертой секции, охлаждающие змеевики 4, в которые подается химически очищенная деаэрированная (лишенная возду­ ха) для предупреждения коррозии вода.

Катализатор после выжига кокса проходит через выравнивающее устройство 5, обеспечивающее равномерное движение катализато­ ра по поперечному сечению регенератора, и затем по трубе 6 отво­ дится из нижней части аппарата к дозатору пневмоподъемника. Назначение нижней секции — охлаждение катализатора до требуе­ мой температуры. Здесь размещается охлаждающий змеевик с боль­ шой поверхностью.

Часть тепла, выделяющегося при сжигании кокса, поглощается водой, непрерывно прокачиваемой через трубы охлаждающих змее­ виков. Во избежание быстрого отложения солей на внутренних по­ верхностях труб змеевиков и их коррозии применяют химически очищенную и деаэрированную (лишенную кислорода) воду, количе­ ство которой должно превышать в 5—6 раз количество образующе­ гося пара, который применяют на этой же и других установках за­ вода.

Бесперебойная эксплуатация регенератора — одно из основных условий нормальной работы установки.

Для нормальной эксплуатации установки необходимо, чтобы со­ держание кокса в катализаторе, поступающем из реактора в регене­ ратор, составляло 1,5—1,8%, а в регенерированном — выходящем из регенератора — не более 0,3%• Температуру в регенераторе надо поддерживать не выше 680° С. Для требуемой глубины регенерации начало горения кокса надо обеспечить с первой секции регенерато­ ра, а выжиг 45—50% кокса следует обеспечивать в 1—4-й секциях регенератора. Это достигается также путем четкого регулирования процесса при помощи подачи воздуха в секции регенератора и воды в его змеевики. Надо следить за тем, чтобы не образовалось боль­ шого количества СО, так как это может привести к ее догоранию

началось догорание (дожиг) СО, то надо срочно выключить реак­ тор, прекратить доступ воздуха в регенератор (сначала в те секции, где наблюдается резкий подъем температуры), а если этого будет недостаточно, дать в пневмоподъемник пар.

Пневмотранспорт катализатора. На установке для каталитиче­ ского крекинга подъем отработанного (из реактора в регенератор) и регенерированного (из регенератора в реактор) катализатора осуществляется смесью воздуха и дымовых газов. Способ передви­ жения сыпучих материалов в виде взвеси в газовоздушном потоке носит название пневмотранспорта.

Система пневмотранспорта на описываемой установке включает: воздуходувки, топки под давлением для нагрева воздуха, воздухо­ воды, загрузочные устройства — дозаторы, стволы пневмоподъемни­

165

ков, сепараторы с циклонами, бункер-подогреватель, катализаторо-

проводы, устройство для удаления мелочи.

' Топки под давлением предназначены для нагрева воздуха, нагне­ таемого в регенератор и пневмоподъемнпки. Каждая топка пред­ ставляет собой горизонтальный аппарат цилиндрической формы, состоящий из камеры сгорания топлива п камеры смешивания, где холодный воздух смешивается с горячими дымовыми газами.

Существует ряд конструкций загрузочных устройств — дозато­ ров. На рис. 87 показана схема дозатора.

Режим работы подъемника поддерживается такой, чтобы ско­ рость движения гранул катализатора не превышала 15 м/с. Даль­ нейшее увеличение скорости вызывает усиленный износ катализато­ ра вследствие интенсивного соударения его гранул и ударов их о стенки. Резкое снижение скорости может привести к прекраще­ нию подъема катализатора и падению его вниз — так называемому

166

завалу катализатора с забивкой дозатора и прекращением циркуля­ ции катализатора.

Дозатор является частью пневмоподъемников катализатора. Ствол подъемника состоит из отдельных звеньев. По высоте ствол имеет два тормозных участка. Торможение движения катализатора достигается увеличением диаметра ствола. Конец ствола входит в бункеры-сепараторы, в которых катализатор отделяется от пыли и смеси воздуха с дымовыми газами. Катализатор поступает в бун­ кер-сепаратор, а катализаторная пыль уносится горячей смесью воз­ духа с дымовыми газами в мультициклоны, которые установлены в верхней части бункеров-сепараторов.

