Меню Рубрики

Установки каталитического крекинг описание

Каталитический Крекинг

Каталитический крекинг – процесс расщепления крупных молекул углеводородов тяжелых нефтяных фракций на более мелкие, проводимый при высокой температуре и в присутствии катализатора.

Целью каталитического крекинга является получение необходимых соединений, используемых в качестве ценных компонентов бензина, повышая его октановое число. При этом также образуются другие продукты: в основном, углеводородные газы, в том числе, ненасыщенные, и кокс.

Каталитический крекинг, наряду с каталитичеким риформингом, является одним из основных процессов вторичной переработки нефти.

Предпосылки создания метода

Потребность в автомобильном бензине всегда была существенней, чем в тяжелом жидком топливе, не говоря уже об остаточных нефтепродуктах. Нефтепромышленники поняли, что при производстве бензина в количестве, удовлетворяющем спросу, рынок одновременно будет затоварен тяжелым топливом. Чтобы избежать такой невыгодной во всех отношениях ситуации был разработан метод переработки тяжелых фракций в более легкие, который назвали крекинг. Наибольшее распространение в силу ряда причин получил именно каталитический крекинг.

Сырье

Основным сырьем для процесса каталитического крекинга являются фракции с температурой кипения выше 350 °С. До недавнего времени в качестве сырья использовался прямогонный тяжелый газойль, а также легкая фракция вакуумной перегонки. Однако, в последние годы наблюдается тенденция к утяжелению сырья. Так на современных установках переходят к переработке глубоковакуумных газойлей с температурами конца кипения до 620 °С.

Химизм процесса

В процессе каталитического крекинга происходит разрыв больших углеводородных молекул, что сопровождается образованием следующих продуктов:

  • Полный набор углеводородов от метана и выше
  • Олефиновые газы – за счет отщепления водорода
  • Кокс – в результате недостатка водорода

Молекулы, состоящие из нескольких ароматических или нафтеновых циклов, распадаются на меньшие ароматические или нафтеновые молекулы и олефины. Ароматические или нафтеновые молекулы, имеющие длинные боковые цепи, теряют их.

Катализатор

В современных установках каталитического крекинга в основном используется цеолитсодержащий микросферический катализатор с размером частиц 35 — 150 мкм и площадью поверхности 300 — 400 м 2 /гр. Такие микросферы представляют собой алюмосиликатную матрицу с нанесенным на нее цеолитным компонентом, содержание которого не превышает 30%.

В большинстве случаев в качестве цеолита используется ультрастабильный цеолит Y, в который иногда добавляется ZSM-5. Некоторые производители практикуют добавление в катализатор редкоземельных металлов.

Для обеспечения полного сгорания кокса и окисления его до СО2, в катализаторы добавляют промоторы дожига СO. Уменьшение истирания катализатора также обеспечивают специальными добавками.

Технология

В состав установки каталитического крекинга входит три основных блока:

  • Реактор
  • Регенератор
  • Ректификационная колонна

Реактор

Потоки нагретого сырья и катализатора смешиваются, в зависимости от типа реактора, в разных узлах установки, и попадают в реактор, представляющий собой большой сосуд. В реакторе проходит как сам процесс крекинга, так и отделение углеводородов от катализатора, которое производится с помощью центрифугирования.

В настоящее время наблюдается полный отказ от периодических реакторов Гудри в пользу процесса непрерывной регенерации. Такие установки непрерывной регенерации делят на несколько типов:

  • Реакторы с движущимся слоем катализатора

Сырье подается снизу, а катализатор сверху. Отработанный катализатор подается на регенерацию также через низ, а продукты через верх — на разделение.

  • Реактор с кипящим слоем катализатора (Выход крекинг- бензина 49 — 52 %)

В данном случае микросферический катализатор находится во взвешенном состоянии в потоке сырья. По мере закоксовывания частицы катализатора тяжелеют и падают вниз, откуда выводятся на регенерацию.

  • Лифт-реактор (Выход крекинг-бензина 50 — 55 %)

Нагретое сырье диспергируется и смешивается с потоком катализатора в вертикальной трубке (райзере), и подается в реактор снизу. Процесс крекинга начинается уже в райзере. В реакторе смесь катализатора и продуктов разделяются на сепараторе, а остатки продуктов десорбируются паром в десорбере. В настоящее время такой тип реакторов является наиболее распространенным (см. рис.)

Катализатор подается в реактор нисходящим потоком, а пары сырья впрыскиваются перпендикулярно направлению движению катализатора, т.е. через специальные боковые отверстия. Время реакции в данном случае составляет всего несколько миллисекунд, в результате чего повышается выход бензиновой фракции (до 60 — 65 %).

Схематическое изображение реакторного блока установки каталитического крекинга

Регенаратор

Образовавшийся в процессе крекинга кокс откладывается на катализаторе, что приводит к существенному снижению активности последнего. Для устранения этого эффекта, отработанный катализатор направляют в специальный сосуд – регенератор. В регенераторе отработанный катализатор, покрытый отложениями кокса смешивают с нагретым до 600 °С воздухом. При этом происходит окисление кокса:

Восстановленный катализатор можно снова смешать с сырьем и направить в реактор. Таким образом обеспечивается непрерывный цикл крекинг — регенерация.

Схематическое изображение блока регенарации катализатора установки каталитического крекинга

Ректификация продуктов крекинга

Углеводородная смесь, образовавшаяся в результате крекинга, направляется в ректификационную колонну, где разделяется на следующие фракции:

  • Углеводородные газы С4-
  • Крекинг бензин
  • Легкий крекинг-газойль
  • Тяжелый крекинг-газойль
  • Кубовый остаток (рециркулирующий газойль)
Схематическое изображение ректификационной колонны установки каталитического крекинга

Состав продуктов

В состав газов, образующихся в процессе каталитического крекинга входят не только предельные углеводороды — метан, этан, пропан и бутан, но и олефиновые углеводороды (до 50 %) — этилен, пропилен и бутилен, а также водород.

