Каталитический крекинг

       Выжигание кокса с катализатора в регенераторе происходит за счет подаваемого в регенератор воздуха и поддержания определенных условий в регенераторе. Наряду с регенерированным катализатором получаются газы. За счет применения ряда специальных аппаратов и устройств тепло этих газов используется для получения водяного пара, который в дальнейшем используется на технологические цели в процессе каталитического крекинга.

       Установка с циркуляцией шарикового катализатора (установка 43-102 ) состоит из двух основных узлов – нагревательно-фракционирующего и реакторного. В нагревательно-фракционирующей части происходит нагревание, испарение и смешение сырья с рециркулирующим каталитическим газойлем, разделение продуктов крекинга, включая конденсацию бензина и отделение жирного газа от нестабильного бензина. В реакторной части осуществляется каталитический крекинг и регенерация катализатора.

       Для транспортирования отработанного  и регенерированного катализатора используют смесь воздуха и дымовых газов. На установке имеются три воздуходувки. Воздух от двух из них используется для транспортирования отработанного и регенерированного катализатора в бункеры, а от третьей - для подачи катализатора в регенератор. Топки под давлением предназначены для нагрева воздуха, нагнетаемого в регенератор и пневмоподъемники[3].

       Установки с подвижным слоем шарикового катализатора

       Применение  в промышленности процесса каталитического  крекинга в подвижном слое шарикового катализатора позволило осуществить многотоннажное производство высококачественных бензинов и повысить выход дисстиллятных топлив из газойлей первичного и вторичного происхождения. Простота процесса, небольшие капитальные затраты и эксплуатационные расходы, значительный выход бензина.

           На рисунке 1[1],  показаны схемы реакторно-регенераторного блока с двухкратным подъемом катализатора на установках термофор и 43-102. 

         а – на  установке термофор  с многозональным выжигом кокса  и ковшевым элеватором; б – на установке  43-102 с многозональным выжигом кокса и пневматическим подъемом  катализатора.

          1 – реактор; 2 – напорный трубопровод; 3 - бункер; 4 – подъемник для закоксованного  катализатора; 5 – подъемник для  регенерированного катализатора; 6 - регенератор; 7 – дозеры.

           I - сырье; II – продукты крекинга; III - воздух; IV – дымовые газы; V - вода; VI – насыщенный водяной пар; VII – перегретый водяной пар; VIII – инертный газ. 

       Рисунок 1 – Принципиальная схема  реакторно-регенераторного блока  с двухкра-тным подъемом катализатора

          Сырье в паровой фазе подается в реактор. Продукты реакции из реактора направляются на фракционирование в ректификационную колонну. Регенерированный катализатор подъемником (или ковшевым элеватором) поднимаются в бункер, оттуда по  напорному трубопроводу поступает в реактор, где самотеком движется вниз. Пройдя отпарную секцию, катализатор поступает в подъемник, откуда транспортируется в верхнюю часть регенератора. После выжига отложившегося кокса и охлаждения в водяных холодильниках катализатор вновь поступает в подъемник, и цикл движения катализатора повторяется.

       Контактирование паров сырья и воздуха с  катализатором, движущимся через реакционный аппарат сплошным  слоем, происходит значительно эффективнее, чем с катализатором, находящимся в стационарном слое. При этом процесс осуществляется непрерывно.                                     

       Следующей ступенью в развитии технологии каталитического  крекинга в подвижном слое шарикового катализатора являются отечественные установки 43-1 и 43-102М и зарубежная установка гидрифлоу с однократным подъемом катализатора. Технологические схемы этих трех установок приведены на рисунке 2[1]. 

      а - установка термофор (43-1) с однократным  подъемом катализатора; б - установка 43-102М  с соосным расположением реактора и регенератора; в – установка гидрофлоу.

     1 – регенератор; 2 – реактор; 3 –  бункер-сепаратор; 4 – подъемник  регенерированного катализатора; 5 – дозеры; 6 – воздуходувки; 7 – топка под давлением.

