Меню Рубрики

Установка каталитический крекинг флюид

Каталитический крекинг — Fluid catalytic cracking

дистилляционной колонны,

Пары продукта реакции (при 535 ° С и давлении 1,72 бар) перетекать из верхней части реактора к нижней части дистилляционной колонны (обычно называемый как основной ректификационной колонны ) , где они переработаны в конечные ФКС продукты Растрескивание лигроина , мазут , и отходящий газ . После дальнейшей обработки для удаления серы соединений, крекинг нафты становится высоким октановым числом компонент смешанных бензинов нефтеперерабатывающего завода.

Основной ректификационная колонна отходящего газ направляются на то , что называется добыча газа блок , где он разделяется на бутаны и бутилен , пропан и пропилен , а также более низкие молекулярная масса газы ( водород , метан , этилен и этан ). Некоторые устройства рекуперации газа FCC может также выделить некоторые из этана и этилена.

Хотя схема последовательности операций , выше изображает основную ректификационную колонну , как имеющие только один съемник и бокового вырез один продукт мазута, многие основные ректификационные колонны FCC имеют два Sidecut съемников и производят легкую нефть топлива и мазут. Кроме того, многие главные ректификационные колонны FCC производят легкий крекинг нафты и тяжелую нафту трещины. Терминология свет и тяжелый в этом контексте относится к продукту , кипящим диапазонам, с легкими продуктами , имеющими более низкой температурой кипения , чем тяжелые продукты.

Дно нефтепродуктов от основной ректификационной колонны содержат остаточные частицы катализатора , которые не были полностью удалены с помощью циклонов в верхней части реактора. По этой причине, в нижней части масла продукт называют суспензии масла . Часть этой суспензии масла возвращают обратно в основной ректификационной колонны выше точки ввода паров горячих продуктов реакции с тем, чтобы охладить и частичной конденсации паров продукта реакции , поскольку они входят в основную ректификационную колонну. Остальная часть суспензии масла прокачивают через суспензию отстойник. Снизу масло из суспензии отстойника содержит большую часть каталитических частиц масла в суспензии и возвращает обратно в катализаторе стояк путем объединения его с исходным маслом FCC. Выяснена взвесь масло или переливать масло извлекает из верхней части отстойника шлама для использования в других местах на нефтеперерабатывающем заводе, как тяжелые нефтяное топливо смешивания компонентов, или в виде сажи сырья.

Регенератор дымовых газов

В зависимости от выбора конструкции FCC, сгорание в регенераторе кокса на отработанном катализаторе может или не может быть полное сгорание до углекислого газа CO 2 . Поток воздуха для горения контролируется таким образом , чтобы обеспечить требуемое соотношение монооксида углерода (СО) в диоксид углерода для каждой конкретной конструкции FCC.

В конструкции , показанной на фиг.1, кокс только частично сгорает до СО 2 . Дымовые сжигания газа (содержащий СО и СО 2 ) при 715 ° С и при давлении 2,41 бара направляется через вторичный катализатор сепаратор , содержащий вихревые трубки , предназначенные для удаления от 70 до 90 процентов твердых частиц в дымовом газе на выходе из регенератора. Это необходимо для предотвращения повреждения эрозии на лопатки в турбодетандере , что топочный газ , проходящем через следующий.

Расширение дымового газа через турбодетандер обеспечивает достаточную мощность для управления воздухом для горения в регенераторе компрессора . Электрический мотор-генератор может потреблять или производить электроэнергию. Если разложение топочного газа не обеспечивает достаточную мощность для приведения в действие воздушный компрессор, электродвигатель / генератор обеспечивает необходимую дополнительную мощность. Если разложение топочного газа обеспечивает более высокую мощность , чем это необходимо для приведения в действие воздушный компрессор, то электродвигатель / генератор преобразует избыточную энергию в электрическую энергию , и экспортирует его в электрическую систему нефтеперерабатывающего завода.

Расширен дымовой газ затем направляется через парогенераторный котел (упоминается как CO котел ) , где окись углерода в топочном газе сжигают в качестве топлива , чтобы обеспечить пар для использования в нефтеперерабатывающем заводе, а также выполнять любую применимую к окружающей среде нормативные ограничения на выбросы окиси углерода.

Дымовые газы, наконец , обрабатываются через электростатический осадитель (ESP) для удаления остатков твердых частиц , чтобы соответствовать любым применимым экологическим нормам в отношении выбросов твердых частиц. ESP удаляет твердые частицы в диапазоне размеров от 2 до 20 мкм из дымового газа. Фильтрующие системы в виде частиц, известные как Четвертый этап Сепараторы (ФСС) иногда необходимы для удовлетворения пределов выбросов твердых частиц. Они могут заменить ESP , когда выбросы твердых частиц являются единственной заботой.

