Каталитический крекинг

     где - скорость подачи сырья в реактор, моль/час;

           - глубина превращения сырья;

           - коэффициент;

           K – кинетический коэффициент, пропорциональный константе скорости реакций крекинга. 

     где – стехиометрические коэффициенты.

     Это уравнение решается графически. Для этого по экспериментальным точкам строят график в координатах - Получившаяся по экспериментальным точкам прямая отсекает на оси ординат отрезок, соответствующий К.

     Наиболее  высокой скоростью при каталитическом крекинге обладают непредельные углеводороды. Реакционная способность углеводородов  при каталитическом крекинге определяется легкостью образования из них  ионов карбения. Скорость крекинга углеводородов с одинаковым числом атомов углерода убывает в ряду:

     олефины (алифатические и циклические)ароматические углеводороды с числом атомов углерода в боковой цепи более 3 алкилированные нафтены и изопарафины нафтено-ароматические углеводороды н-парафины.

     Для всех групп углеводородов с ростом числа атомов углерода в молекуле скорость крекинга возрастает. 

2. РАЗНОВИДНОСТИ УСТАНОВОК КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА 

     На  глубину конверсии сырья в  значительной степени оказывает  влияние газодинамический режим  контактирования сырья с катализатором, осуществляемый в реакторах различных  типов.

     Современные примышленные установки каталитического  крекинга бывают следующих типов:

1. С движущимся слоем крупногранулированного катализатора   (средний размер частиц 2-5 мм);
2. С псевдоожижженым слоем порошкообразного катализатора (максимальный диаметр частиц 120-150 мкм);
3. С реактором прямоточного (лифтного) типа
1. Установки с движущимся крупногранулированным катализатором

     Промышленные  установки каталитического крекинга 43-102, термофор, Гудрифлоу с циркуляцией  крупногранулированного катализатора включают блоки реакторно-регенераторный и нагревательно-фракционирующий. Как правило, газофракционирующая установка, состоящая из блоков компримирования и разделения газа и стабилизации бензина, располагается в составе завода на отдельной площадке с самостоятельной газовой компрессорной станцией и перерабатывает жирный газ и нестабильный бензин с двух или трёх установок каталитического крекинга. [4]

     Технологическая схема типовой отечественной  установки каталитического крекинга 43-102 с циркулирующим шариковым  катализатором приведена на рисунке 2.1 

     Схема установки 43-102 с циркулирующим шариковым  катализатором 

     1-печь; 2, 4, 14-бункеры для катализатора; 3-катализаторопровод; 5-реактор; 6-отпарная зона реактора; 7-напорные стояки; 8, 20-воздуходувки; 9-топки под давлением; 10-сепараторы; 11, 12-пневмоподъемники; 13-дозеры; 15-регенератор; 16-циклонный сепаратор; 17-бункер для крошки и пыли; 18-крошкоотделитель; 19-паровой барабан; 21, 25-колонны; 22, 26-теплообменники; 23, 27-холодильники; 24-конденсатор-холодильник; 28-газосепаратор. 

     Рис. 2.1

     Сырье после предварительного подогрева  в теплообменниках 26 и 22 до температуры 180-200 поступает в нагревательную печь 1. Перед входом в печь в случае необходимости в сырьё подкачивается рециркулят – газойль из колонны 21. Максимальная температура сырья на выходе из печи состовляет 470-490, и стакой температурой оно подаётся в реактор 5. Температуру в реакторе поддерживают в пределах 450-475. Пары продуктов крекинга из реактора поступают в ректификационную колонну К-1, где разделяются на газобензиновый погон, легкий и тяжёлый газойли.Газ и бензин из рефлюксной ёмкости ректификационной колонны направляются на ГФУ (газ для разделения, а бензин для стабилизации). Закоксованный катализатор из реактора после отпарки водяным паром поступает в дозер 13, откуда с помощью горячего воздуха по пневмоподъёмнику 11 транспортируется в сепаратор 10 и далее самотёком через бункер 14 поступает в регенератор 15. Для съёма избыточного тепла регенерации в регенераторе имеются змеевики водяного охлаждения, объединенные в одной системе с котлом-утилизатором 19 и водяным насосом. Регенерированный катализатор самотёком поступает в бункер 2 и затем по напорному сточку 3 в реактор. Воздух, подаваемый воздуходувками на транспорт и регенерацию катализатора, нагревается в топках под давлением 9.