Контроль за нормальной работой системы пневмотранспорта ведется по давлению воздуха в дозаторе.

При циркуляции катализатора в системе происходит частичное разрушение шариков, что приводит к накоплению в циркулирующем потоке мелочи — обломков гранул и фракций катализатора, состоя­ щих из частиц до 2 мм в поперечнике. Практикой установлено, что для обеспечения нормальной работы установки необходимо, чтобы содержание крошки в катализаторе не превышало 1,5%. Повышен­ ное содержание крошки способствует зависанию или завалу ката­ лизатора и нарушению режима, а также увеличению расхода ката­ лизатора.

На рис. 88 представлена схема работы отвеивателя. По линии IV в него поступает часть (регулируется задвижкой 4) закоксованного катализатора (около 5%). Дымовые газы по линии / подаются в сепаратор-отвеиватель 2 и вместе с захватываемой ими катализаториой крошкой (мелочью) поступают в циклонный сепаратор 1, где и происходит их разделение — дымовые газы по линии III сбра­ сываются в атмосферу, а катализаторная мелочь (до 2 мм в попе­ речнике) по линии II направляется в соответствующую тару. Дымо­ вые газы подаются в сепаратор-отвеиватель 2 в таком количестве, чтобы в улавливаемой мелочи содержалось не более 3% катализа­ тора с частицами более 2 мм в поперечнике. Если содержание этой фракции в мелочи увеличивается, то нужно уменьшить количество подаваемых в отвеиватель дымовых газов, и наоборот.

Основная часть закоксованного катализатора сплошным потоком по линии V (справа) поступает в дозатор 3, а оттуда в бункер реге­ нератора и регенератор.

Количество катализаторной мелочи может увеличиваться из-за повышенных скоростей в подъемниках, подачи на установку ката­ лизатора, содержащего влагу (его нужно предварительно подсуши­ вать), а также ускоренного разрушения катализатора из-за его пло­ хого качества или прорыва змеевика в регенераторе и попадания влаги на раскаленный катализатор, что приводит к его разрушению. Наблюдение за работой отвеивателя и анализ катализатора, выво­ димого из системы, позволяют обнаружить накопление мелочи и принять меры для устранения причин, вызвавших разрушение ка­ тализатора.

167

Получение автомобильного бензина осуществляется при работе в одну ступень.

Для получения базового авиационного бензина требуемых качеств применяют двухступенчатый каталитический крекинг. На первой ступени получают моторный бензин с концом кипения 230—240° С, на второй ступени он подвергается каталитической очистке. В процессе каталитической очистки качество бензина улуч­ шается: в нем увеличивается содержание ароматических углеводо­ родов, что способствует повышению его октановых чисел и сортно­ сти, улучшается также стабильность бензина благодаря снижению в нем содержания непредельных углеводородов.

Материальный баланс очистки зав'исит от тех же факторов и приводит к тем же результатам, которые описаны выше для про­ цесса крекинга. Например, при прочих равных условиях процесса с увеличением температуры глубина превращения сырья увеличи­ вается, а с ростом объемной скорости она уменьшается. Так как во второй ступени крекингу подвергается более легкое сырье с концов кипения 230—240° С, режим его по сравнению с первой ступенью бо­ лее жесткий: с более высокой температурой и меньшей объемной скоростью. Вторая ступень крекинга проводится на отдельной уста­ новке или периодически (по мере накопления мотобензина) на той же установке, на которой получали бензин первой ступени.

Надо иметь в виду, что получение компонента авиабензина на заводе приводит к снижению выхода светлых нефтепродуктов, так как сырьем практически служат фракции, выкипающие до 350—360° С, часть их в процессе крекинга превращается в газ, кокс (выжигаемый) и продукты, которые нельзя использовать в качестве

нефтепродукты.

