4. Описание производственного процесса установки 601

Крекинг - это процесс массового расщепления молекул, процесс глубокого, качественного изменения крекируемой смеси с образованием новых соединений, отличающихся от первоначальных по температуре кипения, удельному и молекулярному весам и другим качественным показателям. Процесс крекинга регулируют так, чтобы получить больший выход бензина при меньшем выходе кокса и газа.

Применяемый шариковый цеолитсодержащий с редкоземельными элементами и платиной катализатор ускоряет процесс превращения углеводородов и способствует образованию желательных продуктов крекинга.

Механизм действия катализатора объясняется мультиплетной теорией катализа, разработанной академиком Баландиным. По этой теории поверхность катализатора неоднородна и на ней имеются отдельные активные точки. Несколько таких точек образуют активный каталитический центр- мультиплет.

На таких центрах и протекают химические реакции углеводородов.

Углеводородные молекулы притягиваются к активным центрам и внутри их возникают напряжения, которые и приводят к разрыву связей до образования новых молекул.

Постадийно процесс каталитического крекинга можно представить в следующей последовательности:

1. Поступление сырья к поверхности катализатора (внешняя диффузия).

2. Диффузия ( внутренняя) в поры катализатора.

3. Химосорбция на активных центрах катализатора.

4. Химические реакции на поверхности катализатора.

5. Десорбция продуктов крекинга и непрореагировавшего сырья с поверхности и диффузия из пор катализатора.

6. Удаление продуктов крекинга и неразложившегося сырья из зоны реакции.

При каталитическом крекинге протекают следующие основные реакции:

1. Реакции расщепления углеводородов с образованием более легких молекул:

Например: С₁₆Н₃₄ С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

с повышением температуры процесса скорость распада углеводородов сильно возрастает. Зная это, можно регулировать и направлять процесс до образования желательных продуктов.

2. Реакция дегидрогенизации. По этой реакции от углеводорода отщепляется только атом водорода.

Например: С₇Н₁₄  С₇Н₈ + 3Н₂

метилциклогексан  толуол + водород.

Высвобожденный водород в процессе каталитического крекинга присоединяется к олефиновым углеводородам и насыщает их.

3. Реакция гидрогенизации - процесс присоединения атомов водорода к олефиновым ( ненасыщенным углеродам).

Например: С₈Н₁₆ + Н₂  С₈Н₁₈

октилен октан

4. Реакция изомеризации - изменение взаимного расположения атомов внутри молекулы без изменения числа атомов в молекуле.

Например: Н Н Н Н Н

•    

Н  С-С- С- С -С- Н

•    

Н Н Н Н Н

Н - пентан Н Н Н Н

   

Н  С-С- С- С - Н

   

Н  Н Н

1. пентан Н - С -Н



Н

По своим свойствам i- пентан резко отличается от н- пентана, что объясняется различным структурным строением самой молекулы.

5. Реакция полимеризации - при этой реакции две или несколько молекул олефиновых углеводородов, соединяясь, образуют одну высококипящую молекулу.

Например: С₂Н₄ + С₂Н₄ С₄Н₈

Скорость распада углеводородов парафинового основания с повышением их молекулярного веса возрастает.

Для парафиновых углеводородов характерной реакцией является реакция расщепления, при этом образуется значительное количество углеводородов изостроения, являющихся ценным компонентом авто и авиабензинов.

Для олефиновых углеводородов характерны реакции расщепления и изомеризации. Олефиновые углеводороды крекируются значительно легче парафиновых.

Нафтеновые углеводороды подвергаются крекингу значительно быстрее, чем углеводороды парафинового ряда того же молекулярного веса и по сравнению с ними дают больший выход светлых и меньше кокса и газа.

Нафтеновым углеводородам свойственны реакции дегидрогенизации и образование ароматических углеводородов. Ароматические углеводороды с боковыми цепями крекируются легко, но само бензольное кольцо подвергается крекингу в очень небольшой степени. Все эти соединения, кроме олефиновых содержатся в газойлях прямой перегонки нефти, которые и являются сырьем для установок каталитического крекинга.

Процесс каталитического крекинга проводится в адибатических условиях в паровой фазе, при температуре 430-490С и невысоком избыточном давлении - не более 0,69 кгс/см², а процесс регенерации катализатора - в атмосфере воздуха при температуре до 730С . Оптимальные условия процесса зависят от природы перерабатываемого сырья, желательной глубины его превращения, требований, предъявляемых к продуктам крекинга, допустимого расхода и активности катализатора, производительности регенератора и т.д.

Обычно на каждую тонну, поступающего в реактор сырья, вводится 1,4-2,0 кг катализатора. Схема циркуляции катализатора между реактором и регенератором представляет собой контур «Опрокинутой восьмерки». Транспортирующим агентом служит воздух в смеси с продуктами сгорания топлива и водяным паром.

Для восполнения потерь катализатора и поддержания его равновесной активности на требуемом уровне в циркулирующий поток периодически вводится свежий катализатор, предварительно подогретый и обезвоженный в подогревателе. В практике работы сырье на установке КК крекируют до разной глубины превращения. За показатель глубины каталитического крекинга принимают суммарный выход бензина, газа и кокса. Обычно этот показатель не превышает 50-55% на сырье.

Выход продуктов КК зависит от глубины превращения, свойства сырья и условия проведения процесса.

Крекинг сырья протекает с поглощением тепла.

На 1 кг сырья расходуется от 40 до 65 ккал тепла. В случае, когда все свежее сырье вводится в реактор и не смешивается с рециркулирующим каталитическим газойлем, суммарный расход тепла на нагрев, испарение и осуществление процесса крекинга составляет 350-400 тыс.ккал на 1т крекируемого сырья.

Часть тепла сырье получает в теплообменниках и змеевиках трубчатой печи, а недостающее количество тепла сообщается ему регенерированным катализатором.

В качестве катализатора крекинг-процесса, как уже было сказано, применяется пористый цеолитсодержащий с редкоземельными элементами и платиной катализатор в виде шариков  2,5-5мм; в массе катализатор представляет собой сыпучий материал, легко транспортируемый потоком воздуха, нагретого до температуры не выше 600С.

Процесс крекинга сопровождается отложением на развитой поверхности катализатора кокса, который сжигается при контролируемых условиях в потоке воздуха в регенераторе.

Газы регенерации - продукты сгорания кокса, легко отделяемые от массы твердых частиц катализатора, отводятся в атмосферу. Регенерированный, в значительной степени освобожденный от кокса, катализатор снова используется в процессе крекинга. Характерной особенностью процесса является частая регенерация катализатора и многократное его использование.

Процесс каталитического крекинга сырья осуществляется в реакторе Р-1, а процесс регенерации катализатора - в регенераторе Р-2.

Между этими аппаратами непрерывно циркулирует катализатор: регенерированный поступает в реактор, а отработанный - в регенератор.