Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

3. Схема с расположением  реактора и регенератора на  одном уровне. Катализатор транспортируется в плотной фазе под действием разности весов в нисходящей и восходящей ветвях, при этом учитывается столб 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 сросным  расположением реактора и регенератора  и однократным подъемом катализатора  в разбавленной фазе. По этой  схеме реактор может быть размещен  над регенератором и под ним. На рис. 22 показаны оба варианта расположения реактора и регенератора, выполненных в одном блоке.

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

 

 

 

Рис. 22. Схемы взаимного расположения реактора и регенератора установки каталитического крекинга с пылевидным катализатором:

а — реактор над регенератором; б — регенератор над реактором; 1 — реактор; 2 — регенератор; 3 — стояки; 4 — транспортная линия; 5 — циклоны; 6 — распределительная решетка;» 7 — перегородка; 8 — клапан стояка; 9 — клапан транспортной линии; / — сырье; // — водяной пар; /// — продукты реакции; IV — газы регенерации; V — воздух.

Рис. 23. Схема реактора с пылевидным катализатором:

/ — зона распределения  сырья и катализатора; 2 — реакционная зона; 3 — отстойная зона; 4 —циклоны; 5 — отпарная зона; / — сырье и катализатор; // — продукты реакции; /// — вывод катализатора; IV — водяной пар.

   Рис. 24.  Реактор установки крекинга с пылевидным катализатором:

/ — корпус; 2 — сборная камера; 3 — подвеска -для циклонов; 4 — циклон второй ступени; 5 — циклон первой ступени; 6 — люк; 7 — стояк циклона; 8 — хлопушка стояка; 9 — распределительная решетка; 10, 15 — форсунки; 11 — стояк; 12, 13 — каскадные конусы; 14 — штуцер подачи сырья; 16 — опора; 17 — люк; 18 — изоляция; / — .сырье; //, IV — катализатор; /// — продукты реакции.

 

Реакторы современных установок крекинга с кипящим слоем катализатора представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с коническими или полушаровыми днищами диаметром 2500—12000 мм и высотой до 50000 мм. Температура среды в работающем реакторе обычно составляет 450— 480 °С. Корпус аппарата выполняют из углеродистой стали или биметалла.

На рис. 23 приведена схема реактора, в котором обозначены пять характерных зон: распределения смеси паров сырья и катализатора, реакционная, отстаивания, циклонов и отпарки.

На рис. 24 схематически показана конструкция среднего по производительности реактора с такими же характерными

рабочими зонами. Он представляет собой цилиндрический аппарат различных диаметров но высоте, с коническим сопряжением частей. Сверху он закрыт полушаровым днищем. Корпус аппарата внутри изолирован жаростойким Жетоном, нанесенным на панцирную сетку.

Катализатор из регенератора, смешавшись в нижней части ствола с сырьем и водяным паром, поднимается  по стволу, как по пневмоподъемнику, и через распределительную решетку  поступает в кипящий слой.

Из кипящего слоя катализатор  непрерывно попадает в суженную часть аппарата — десорбер, куда навстречу ему подают водяной пар для отпарки продуктов реакции. Каскадные перфорированные конусы, установленные в зоне десорбции, предотвращают нарушение спокойного течения катализатора вниз, т. е. создание поршневого режима.

Пар для продувки катализатора вводят по штуцеру в нижнем конусном днище с помощью форсунок.

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

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

Пары вместе с не осевшей в отстойной зоне катализаторной пылью, поднимаясь вверх, поступают в двухступенчатый батарейный циклонный сепаратор, состоящий из восьми циклонов (по четыре в каждой ступени). В каждом циклоне можно установить самостоятельный стояк для возвращения отсепарирован-ного катализатора в кипящий слой. Однако, учитывая, что в циклонах второй ступени улавливается меньше катализатора, часто выходные трубы их объединяют в общий бункер с одним стояком. Концы стояков, погруженные в кипящий слой, снабжают клапанами-хлопушками, предотвращающими прорыв паров из этого слоя в стояки. Внутренние поверхности циклонов защищены от эрозии футеровкой из специального бетона с ко-рундным наполнителем на фосфатной связке.