     На  установке имеется система для  отделения от циркулирующего катализатора крошки и пыли, образующихся в результате механического разрушения части  гранул катализатора и их истирание. Она включает крошкоотделитель 18, циклон 16 и бункер для крошки и пыли 17. [4]

     В реакторах с движущимся слоем  шарикового катализатора катализ, массо- и теплообмен осуществляются фильтрацией  прямотоком в режиме, близком к  идеальному вытеснению, то есть в реакторе интегрального типа. К недостаткам  реакторов этого типа следует  отнести: [1]

     - катализ проводится на поверхности  крупнозернистого катализатора, что  отдаляет процесс от чисто  кинетической области реагирования;

     - при прямотоке, в отличие от  противотока, завершающаяся стадия  крекинга осуществляется на поверхности  закоксованного катализатора после  потери им первоначальной активности;

     - большое время контакта в реакторах  этого типа (исчисляемое десятками  минут) приводит к ухудшению  селективности крекинга в результате  интенсивного протекания вторичных  реакций.

     Все отечественные установки 43-102 имеют  весьма существенный конструктивный недостаток: реактор и регенератор расположены на одном уровне и поэтому для циркуляции катализатора используются два отдельных катализаторопровода со своими воздуходувками. На западе в 50-х годах в промышленное производство были внедрены установки подобного типа, разработанные в 40-х годах компанией «Сокони», а затем купленные фирмой «Мобил»  (США), которая усовершенствовала их и присвоила своё название «Термофор» (ТСС). В отличие от отечественных установок большинство из них имеет реактор, расположенный над регенератором, и циркуляция катализатора осуществляется через один катализаторопровод, что является, существенным преимуществом. В настоящее время по одной установке ТСС эксплуатируется в следующих странах: США; Канаде; Финляндии; Марокко и на Филиппинах. [6]

     Внедренные  в последние несколько лет  на установках каталитического крекинга типа 43-102 научно-технологические новшества  включают замену используемого катализатора на новую более эффективную каталитическую систему, а также модифицирование  и оптимизацию технологических  режимов их работы.

     В мае 2006 года было принято решение  перевести имеющиеся промышленные установки НПЗ ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»  с катализатора Ц-100 на Ц-600 путем  постепенной догрузки катализатора в ходе эксплуатации. Полный перевод  установок был завершен в течение 5 месяцев.

     В таблице 2.1 приведены сопоставительные показатели катализаторов Ц-100, Ц-600, выпускаемых ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», нового катализатора Ц-600У, готовящегося к выпуску и обеспечивающего  повышение октанового числа бензина, и катализатор Emcat-100 фирмы BASF (США).

     Таблица 2.1

     Свойства  промышленных образцов шариковых катализаторов  крекинга 

     Таблица 2.2

     Показатели  работы установки 43-102 на катализаторе Ц-600 в ходе опытного пробега с  подачей части легкого газойля  каталитического крекинга на рисайкл 

     Согласно  полученным данным (таблица 2.2), введение в исходное сырье 8,5% легкого газойля каталитического крекинга на рисайкл позволило увеличить выход бензина с 33 до 36% масс. и его октановое число с 78 до 82 единиц ММ (с 82 до 87 единиц ИМ, соответственно). Следует отметить, что увеличение октанового числа бензина было достигнуто без снижения выхода бензина и суммы светлых в целом. Дальнейшее увеличение расхода легкого газойля на рисайкл вплоть до 16% масс. нецелесообразно, поскольку приводит к уменьшению выхода светлых нефтепродуктов и снижению октанового числа получаемого бензина.

     Таким образом, перевод установок типа 43-102 на новую каталитическую систему  Ц-600, а также возврат части  легкого газойля каталитического  крекинга на рисайкл, позволяет существенно  увеличить мощности переработки вакуумных газойлей нефтяного и газоконденсатного происхождения, довести выход суммы светлых нефтепродуктов до 82 %мас., увеличить выход бензина на 5-7% и повысить его октановое число до 82 единиц ММ.