В связи с наличием в своем составе непредельных углеводов, газ с ректификационной колонны каталитического крекинга направляют на установку фракционирования крекинг-газа. Благодаря присутствию значительного количества изобутана, бутан-бутиленовая фракция используется в процессе алкилирования. Отдельно выделяется пропилен, который используется для производства полипропилена.

Крекинг-бензин представляет собой ценный компонент автомобильного бензина, вследствие довольно большого октанового числа (ОЧИ 88 — 91). В составе крекинг-бензина содержится незначительное количество бензола (менее 1 %) и ароматических углеводородов (20 — 25 %). Это позволяет использовать его как компонент бензинов, соответствующих нормам Евросоюза (Евро-4 и Евро-5).

Недостатком крекинг бензина является довольно существенное содержание непредельных углеводородов (до 30 %) и серы (0,1 — 0,5 %), что негативно сказывается на стабильность топлива.

Легкий крекинг-газойль содержит большое количество ароматики, что характеризуется довольно низким цетановым числом (20 — 25 единиц), а также существенное количество сернистых соединений (0.1 — 0,5 %). Эти факторы ограничивают применений легкого газойля каталитического крекинга в качестве компонента дизельного топлива. Рекомендованная норма — до 20 %.

В связи с этим альтернативным применением легкого крекинг-газойля является его использование в качестве судового топлива, разбавления котельных топлив и для производства сажи.

Тяжелый крекинг-газойль используют как сырье для термического крекинга или как компонент остаточного топлива. В связи с большим содержанием полициклических ароматических углеводородов тяжелый крекинг-газойль применяется также для получения высококачественного игольчатого кокса.

Рециркулирующий газойль, как понятно из названия, в основном повторно смешивают с поступающим сырьем. При достаточно большом количестве циклов рециркулирующий газойль может полностью исчезнуть, в этом случае говорят о рециркуляции до уничтожения.

источник

Установка каталитического крекинга

Цель установки

Каталитический крекинг — это переработка нефти для получения следующих продуктов:

  1. Компонента бензина с октановым числом 92
  2. Сжиженных углеводородных газов – пропан-пропиленовая фракция (ППФ) и бутан-бутиленовая фракция (ББФ)
  3. Компонента дизельного топлива
  4. Легкого каталитического газойля

Используемое сырье

В качестве сырья на установку поступает гидроочищенный вакуумный газойль.

Технологическая схема

Сырье перекачивается насосами через блок теплообменников, где происходит нагревание до 220 °С. Далее происходит разделение на 8 потоков, которые направляются в печь, где происходит нагрев до температуры 250-260 °С.

Реакторный блок

Далее поток поступает в слой циркулирующего катализатора реакторного блока через райзер – прямоточный реактор. Происходит смешение потока и катализотора с температурой 530 °С.

Так как температура составляет 530 °С, то происходит реакция крекинга с образованием продуктов реакции, находящихся в газообразном состоянии.

Катализатор – микросферический цеолитсодержащий алюмосиликат.

Далее образовавшаяся смесь продуктов реакции и катализатора перемещается в реактор, где установлены циклоны 1 и 2 ступени.

Циклоны

В циклонах 1 ступени, более тяжелый катализатор, за счет центробежной силы, отбрасывается к стенкам устройства и направляется вниз реактора, а газообразные продукты реакции направляются во вторую ступень.

Ступень тонкой очистки – оставшиеся продукты реакции переходят во вторую ступень циклонов тонкой очистки. Где происходит аналогичный процесс.

При этом, катализатор ссыпается вниз реактора, куда подается пар для того, что бы отделить принесенные ценные для нефтепереработки углеводороды. На поверхности катализатора откладывается кокс – побочный продукт.

Очищенный от катализатора продукт в состоянии парогазовой смеси через верх реактора уходит на блок нагревательно – фракционирующей части (НФЧ) для последующего разделения.

После отделения от продукта катализатор попадает в транспортную линию, куда подается воздух для его транспортировки в регенератор. В регенераторе происходит выжег кокса с поверхности катализатора при температуре 600 °С, поскольку при такой температуре кокс самовоспламеняется.

Дымовые газы, пройдя две ступени циклонов, попадают в котел-утилизатор для выработки пара 15 атмосфер.

Отбившийся при этом катализатор спускается вниз регенератора, ссыпается в хоппер – бункер для предварительного сбора катализатора. А далее через шиберную задвижку подается на реакцию с сырьем в райзер.

За счет подачи воздуха от воздуходувки происходит движение катализатора между реактором и регенератором. А между регенератором и реактором за счет перепада давления.

Парогазовая смесь, которая образовалась в процессе реакции, сверху реактора направляется вниз фракционирующей колонны, где проходит разделение.

При этом в кубе колонны задерживается тяжелый каталитический газойль с температурой 350 °С, откуда насосами одна часть выводится из колонны, а вторая через блок теплообменников возвращается в колонну в качестве орошения для охлаждения колонны и улавливания катализатора из продуктов реакции.

Из средней части колонны выводится легкий каталитический газойль, являющийся компонентом дизельного топлива. Он проходит через стриппинг, в который подается пар, отпаренный каталитический газойль выводится с установки.

Сверху фракционирующей колонны выводятся:

  1. Сухой газ
  2. Пропан пропиленовая фракция
  3. Бутан бутиленовая фракция
  4. Бензин

Все продукты реакции, попадая в АВЗ и водяные охладители – охлаждаются и с температурой 30-45 градусов Цельсия попадают в трехфазный сепаратор. Здесь происходит разделение на воду, бензин и газ.

