ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Преимуществами данного вида крекинга по сравнению с крекингом, в котором используют шариковый катализатор, являются:

—возможность простого регулирования в широких пределах степени превращения сырья и циркуляции катализатора;

—интенсивное перемешивание в реакторе и регенераторе, исключающее местные перегревы и обеспечивающее высокие коэффициенты теплопередачи;

—меньшие энергетические затраты на транспорт катализатора;

—более простые конструкции основных аппаратов.

Особенностьюпроцессаявляетсято,чтокрекингирегенерацияпротекают в кипящем слое катализатора, т.е. в слое взвешенных мелких частиц его, находящихся в постоянном движении. Кипящий слой образуетсяприпропусканиигазовчерезслойкатализатора.Еслискорость газов достаточна, частицы катализатора, отрываясь от слоя, начинают хаотическиперемещаться.Интенсивностьдвижения частици,следовательно, размеры пор между ними определяются скоростью газов. Чем больше скорость, тем больше высота кипящего слоя при одинаковом объеме спокойного катализатора. Пылевидный катализатор в слое становится подвижным подобно жидкости, поэтому такой слой называют также псевдоожиженным.

Дальнейшее увеличение скорости может привести к режиму пневмотранспорта, т.е. к уносу катализатора. При снижении скорости плотностькипящегослояувеличивается,объемуменьшается,икатализатор может прийти в спокойное состояние, при котором пары или газы проходят через пустоты между его частицами, не перемещая их и не перемешивая слоя (такой режим создается, например, в стояках реакторов и регенераторов).

Крекинг в псевдоожиженном слое протекает при температуре 460…510°С и избыточном давлении до 0,18 МПа.Скорость потока катализатора в кипящем слое составляет 0,3…0,75 м/с, причем в 1 м3 смеси содержится 400…660 кг катализатора.

Установкикрекингаскипящимслоемкатализатораработаютпоследующей принципиальной технологической схеме. Нагретое до 400°С сырье смешивают с горячим восстановленным катализатором, ссыпающимся из регенератора через стояк, и направляют смесь в реактор. Поток катализатора, паров сырья и воды равномерно распределяется по сечению аппарата, в котором поддерживают определенную высоту итемпературукипящегослоя.Смесьпаровуглеводородов,полученных в результате реакции, водяных паров и уносимых с ними частиц катализатора, не осевших в отстойной зоне реактора (пустотелой части ап-

704

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

парата), поступает в циклонные сепараторы. В циклонах улавливается катализаторная пыль, возвращаемая по стояку в кипящий слой. Пары из сепараторов направляют в ректификационную колонну.

Закоксованный катализатор из реактора подают в регенератор, где также поддерживается кипящий слой соответствующей высоты. В этом слое происходит выжигание кокса воздухом при температуре 580…650°С. Температуру регулируют путем отбора избыточного тепла установленными в кипящем слое змеевиками пароперегревателя. Регенерированный катализатор вновь направляют в реактор.

Схема реакторного блока определяется взаимным расположением реактора и регенератора, а также системой подачи (транспорта) в них катализатора. От выбранной схемы блока зависит давление в этих аппаратах. Различают четыре основные схемы реакторного блока.

1.Схема с двукратным подъемом катализатора, когда регенератор расположен выше реактора, а катализатор транспортируется в разбавленной фазе. Процесс осуществляется при избыточном давлении 0,15…0,3 МПа в реакторе и 0,5…1,0 МПа — в регенераторе. Регенератор размещают на такой высоте по отношению к реактору, чтобы вес катализатора в спускном стояке обеспечивал преодоление давления

вреакторе. При этом условии катализатор транспортируется непрерывно.

2.Схема с двукратным подъемом катализатора при расположении реактора и регенератора на одном уровне. Реакторный блок работает при одинаковом давлении в обоих аппаратах, что приводит к увеличению расхода энергии на сжатие воздуха.

