размеров реактора установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора

3. ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЫХОД И КАЧЕСТВО ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА

Результаты каталитического крекинга определяются в целом такими показателями, как глубина превращения (конверсии) сырья, выход целевых продуктов и их качество.

Глубина превращения сырья – это суммарный выход продуктов, отличающихся от исходного сырья фракционным составом. При крекинге традиционного сырья – вакуумного газойля фр. 360–500 °С– таковыми продуктами являются газ + бензин + дизельная фракция

(лёгкий газойль) + кокс. Тяжёлый газойль, выкипающий при тех же температурных пределах, что и сырье, обычно принимают как за непревращённую часть сырья, хотя он отличается от последнего по химическому составу.

К нерегулируемым параметрам каталитического крекинга можно отнести качество сырья, качество катализатора (например, его индекс активности), тип и конструкцию реакционных аппаратов, обеспечивающие заданный в соответствии с проектом технологический режим и производительность по сырью.

Коперативным, то есть регулируемым, относятся обычно те параметры, которые входят в кинетические уравнения (или математические модели) химико-технологических процессов, то есть температура, время контакта и концентрация реактантов. Применительно к рассматриваемому процессу каталитического крекинга оперативными параметрами реактора являются температура в зоне крекинга, время контакта сырья с катализатором, кратность циркуляции катализатора и коэффициент рециркуляции остатка крекинга.

Температура в реакторе. Чем выше температура, тем интенсивнее протекает реакция крекинга, но в какой-то момент количество образующихся газов резко возрастает за счёт уменьшения количества бензина или лёгкого газойля. Оптимальная температура в реакторе определяется экономическими соображениями. Вместо времени контакта на практике более часто употребляется термин «объёмная» или

«массовая скорость подачи сырья» – отношение количества сырья, подаваемого в реактор в единицу времени, к количеству (объёму или массе)

катализатора в реакторе. По существу, обратная функция от объёмной скорости подачи сырья есть время контакта, правда, фиктивное,

поскольку в этих расчётах не учитывается порозность слоя катализатора, иногда и температура.

27

консорциум н е д р а

Кратность циркуляции катализатора – параметр, употребляемый только к каталитическим процессам, осуществляемым с циркуляцией катализатора между реактором и регенератором. Она определяется как отношение количеств катализатора к сырью, подаваемых в реактор в единицу времени. По кинетическому признаку характеризует концентрацию катализатора в реагирующей системе: чем она выше, тем на большей реакционной поверхности катализатора осуществляется гетерогенная каталитическая реакция. Следует добавить, что эта величина влияет и на тепловой баланс реакторного блока.

Давление в системе реактор–регенератор поддерживается практически постоянным для данного типа установок. Повышение давления несколько ухудшает селективность крекинга и приводит к росту газо- и коксообразования.

Реактор каталитического крекинга с псевдоожиженным (кипящим) слоем катализатора.

Как наиболее значимые достоинства реакторов этого типа следует отметить:

•Высокую их удельную производительность;

•Легкость транспортирования микросферического катализатора и регулирования технологического режима;

•Осуществление каталитического процесса в области близкой к чисто кинетической;

•Отсутствие градиента температуры в кипящем слое и некоторые другие.

Как недостатки реакторов с кипящим слоем можно указать на следующие:

•Неравномерность времени пребывания сырья в зоне реакции в результате некоторая часть сырья подвергается чрезмерному крекированию до газа и кокса а другая часть - легкому крекингу;

•Среднее фиктивное время контакта хотя и меньше чем в реакторах с движущимся слоем шарикового катализатора но недостаточно малое (3-15 мин) чтобы обеспечить максимально высокую селективность крекинга.

28

консорциум н е д р а

Реакторы каталитического крекинга перечисленных выше двух типов в последние годы постепенно вытесняются более совершенными типами - прямоточными реакторами с восходящим потоком газокатализаторной смеси (лифт-реактор). По газодинамическим характеристикам этот реактор приближается к реакторам идеального вытеснения (то есть интегрального типа) являющимися более эффективными для каталитического крекинга по сравнению с реакторами с псевдоожиженным слоем катализатора. При этом время контакта сырья с ЦСК благодаря высокой активности снижается в лифт-реакторе примерно на 2 порядка (до 2 - 6 с). Высокая термостабильность современных катализаторов (редкоземельных обменных форм цеолитов или безцеолитных ультрастабильных и др.) позволяет проводить реакции крекинга при повышенных температурах и исключительно малом времени контакта то есть осуществить высокоинтенсивный ("скоростной") жесткий крекинг (подобно процессам пиролиза).