Сепаратор: разделение на воду, бензин и газ

Часть бензина возвращается в колонну, а другая часть направляется на блок стабилизации бензина. Где идет отделение газа от бензина.

Сверху сепаратора смесь газов попадает на блок очистки в аппарат для поглощения газов (абсорбер), для отделения от сероводорода.

Читайте также:  Установка локального контроллера домена

В верхнюю часть колонны подается метилдиэтаноламин (МДЭА), который улавливает сероводород и с помощью насосов выводится на утилизацию.

После очистки от сероводорода, газ уходит на прием газовых компрессоров. Далее идет процесс охлаждения и конденсации жирного газа в АВЗ. Далее он снова направляется в сепаратор, в котором через насосы уходит в абсорбер, туда же идет газ сверху сепаратора и бензин.

Сверху в абсорбер подается стабильный бензин установки. Куб колонны подогревается с помощью термосифонных кипятильников. Сверху абсорбера уходит сухой газ в заводскую сеть. Деэтанизированный бензин, в котором содержатся ББФ и ППФ уходит снизу абсорбера и поступает в колонну стабилизации.

Отсюда снизу уходит депопронизированный бензин, а ППФ уходит сверху, охлаждаясь в АВЗ, теплообменниках. Пройдя через сепаратор, часть уходит в колонну в качестве орошения, а часть выводится с установки.

Деэтанизированный и депропанизированный бензин так же отправляются в колонну стабилизации. Здесь ББФ уходит сверху, при этом охлаждаясь в АВЗ и теплообменниках. После прохождения сепаратора, часть в качестве орошения уходит в колонну, а часть выводится с установки.

Снизу колонны выводится товарный бензин с октановым числом 92 по исследовательскому методу.

Видео

источник

Установка каталитического крекинга нефтяного сырья

Описание технологической схемы установки каталитического крекинга Г-43-107 (в одном лифт-реакторе). Способы переработки нефтяных фракций. Устройство и принцип действия аппарата. Назначение реактора. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтехимии.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)

Кафедра «Техника переработки отходов и техносферная безопасность»

На тему: «Установка каталитического крекинга нефтяного сырья»

1.1 Теоретические основы процесса

1.2 Описание технологической схемы установки каталитического крекинга Г-43-107 (в одном лифт-реакторе)

1.3 Устройство и принцип действия аппарата. Реактор

1.4 Техника безопасности при эксплуатации аппарата

1.5 Охрана окружающей среды на предприятиях нефтехимии

3. Расчет количества выбросов диоксида серы

Каталитический крекинг — один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. 20 в. (США) способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов (Э. Гудри, 1936 г). Основное достоинство процесса — большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропиленом, изобутаном и бутенами; сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т.д. Такой универсальностью объясняется весьма значительная доля каталитического крекинга в общем объёме переработки нефти.

Для выполнения требований к экологичности продуктов и санитарной защите окружающей среды в состав установки наряду с основным процессом — каталитическим крекингом — введены предварительная гидроочистка сырья, утилизация тепла дымовых газов и их очистка от катализаторной пыли в электрофильтре.

1.1 Теоретические основы процесса

Каталитический крекинг является химическим процессом деструктивного каталитического превращения нефтяных фракций в моторные топлива и сырье для производства технического углерода, кокса и нефтехимии. Сырьем для процесса служит в основном вакуумные дистилляты, легкие керосиногазойлевые фракции и мазуты. Целевые продукты процесса — авиационные и высокооктановые автомобильные бензины, легкий и тяжелые газойль, углеводородные газы. Нежелательным продуктом является кокс.

Каталитический крекинг — один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. XX в. способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов. Основное достоинство процесса — большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого бутан-бутиленовой фракцией (сырье для производства высокооктанового компонента бензина — алкилата); сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т.д.

Катализатор — это вещество, в присутствии которого изменяется скорость химической реакции. Явление изменения скорости реакции, вызываемое катализатором, называют катализом, а реакцию — каталитической. Большое распространение получили катализаторы, находящиеся в твердом состоянии. Они имеют множество внутренних пор. Общая внутренняя поверхность пор одной частицы значительно больше внешней ее поверхности.

Катализаторы для процесса каталитического крекинга бывают нескольких видов, а именно: алюмосиликатные катализаторы и цеолитные катализаторы.

Условия процесса каталитического крекинга и глубина протекающих реакций определяется качеством применяемого катализатора. Для обеспечения максимального выхода целевых продуктов и минимального количества побочных продуктов, а также достижения лучших технико-экономических показателей процесса промышленные катализаторы должны иметь следующие основные свойства:

— Высокая активность. Чем выше активность, тем больше глубина превращения исходного сырья при прочих равных условиях;

— Стабильность. Катализатор должен быть стойким к истиранию, растрескиванию и давлению вышележащих слоев;

— Высокая избирательность. Избирательность катализатора оценивается по его способности ускорять реакции в требуемом направлении и снижать скорость побочных реакций;

— Высокие регенерационные свойства. Катализатор должен обладать способностью быстро и многократно восстанавливать свою активность.

Основными параметрами процесса, влияющими на выход и качество продуктов, являются:

Температура. За температуру процесса каталитического крекинга принимают температуру середины реакционной зоны. В промышленных реакторах температуру процесса поддерживают в пределах 450-500 о С. С ростом температуры в рабочей зоне увеличивается общая глубина превращения сырья, выход сухого газа, выход фракции С34, количество пропилена и бутилена и в сравнительно небольшой степени повышается выход дебутанизированного бензина.