Паровая турбина в дымовой системе обработки газа ( как показан на приведенной выше схеме) используется для привода воздушного компрессора сгорания регенератора во время пусков установки ЖККА до тех пор, пока достаточное количество дымовых газов сгорания , чтобы взять на себя эту задачу.

Химия

Сырая нефть , в основном , состоит в основном из смеси углеводородов с небольшим количеством других органических соединений , содержащих серу, азот и кислород . Сырая нефть также содержит небольшие количества металлов , таких как медь , железо , никель и ванадий .

Таблица 1

углерод 83-87%
водород 10-14%
азот 0,1-2%
кислород 0,1-1,5%
сера 0,5-6%
металлы Катализаторы

Современные катализаторы FCC являются мелкодисперсными порошками с объемной плотностью от 0,80 до 0,96 г / см 3 и имеющего распределение размера частиц в пределах от 10 до 150 мкм и среднего размера частиц от 60 до 100 мкм. Конструкция и работа установки ФКК в значительной степени зависит от химических и физических свойств катализатора. Желательные свойства катализатора FCC являются:

  • Хорошая устойчивость к высокой температуре и в паре
  • Высокая активность
  • Большие размеры пор
  • Хорошая устойчивость к истиранию
  • Низкий уровень производства кокса

Современный катализатор FCC , состоит из четырех основных компонентов: кристаллический цеолит , матрица, связующее и наполнитель. Цеолит является основным активным компонентом и может составлять от примерно 15 до 50 массовых процентов катализатора. Цеолит , используемый в катализаторах FCC упоминается как фоязит или как тип Y и состоит из диоксида кремния и оксида алюминия тетраэдров с каждым тетраэдр , имеющий либо алюминий или кремний атом в центре и четыре кислорода атомов по углам. Это молекулярное сито с отличительной структурой решетки , которая позволяет только определенный диапазон размеров молекул углеводорода , чтобы войти в решетку. В общем, цеолит не позволяет молекул больше , чем 8 до 10 нм (т.е., от 80 до 100 ангстрем ) , чтобы войти в решетку.

Каталитические участки в цеолите являются сильными кислотами ( что эквивалентно 90% серной кислоты ) , и обеспечивают большую часть каталитической активности. Эти кислотные центры обеспечиваются тетраэдров оксида алюминия. Атом алюминия в центре каждых тетраэдров оксида алюминия находится в +3 окисленном состоянии окружено четыре атомами кислорода по углам , которые являются общими для соседних тетраэдров. Таким образом, суммарный заряд тетраэдров оксида алюминия -1 , который уравновешивается натрия иона в процессе получения катализатора. Ион натрия позже заменен аммоний ион, который испаряется , когда катализатор затем сушит, в результате чего к образованию Льюис и Бренстед кислотных центров. В некоторых катализаторах FCC, сайты Бренстед могут быть позже заменены редкоземельными металлами , такие как церий и лантан , чтобы обеспечить альтернативные уровни активности и стабильности. Кислая активность катализатора деактивируются с помощью азота , присутствующего в исходном сырье. Обычно содержание азота в исходном сырье находится в пределах от 1000 до 2000 частей на миллион. Более высокие результаты содержания азота в значительной депрессии скорости конверсии.

Матричный компонент катализатора FCC содержит аморфный оксид алюминия, который также обеспечивает каталитические центры активности и в более крупных порах, что позволяет запись для более крупных молекул, чем делает цеолит. Это позволяет растрескивание более высокой температурой кипения, более крупные молекулы исходного сырья, чем имеют трещины с помощью цеолита.

Связующие и присадочные компоненты обеспечивают физическую прочность и целостность катализатора. Связующее вещество представляет собой , как правило , золь диоксида кремния и наполнитель, как правило, глина ( каолин ).

Никель, ванадий, железо, медь и другие металлические примеси, присутствующие в сырье FCC в частях на миллион, все они имеют вредное воздействие на активность катализатора и производительности. Никель и ванадий особенно нежелательны. Есть целый ряд методов для смягчения последствий загрязнения металлов:

  • Избегайте сырья с высоким содержанием металлов: Это серьезно затрудняет гибкость нефтеперерабатывающего завода по переработке различных видов сырой нефти или закупленные сырья FCC.
  • Сырьем подачи предварительной обработка: гидрообессеривании исходного сырья FCC удаляют некоторые из металлов , а также уменьшает содержание серы в продуктах FCC. Тем не менее, это довольно дорогостоящий вариант.
  • Увеличение свежего добавления катализатора: Все блоки FCC снять часть циркулирующего равновесия катализатора , как отработанный катализатор и заменяют его свежим катализатор для того , чтобы поддерживать необходимый уровень активности. Увеличение скорости такого обмена снижает уровень металлов в циркулирующем равновесном катализаторе, но это также весьма дорогостоящий вариант.
  • Деметаллизация: Коммерческий собственность Процесс Demet удаляет никель и ванадий из отводимого отработанного катализатора. Никель и ванадий превращают в хлориды , которые затем вымываются из катализатора. После сушки деметаллизированное катализатор возвращают в катализатор циркулирующего. Удаления около 95 процентов удаления никеля и 67 до 85 процентов ванадия были зарегистрированы. Несмотря на это, использование процесса Demet не стало широко распространенным, возможно , из — за необходимостью затраты высокого капитала.
  • Металлы пассивации: Некоторые материалы могут быть использованы в качестве добавок , которые могут быть пропитаны в катализатор или добавлены в сырье каталитического крекинга в виде металлоорганических соединений. Такие материалы реагируют с примесями металлов и пассивации загрязняющих веществ путем образования менее вредные соединений , которые остаются на катализаторе. Так , например, сурьма и висмут эффективны в пассивирующем никеле и олово является эффективным в пассивации ванадия. Ряд запатентованных процессов пассиваций доступны и достаточно широко используются.

Основные поставщики катализаторов FCC по всему миру включают Albemarle Corporation , WR Grace Company и BASF Катализаторы (ранее Engelhard). Цена оксида лантана , используемый в жидкости каталитического крекинга поднялась с $ 5 за килограмм в начале 2010 года до 140 $ за килограмм в июне 2011 года.

история

Первое коммерческое использование каталитического крекинга произошло в 1915 году , когда Элмер М. McAfee из Gulf Refining Company разработал пакетный процесс с использованием хлорида алюминия (а Фриделя Crafts катализатор , известным с 1877 года) , чтобы каталитически трещинами тяжелых нефтяных масел. Тем не менее, высокая стоимость катализатора предотвратить широкое использование процесса McAfee, в то время.

В 1922 году французский инженер — механик по имени Евгений Жюль Houdry и французский фармацевт по имени Е.А. Prudhomme создана лаборатория вблизи Парижа разработать каталитический способ превращения бурого угля в бензин. При поддержке французского правительства, они построили небольшой демонстрационный завод в 1929 году было переработано около 60 тонн в сутки бурого угля. Результаты показали , что этот процесс не был экономически жизнеспособным и впоследствии она была закрыта.

Houdry обнаружил , что земля Фуллера , глинистый минерал , содержащий алюмосиликаты , может превратить масло , полученное из бурого угля в бензин. Затем он начал изучать катализ нефтяных масел и имел некоторый успех в преобразовании испаренной нефти нефти в бензин. В 1930 году Vacuum Oil Company пригласила его приехать в Соединенные Штаты , и он перенес свою лабораторию Paulsboro , Нью — Джерси .

В 1931 году Vacuum Oil Company объединилась с Стандард ойл оф Нью — Йорк (Сокони) с образованием Socony-Vacuum Oil Company . В 1933 году небольшое подразделение Houdry обработано 200 баррелей в день (32 м 3 / сут) нефтяного масла. Из — за экономической депрессии начала 1930 — х, Socony-Vacuum уже не в состоянии поддерживать работу Houdry и дал ему разрешение обратиться за помощью в другом месте.

В 1933 году Houdry и Socony-Vacuum вместе с Sun Oil Company в разработке процесса Houdry. Через три года, в 1936 году, Socony-Вакуум превращает старый блок термического крекинга в их Paulsboro нефтеперерабатывающего заводе в Нью — Джерси в небольшой демонстрационном блок с использованием процесса Houdry для каталитического треснуть 2000 баррелей в день (320 м 3 / г) нефтяное масла.

В 1937 году ВС Oil начала работы нового Houdry блока обработки 12,000 баррелей в день (1 900 м 3 / сут) в их Marcus Hook нефтеперерабатывающий завод в Пенсильвании. Процесс Houdry в то время использовали реакторы с неподвижным слоем катализатора и была операция полупериодическим с участием нескольких реакторов с некоторыми из реакторов в эксплуатацию в то время как другие реакторы были в различных стадиях регенерации катализатора. Мотор-привод клапаны используются для переключения реакторов между онлайн и в автономном режиме работы регенерации и таймером цикла управляемого переключения. Почти 50 процентов от продукта крекинга бензина был по сравнению с примерно 25 процентов от процессов термического крекинга.

К 1938 году, когда процесс Houdry было публично объявлено, Socony-Vacuum было восемь дополнительных блоков в стадии строительства. Лицензирования процесс для других компаний также начали и к 1940 году было 14 Houdry единиц в обработке операции 140,000 баррелей в день (22 000 м 3 / сут).

