Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Тема лекции: Термокаталитические процессы. Каталитический крекинг.
|
|
Одно из ведущих мест среди вторичных процессов нефтепереработки принадлежит процессу каталитического крекинга тяжелых дистиллятных фракций на мелкодисперсных катализаторах. Целевым назначением процесса является получение высокооктанового бензина. Газы, богатые бутан-бутиленовой и пропан-пропиленовой фракциями, находят широкое применение в качестве сырья для производства высокооктанового компонента бензина – алкилата, а также в производстве синтетического каучука и в нефтехимии.
Легкий газойль каталитического крекинга используют как компонент дизельного топлива. Тяжелый газойль с высоким содержанием полициклических ароматических соединений имеет широкое применение как сырье для получения дисперсного технического углерода, игольчатого кокса, а также в качестве компонента мазутов.
Основным сырьем крекинга являются вакуумные газойли широкого фракционного состава, например с температурами выкипания от 300 до 500оС. В последние годы стали применять утяжеленные вакуумные газойли с температурой конца кипения до 550 и даже 590оС. Для расширения ресурсов сырья используют и сырье вторичного происхождения, в частности газойли коксования.
Сырье каталитического крекинга должно обладать низкой коксуемостью (не более 0, 5% масс.), т.е. содержать немного полициклических ароматических углеводородов и смолистых веществ, вызывающих быстрое закоксывывание катализатора. Кроме того, в сырье должно быть обеспечено низкое (не более 20-25г/т) содержание металлов, способных дезактивировать (отравлять) катализатор. В настоящее время разрабатывают способы предварительной деметаллизации сырья. Зольность сырья крекинга обычно находится в пределах 0, 006-0, 007% (масс.).
Использование сернистого сырья вызывает необходимость его гидроочистки. Последние проекты предусматривают оснащение установок каталитического крекинга блоком гидроочистки, в котром соединения серы удаляется в виде сероводорода, а также происходит общее облагораживание сырья – очистка от соединений азота и кислорода. Содержание серы в сырье после гидроочистки снижается до 0, 1-0, 3% (масс.).
На установках крекинга широко применяют высокоактивные политсодержащие катализаторы, в которых от 10 до 25% (масс.) кристаллических алюмоксилитов в массе аморфной матрицы. Это позволяет значительно увеличить выход бензина и повысить его октановое число до 82-84 (моторный метод) или 92-94 (исследовательский метод), а также уменьшить время контакта. Катализатор должен иметь определенный гранулометрический состав, развитую поверхность, высокие пористость и механическую прочность.
Ниже приведены характеристики цеолитсодержащих катализаторов аморфного и марки АШНЦ-3 (числитель – свежий, знаменатель - равновесный):
| Показатели | Аморфный | АШНЦ-3 |
| Насыпная плотность, г/м3…………………….. | 0, 700/0, 770 | 0, 665/0, 718 |
| Индекс активности …………………………… | 37/32 | 50/47 |
| Индекс стабильности ………………………… | 28/- | 50/- |
| Прочность шарика, Н ………………………… | 19/27 | 18/23 |
| Удельная поверхность, м2/г ………………….. | 365/240 | 260/195 |
| Удельный объем пор, см3/г ………………….. | 0, 555/0, 375 | 0, 520/0, 407 |
| Средний радиус пор, нм ……………………... | 4, 2/3, 2 | 3, 3/4, 2 |
Под глубиной каталитического крекинга понимается общий выход продуктов (в масс.), за исключением либо тяжелого газойля, либо суммы легкого и тяжелого газойлей. Крекинг можно проводить с различной глубиной; в одних случаях процесс направлен на получение максимального выхода бензина (вариант I), в других – наряду с бензином получают максимальный выход средних дистиллятов (вариант II):
| Продукты | ВариантI | Вариант II |
| Сухой газ ………………..…………………….. | 3, 0 | 1, 8 |
| Пропан ………………………………………… | 1, 5 | 0, 6 |
| Пропилен ……………………………………… | 4, 1 | 2, 3 |
