Каталитический крекинг

     С целью дальнейшего повышения  качества производимого бензина  разработана модификация катализатора Ц-600У, позволяющая увеличить октановое  число бензина до величин 92 ИМ при  незначительном снижении его выхода. По данным лабораторных исследований выход октанотонн получаемого бензина на катализаторе Ц-600У выше, чем на других используемых на российских предприятиях шариковых катализаторов крекинга. [10] 

2.  Установки крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора.

 

     Действующие и вновь создаваемые промышленные установки каталитического крекинга с циркулирующим микросферическим катализатором отличаются большим  разнообразием, обусловленным традиционным направлением конструирования основных аппаратов, переработкой сырья различного качества, применением разных цеолитсодержащих катализаторов, включающих всевозможные промоторы, необходимостью получения заданного соотношения, количества и качества целевых продуктов. [4]

     Для крекинга в псевдоожиженном слое применяют микросферические катализаторы с размером частиц 10-150 мк.

     Крекинг в псевдоожиженном слое значительно  более распространен, чем крекинг с движущимся крупногранулированным катализатором, по ряду причин: [2]

     - он обладает большей гибкостью,  так как позволяет перерабатывать  сырьё и строить установки  очень высокой мощности;

     - микросферический катализатор легче  транспортировать, и он легче  регенерируется;

     - реактор и регенератор процесса  имеют более простую конструкцию;

     - в некоторых случаях процесс  может проводиться с замкнутым  тепловым балансом, когда тепло  регенерации полностью используется  на нагрев и крекинг сырья  и отпадает необходимость в  применении трубчатой печи для  нагрева сырья;

     - осуществление каталитического  процесса в области, близкой  к чисто кинетической.

     К недостаткам реакторов с кипящим  слоем относятся: [1]

     - неравномерность времени пребывания  сырья в зоне реакции, в результате  некоторая часть сырья подвергается  чрезмерному крекированию до  газа и кокса, а другая часть  – легкому крекингу;

     - среднее фиктивное время контакта, хотя и меньше, чем в реакторах  с движущимся слоем шарикового  катализатора, но недостаточно малое  (3-15 мин), чтобы обеспечить максимально  высокую селективность крекинга.

     Установки крекинга с кипящим слоем катализатора по взаимному расположению реактора и регенератора подразделяются на несколько  типов [2]:

     - установки, на которых регенератор  расположен параллельно и выше  реактора;

     - установки, на которых реактор  и регенератор расположены параллельно  на одной высоте;

     - установки с соосным расположением  реактора и регенератора.

     Технологическая схема типовой с циркулирующим  микросферическим катализатором приведена  на рисунке 2.2 
 

     Схема установки каталитического крекинга с циркулирующим микросферическим катализатором 1-А/1-М 

     

 

 

     1-реактор; 2-регенератор; 3-циклоны; 4-змеевик охлаждения; 5-котёл-утилизатор; 6-электрофильтр;

     Рис. 2.2 

      

3. Установки каталитического крекинга с прямоточным  лифт-реактором

 

     Непрерывное развитие и совершенствование каталитического  крекинга привело к разработке и  внедрению (1971 г.) в производство процесса с прямоточным лифт-реактором  в восходящем потоке микросферического  катализатора. По газодинамическим характеристикам  такой реактор приближается к  реакторам идеального вытеснения, являющимися  более эффективными для каталитического  крекинга, по сравнению с реакторами с псевдоожиженным слоем катализатора (реакторы идеального перемешивания).

     Применение  высоко термостабильных и активных катализаторов позволяет проводить процесс при повышенных температурах (510-530) и коротком времени контакта сырья и катализатора (2-6 с). Такие условия ведения процесса способствуют увеличению выхода высокооктанового бензина и содержания олефинов С₃-С₄ в газе, а также росту селективности процесса. Выход бензина на некоторых установках достигает 55-60%. Установки каталитического крекинга с прямоточным лифт-реактором широко применяются на зарубежных НПЗ. Из отечественных установок к этой группе относится установка каталитического крекинга Г-43-107, которая по технико-экономическим показателям близка к передовым зарубежным аналогам. В последние годы на отечественных НПЗ строились только установки этого типа. [2]

     На  рисунке 2.3 представлена принципиальная схема блока каталитического  крекинга установки Г-43-107. 