Давление. На установках с циркуляцией микросферического катализатора процесс ведут под давлением 0,08-0,19 МПа. С повышением давления содержание олефиновых углеводородов в бензине уменьшается, следовательно, снижается октановое число бензина.

Кратность циркуляции катализатора. Кратность циркуляции катализатора равна отношению количества тонн циркулирующего катализатора в час к количеству сырья, подаваемого в реактор. При постоянном количестве и качестве сырья, вносимого в реактор, и нормальных рабочих условиях процесса с ростом кратности циркуляции катализатора, глубина превращения сырья, процент отложения кокса на катализаторе увеличивается и, как следствие, повышает температуру в регенераторе. Понижение кратности циркуляции снижает отложения углерода на катализаторе (снижает выход кокса), снижает глубину превращения сырья.

Объемная скорость (час -1 ) — это отношение количества сырья подаваемого в час к количеству катализатора через сечение прямоточного лифт-реактора. Переработка сырья с большой объемной скоростью (при сохранении неизменных прочих условий процесса) дает больший абсолютный выход бензина, чем крекинг с меньшей объемной скоростью.

Качество сырья. Тяжелое сырье дает больший выход бензина и меньший выход газа, сырье с большим содержанием ароматики дает наибольший выход кокса и наименьший выход бензина. Лучший выход бензина и наименьший выход кокса дает нафтеновое сырье. Сырье с высоким содержанием серы дает низкооктановый бензин.

Продукты каталитического крекинга:

Газ каталитического крекинга наполовину состоит из непредельных углеводородов, в основном, пропилена и бутенов. Также присутствуют значительные количества изобутана. Благодаря этому бутан-бутиленовая фракция газа используется как сырье процесса алкилирования с целью получения высокооктанового бензина. Пропан-пропиленовая фракция используется для выделения пропилена для производства полипропилена. Ввиду большой суммарной мощности установок каталитического крекинга, доля пропилена, вырабатываемый в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан) используется в качестве топлива в печах заводских установок.

В процессе каталитического крекинга вырабатывается высокооктановый бензин с ОЧИ 88-91 пунктов. Кроме того, бензин содержит менее 1% бензола и 20-25% ароматических углеводородов, что дает возможность использовать его для приготовления бензинов согласно последним нормам Евросоюза (Евро-4, Евро-5). Основной недостаток бензина каталитического крекинга — высокое содержание непредельных углеводородов (до 30%) и серы (0,1-0,5%), что очень плохо влияет на стабильность топлива при хранении. Бензин быстро желтеет из-за полимеризации и окисления олефинов и потому не может применяться без смешения с другими бензиновыми фракциями

Легким газойлем каталитического крекинга считается фракция 200-270 °С (реже 200-320 или 200-350). В ней содержится большое количество ароматических углеводородов, что приводит к низкому цетановому числу (как правило, не выше 20-25). Кроме того, даже при условии предварительной гидроочистки сырья, в легком газойле содержится значительное количество сернистых соединений (0,1-0,5%). Из-за этого легкий газойль не может использоваться в больших количествах для приготовления дизельного топлива. Рекомендуемое его содержание в дизельном топливе — до 20% (в случае, если в топливе имеется запас по содержанию серы и цетановому числу). Другое применение легкого газойля — снижение вязкости котельных топлив, судовое топливо и производство сажи.

Тяжелый газойль каталитического крекинга — это фракция, начинающая кипеть выше 270 °С (реже 320, 350). Из-за большого содержания полициклических ароматических углеводородов эта фракция (при определенном содержании серы) является прекрасным сырьем процесса коксования с получением высококачественного игольчатого кокса. При невозможности утилизировать фракцию этим путем, её используют как компонент котельного топлива.

Стадии процесса каталитического крекинга:

Поступление сырья к поверхности катализатора (внешняя диффузия)

1. Хемосорбция на активных центрах катализатора

2. Химическая реакция на поверхности катализатора

3. Десорбция продуктов крекинга и не прореагировавшей части сырья с поверхности катализатора

4. Вывод продуктов крекинга из зоны реакции на последующую их ректификацию

5. Выжег образовавшегося в ходе реакции кокса с поверхности катализатора (регенерация)

На установках прошлого поколения использовался аморфный шариковый катализатор. Представляет собой шарики 3-5 мм с площадью поверхности 200 мІ/гр.

В настоящее время используется цеолитсодержащий микросферический катализатор (размер частиц 35-150 мкм). Площадь поверхности 300-400 мІ/гр. Он представляет собой крекирующий цеолитный компонент, нанесенный на аморфную алюмосиликатную матрицу. Содержание цеолита не превышает 30%. В качестве цеолитного компонента используется ультрастабильный цеолит Y, иногда с добавками цеолита ZSM-5 для увеличения выхода и октанового числа бензина. Ряд компаний при приготовлении катализатора также вводят в цеолит редкоземельные металлы. В катализаторе крекинга также содержатся добавки, уменьшающие истирание катализатора, а также промоторы дожига СО, образующегося в регенераторе при выжиге кокса, до СО2.