3.Схема с расположением реактора и регенератора на одном уровне. Катализатор транспортируется в плотной фазе под действием разности весов в нисходящей и восходящей ветвях с учетом столба катализатора внутри аппаратов. Количество циркулирующего катализатора регулируют изменением плотности его в подъемных стояках, для чего варьируют количество подаваемого в стояки водяного пара или воздуха.

4.Схема с соосным расположением реактора и регенератора и однократным подъемом катализатора в разбавленной фазе. По этой схеме реактор может быть размещен над регенератором или под ним

водном блоке.

Недостаток крекинга в кипящем слое заключается в том, что из-за интенсивного перемешивания сырье в реакторе смешивается с продуктами реакции, а восстановленный катализатор в регенераторе – с закоксованным катализатором, т.е. отсутствуют противоток и более

705

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

полная регенерация и обработка катализатора. Поэтому в реакционных устройствах кипящий слой разделен на несколько секций с ограниченным смешением газовой фазы и катализатора в каждой секции.

Реакторы современных установок крекинга с кипящим слоем катализатора представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты сконическимиилиполушаровымиднищамидиаметром2500…12000мм, высотой до 27000 мм. Температура среды в работающем реакторе обычно составляет 450…480°С. Корпус аппарата изготовляют из углеродистой стали или биметалла.

На рис. 6.20 приведена схема реактора, в котором обозначены пять характерных зон: распределения смеси паров сырья и катализатора, реакционная, отстаивания, циклонов и отпарки.

На рис. 6.21 представлена конструкция реактора с такими же характерными рабочими зонами. Он представляет собой цилиндрический аппарат, закрытый сверху и снизу коническими днищами. Диаметр аппарата 5350мм, высота 26400мм. Корпус аппарата внутри изолирован шлаковатой и покрыт футеровкой из огнеупорного кирпича, облицованной листовой сталью. Верхнее днище реактора также футеруют огнеупорным кирпичом, подвешиваемым за тавровые балки, приваренные к корпусу.

Смеськатализаторассырьемподаютподраспределительноеустройство реактора — равномерно перфорированную решетку с отверстиями диаметром 35…50 мм. Решетка подвержена интенсивной эрозии и поэтому изготовлена из листовой хромомолибденовой стали толщиной 20…40ммилиизуглеродистойстали,агильзыкотверстиямвыполнены из хромомолибденовых сталей. Решетка служит для равномерного распределенияпотокасырьяикатализатораповсемупоперечномусечению

реактора. Площадь перфорации составляет 5…6% площади решетки.

Распределительное устройство крепится к конусной опоре и свободно опирается по периферии наопорноекольцо,приваренноеккорпусуаппарата. Это обеспечивает свободную компенсацию температурных деформаций. Смесь из транспортной линиипоступаеткрешеткечерезконическуюворонку (расширитель), также несколько выравнивающую поток до решетки.

Рис. 6.20. Схема реактора с пылевидным катализатором:

1 — зона распределения сырья и катализатора; 2 — реакционная зона; 3 – отстойная зона; 4 — циклоны; 5 — отпарная зона; I — сырье и катализатор;

II — продукты реакции; III — вывод катализатора, IV — водяной пар

706

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В нижней части реактора путем установки над решеткой вертикальной перегородки образуют отпарную зону (секцию), в которой отработанный катализатор продувают перегретым водяным паром для удаления из него паров углеводородов. Перегородку снабжают несколькими рядами горизонтальных прорезей, через которые катализатор перетекает в зону отпарки вследствие большой плотности кипящего слоя реакционной зоны. Это препятствует движению отпаренных углеводородов в реакционную зону или к стоякам. Пар для продувки катализатора вводят по штуцеру в нижнем конусном днище с помощью форсунок. Иногда отпарные секции выносят за аппарат.

Реакционная зона является пустотелой частью аппарата. Иногда для ограничения внутренней циркуляции сырья и катализатора здесь размещают трубные решетки.

Высота зоны отстаивания обычно не менее 4,5 м, чтобы увлеченные парами мелкие частицы катализатора успели осесть и снова попасть в кипящий слой, высоту которого поддерживают в пределах 6…8 м.