| Изобутан ……………………………………… | 5, 1 | 2, 8 |
| н – Бутан ………………………………………. | 0, 9 | 0, 5 |
| Бутилены ……………………………………… | 7, 5 | 3, 4 |
| Бензин (С5-221оС) …………………………….. | 59, 6 | 38, 3 |
| Легкий газойль ……………………………….. | 7, 2 | 39, 3 |
| Тяжелый газойль ……………………………... | 3, 5 | 3, 5 |
| Кокс …………………………………………… | 7, 6 | 7, 5 |
| Итого ………………………………………….. | 100, 0 | 100, 0 |
Выходы продуктов каталитического крекинга и их качество весьма существенно зависят от природы сырья – содержания в нем ароматических, нафтеновых и парафиновых углеродов:
| Показатели | Ароматическое сырье | Нафтеновое сырье | Парафинистое сырье | Деасфальтизат | Гидроочищенный асфальтизат |
| Плотность при 20оС, кг/м3 | 934, 0 | 829, 7 | 855, 0 | 970, 5 | 930, 9 |
| Содержание серы, % (масс.) | 1, 8 | 1, 0 | 0, 5 | 3, 5 | 0, 3 |
| 50% (об) выкипает, оС | |||||
| Глубина крекинга, % (об.) | |||||
| Выход, % (об.) | |||||
| бензина | 54, 2 | 65, 0 | 68, 0 | 58, 5 | 61, 0 |
| SС3 | 7, 5 | 8, 5 | 11, 0 | 7, 9 | 7, 9 |
| SС4 | 14, 8 | 17, 0 | 18, 5 | 14, 2 | 13, 7 |
Важным фактором является и температура процесса; с ее повышением выход продуктов крекинга меняется следующим образом:
| Температура, оС ………..……………………... | ||
| Глубина превращения, % (масс.) ……………. | 77, 15 | 78, 35 |
| Выход, % (масс.) | ||
| водорода ………………………………. | 0, 02 | 0, 05 |
| метана …………………………………. | 0, 31 | 0, 71 |
| этилена ………………………………... | 0, 42 | 0, 59 |
| этана …………………………………… | 0, 34 | 0, 56 |
| пропилена ……………………………... | 2, 72 | 4, 81 |
| пропана ………………………………... | 1, 28 | 1, 14 |
| бутиленов ……………………………... | 3, 52 | 6, 78 |
| изобутана ……………………………... | 5, 17 | 3, 86 |
| н -бутана ……………………………….. | 1, 24 | 1, 11 |
| бензина ………………………………... | 57, 32 | 56, 11 |
| легкого газойля ……………………….. | 15, 51 | 15, 85 |
| тяжелого газойля ……………………... | 7, 65 | 5, 85 |
| кокса …………………………………... | 4, 81 | 2, 58 |
| Итого ………………………………….. | 100, 0 | 100, 0 |
Материальный баланс крекинга малосернистых дистиллятов на цеолитсодержащем катализаторе приведен ниже:
| Показатели | Вакуумный дистиллят обычный | Вакуумный дистиллят утяжеленный |
| Режим процесса | ||
| Температура в зоне реакции, оС ………..…… | ||
| Массовая скорость подачи сырья, ч-i | 20, 5 | 22, 0 |
| Массовое отношение катализатор: | ||
| сырье ………………………………………….. | 7: 1 | 8: 1 |
| Материальный баланс | ||
| Взято, % (масс.) | ||
| Сырье ………………………………………….. | 100, 0 | 100, 0 |
| Итого ………………………………………….. | 100, 0 | 100, 0 |
| Получено, % (масс.) | ||
| Газ до С4 включительно ……………………… | 17, 4 | 14, 1 |
| в том числе | ||
| пропилен ………………………………… | 4, 52 | 3, 73 |
| пропан …………………………………… | 0, 92 | 0, 65 |
| бутилены ………………………………… | 5, 28 | 4, 71 |
| изобутан …………………………………. | 3, 82 | 2, 59 |
| н -бутан... ……………………………….. | 0, 85 | 0, 54 |
| Автобензин (С5-195оС) ………………………. | 45, 8 | 44, 5 |
| Фракция 195-270оС …………………………... | 6, 9 | 6, 5 |
| Фракция 270-350оС …………………………... | 12, 6 | 13, 7 |
| Фракция > 350оС ……………………………... | 11, 8 | 14, 7 |
| Кокс (выжигаемый) ………………………….. | 4, 5 | 5, 5 |
| Потери ………………………………………… | 1, 0 | 1, 0 |
| Итого | 100, 0 | 100, 0 |
Установка каталитического крекинга с прямоточным реактором
 |
Технологическая схема установки каталитического крекинга с прямоточным реактором приведена на рисунке 1.16. Установка включает следующие блоки: гидроочистки сырья – вакуумного дистиллята, каталитического крекинга, ректификации, газофракционирования и стабилизации бензина. Сырье – гидрогенизат, поступающий из секции гидроочистки, - насосом 1 подается в змеевик печи 2 и затем перед входом в реактор 11 смешивается с рециркулятом и водяным паром, подаваемым на распыливание. В нижней зоне прямоточного реактора 1 сырье, контактируя с горячим регенерированным катализатором, испаряется и подвергается крекингу. Основная масса катализатора отделяется от продуктов реакции в реакторе-сепараторе 10.