Для обеспечения максимального выхода целевых продуктов и минимального количества побочных, а также достижения высоких технико-экономических показателей процесса, катализатор должен отвечать следующим условиям:

Читайте также:  Установка козырька на дымоход

1. Иметь высокую активность, определяющую большую глубину превращения исходного сырья при прочих равных условиях

2. Иметь высокую избирательность, которая определяется способностью ускорять реакции в требуемом направлении и снижать скорость побочных реакций

3. Стабильность механических свойств — стойкость к истиранию, растрескиванию в процессе эксплуатации

Иметь высокие регенерационные свойства, характеризующиеся способностью быстро и многократно восстанавливать свою активность и избирательность при окислительной регенерации без нарушения паровой структуры и разрушения частиц

Внедрение цеолитсодержащих катализаторов изменило устройство реакторного блока, высокая активность цеолитов заставила отказаться от псевдоожиженного слоя и использовать реакторы лифтного типа или комбинировать их с псевдоожиженным слоем. На современных установках каталитического крекинга применяются следующие модификации процесса на цеолитных катализаторах:

— крекинг в одном лифт-реакторе

— последовательный крекинг в лифт-реакторе и в псевдоожиженном слое

— крекинг в лифт-реакторе и параллельно в лифт-реакторе и псевдоожиженном слое.

1.2 Описание технологической схемы установки каталитического крекинга Г-43-107 (в одном лифт-реакторе)

Сырье (гидроочищенный вакуумный дистилят) насосом HI через теплообменники Т1 и Т2 (где, нагреваясь за счет тепла отходящих потоков) подается в печь П1. В трубчатой печи сырье нагревается до температуры 300-400 °С. Нагретое сырье

поступает в узел смешения реактора Р1, куда одновременно подается циркулирующий газойль и водяной пар (через 7 распылителей форсунок, которые расположены на высоте 6,0 м от низа лифт-реактора в переходной (конусной) его части, они обеспечивают тонкий распыл сырья и смешения сырья с катализатором по всей площади сечения лифт-реактора), смешивается в нижней части прямоточного реактора Р1 с регенерированным катализатором, поступающим из регенератора Р2 по наклонному катализаторопроводу с температурой 700 °С. Создание разряженного потока катализатора в лифт-реакторе достигается подачей в нижнюю его часть, в качестве транспортирующего агента наряду с водяным паром, бензина вторичных процессов, представляющего смесь бензина висбрекинга и бензина легкого гидрокрекинга при контактировании парожидкостной смеси с горячим катализатором жидкая фаза испаряется, снижая температуру катализатора до 550 °С.

Количество катализатора, поступающего в реактор, регулируется с помощью клапана задвижки.

Пары нефтепродуктов двигаясь с низа вверх в прямоточном реакторе вместе с катализатором подвергается каталитическому крекированию. С целью предотвращения длительного контакта продуктов крекинга с катализатором, в верхней части лифт-реактора прилагается сепарационное устройство (балистический сепаратор) для быстрого разделения выходящих потоков катализатора и водяных паров. Отделение основной массы катализатора от продуктов крекинга происходит в отстойной зоне реактора Р1. парогазовая смесь крекинга поступает в четыре группы двухступенчатых циклонов со спиральным вводом, в которых отделяются нефтяные пары от увлеченный мелких частиц катализатора, и с температурой 510-515 °С направляется в нижнюю часть ректификационной колонны К1 на разделение.

Рис. 1. Схема установки каталитического крекинга

Катализатор с адсорбированными на его поверхности продуктами крекинга поступают в зону десорбции реактора Р1, где по средствам водяного пара осуществляется отпарка катализатора от продуктов крекинга. Закоксованный катализатор, за счет разности статических напоров катализатора в реакторе и регенераторе, самотеком по наклонной транспортирующей линии поступает в регенератор Р1,где при температуре 670 °С и давлении 0,24 МПа выжигается кокс.

Воздух на выжиг кокса, подается воздушными нагнетателями через трубчатый коллектор. Для разогрева воздуха в момент пуска и внесение дополнительного тепла в

регенератор по линии подачи воздуха устанавливается топка под давлением, в кипящий слой регенератора предусмотрено подача дистилятного топлива. Выжиг кокса в регенераторе осуществляется при воздействии воздуха на поверхность катализатора, поступающего через П2.

Наличие промотора в катализаторе позволяет проводить дожиг СО в СО2 в кипящем слое катализатора.

Образовавшиеся при выжиге кокса дымовые газы с температурой до 700 °С, пройдя отстойную зону регенератора, 6 групп двухступенчатых циклонов и, отделившись от отстойной массы катализатора, направляется в аппарат для снижения давления Д1. В газоходе Д1, оборудованном четырьмя диафрагмами, происходит снижение давление дымовых газов до атмосферного, которые затем поступают в котёл-утилизатор А1, отдают своё тепло и направляют в электрофильтр Е1 для удаления катализаторной пыли, после чего выбрасывают в атмосферу.

Нагрузка бункеров Б1 и Б2 катализатором производится из автоцементовоза потоком транспортирующего воздуха.

Из бункеров Б1 и Б2 предусмотрена загрузка регенератора Р2.

Подпитка реакторного блока свежим катализатором осуществляется в регенератор Р2 из бункера свежего катализатора Б2.

Выгрузка катализатора из прямоточного реактора из зоны десорбции, регенератора предусмотрена самостоятельными выводами в аварийный бункер Б1.

Регенерированный катализатор из регенератора по транспортной линии поступает в узел смешения сырья и катализатора прямоточного реактора.

Температура крекинга в лифт-реакторе регулируется количеством катализатора, подаваемого из Р2 в узел смешения. Количество катализатора из Р2 автоматически регулируется шиберной задвижкой на перетоке регенерированного катализатора.

Для повышения октанового числа бензина, к катализатору добавляется октаноповышающая добавка. Первоначально, в систему реакторного блока загружают примерно 6-7 т октановой добавки, а затем ежедневно осуществляется ввод добавки в систему в количестве 40-60 кг/сутки.