Пары вместе с не осевшей в отстойнойзонекатализаторнойпылью,поднимаясьвверх,поступаютвдвухступенчатый батарейный циклонный сепаратор, состоящий из восьми циклонов (по четыре в каждой ступени). В каждом циклоне можно установить самостоятель-

ныйстоякдлявозвращенияотсепарированногокатализаторавкипящий слой. Учитывая, что в циклонах второй ступени улавливается меньше катализатора, выходные трубы их объединяют в общий бункер с одним стояком. Концы стояков, погруженные в кипящий слой, снабжают кла-

707

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

панами-хлопушками, предотвращающими прорыв паров из этого слоя

встояки.Циклонныебатареисостоякамиподвешиваютвверхнейчасти аппаратазаэлементы,приваренныеккорпусу.Стоякициклоновприкрепляюткнемутягами,непрепятствующимисвободнойкомпенсациитемпературныхдеформаций.Парыизциклоновнаправляютвсборнуюкамеру реактораипошлемовымтрубамотводятвректификационнуюколонну.

Отработанный катализатор, на поверхности которого содержится 1,1…1,3% кокса, удаляют из аппарата через нижний штуцер и стояк. Трубопроводы для подвода к реактору и отвода от него сырья, продуктов реакции и катализатора имеют диаметр до 1 м. Эти трубопроводы необходимо присоединять к корпусу таким образом, чтобы температурные деформации их не передавались аппарату. На рис. 6.22 показан вариант такого соединения, предусматривающий установку линзового компенсатора на штуцеры и гильзовый ввод трубы.

Все внутренние устройства реактора работают в условиях высоких температур при сильной эрозии потоком катализатора, поэтому их изготовляют из сталей марок 08X13 и 1Х18Н9Т.

Рабочие параметры. Основными эксплуатационными показателями реактора являются температура и давление. Средняя температура

вреакционной зоне определяется количеством введенных в аппарат сырья и катализатора, их температурой и свойствами. Температурный режимработыреактораприпостоянныхсырьеикатализаторерегулируют изменением температуры предварительного нагрева сырья и кратности циркуляции катализатора.

708

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6 мм. Футеровка верхнего конического днища выполнена из подвесных кирпичей. Применяют внут-

реннюю изоляцию корпуса регенератора торкрет-бетоном. Для этого ккорпусупривариваютшпильки,устанавливаютсетчатуюметаллическую арматуру и наносят слой бетона толщиной 175 мм. Бетонный слой покрывают экранирующей сеткой и слоем торкрет-бетона толщиной

25… 30 мм.

709

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Все внутренние устройства регенератора выполняют из стали марки 1Х18Н9Т. Отработанный катализатор поступает в нижнюю часть аппарата по трубе диаметром 800 мм с коническим диффузором, расширяющимся в сторону распределительной решетки. Воздух подают

вслой катализатора через кольцевые прямоугольные короба, снабженныеперфорированнымиверхнимилистами(диаметротверстий10мм). Короба устанавливают в кольцевом участке между корпусом и распределительной решеткой.

Втечение одного часа в кипящем слое регенератора выжигают 1500…1600 кг кокса. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла, избыток которого (1,4…1,6 кВт) отнимают пароводяной смесью, прокачиваемой через охлаждающий трубный змеевик. Этот змеевик, состоящий из нескольких самостоятельно выключаемых секций, располагают вертикально по периферии корпуса на определенном участке (в псевдоожиженном слое).

Размеры кольцевых трубных коллекторов секций — 219 ×8 мм, теплообменных труб — 60×6 мм.

Вкорпусе регенератора ниже пароводяных коллекторов размещены форсунки для разогрева аппарата и катализатора в начале пуска установки.

Газы реакции (дымовые газы) вместе с частью увлеченного потоком катализаторапоступаютвдвухступенчатыйциклонныйсепаратор,подвешенныйвверхуаппарата.Сначалагазынаправляютвшестьциклонов первой ступени. Отсепарированный в них катализатор собирают в три бункера (один бункер на два циклона) и по их стоякам возвращают

вкипящийслой.Далеегазыпроходятчерезшестьциклоноввторойступени,гдедоочищаютсяоткатализатора,поступающеговобщийбункер, и также возвращаются по стояку в псевдоожиженный слой.