Следующий важный шаг был разработка непрерывного процесса , а не процесс полунепрерывного Houdry. Этот шаг был осуществлен появлением процесса с подвижным слоем , известным как процесс Thermofor каталитического крекинга (ТСС) , который использовали ковшовый конвейер-лифт для перемещения катализатора из регенерационной печи в отдельной секции реактора. Небольшой полукоммерческих демонстрации ТСС блок был построен в Paulsboro нефтеперерабатывающего завода Socony вакуума в 1941 году и успешно работает, производя 500 баррелей в день (79 м 3 / сут). Тогда полномасштабная коммерческая TCC блок обработки 10000 баррелей в день (1600 м 3 / сут) начал свою работу в 1943 году в Бомонт, штат Техас НПЗ Magnolia нефтяной компании , филиал Сокони-Vacuum . К концу Второй мировой войны в 1945 году, мощность переработки блоков TCC в эксплуатации составила около 300 000 баррелей в день (48000 м 3 / сут).

Говорят, что блоки Houdry и ТСС были основным фактором в завоевании Второй мировой войны путем подачи высокооктанового бензина, необходимого воздушными силами Великобритании и США для более эффективной высокой степени сжатия двигателей Spitfire и Mustang.

В первые годы после Второй мировой войны, процесс Houdriflow и процесс TCC эрлифт были разработаны улучшенные вариации на тему с движущимся слоем. Так же, как реакторы с неподвижным слоем Houdry, в конструкциях с подвижным слоем были главными примерами хорошей техники путем разработки способа непрерывного перемещения катализатора между секциями реактора и регенерации. Первый эрлифт TCC блок начал свою работу в октябре 1950 года на заводе Бомонт, штат Техас.

Этот процесс каталитический крекинг впервые были исследованы в 1920 — е годы Стандард ойл оф Нью — Джерси , но исследования на нем был оставлен во время экономической депрессии годы 1929 до 1939. В 1938 году , когда успех процесса Houdry в стало очевидно, Standard Oil Нью — Джерси возобновили проект в рамках консорциума , который включает в себя пять нефтяных компаний (Стандард ойл оф Нью — Джерси, Standard Oil в Индиане, англо-иранской нефти, Texas Oil и Dutch Shell), два инженерно-строительные компании ( MW Kellogg Limited и универсальный Ойл Продактс ) и немецкая химическая компания ( IG Farben ). Консорциум был назван Каталитическим Research Associates (CRA) и его цель состояла в том, чтобы разработать способ каталитического крекинга , которые не посягают на патентах Houdry в.

Химическая технология профессора Уоррен К. Льюис и Эдвин Р. Гиллилэнд из Массачусетского технологического института (MIT) предложил исследователям CRA , что низкая скорость потока газа через порошок может «поднять» его достаточно , чтобы заставить его течь аналогично в жидкость. Основное внимание на этой идее псевдоожиженного катализатора, исследователи Дональд Кэмпбелл, Гомер Мартин, Эгер Мерфри и Чарльз Тайсон в Стандард ойл оф Нью — Джерси (ныне Exxon Mobil-Company) разработала первый блок каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем. Их патент США N 2451804, Метод и устройство для контактирования твердых и газообразных , описывают их эпохальное изобретение. На основе их работы, MW Kellogg Company построила большой экспериментальный завод в Батон — Руж, штат Луизиана НПЗ в Стандард ойл оф Нью — Джерси. Пилотный завод начал работу в мае 1940 года.

Основываясь на успехе пилотного завода, первый завод коммерческого каталитического крекинга (известный как Model I FCC) начал обрабатывать 13000 баррелей в день (2100 м 3 / сут) нефтяное масло на нефтеперерабатывающем заводе Батона — Руже на 25 мая 1942 года был сформирован всего четыре года после консорциума CRA и в самом разгаре Второй мировой войны. Чуть больше , чем через месяц, в июле 1942 года, было обрабатывать 17000 баррелей в день (2700 м 3 / сут). В 1963 году, что первая модель I блок FCC была закрыта после 21 лет эксплуатации и впоследствии демонтировано.

Во многих десятилетий, так как блок Модель I FCC начал работу, с неподвижным слоем единицы Houdry все были закрыты, как у большинства подвижных единиц кровати (например, единиц TCC) в то время как сотни единиц FCC были построены. В течение этих десятилетий многие усовершенствованные конструкции FCC эволюционировали и катализаторы крекинга были значительно улучшены, но современные единицы FCC, по существу, такой же, как первая модель I блока FCC.

источник

Добавить комментарий