Каталитический крекинг с предварительной гидроочисткой

Переработка нефти и газа. Каталитический крекинг с предварительной гидроочисткой

ВВЕДЕНИЕ

Процессы каталитического крекинга получили наибольшее развитие в США, где удельный вес их в 1999 г. составил 34,2 % от первичной переработки нефти, причем на некоторых НПЗ этот показатель достигает свыше 50 %. Доля этого процесса на НПЗ других развитых капиталистических стран составляет 10-15 % масс.

Еще в 1919-20-х гг. академиком Н.Д.Зелинским была предложена идея по осуществлению низкотемпературного каталитического крекинга (≈200 °С) нефтяного сырья на хлориде алюминия. На основе этих работ была создана и испытана опытная установка по получению бензина. Однако в силу существенных недостатков хлорида алюминия как катализатора (сильная коррозия аппаратуры, большой расход катализатора вследствие образования комплексных соединений с углеводородами, периодичность процесса и др.) эта идея не нашла промышленного внедрения.

Первая промышленная установка по каталитическому крекингу керосино-газойлевых фракций была пущена в США в 1936 г., которая представляла собой периодически регенерируемый процесс со стационарным слоем катализатора из природной глины. В 1940 г. природная глина была заменена на более активный синтетический гранулированный алюмосиликатный катализатор (установки Гудри). В 1942 г. промышленный процесс каталитического крекинга переводят на непрерывную схему с применением шарикового катализатора, циркулирующего между реактором и регенератором (зарубежные установки термофор, гудрифлоу, гудрезид, отечественные с 1946 г. типа 43-1, 43-102}, В последующие годы возникли и нашли широкое промышленное внедрение более совершенные установки каталитического крекинга с кипящим (псевдоожиженным) слоем микросферического

2

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »

катализатора (зарубежные установки флюид, модели I, II, III и IV, Ортофлоу, модели А,В и С; отечественные установки типа 1-Б, I-A, 43-103, 43-104 и ГК-3).

Решающее значение для дальнейшего усовершенствования и интенсификации установок каталитического крекинга сыграли разработка в 1962 г. и промышленное внедрение цеолитсодержащих алюмосиликатных катализаторов, более высокие активность, селективность и термостабильность которых позволили существенно увеличить выход бензина, а также разработать и внедрить (1971 г.) высокоинтенсивные технологии каталитического крекинга с прямоточным реактором - с восходящим потоком микросферического катализатора в так называемом лифт - реакторе (отечественные установки Г-43-107 и КТ-1, зарубежные типа ЮОП, Р-2-Р, Эйч-Оу-Си и др.).

Современные высокопроизводительные нефтегазоперерабатывающие производства оснащены сложными по конструкции аппаратами и машинами, способными функционировать в условиях низких температур, глубокого вакуума и высоких давлений (до 20 МПa при гидрокрекинге нефтяного сырья) и часто в агрессивных средах. Промышленная переработка нефти на современных НПЗ осуществляется путем сложной многоступенчатой физ. и хим. переработки на отд. или комбинированных технологических установках, предназначенных для получения большого ассортимента нефтепродуктов. Перед переработкой поступающая с промыслов нефть с содержанием солей 100-700 мг/л и воды менее 1% масс. подвергается на НПЗ глубокой очистке от солей до содержания менее 3 мг/л и от воды до менее 0,1% масс. на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Технологические процессы НПЗ подразделяются на: физические (т.е. первичные) и химические (вторичные).

Физическими процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) или удаление из фракций или остатков нефти нежелательных

3

Консорциум « Н е д р а »

групповых химических компонентов. В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов. Хим. процессы на современных НПЗ подразделяются:

1)по способу активации хим. реакций - на термические и каталитические;

2)по типу протекающих в них химических превращений - на деструктивные, гидрогенизации и окислительные.

Головным процессом переработки нефти (после ЭЛОУ) является атмосферная перегонка, на которой отбираются топливные фракции (бензиновые, осветительного керосина, реактивного и дизельного топлив) и мазут, используемый либо как компонент котельного топлива, либо как сырье для последующей глубокой переработки. Топливные фракции атмосферной перегонки далее подвергаются облагораживанию (гидроочистке от гетероатомных соединений), а бензины - каталитическому риформингу с целью повышения их качества или получения индивидуальной ароматичности углеводородов-сырья нефтехимии: бензола, толуола, ксилолов и др. Из мазута путем вакуумной перегонки получают широкую фракцию (350-500оС) вакуумного газойля - сырья для последующей переработки на установках каталитического крекинга или гидрокрекинга с получением компонентов моторных топлив, узкие дистиллятные масляные фракции, направляемые далее на последующие процессы очистки (селективная очистка, депарафинизация и др.). Остаток вакуумной перегонки - гудрон - служит при необходимости для остаточных масел или как сырье для глубокой переработки с получением дополнительного количества моторных топлив, нефтяного кокса, дорожного и строительного битума или же в качестве компонента котельного топлива. Из химических процессов наибольшее распространение получили гидроочистка, риформинг и каталитический крекинг.