В табл. 9 в качестве примера приведены данные о выходе базо­ вого компонента авиабензина при двухступенчатой переработке раз­ личного сырья на аморфных и кристаллических катализаторах.

Из данных табл. 9 видно, что показатели каталитического кре­ кинга (с получением авиационного бензина) значительно улучшают­ ся при переходе с аморфных на кристаллические катализаторы. Кроме того, выходы компонента авиабензина дополнительно увели­ чиваются при переходе с сырья, полученного из сернистых парафи­ нистых нефтей, на сырье из малосернисгых нефтей (48,1%), осо­ бенно из нафтеновых (53,7%).

Эффективность применения кристаллических катализаторов при переработке сырья, полученного из малосернистых и нафтеновых нефтей, особенно наглядно видна, если сопоставить выход базового компонента авиационного бензина, приняв за 100% выход его при применении аморфного катализатора и переработке сырья, полу­ ченного из парафинистых сернистых нефтей.

168

Т а б л и ц а 9. Примерные данные о выходе базового компонента авиабензина при двухступенчатом каталитическом крекинге

керосино-дизельной фракции

*Катализатор разработан ВНИИ НП и Горьковским опытным заводом.

**Катализатор разработан ГрозНИИ и Ново-Грозненским НПЗ.

***В числителе — показатели первой ступени крекинга, в знаменателе —- вто­ рой ступени.

169

Промышленные установки для каталитического крекинга в псевдоожиженном слое микросферического катализатора

Общие сведения. Промышленные установки этого типа получили широкое распространение в нефтеперерабатывающей промышлен­ ности. Особенностью применяемой системы каталитического крекин­ га на таких установках ядляется то, что процесс превращения уг­ леводородов осуществляется в слое мелких частиц твердого катали­ затора' (от 0 до 220 мкм, основная часть 40—80 мкм), энергично и непрерывно перемешиваемых в реакторе восходящим потоком па­ ров сырья и продуктов реакции. Регенерация катализатора прово­ дится в отдельном аппарате, также в слое взвешенных частиц ката­ лизатора, но в потоке воздуха в смеси с дымовыми газами.

Рассмотрим поведение мелких частиц катализатора при про­ пускании через него снизу вверх потока паров или газа. При неболь­ шой скорости газа или паров не наблюдается заметного перемеши­ вания частиц в слое катализатора. По мере увеличения скорости га­ зового потока частицы начинают отделяться друг от друга и энер­ гично перемешиваться. Образующийся при этом слой катализатора с довольно четко обозначенным уровнем взвешенных в газе твер­ дых частиц напоминает кипящую жидкость. Эту смесь, состоящую из катализатора и газа (или пара), можно подобно жидкости легко перемещать из одного аппарата в другой.

Различают несколько режимов псевдоожижения.

1. Спокойный (ламинарный) режим, при котором начинается пе­ ремещение частиц катализатора. Такой режим устанавливается после того, как скорость потока газа слегка превысит равновесную, при которой масса частиц катализатора уравновешивается давлени­ ем на них потока газа (или паров).

2.Турбулентный режим, при котором частицы начинают энер­ гично перемешиваться и быстро менять положение относительно друг друга, а часть наиболее быстродвижущихся твердых частиц вылетает из псевдоожиженного (кипящего) слоя. Такой режим от­ личается от предыдущего большими скоростями газового потока. Если скорость газа увеличить еще больше, то над плотным кипя­ щим слоем образуется зона с невысокой концентрацией частиц ка­ тализатора, выносимых газовым потоком из этого слоя: уровень ки­ пящего слоя повысится, а плотность его уменьшится.

3.Режим перемещения (пневмотранспорта), возникающий при форсированной подаче газа. При этом образуется однородный слой взвеси твердых частиц в газе. Если скорость такого потока резко снизить, введя его в сосуд большего диаметра, то смесь расслоит­

1 7 0