размеров реактора установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора

Определение геометрических размеров реактора установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора

В ВЕДЕНИЕ

Процесс каталитического крекинга применяется в промышленности главным образом для производства из керосиновых и соляровых дестиллатов автомобильного бензина высокого качества. Во многих случаях из бензинов каталитического крекинга получают после их дополнительной обработки основной товарный компонент авиационного бензина — так называемый базовый бензин.

Легкие побочные продукты крекинга — бутан-бутиленовая и пропан-пропиленовая фракции — представляют собой ценное сырье для производства как весьма важных компонентов авиационных и автомобильных бензинов, так и нефтехимических продуктов. Бутан-

бутиленовая фракция является сырьем для алкилирующих и полимеризационных установок; из бутиленов и изобутана на алкилирующих установках получают авиационный алкилат, входящий в состав высококачественных авиабензинов. Пропан и пропилен перерабатывают в этилен и спирты, а нормальный бутан в бутадиен и т. д.

При каталитическом крекинге керосино-соляровых дестиллатов получается больше ценных продуктов и лучшего качества, чем при термическом крекинге. Этим объясняется широкое и быстрое распространение каталитического крекинга в нефтеперерабатывающей промышленности.

За последние годы на нефтеперерабатывающих заводах построено и введено в действие большое число установок каталитического крекинга разной мощности с пропускной способностью от нескольких сотен тонн сырья в сутки до крупных производственных единиц мощностью в несколько тысяч тонн сырья в сутки. Эти установки имеют продолжительные рабочие пробеги и довольно быстро выводятся на нормальный режим, который легко регулируется при изменении качеств сырья, катализатора, и т. д.

Современные промышленные процессы каталитического крекинга возникли не сразу. При их разработке были преодолены значительные трудности и разрешены многочисленные вопросы. К основным из них относились: подбор активных, стойких и достаточно легко регенерируемых катализаторов; разработка конструкций реакторов для проведения процесса крекинга углеводородов; создание регенераторов для выжига кокса, отлагающегося при крекинге в порах твердых частиц катализатора; подбор устройств для транспортировки

консорциум н е д р а

и непрерывной циркуляции катализатора между реактором и регенератором, а также устройств для улавливания катализаторной мелочи,

уносимой рабочими потоками; выбор метода и конструкций для отвода больших количеств тепла, выделяющегося при сжигании кокса на катализаторе, и разработка мероприятий по предохранению последнего от перегрева и порчи. Наряду с внедрением в промышленность про-

цесса каталитического крекинга были также разработаны методы массового производства катализаторов для этого процесса и построены катализаторные фабрики.

На первом этапе развития каталитического крекинга на заводах сооружались установки с неподвижным слоем катализатора в реакторах периодического действия. При работе необходимо часто переключать их с одной операции (крекинга) на другую (регенерацию). Такая система получила название крекинга с неподвижным слоем катализатора.

Современные системы крекинга с циркуляцией катализатора по конструктивному оформлению коренным образом отличаются от системы крекинга с неподвижным слоем катализатора. Современные установки с непрерывно действующими реакторами и регенераторами не только дешевле установок прежних конструкций, но и более гибки в эксплуатационном отношении. (На таких установках процессы крекинга углеводородов и регенерации катализатора могут проводиться как в мягких, так и в жестких температурных условиях, а активность поступающего в реактор катализатора может непрерывно поддерживаться на одном и том же желательном уровне путем ввода в систему свежего катализатора.

I.ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.М ЕСТО, РОЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА В СХЕМАХ НПЗ

Каталитический крекинг, термокаталитическая переработка нефтяного сырья с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы - компонентов высокооктановых бензинов. легкого газойля, углеводородных газов С3-С4 и др.

Каталитический крекинг - один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. 20 в. (США) способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов (Э. Гудри, 1936).

2

консорциум н е д р а

Основное достоинство процесса - большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать практически любые нефтяные фракции в высококачественные продукты; сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием,

гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т. д.

Таким образом, каталитический крекинг — процесс каталитического деструктивного превращения тяжелых дистиллятных нефтяных фракций в моторные топлива и сырье для нефтехимии, производства технического углерода и кокса. Процесс протекает в присутствии алюмосиликатных катализаторов при температуре 450— 530 °С и давлении 0,07—0,3 МПа.

2.СЫРЬЕ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

Внастоящее время сырьем каталитического крекинга служит вакуумный газойль — прямогонная фракция с пределами выкипания

350—500°С. Конец кипения определяется, в основном, содержанием металлов и коксуемостью сырья, которая не должна превышать 0,3 %.