4

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества — основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. Решение этих задач в условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки нефти. Большое значение приобрели вторичные и, особенно, каталитические процессы. Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения таких процессов, как каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидроочистка, алкилирование и изомеризация, а в некоторых случаях — гидрокрекинг.

Каталитический крекинг представляет собой современный процесс превращения высококипящих нефтяных фракций в базовые компоненты высококачественных авиационных и автомобильных бензинов и в средние дистиллятные фракции—газойли. Промышленные процессы основаны на контактировании сырья с активным катализатором в соответствующих условиях, когда 40-50 вес.% исходного сырья без рециркуляции превращается в бензин и другие легкие продукты. В процессе крекинга на катализаторе образуются углистые отложения, резко снижающие его активность, в данном случае крекирующую способность. Для восстановления активности катализатор регенерируют. Наибольшее распространение получили установки с циркулирующим катализатором в движущемся потоке и псевдоожиженном, или кипящем, слое.

Место процесса в схеме НПЗ

5

Консорциум « Н е д р а »

» а р д е Н « Консорциум

6

Основное сырье - вакуумный газойль (350-500оС), фракции, выкипающие выше 350-500оС - мазут, гудрон, поступающие с установки ЭЛОУ-АВТ.

На выходе из установки каталитического крекинга получаются:

1)Газ, поступающий в топливную сеть;

2)Бензин, преимущественно идущий на получение автобензина;

3)Легкий газойль, поступающий на гидроочистку дизельных топлив;

4)Тяжелый газойль, поступающий как котельное топливо;

5)Сероводород, как побочный продукт идет на производство серы.

6)Фракция 280-420 0С, поступающая на производство технического углерода

7)Головка, идущая на установку ГФУ непредельных углеводородов.

1 НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА

Каталитический крекинг является одним из наиболее распространенных процессов в нефтеперабатывающей промышленности и способствует углублению переработки нефти.

Целевое назначение процесса - получение высококачественного бензина с октановым числом 90-92 (ИМ). При каталитическом крекинге образуется много газа, богатого бутан-бутиленовой фракцией (сырье для производства алкилата - высокооктанового компонента бензина). Каталитический крекинг поставляет сырье также для химической промышленности: из газойлей каталитического крекинга получают сажевое сырье и нафталин; тяжелый газойль может служить сырьем для производства высококачественного "игольчатого" кокса.

Отличием каталитического крекинга от термического в связи с наличием катализатора служит скорость процесса. Средняя температура в реакторе каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора 490-500оС, в реакторах лифтного типа - 530-540оС. Продолжительность контакта сырья и катализатора 2-4 с.

Состав продуктов КК имеет особенности: бензин содержит много изопарафинов и аренов; газ - тяжелый, много изобутана и олефинов С3 - С4; газойли богаты полициклическими аренами. Это объясняется, во-первых, ионным

7

Консорциум « Н е д р а »

механизмом реакций каталитического крекинга и во-вторых, селективным ускорением реакций катализатором, в частности реакций изомеризации олефинов.

Каталитический крекинг - гетерогенный катализ. Реакции идут на границе двух фаз (твердая - катализатор; паровая (жидкая) - сырье).

3 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Вкаталитическом крекинге выделяют 5 основных факторов влияющих на процесс в целом и материальный баланс:

1.качество катализатора;

2.качество сырья;

3.температура;

4.объемная скорость подачи сырья;

5.кратность циркуляции катализатора.

Из них к нерегулируемым относят качество сырья, качество катализатора. Например, его индекс активности. Индекс активности катализатора крекинга определяется выходом бензина из стандартного сырья на модельной установке.

К регулируемым относят, те факторы, которые входят в кинетическое уравнение (или математические модели) химико-технологических процессов, т.е. температура, кратность циркуляции катализаторы и объемная скорость подачи сырья.

3.1 Кратность циркуляции катализатора

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

8

Консорциум « Н е д р а »

Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:

«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»

Консорциум « Н е д р а »