     Принципиальная  схема реакторного блока установки  каталитического крекинга  Г-43-107 

     

      

     1-лифт-реактор; 2-реактор с форсированным кипящим  слоем; 3-циклоны; 4-регенератор; 5-котёл-утилизатор; 6-электрофильтр.

     Рис. 2.3 
 
 

     2.3.1 Разработка процесса каталитического  крекинга с высоким выходом  легких олефинов. 

     При разработке технологии и аппаратурного  оформления процесса каталитического  крекинга   с   высоким   выходом легких олефинов использованы результаты экспериментальных исследований на микропилотной установке, опыт проектирования современных систем каталитического  крекинга с традиционной технологией  и реконструкции девяти действующих  установок различных типов (Г-43-107, КТ-1, 1А/1М, ГК-3 и др.). Отличительными чертами этого процесса являются проведение его при высоких значениях  температуры и кратности циркуляции катализатора, повышенное содержание каталитической добавки на основе цеолита ZSM-5 в равновесном катализаторе, повторный крекинг легкого бензина  в дополнительном прямоточном реакторе при более жестких условиях, чем  при крекинге свежего сырья.

     В новом процессе предусмотрены  следующие  основные узлы технологического и аппаратурного  оформления реакторного блока, большая  часть из которых надежно отработана на промышленных установках каталитического  крекинга:

     - основной   прямоточный реактор,  включающий участок ускорения  регенерированного катализатора, узел  ввода сырья с высокоэффективными  распылительными форсунками и  участок контактирования сырья  с катализатором в восходящем  потоке;

     - дополнительный прямоточный реактор  крекинга рециркулирующего легкого  бензина   в восходящем потоке  регенерированного катализатора  при жестком режиме, обеспечивающем  расщепление низкомолекулярных  углеводородов;

     - центробежно-инерционные сепараторы  на конце основного и дополнительного  прямоточных реакторов, обеспечивающие  быстрое   отделение   продуктов  крекинга сырья и легкого бензина  от отработанного катализатора;

     - высокоэффективные одноступенчатые  циклоны реактора, непосредственно  соединенные с центробежно-инерционными  сепараторами;

     - двухстадийная отпарка отработанного  катализатора, обеспечивающая   в   условиях   его повышенного  удельного расхода глубокую десорбцию  увлеченных углеводородов;

     - эксплуатируемый при повышенной  линейной скорости газа в турбулентном  режиме высокоэффективный регенератор, в котором размещены трубчатый воздухораспределитель усовершенствованной конструкции и двухступенчатые циклоны;

     - аппарат тонкой пылеочистки дымовых  газов регенерации с высокоэффективными  циклонами третьей ступени. 

     Принципиальное  устройство реакторного блока каталитического  крекинга с высоким выходом легких олефинов показано на рисунке 2.4. 

     Схема реакторного блока каталитического  крекинга с высоким выходом легких олефинов

     

     1-основной  прямоточный реактор; 2-узел ввода  сырья; 3-дополнительный прямоточный  реактор; 4-узел ввода бензина; 5,6-центробежно-инерционные  сепараторы; 7-одноступенчатые циклоны; 8-сепарационная секция реактора; 9-отпарная секция реактора; 10-парораспределитиель  сепарационной секции; 11-парораспределитель  предварительной отпарки; 12-основной  парораспределитель отпарной секции; 13,21,22-наклонные катализаторопроводы; 14-регенератор; 15-трубчатый воздухораспределитель; 16-двухступенчатые циклоны; 17-циклоны третьей ступени; 18-циклон четвертой ступени; 19-сопло критической скорости; 20-аппарат снижения давления;    

- сырьё;  – водяной пар; – легкий бензин; IV- продукты крекинга; V –воздух; VI-дымовые газы.