При правильном подборе режима выжигания кислород воздуха используется полностью. Если в газах регенерации содержится свободный кислород, то в верхней части аппарата окись углерода полностью окисляется до двуокиси углерода и температура среды резко повышается. Чтобы не допустить дезактивации катализатора и предохранить внутренниеустройстваотвоздействиявысокойтемпературы,вкорпусе регенератора,нескольконижециклонов,устанавливаютпоокружности форсунки, а над циклонами — кольцевой перфорированный коллектор для подачи охлаждающего конденсата. Следует избегать подачи большого количества воды, чтобы предотвратить увеличение уноса катализатора и повышение механического износа циклонов.

Газы, очищенные от катализатора, из циклонов поступают в сбор- нуюкамеру,реактора.Отсюдачерезкотел-утилизатор,гдеиспользуется

710

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

их тепло, газы направляются на доочистку в увлажнитель и электрофильтр и выводятся по дымовой трубе в атмосферу. Восстановленный катализатор удаляют из регенератора через воронку, расположенную на 1500 мм выше распределительной решетки. Содержание кокса на регенерированном катализаторе составляет 0,2…0,3% при кратности его циркуляции 4…5. Режим работы аппарата обусловливается содержанием кокса на поверхности катализатора, количеством подаваемого воздуха и циркулирующего катализатора и др.

Воздух в регенератор поступает из транспортной линии (20%)

ичерез распределительные короба (80%). Количество воздуха должно быть достаточным для выжигания нужного количества кокса. При этом необходимо, чтобы кольцевые короба были загружены одинаково

икак можно более равномерно распределяли воздух по сечению слоя регенерируемогокатализатора.Сувеличениемподачивоздухаповышается унос катализатора дымовыми газами и возрастает износ циклонов

истояков.

Важным показателем работы регенератора является кратность циркуляции катализатора. Чем она больше, тем меньше температура в регенераторе. Однако значение ее ограничивается соображениями экономичности процесса.

Высотакипящегослояврегенератореобычносоставляет3…5м.При повышенииуровняпсевдоожиженногокатализатораувеличиваетсяего унос с дымовыми газами, нагрузка циклонных сепараторов и электрофильтра.

На тех установках каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора,накоторыхреактор и регенераторразмещены один над другим в общем блоке, катализаторопроводы могут быть внешними или установленными внутри блока. В последнем случае отпадает необходимость в катализаторопроводах с изогнутыми участками, что очень важно для уменьшения их износа. Если реактор расположен над регенератором, то транспортирующим агентом для катализатора является сырье; при размещении регенератора над реактором для этой цели используют воздух.

Пуск, нормальная эксплуатация и остановка реакторных бло-

ков. После тщательного внутреннего и внешнего осмотра аппаратов, трубопроводов, дозирующих и питающих устройств, арматуры и т.д. приступают к постепенному разогреву системы нагретым воздухом.

Воздух поступает в систему под давлением из топки, куда он нагнетается турбовоздуходувкой. Температуру газов на выходе из топки повышают постепенно, со скоростью примерно 30…40°С в час. Более

711

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

форсированное повышение температуры вызывает деформацию аппаратов и трубопроводов, что может нарушить герметичность системы, особенно в местах сопряжения отдельных деталей. При температуре 200…250°С открывают задвижки на линиях, ведущих к реактору и регенератору,изакрываютзадвижкуналиниисбросаватмосферу.Воздух поступает в реактор и регенератор в восходящем направлении через пневмопроводы и воздушные трубопроводы, а выводится через выхлопные линии на шлемовых трубах (из реактора) и дымовую трубу (из регенератора).

Одновременно с разогревом аппаратов и трубопроводов в змеевики регенератора начинают подавать водяной пар из пароперегревателя.