В ректификационной колонне продукты крекинга разделяются: в нижней части колонны от паров отделяются увлеченная катализаторная пыль, которая со смесью тяжелых углеводородов возвращается в реактор. Лёгкий и тяжелый газойль выводятся из соответствующих точек колонны К1 в отпарные колонны К2 и КЗ. Затем насосами НЗ и Н4 прокачиваются через теплообменники Т1 и Т2 и холодильниками XI и Х2 и выводятся с установки. Часть тяжелого газойля подаётся в узел смешения сырья реактора. Сверху К1 отбираются газы, пары воды и бензина. Они поступают в конденсатор — холодильник ХК1, где конденсируются и охлаждаются. Затем газожидкостная смесь направляется в сепаратор С2, где отстаивается от сконденсировавшихся паров воды, вода сбрасывается в канализацию, а газ компрессором ПК1 подается на установку газофракцилонирования. Бензин идёт на склад готовой продукции, а частично, в колонну К1 на орошение.

Фракция 195-350 °С с температурой не более 300° С забирается насосом НЗ с низа отпарной колонны К2 и охлаждается в сырьевом теплообменнике Т1, затем поступает в холодильник воздушного охлаждения XI и выводится с установки.

Фракция выше 350°С забирается насосом Н4, охлаждается в сырьевом теплообменнике Т2 и холодильнике Х2 и также выводится с установки С низа ректификационной колонны К1 насосом Н5 в реактор Р1 открывается шлам — тяжелый газойль со взвешенной в нём катализаторной пылью.

1.3 Устройство и принцип действия аппарата. Реактор

Основным аппаратом любой реакторной установки является реактор. Назначением реактора является создание оптимальных условий для проведения процесса химического превращения с целью получения заданного выхода и качества целевых продуктов.

При химической переработке нефтяного и углеводородного сырья, например, в таких процессах, как каталитический крекинг, риформинг, коксование, пиролиз, алкилирование, применяют реакционные аппараты, значительно различающиеся по конструкции, принципу действия. Сложность расчета химических реакторов определяется необходимостью учета не только кинетики химических превращений, но также и влияние результат процесса гидродинамической области, условий массообмена и теплообмена в аппарате. По вопросам химизма и технологии различных процессов, выбора оптимальных условий, расчета и конструктивного оформления реакторов имеется обширная литература.

Тип реактора, его конструктивное оформление в основном определяется характером осуществляемой в нем реакций, фазовым состоянием реагентов, наличием и видом катализатора, увеличенной и знаком теплоты реакций, температурой и давлением, при которых осуществляется реакция. Однако, одну и туже реакцию можно проводить в реакторов различного типа, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. В конечном счете, выбранная конструкция реактора должна обеспечить показатели.

— Высокие экономические показатели, высокие выходы целевых продуктов, малые капитальные и эксплуатационные расходы.

— Надежность и безопасность работы. Температура в реакторе.

В последнее время наметилась тенденция к повышению температуры в реакторе каталитического крекинга, так как это непосредственно влияет на выход бензина. Кроме того, повышение температуры процесса приводит к увеличению выхода бензина, легких олифинов-сырья для алкинирования и производства МТБЭ. Раньше температура в реакторе ограничивалась в связи с ростом выхода продуктов термического крекинга; сухого газа и углеводородов С2 за счет снижения выхода катализатора, что приводило к снижению производительной установки. Лифт-реактор новой конструкции позволяет поднять температуру без потери селективности процесса, что связано с улучшением условий перемешивания реакторной смеси, отсутствием в реакторе застойных зон и сокращением времени реакции. Однако, следует уделить внимание поддерживанию оптимального баланса между продуктами термического и каталитического крекинга. Синтез высокооктановых продуктов должен проходить, прежде всего, за счет каталитического, а не термического процесса.

Реактор каталитического крекинга тяжёлого вакуумного газойля представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой 51,7 м. Верхняя его часть имеет диаметр 8 м., средняя (десорбер)-4,5м, а нижняя (ствол)-1,6м. Корпус аппарата выполнен из стали 16ГС и футеровкой изнутри жаростойким бетоном, установлена пенобетонная изоляция.

Регенерированный катализатор (содержание кокса на катализаторе не более 0,10% масс) с температурой 690-700 єС поступает в нижнюю часть прямоточного реактора, где подхватывается водяным паром и транспортируется вверх по реактору. Мгновенно испарившееся сырье движется вверх по стояку реактора с завершением стадии крекирования верхней части прямоточного реактора

С целью обеспечения более быстрого разделения (в реакторе) катализатора и продуктов крекинга прекращения их дальнейшего контакта во избежании явления «перекрекинга» выход прямоточного реактора оборудован баллистическим сепаратором, где происходит быстрая и качественная разделение двух фаз; твердой (катализатор), ссыпающйся в зону десорбции, и газообразной, поступающей в отстойную зону аппарата.

Продукты крекинга, после очистки от катализаторной пыли в двухступенчатых циклонах, поступают, с температурой 515-535°С, на ректификацию и газоразделение.

Катализатор, уловленный циклонами, по наклонным стоякам ссыпается в зону десорбции, где осуществляется его отпарка от уловленных продуктов крекинга, как с поверхности катализатора, так и из его внутренних пор.

Десорбция углеводородов осуществляется водяным паром подаваемым вниз зоны десорбции противотоком опускающемуся вниз по тарелкам катализатору.

Отпаренный от углеводородов катализатор по наклонной транспортной линии из нижней зоны десорбера с температурой 510-515°С, содержащий кокса до 5% масс. на перерабатываемое сырье, поступает в регенератор. После выжига кокса в регенераторе кислородом воздуха регенерированный катализатор вновь поступает в реактор.

1.4 Техника безопасности при эксплуатации аппарата

Установки каталитического крекинга являются огнеопасными и взрывоопасными. По противопожарным нормам ПТУСП-02-62 они относятся к категории А.