     I - сырье; II - продукты крекинга; III - воздух; IV - дымовые газы; V - вода;  VI - водяной пар. 

     Рисунок 2 – Схемы установок каталитического  крекинга с подвижным слоем шарикового катализатора 

       Отличительные особенности установки 43-1 – расположение (впервые в мире) реактора над регенератором и применение принципа пневмотранспорта.

       При однократном подъеме катализатора затраты на его транспорт меньше, чем при двухкратном. Кроме того, уменьшается механический износ частиц катализатора. Совмещение реактора и регенератора позволяет снизить затраты на сооружение металлоконструкций, а также уменьшить металлоемкость аппаратов и обвязки.

       Основное развитие в перспективе получат комбинированные установки каталитического крекинга Г-43-107 и их модификации. В их состав входят, кроме собственно установки каталитического крекинга, блок гидроочистки сырья крекинга производительностью 2 млн. т/год и блок газофракционирования и стабилизации бензина.

       Показатели  процесса каталитического крекинга газойлевых фракций на шариковом  цеолитном алюмосиликатном катализаторе в различных системах установок свидетельствует о преимуществах новейших систем. Эти преимущества обусловлены более жесткими режимами крекинга, осуществляемого на хорошо регенерированном цеолитсодержащем катализаторе. Кроме того, показатели процесса  улучшаются вследствие повышения коэффициента рециркуляции газойлевых фракций. 
 
 
 
 
 
 
 
 

          2 Выбор и обоснование технологической схемы 

           В данном курсовом проэкте  рассмотрен процесс каталитического  крекинга на подвижном слое крупногранулированного катализатора, как более современный и дешевый.

            Так как в качестве сырья используется вакуумный газойль, то выбран вариант установки с многозональным выжигом кокса и двумя пневмоподъемниками (типа 43-102).

           По сравнению с установкой типа 43-102 установки каталитического крекинга с неподвижным слоем катализатора обладают рядом недостатков      

           1 Необходимость сооружения нескольких  реакционных камер для обеспечения непрерывности процесса.

            На установке с неподвижным катализатором в реакционных (контактных) камерах попеременно осуществляется то крекинг сырья, то регенерация катализатора. Реакционные камеры здесь являются основными и наиболее сложными аппаратами. Конструкция такого аппарата должна обеспечивать равномерное распределение паров в слое катализатора при реакции и надежный отвод тепла при регенерации катализатора.

            По окончании крекинга из реакционной  камеры тщательно удаляются углеводородные пары  (вначале их отсасывают через барометрический конденсатор, а потом продувают аппарат водяным паром), затем камеру переключают на регенерацию катализатора. После регенерации перед впуском паров нефтепродукта из камеры должен быть тщательно удален воздух (продувка паром). Таким образом, при работе каждого аппарата происходят четыре основные операции: крекинг сырья, удаление продуктов реакции, окислительная регенерация катализатора и удаление воздуха и продуктов сгорания.

           Чтобы вся установка работала  непрерывно, предусматривают несколько  реакционных камер – обычно три.

            2 Высокие требования безопасности  при обращении с теплоносителем.

            Важной особенностью работы такой  установки является применение  солей-теплоносителей. Теплоноситель представляет смесь KNO₃ и NaNO₂. Расплавленная смесь перекачивается пропеллерными насосами. Резервуары и технологические линии для теплоносителя снабжены паровым обогревом и тщательно заизолированы. В системе циркулирует до 500 т солей. Этот теплоноситель уносит из аппарата до 85 % тепла, выделившегося при сжигании кокса; остальное тепло частично накапливается в катализаторе и используется на реакцию крекинга, а частично уносится с дымовыми газами или теряется в окружающую среду. При обращении с расплавленным  теплоносителем требуется исключительная осторожность, так как при соприкосновении его с нефтепродуктами может произойти пожар. Важно также помнить, что теплоноситель при длительном соприкосновении с воздухом окисляется и в солепроводах  могут образовываться пробки.