Циклонные батареи со стояками подвешивают в верхней  части аппарата за элементы, приваренные к корпусу. Стояки циклонов прикрепляют к нему тягами, не препятствующими свободной компенсации температурных деформаций. Пары из циклонов направляют в сборную камеру реактора и по шламовым трубам отводят в ректификационную колонну.

Отработанный катализатор, на поверхности которого содержится 1,1—1,3% кокса, удаляют из аппарата через штуцер в нижней части десорбера и соединенный с ним стояк. Диаметр трубопроводов для подвода к реактору и отвода от него сырья, продуктов реакции и катализатора составляет до 1 м. Эти труопроводы необходимо присоединять к корпусу таким образом, чтобы температурные деформации их не передавались аппарату. Все внутренние устройства реактора работают в условиях высоких температур и сильной эрозии потоком катализатора, поэтому их изготовляют из сталей марок 08X13 и Х18Н9Т

Рабочие параметры. Основными эксплуатационными показателями реактора являются температура и давление. Средняя температура в реакционной зоне определяется количеством введенных в аппарат сырья и катализатора, их температурой и свойствами. Температурный режим работы реактора при неизменных сырье и катализаторе регулируют изменением температуры предварительного нагрева сырья и кратности циркуляции катализатора.

Кратностью циркуляции называют отношение количества регенерированного катализатора, введенного в аппарат, к количеству поступающего вместе с ним сырья. Это отношение регулируют увеличением скорости подачи катализатора или уменьшением количества поступающего в реактор сырья. Кратность циркуляции катализатора обычно принимают в пределах 4—6.

При высокой кратности  циркуляции средняя температура  в реакционной зоне возрастает, и  осуществляется более глубокий крекинг. Вместе с тем высокие кратности  циркуляции приводят к сильному абразивному износу оборудования и некоторым другим технологическим трудностям.

 

Вопросы для  проверки

1. Каким требованиям должен отвечать реакторы химических процессов
2. Реакторы полного смешения
3. Реакторы полного вытеснения
4. По способу теплообмена как подразделяются реакторв
5. Какие типы установок каталитического крекинга применяют на нефтеперерабатывающих заводах
6. Как создается режим кипящего слоя
7. Почему в регенератор катализаторов крекинга подается воздух
8. Преимущества установок с кипящим слоем катализатора
9. Какие схемы взаимного расположения реактора и регенератора существуют на производстве
10. Как осуществляется транспорт шариковых катализаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 5

УСТРОЙСТВО  РЕАКТОРОВ

 

 План

4. Реакторы установок каталитического риформинга
5. Реакторы установок гидроочистки дизельных топлив
6. Реакторы гидрокрекинга

 

В реакторах установок  каталитического риформинга осуществляется превращение исходных бензиновых фракций, содержащих нафтеновые и парафиновые углеводороды нормального строения, в продукты, богатые ароматическими углеводородами и высокооктановыми изопарафинами.

В нефтеперерабатывающей  промышленности каталитический риформинг  получает все более широкое распространение. Например, риформинг бензина является основой для улучшения свойств автомобильных бензинов и производства ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов и этилбензола).

Для каталитического  риформинга применяют главным образом платиновый катализатор (0,5—0,6 масс. % платины, нанесенной на поверхность оксида алюминия). Используют также молибденовый катализатор, представляющий собой оксид молибдена, нанесенный на шрхность оксида алюминия.

Реакционная секция установки  риформинга на платиновом катализаторе (платформинга) работает по следующей  схеме. Предварительно нагретое в теплообменниках и печи сырье вместе с водородсодержащим циркулирующим газом поступает в первый реактор, где температура снижается вследствие поглощения тепла в процессе реакции. Газосырьевой поток, выходящий из этого реактора, нагревают во втором змеевике печи и направляют последовательно во второй реактор, в третий змеевик печи и в третий реактор. Продукты реакции из последнего реактора подают через теплообменники и конденсационно-холодильное оборудование в газовый сепаратор, откуда часть газов возвращают в систему для поддержания

циркуляции, избыток сбрасывают в газоотводную сеть, а жидкие продукты направляют на установку стабилизации.