Рисунок 1. Схема реакторного блока отечественных установок каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора: 43103. 1-реактор 2-регенератор; I-сырье II-водяной пар III-воздух IV-продукты крекинга V-дымовые газы.

29

консорциум н е д р а

Сырьё с температурой 350-500°С в смеси с пылевидным катализатором поступает через распределительное устройство создающее псевдоожиженный слой в реакционную зону в которой осуществляется крекинг сырья. Продукты крекинга поступают в сепаратор где завершаются химические реакции и происходит отделение катализатора который отводится из нижней части сепаратора и самотёком поступает в регенератор в котором при температуре 600°С осуществляется выжиг кокса. Циклоны расположенные в верхней части отстойной зоны улавливают катализатор и через соответствующие спускные стояки возвращают его в слой. В отпарных секциях катализатор обрабатывается водяным паром с целью десорбции с его поверхности углеводородов. Восстановленный в регенераторе катализатор возвращается на узел ввода сырья.

Сырье нагретое в печи до 350 °С вводят в поток регенерированного катализатора перед его входом в реактор. Полное испарение и частичное превращение сырья происходят еще до поступления взвеси в псевдоожиженный слой. Отработанный катализатор уходит в нижнюю суженную отпарную секцию-десорбер где из пор закоксованного катализатора отпариваются летучие углеводороды.

30

консорциум н е д р а

Отпаренный закоксованный катализатор транспортируют в регенератор. Чтобы поддержать движение в основание восходящей части линии пневмотранспорта вдувают воздуходувкой часть воздуха направляемого в регенератор для сжигания кокса. Снижение концентрации твердой фазы на этом участке обеспечивает устойчивый транспорт отработанного катализатора.

Регенерированный катализатор возвращается из регенератора в реактор. Пары образующиеся при контакте сырья с катализатором снижают концентрацию твердой фазы; в результате обеспечивается движущий импульс в линии регенерированного катализатора.

Пары продуктов крекинга и сопутствующий им водяной пар покидают псевдоожиженный слой реактора при 490-500 °С и - 0 18 МПа проходят циклонные сепараторы и направляются в ректификационную колонну. Основная масса катализаторной мелочи отделяется в циклонах и возвращается в псевдоожиженный слой; самые мелкие частицы пыли уносятся в ректификационную колонну и отмываются в ее нижней части циркулирующей флегмой образуя шлам. Из колонны выходят два боковых погона. Нижний представляет собой тяжелый каталитический газойль с н. к. = 350°С. Этот продукт можно направить на повторный крекинг в смеси со свежим сырьем. Верхний боковой погон - легкий каталитический газойль с пределами выкипания 195-350 °С. Бензин и газ вместе с водяным паром выходят с верха колонны. В

конденсаторе-холодильнике образуются конденсаты нестабильного бензина и водяного пара расслаивающиеся в газоводоотделителе.

Нестабильный бензин и равновесный с ним жирный газ направляют в систему газофракционирования.

Газы выходящие из регенератора при - 600°С содержат значительные количества оксида углерода и несут большой запас тепла.

Использование этого тепла особенно после дожигания оксида углерода позволяет получить в котле-утилизаторе значительное количество водяного пара при ~4 МПа.

Чтобы обеспечить точность регулировки отвода избыточного тепла из псевдоожиженного слоя в регенераторе в змеевики регенератора подают не воду, а насыщенный пар из увлажнителя. Пар перегревшийся в первой секции змеевиков охлаждают впрыскивая водный конденсат в камеру до требуемой температуры и подают во вторую секцию где он вновь нагревается. По выходе из второй секции пар идет в паровую турбину компрессора углеводородного газа направляемого на газофракционирование.

31

консорциум н е д р а

Для разогрева регенератора при пуске установки имеется топка, где нагревают воздух направляемый в регенератор. Когда температура катализатора в регенераторе достигает 300 °С, топку отключают и подают топливо непосредственно в псевдоожиженный слой регенератора вплоть до выхода на нормальный режим.

На основе исходных данных составим материальный баланс процесса каталитического крекинга и представим в таблице 3.

Таблица 3.

32

консорциум н е д р а

Расход водяного пара для регулирования плотности смеси:

Количество остаточного кокса:

Выход кокса:

33

консорциум н е д р а

Определение размеров реактора

Определение состава газа каталитического крекинга

34

консорциум н е д р а

35

консорциум н е д р а