Читайте также:  Установка азота на скутер

На установках вырабатывают следующие основные продукты: газ, бензин и газойль. При попадании газойля и бензина на горячую поверхность они могут самовоспламеняться. При смешении с воздухом пары бензина, газойля и газы образовывают взрывоопасные смеси.

Образование взрывоопасных смесей можно предотвратить, обеспечив хорошую герметичность действующего оборудования и трубопроводов.

Также продукты каталитического крекинга обладают высокой токсичностью. Для снижения концентрации их в воздухе производственные помещения оборудуют приточной и вытяжной вентиляцией. При концентрации вредных веществ выше допустимых норм работы проводят в грозозащитных средствах.

Необходимо учитывать следующие особенности каталитического крекинга: высокую температуру процесса крекинга и регенерации катализатора; высокую концентрацию сероводорода в газе крекинга; повышенную запыленность воздуха алюмосиликатной пылью; сложность аппаратурного оформления; наличие токов высокого напряжения; применение щелочей. Поэтому для предотвращения несчастных случаев обслуживающий персонал должен строго соблюдать определенные правила. Нарушение их может привести к отравлению парами углеводородов и сероводорода, термическим и химическим ожогам, поражению электрическим током.

Аварийная ситуация может возникнуть по различным причинам, так попадание воды в нагревательную печь и ректор вместе с сырьем приводит к повышению давления в реакторе; резкое повышение давления на установке может вызвать прорыв паров нефтепродуктов через отпарную зону в транспортную линию регенератора и последующее интенсивное горение в регенераторе. Давление в реакторе снижают путем прекращения подачи в него сырья до тех пор, пока не ликвидируют причины попадания воды в сырье или пока его не заменят в системе нагрева безводным сырьем.

Если на катализаторе, поступающем в регенератор, кокса содержится больше, чем допускается нормами, происходит чрезмерный подъем температуры в регенераторе установок и в циклонной камере загорается СО. Одна из причин высокого содержания кокса на отработанном катализаторе — недостаточно глубокая его регенерация из-за слишком малого количества подаваемого воздуха.

Поэтому необходимо следить за содержанием кислорода в дымовых газах и не допускать содержания остаточного кокса на регенерированном катализаторе выше 0,5-0,6%.

В зимнее время при замерзании трубопроводов их отогревают водяным паром или горячей водой. Применение открытого огня категорически запрещается.

В производственных помещениях и на территории установки нужно поддерживать чистоту. До начала ремонта аппаратов из них откачивают нефтепродукт, затем пропаривают водяным паром до тех пор, пока продукт не будет полностью удален. После охлаждения водой и проветривания берут пробу для анализа на присутствие в аппарате углеводородов. При допустимом содержании углеводородов и кислорода выдается специальный наряд — допуск на производство ремонтных работ внутри аппарата.

1.5 Охрана окружающей среды на предприятиях нефтехимии

Сегодня производственная деятельность человечества связана с использованием разнообразных природных ресурсов, охватывающих большинство химических элементов, и сохранение окружающей среды в последние годы стало одной из важнейших проблем человечества.

Долгие годы процессы ухудшения окружающей среды были обратимыми, т.к. затрагивали лишь ограниченные участки, отдельные районы и не носили глобального характера, поэтому эффективные меры по защите среды обитания человека практически не принимались. В последние же 20—30 лет в различных районах Земли начали появляться необратимые изменения природной среды или возникать опасные явления. В связи с массированным загрязнением окружающей среды вопросы ее охраны из региональных, внутригосударственных выросли в международную, общепланетарную проблему.

Среди загрязнителей окружающей среды (биологических, физических, химических и радиоактивных) одно из первых мест занимают химические соединения. Известно более 5 млн. химических соединений, из которых свыше 60 тыс. находится в постоянном пользовании.

Самой действенной мерой охраны окружающей среды от этих соединений являются разработка и внедрение безотходных или малоотходных технологических процессов, а также обезвреживание отходов или переработка их для вторичного использования. Другим важным направлением охраны окружающей среды является изменение подхода к принципам размещения различных производств, замена наиболее вредных и стабильных веществ менее вредными и менее стабильными.

Для очистки промышленных газов от пыли, золы и других твердых частиц создано высокоэффективного оборудование, принцип действия которого основан на использование электростатического осаждения, фильтрации через пористые слои и перегородки, промывки газов и инерционного сепарирования.

Самым простыми устройствами являются различные фильтры. В фильтре запыленный газ проходит через ткань закрытых снизу рукавов в направлении снаружи внутрь, чистый газ выходит через верхние открытые концы рукавов и удаляется из аппарата. Каждый рукав в фильтре натянут на жесткий проволочный каркас и закреплен на верхней решетке. В момент регенерации накопленный слой пыли отделяется от рукавов, спадает в бункер фильтра, удаляется пылевыгрузочными устройствами.

Для полного исключения загрязнений воды необходимо при проектировании очистных сооружений сточные воды рассматривать как сырье для извлечения ценных продуктов, а очистку воды — как процесс, необходимый для повторного использования. Любой сброс производственных стоков в водоемы в той или иной степени нарушает водопотребление, ухудшает водопользование.

Для санитарной очистки сточных вод создаются и осваиваются новые эффективные установки и очистные сооружения. Это позволяет при постоянном росте объемов химического производства непрерывно, уменьшать потребление свежей воды в промышленности и снизить количество сточных вод. Очистку сточных вод в производстве проводят механическими, физико-химическими, и биологическими, методами, приводящие к ликвидации сточных вод. Для очистки сточных вод на химических предприятиях применяют два основных типа очистных сооружений: локальные (целевых) и общие (заводские). Локальные очистные сооружения предназначены для обезвреживания сточных вод непосредственно после технологических установок и цехов. Локальная очистка является продолжением технологического процесса производства.