            3 Высокие требования к стабильности катализатора.

            Что касается катализатора, его  стабильность, по сравнению с  катализаторами для других систем крекинга, должна быть значительно выше. Вначале Гудри запатентовал в качестве катализатора гидрированные силикаты, содержащие 70-80 % окиси кремния, 10-20 % окиси алюминия, 3 % окиси железа и не более 10 % других окислов. В дальнейшем требования к катализатору стали выше и в промышленности нашел применение катализатор, обеспечивающий работу установки в течение 1,5 лет.  Постепенное падение активности катализатора частично компенсируется повышением температуры реакции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           3 Описание принципиальной  технологической схемы установки каталитического крекинга (Приложение) 

            Сырье из резервуаров центробежным насосом Н-1 прокачивается по межтрубному пространству теплообменника Т-2, где нагревается теплом легкого газойля и по межтрубному пространству  теплообменника Т-3, где нагревается за счет тепла нижнего циркуляционного орошения колонны К-1 и балансового количества тяжелого газойля до температуры не ниже 110 ⁰С и поступает двумя потоками в нагревательную печь П-2. На выходе из печи потоки объединяются в один общий поток.

      Из  печи П-2 сырьевой поток направляется в реактор Р-1. Пройдя узел ввода, пары сырья подвергаются крекингу путем контакта с регенерированным катализатором. Продукты реакции в парообразном состоянии через газосборники  отводятся из зоны реакции и по двум шлемовым линиям направляются на ректификацию в ректификационную колонну К-1 под нижнюю контактную тарелку.

      Ректификационная  колонна К-1 имеет 24 тарелки желобчатого  типа. Вверх колонны  заполнен кольцами «Паля». Сверху колонны К-1 смесь  паров бензина, газа и водяного пара отводится в воздушный конденсатор  – холодильник ВКХ-8, где происходит конденсация и охлаждение, затем смесь поступает в межтрубное пространство доохлодителя Х-8а, по трубному пространству которого подается оборотная вода, затем в газосепаратор Е-1, где за счет разницы удельных весов происходит отстой воды от бензина и сепарации жирного газа. Жирный газ из Е-1 направляется на сероочистку установки ГФУ-1.

      С 8-й и 12 или 16-й тарелок колонны  К-1 легкий газойль направляется в  отпарную колонну К-2, в котором имеется 6 тарелок желобчатого типа.

      В колонне К-2 происходит отпарка легкого нефтепродукта острым водяным паром, подаваемым под первую тарелку. Пары из К-2 направляются под 9-ю  или 17-ю тарелки колонны К-1.

      С низа стриппинг (отпарной) - колонны К-2 легкий газойль центробежными насосами Н-3 прокачивается через трубное пространство теплообменника Т-2, и направляется в товарно-сырьевой цех как компонент дизельного топлива или на установки гидроочистки цеха №9.

      Тяжелый каталитический газойль с низа колонны  К-1 насосом Н-2 прокачивается по межтрубному пространству теплообменника Т-3, и подается на четвертую тарелку колонны К-1 как нижнее циркуляционное орошение. Избыток тяжелого газойля откачивается в ТСЦ.

      На  реакторном блоке установки осуществляется контактирование паров сырья с движущимся шариковым катализатором в реакторе Р-1 и регенерация отработанного катализатора в регенераторе Р-2.

      Нефтяные  пары из печи П-2 по трансферной линии поступает в реактор Р-1 – в узел ввода сырья реакционной зоны и параллельно с движущимися к низу катализатором опускаются к сепарационной зоне реактора.

      Давление  в реакторе  должно быть не выше 0,69 кгс/см², превышение  этого давления может вызвать зависание катализатора в напорном стояке и прекращение его циркуляции через реактор.