Когда температура в аппаратах достигает 280… 310°С, начинают загрузку реактора катализатором из загрузочного бункера. Загрузку производят при полностью открытых верхних (запасных) клапанах; регулировку же подачи катализатора осуществляют нижними (рабочими) клапанами.

При загрузке следят за температурой газов в электрофильтре и не допускают ее уменьшения ниже 110°С.

Подачу воздуха во все транспортные линии доводят до нормального количества,установленноготехнологическойкартой.Концентрациякатализатора в транспортных линиях не должна превышать допустимой; ее регулируют задвижкой на стояке для перепуска катализатора из бункеравуказанныелинии.Одновременноналаживаюттакженормальную подачу воздуха в распределительные короба регенератора.

После завершения загрузки на участке от бункера до транспортной линии регенератора загрузочную линию продувают и начинают подавать катализатор из бункера в регенератор. Скорость загрузки должна быть такой, чтобы температура в аппарате не падала ниже 150°С.

В систему загружают до 40 т катализатора, который нагревают описаннымвышеспособомдо300…320°С.Дальнейшийравномерныйразогрев до425…450°С производятза счет теплаот сжиганиятоплива,подаваемого ниже слоя катализатора небольшими порциями через каждые 5...10 мин к форсункам в корпусе регенератора. Сжигание топлива — весьма ответственная операция, поскольку возможно образование взрывоопасных концентраций паров его в регенераторе. Температуру на выходе из пароперегревателя доводят до 400…420°С.

Одновременно с повышением температуры в системе продолжают загрузку катализатора до установленной нормы (150...180 т), а затем налаживают его циркуляцию. Перепуск катализатора из реактора в регенератор осуществляют при стабильном избыточном давлении

712

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

вреакторе,равном0,4...0,5МПа,чтодостигаетсяприкрытиемзадвижки на шлемовой трубе.

Регулируя работу топливных форсунок, доводят температуру в регенераторе до 500°С.Реактор разогреваютпутем увеличениякратности циркуляции катализатора. Температуру газов, выходящих из топки под давлением, постепенно снижают примерно до 200°С.

Перед началом пуска реакторного блока в течение 30 мин подают пар в транспортную линию для стабилизации кратности циркуляции катализатора. Проверяют также систему поступления перегретого пара

вэтулиниюивотпарнуюзонуреактораинадежностьзакрытиязадвижки на линии подачи воздуха в реактор. Одновременно подготавливают к пуску нагревательно-фракционирующую часть установки.

При температуре на выходе из печи 380…400°С начинают пуск сырья в транспортную линию реактора при одновременном уменьшении подачи перегретого водяного пара.

Питание форсунок регенератора топливом продолжают до тех. пор, пока накопившийся на катализаторе кокс не загорится и температура среды не начнет поддерживаться за счет тепла его сгорания. При этом температура кипящего слоя в регенераторе должна быть не выше 570°С для предотвращения перегрева катализатора из-за полного окисления окиси углерода.

Общая продолжительность пуска установки составляет 32...48 ч.

Впоследнее время на нефтепрерабатывающих заводах широкое распространение получили лифт-реакторы.

На рис. 6.24 представлена конструкция усовершенствованного реактора установки каталитического крекинга Г43-107, предназначенной для переработки вакуумных дистиллятов производительностью 2,0 млнт/год. Реакторпредставляетсобой вертикальный цилиндрический аппарат переменного сечения. Регенерированный катализатор из регенераторапритемпературе650…700°Споступаетпонапорномустояку в нижнюю часть лифт-реактора, где контактирует с каплями сырья, образовавшимися при прохождении сопла 9. В результате теплообмена катализатор частично охлаждается до температуры 500…510°С, а выделившееся тепло расходуется на нагрев и испарение сырья. При этом начинаются реакции каталитического крекинга с отложением кокса на частицах катализатора. Образовавшийся парогазовый поток транспортирует катализатор вверх по стволу лифт-реактора.

Внутренний диаметр лифт-реактора и длину реакционной части определяют исходя из заданной производительности установки по сырью и условий проведения процесса. Отношение длины реакционной

713