Фракция подвергается предварительной гидроочистке для удаления сернистых соединений и снижения коксуемости. Также у ряда компаний

(UOP, IFP) имеется ряд разработанных процессов каталитического крекинга тяжелых фракций — например, мазута (с коксуемостью до 6-8

%). Так же в качестве сырья используют остаток гидрокрекинга, в качестве компонентов сырья возможно использование деасфальтизатов,

петролатумов, фильтратов обесмасливания гачей.

Примеси в сырье металлов, коксообразующих веществ, а также азотистых и сернистых соединений оказывают отрицательное влияние на каталитический крекинг. Так, при повышенном содержании Ni увеличивается коксообразование - разрушается цеолит катализатора, Na -

заплавляются его поры. Возрастанию отложений кокса способствует также повышение коксуемости сырья. Увеличение содержания азота приводит к дезактивации и снижению селективности катализатора, возрастание содержания соединений серы - к повышению ее концентрации в продуктах крекинга. Поэтому стремятся ограничить коксуемость исходных нефтяных фракций. Один из самых рациональных способов подготовки нефтяных фракций для каталитического крекинга - гидроочистка, позволяющая значительно повысить степень превращения сырья

ивыход бензина, а также снизить коксообразование и содержание серы в продуктах крекинга. В таблице 1 приведены данные по гидроочистке

икаталитическому крекингу в лифт-реакторе тяжелых фракций западносибирской нефти. При каталитическом крекинге обычно около 40%

3

консорциум н е д р а

серы, содержащейся в сырье, превращается в H2S, a 3-4% и 20-28% попадают соответственно в бензиновую фракцию и легкий газойль,

остальное количество - в тяжелый газойль и кокс. Посредством гидроочистки удается, как правило, снизить выбросы с топочными газами из регенератора оксидов серы и ее содержание в бензине (до 0,1%) и легком газойле (до 0,5%).

Продукты каталитического крекинга представлены в таблице 1.

Таблица 1.

4

консорциум н е д р а

Параметры продуктов на выходе

Газ

Газ каталитического крекинга наполовину состоит из непредельных углеводородов, в основном, пропилена и бутенов. Также присутствуют значительные количества изобутана. Благодаря этому бутан-бутиленовая фракция газа используется как сырье процесса алкилирования с целью получения высокооктанового бензина. Пропан-пропиленовая фракция используется для выделения пропилена для производства полипропилена. Ввиду большой суммарной мощности установок каталитического крекинга, доля пропилена, вырабатываемый в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан) используется в качестве топлива в печах заводских установок.

Бензин

В процессе каталитического крекинга вырабатывается высокооктановый бензин с ОЧИ 88-91 пунктов. Кроме того, бензин содержит менее 1% бензола и 20-25% ароматических углеводородов, что дает возможность использовать его для приготовления бензинов согласно последним нормам Евросоюза (Евро-4, Евро-5). Основной недостаток бензина каталитического крекинга - высокое содержание непредельных углеводородов (до 30%) и серы (0,1-0,5%), что очень плохо влияет на стабильность топлива при хранении. Бензин быстро желтеет из-за полимеризации и окисления олефинов и потому не может применяться без смешения с другими бензиновыми фракциями.

5

консорциум н е д р а

По большей части соображения относительно механизмов каталитического крекинга были высказаны на основе учета распределения получаемых продуктов. Крекинг индивидуальных соединений показал, что многие из вторичных реакций протекают очень быстро. Поэтому первичные реакции не ясны и некоторые выводы о природе первичных продуктов, получающихся при каталитическом крекинге, основанные на экстраполяции состава продуктов к нулевому времени реакции, крайне ненадежны. Продукты каталитического крекинга имеют характерные отличия от продуктов, получаемых термическим крекингом, и вполне определенный состав для широкого круга углеводородных смесей,, применяемых в качестве сырья. Продукты каталитического крекинга содержат по сравнению с продуктами термического крекинга мало углеводородов C1 и С2, содержат углеводородные смеси с большим коэффициентом отношения изопарафинов к нормальным парафинам

(превышающим величину этого отношения, вычисленную для термодинамического равновесия при температуре крекинга) и характеризуются высоким содержанием ароматических соединений в вышекипящих фракциях. Значительная часть продуктов крекинга относится к насыщенным углеводородам, что указывает на течение реакции перераспределения водорода.[4]

Используя представление о том, что алюмосиликатные катализаторы содержат значительное количество сильно кислотных участков,

ряд авторов предложил для объяснения образования продуктов, получаемых при каталитическом крекинге, детальные механизмы реакций с промежуточным образованием иона карбония. Реакции, типичные для этих представлений, могут быть пояснены следующими примерами:

7

консорциум н е д р а