Применение локальных установок позволяет повторно использовать очищенную воду в том же технологическом процессе. Крупные химические предприятия снабжают общими очистными сооружениями, которые могут включать первичную (механическую), вторичную (биологическую) и третичную (доочистку) очистку сточных вод.

К сооружениям механической очистки относятся решетки, песколовки, отстойники, флотаторы, фильтры на которых удаляется в основном грубодисперсные примеси. К сооружениям биологической очистке относятся: аэротенки, биологические фильтры, биологические пруды. Для доочистки используют фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен и обратный осмос. Значение доочистки резко возрастает в связи с необходимостью создания бессточных химических производств.

Наиболее распространенной в мире является технология фирмы ЮОП. Компания ЮОП предлагает технологию управляемого каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, которая соответствует перспективным направлениям нефтепереработки, это достигается за счет принципиально новой конструкции ряда аппаратов, разработанных на основе комплексного подхода, обеспечивающего жесткую зависимость между конструкцией установки, составом катализатора и технологическими параметрами процесса. Технология, получившая название управляемого (контролируемого) каталитического крекинга, была разработана с целью получения оптимальной структуры вывода целевых продуктов за счет оптимизации конструкции реактора и регенератора, а также состава катализатора.

Новая технология позволяет получить различные целевые продукты и, прежде всего, компоненты автомобильных бензинов.

Особенности выбранной схемы процесса являются:

1. Высокая технологическая гибкость, позволяющая производить и немедленно реагировать на изменение рыночных требований к номенклатуре и качеству нефтепродуктов. Данное свойство достигается возможностью переработки сырья по вариантам’:

— Переработка гидрооблагороженного сырья на конверсионном катализаторе типа ДА-250 с высоким выходом бензина (50-51%) и средним значением ОN (90-92 п. по ИМ)

— Переработка гидрооблагороженного сырья на конверсионном катализаторе типа ДА-250 с добавлением октаноповышающей добавки для получения максимального значения октановой характеристики бензина (92-93 п. по ИМ) при среднем выходе бензиновой фракции (48-49%)

— Введением в процесс низкооктановых бензинов (5% масс) вторичных процессов для получения максимального количества бензинной фракции (50-51%) октановым числом не менее 92 пунктов.

2. Применение современной реакционной смеси позволяющей обеспечить оптимальное условие крекирования сырья при использовании высокоактивных катализаторов крекинга. Прогрессивными техническими решениями данной системы являются:

— Крекинг сырья в лифт-реакторе переменного сечения высотой реакционной зоны 33 м, с временем пребывания катализатора в реакционной зоне 3,08 с

— Ввод сырья в установившийся поток (выше точки ввода регенерирования катализатора) через форсунку тонкого распыла (размер капель не более 8 мкм) что обеспечивает быстрое и полное испарение сырья

— Быстрое разделение сырья и катализатора непосредственно на выходе из лифт-реактора.

— Организация системы регулирования температуры крекинга за счет ввода рисайкла в среднюю часть реактора.

— Малое количество катализатора и малое время его пребывания в реакторе резко снижает среднее содержание и тем самым повышает его селективность, при этом обеспечивается максимальный вывод целевых продуктов требуемого качества, стабильность циркуляции катализатора и работа реакторного блока в режиме замкнутого теплового баланса.

— Реализация в проекте принципиально новой конструкции нижней части лифт-реактора, обеспечивающей регулярность подвода регенерированного катализатора к точке контакта с каплями сырья и практически исключающий явление «обратного переливания катализатора».

— Суть работы лифт-реактора переменного сечения в том, что регенерированный катализатор из нижней части лифт-реактора подхватывается водяным парам и бензином, ускоряется в разгонном участке лифта, где осуществляется впрыск сырья.

Следует отметить, что при переработке остаточных видов сырья «разгонный участок» может быть использован для газовой пассивации каталитических ядов (никеля, ванадия). Для этого вместо разгонного водяного пара в нижнюю точку лифт-реактора подают газообразный восстановитель.

Утилизация энергии дымовых газов регенерации катализатора крекинга производится на газоутилизационной турбине. Ее применение значительно улучшает баланс потребления энергии за счет выработки электроэнергии и выдачи общезаводского хозяйства 9 МВт.

На установках каталитического крекинга на цеолитных катализаторах широко применяются схемы процесса крекинга в одном лифт-реакторе. В связи с большей активностью и селективностью цеолитосодержащих катализаторов по сравнению с алюмосиликатными, сокращается время контакта катализатора с сырьем, что повышает выход целевых продуктов и снижает выход газа и кокса.

Существующие схемы процесса комбинированного типа последовательного крекинга в лифт-реакторе и в псевдоожиженном слое (установки каткрекинга Г-43-107) заменяют на крекинг в одном лифт-реакторе.

Реконструкция проходит с заменой физически и морально устаревших узлов оборудования (Замена узла псевдоожиженного слоя на баллистический сепаратор).

Поэтому выбор схемы процесса каталитического крекинга в одном лифт реакторе с применением цеолитосодержащих катализаторов является оптимальным для переработки тяжелых нефтяных остатков.

Исходные данные для проектирования.

Сырье — вакуумный дистиллят (фракция 350-540° С) западносибирской нефти с содержанием сернистых соединений до 0,3% масс.

Производительность по сырью 2 млн. т/год (Gc=250 т/ч).

Количество рециркуляционного каталитического газойля составляет 28,4% масс, на свежее сырье.

Кратность циркуляции катализатора из практических данных 7:1.

Таблица №1. Характеристика сырья и продуктов крекинга

источник