1, 15-18, 22, 23 – насосы; 2-трубчатая печь; 3 – воздуходувка; 4-топка;
5-линия транспорта закоксованного катализатора; 6-регенератор;
7-линия транспорта регенерированного катализатора; 8-электрофильтр;
9-котел-утилизатор; 10-реактор-сепаратор; 11-прямоточный реактор;
12-теплообменники; 13-ректификационная колонна; 14-шламоотделитель;
19, 19¢ - отпарные колонны; 20-аппараты воздушного охлаждения;
21-газоводоотделитель.
Рисунок 1.16 - Технологическая схема установки каталитического крекинга с прямоточным реактором.
Предложены различные способы отделения продуктов реакции от катализатора. Так, на одной и отечественных установок верхняя часть прямоточного реактора расширена (так называемый реактор с форсированным псевдоожиженным слоем). Скорость потока и паров в нем составляет примерно 2м/с. За счет меньшей скорости по сравнению со скоростью в лифт-реакторе происходит отделение основной массы катализатора от газов и паров которое завершается в реакторе-сепараторе, а затем в циклонах и электрофильтрахКатализатор, пройдя зону отпаривания водяным паром, по транспортной линии 5 поступает в регенератор 6 с псевдоожиженным слоем катализатора, куда одновременно воздуходувкой 3 через горизонтальный распределитель подается воздух необходимый для регенерации катализатора. Регенерированный катализатор по трубопроводу опускается в узел смешения с сырьем. Пары продуктов крекинга и газы регенерации отделяются от катализаторной пыли в соответствующих двухступенчатых циклонах и объединяются в сборных камерах, расположенных в верхней части аппаратов 6 и 10. Газы регенерации проходят паровой котел-утилизатор 9, где их тепло используется для выработки водяного пара. Затем они очищаются от остатков пыли в электрофильтре 8 и выводятся в атмосферу через дымовую трубу (на схеме не показана). Парообразные продукты крекинга направляются в нижнюю отмывочно-сепарационную секцию ректификационной колонны 13. Здесь продукты крекинга разделяются. В нижней части колонны от паров отделяется увлеченная катализаторная пыль кроме того, происходит конденсация тяжелой части паров (за счет подачи нижнего орошения насосом 15). Легкий и тяжелый газойли выводятся из соответствующих точек колонны 13 в отпарные колонны 19 и 19¢, затем насосами 18 и 22 прокачиваются через теплообменники 12 и аппараты воздушного охлаждения 20 и выводятся с установки. Часть тяжелого газойля подается в узел смешения с катализатором (на рециркуляцию). С низа колонны 13 насосом 17 смесь тяжелых углеводородов с катализаторной пылью откачивается в шламоотделитель 14. Шлам забирается с низа аппарата 14 насосом 16 и возвращается в реактор, а с верха шламоотделителя выводится ароматизированный тяжелый газойль (декантат).
Из колонны 13 сверху отводятся пары бензина, углеводородные газы и водяной пар; они поступают в аппарат воздушного охлаждения 20, газоводоотделитель 21, где газ отделяется от конденсата бензина и воды. Бензин насосом 23 частично возвращается в колонну 13 в качестве острого орошения, а балансовое его количество направляется на стабилизацию (для отделения растворимых газов).
В период пуска установки воздух в регенератор подается через топку 4, в которой для его нагревания под давлением сжигается топливо. В теплообменниках 12 тепло отходящих потоков используется для нагрева исходного сырья, поступающего в секцию гидроочистки.
Режим работы реакторного блока:
| Показатели | Прямоточный реактор | Реактор-сепаратор | Регенератор |
| Температура, оС | 515-545 | 490-500 | 650-700 |
| Давление, МПа | 0, 15-0, 20 | 0, 15-0, 20 | 0, 20-0, 30 |
| Скорость паров, м/с | - | 0, 4-0, 7 | 0, 9-1, 0 |
| Массовая скорость подачи сырья, ч-1 | 18-20 | - | - |
| Расход пара на сырье, % (масс.) | 0-1, 0 | - | - |
| Скорость суспензии, м/с | 6-8 | - | - |
| Плотность взвеси, кг/м3 | 40-60 | 400-450 | 450-500 |
| Скорость выжига кокса, кг/(т× ч) | - | - | 30-50 |
| Расход воздуха на выжиг 1кг кокса, м3 | - | - | 10-12 |
| * Диаметр прямоточного реактора в зависимости от его производительности по сырью составляет 0, 5-1, 5м, высота 25-30м; время пребывания взвеси 2-6с; время регенерации катализатора 5-7мин. |