Повышенное давление водорода способствует интенсификации реакции гидрирования и тем самым препятствует закоксовыванию катализатора.

Платиновый катализатор  медленно покрывается коксом и сернистыми соединениями и со временем теряет свою активность. Регенерацию катализатора проводят выжиганием кокса и сернистых отложений смесью инертного газа и воздуха под давлением 1 МПа. Выжигание осуществляют в тех же реакторах в три ступени при температуре 300 — 350 °С — в первой ступени, 380— 420 °С — во второй и 450— 500 °С — в третьей.

Устройство реакторного  блока. Реакторные блоки большинства установок состоят из трех и более реакторов.

Основными реакционными аппаратами являются адиабатические реакторы — пустотелые аппараты, заполненные одним слоем катализатора. Встречаются также политропические реакторы — многослойные аппараты со встроенными адиабатическими секциями;

 

 

Газосырьевой поток в адиабатических реакторах может двигаться в двух направлениях: аксиальном сверху вниз и радиальном — от периферии к центру (для парогазово-го сырьевого потока).

Реакторы  представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты со сферическими днищами, в которых помещен катализатор. В зарубежной практике встречаются также реакторы сферической формы.

Корпуса реакторов, используемых на отечественных заводах, имеют внутреннюю защитную футеровку из жаростойкого бетона для сохранения прочности металла и стойкости его к водородной и сульфидной коррозии в условиях высоких температур. Такие реакторы можно изготовить из углеродистой стали; если же футеровка отсутствует, то корпус выполняют целиком из высоколегированных сталей или двухслойной стали (основной слой — хромомолибденовая сталь, внутренний слой — нержавеющая сталь).

На рис. 25 показан адиабатический реактор установки каталитического риформинга. Корпус аппарата изготовлен из стали марок 22К или 09Г2ДТ и покрыт изнутри торкрет-бетонной футеровкой. Качество футеровки должно быть высоким во избежание появления на ней трещин в процессе эксплуатации (особенно уязвимы в этом отношении верхние участки реактора в области штуцеров). Герметичность футеровки может нарушиться также вследствие резких изменений температуры в отдельных зонах реактора или всей установки. Участки корпуса, где надежная работа футеровки не гарантирована, следует выполнять из. хромомолибденовых сталей марок 12МХ или 12ХМ, устойчивых при повышенных температурах и в водородсодержащих средах. Внутренние устройства реактора изготовляют из сталей марок ЭИ496 и Х5М.

Сырье (парогазовая смесь) подается в реактор через верхний штуцер с помощью распределителя, обеспечивающего равномерное заполнение верхней пустотелой части аппарата, и проходит через слой фарфоровых шариков диаметром 20 мм, а также слой таблетированного алюмоплатинового катализатора высотой до 4 м.

Катализатор удерживается на перфорированной опорной решетке, поверх которой для равномерного приема сырья насыпаны три слоя фарфоровых шариков диаметром 20, 13 и б мм. Продукты реакции, скапливающиеся под решеткой, выводят по парогазовому стояку через верхний штуцер диаметром 300 мм.

Для установки трехзонной термопары через штуцер в верхнем днище реактора пропущена труба диаметром 50 мм. На нижнем днище расположены люк диаметром 500 мм, которым! пользуются при ревизии и ремонте аппарата, и два люка диаметром 175 мм для выгрузки катализатора. На нижнем днище имеется также штуцер диаметром 100 мм, через который эжек-тируют газы перед началом процесса регенерации и в случае необходимости при ремонтных работах. Для защиты застойных зон реактора от воздействия высоких температур и водорода все свободные пространства люков и штуцеров заполнены легкой шамотной мастикой.