     Рис. 2.4 

     Новый   процесс   каталитического   крекинга с высоким выходом легких олефинов обеспечивает эффективную  переработку как прямогонного, так  и гидроочищенного вакуумного газойля  с возможностью гибкого варьирования режима эксплуатации в зависимости  от конъюнктуры рынка, обусловливающей  требования к структуре выхода и  качеству получаемых продуктов. В нем  предусмотрено применение современных  мелкодисперсных катализаторов крекинга обычного типа, предпочтительно способных минимизировать реакции переноса водорода, и уже освоенных в промышленности каталитических добавок с высоким содержанием цеолита ZSM-5. Рекомендуемое содержание каталитической добавки в равновесном катализаторе  - 8–10% мас. Удельный расход водяного пара на распыление сырья и отпарку отработанного катализатора, давление в аппаратах реакторного блока соответствуют принимаемым при традиционной технологии каталитического крекинга. Выход целевых продуктов процесса - пропилена и бутиленов достигает   соответственно  17,2 и 11,4 %мас. при сравнительно низком выходе сухого газа (7 %мас.). Селективность образования пропилена и бутиленов — их доля в ППФ и ББФ составляет соответственно 0,78 и 0,56. Выход бензина  равен 28,4% мас .  при расчетном    содержании   в   нем ароматических   углеводородов 51,8% мас. Бензин такого качества может служить сырьем для из влечения моноциклических ароматических углеводородов. По выходу целевых продуктов - легких олефинов разработанный процесс не уступает зарубежным аналогичной направленности, таким как DCC («Shaw ECG», «Axens » ) ,  MAXOFIN   («KBR») , PETROFCC («UOP») и др. (при условии переработки сырья одинакового качества). Выход пропилена может быть повышен до 20–24% мас. в случае переработки сырья с более высоким содержанием парафино-нафтеновых углеводородов, например непревращенного остатка гидрокрекинга плотностью при 20°С 840–865 кг/м3. При переработке прямогонного сырья выход пропилена снижается до 15–15,5% мас. [11] 

4.  Установки каталитического крекинга остаточного сырья

     Современные технологии крекинга позволяют непосредственно  перерабатывать нефтяные остатки в  светлые нефтепродукты. Однако чаще для крекинга используют смеси вакуумных  дистиллятов и мазутов или  гудронов. К остаточному относится  сырье, в котором содержится более 5% фракций, выкипающих выше 538 (1000). Сюда относятся как нефтяные остатки и их смеси с вакуумными дистиллятами, так и тяжёлые вакуумные газойли с температурой конца кипения 550-560.

     В соответствии с классификацией, принятой за рубежом, остаточное сырьё каталитического  крекинга в зависимости от коксуемости  и содержания металлов можно подвергать крекированию как на новых установках, так и на реконструированных установках крекинга с микросферическим катализатором (ККФ) без предварительной или с предварительной подготовкой сырья в зависимости от качества.

     Значительный  опыт переработки остаточного сырья  на установках ККФ накоплен в США, Западной Европе, Японии и Китае. Так, в США примерно на 50% установок  ККФ перерабатывается остаточное сырьё. Наиболее распространены для крекинга остаточного сырья специализированные установки: RCC (ЮОП), R-2-R (ФИН) и НОС-11 (Келлог). Принципиальная схема реакторно-регенераторного блока установки RCC представлена на рисунке 2.5 

     Схема реакторного блока каталитического  крекинга мазута (установка RCC)

     

      

     1-лифт-реактор; 2-отстойно-сепарационная зона; 3-отпарная  зона; 4-регенератор первой ступени; 5-регенератор второй ступени; 6-холодильник  катализатора; 7, 8-циклоны;

     Потоки: - сырьё; – нафта; - водяной пар; IV- вода; V - горячий воздух; VI - углекислый газ; VII - продукты реакции на разделение; VIII - дымовые газы в котёл-утилизатор; - катализатор на охлаждение

     Рис. 2.5 

     У выходного конца лифт-реактора имеется  баллистический сепаратор, который  позволяет быстро отделить катализатор  от продуктов реакции.

     Для обеспечения быстрого и равномерного контакта сырья и регенерированного  катализатора используются специальные  форсунки и предварительное смешение сырья с водой в количестве 0,04-0,025 частей. Распыление такой гомогенизированной смеси за счёт испарения воды способствует интенсивной турбулизации парокатализаторной смеси в точке ввода сырья и катализатора. В низ реактора подается также ожижающий агент – водяной пар, бензин или спирты.