Ректификационная колонна крекинга



Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Каталитический крекинг

На ранних стадиях развития нефтеперерабатывающей промышленности потребности в автомобильном бензине росли быстрей, чем потребности в тяжелом жидком топливе (например, в дизельном топливе), и соответственно росло количество сырой нефти, которую нужно было превратить в бензин. Нефтепереработчикам стало ясно, что если производить прямогонный бензин в количестве, достаточном для удовлетворения потребности рынка, то рынок будет одновременно переполнен тяжелым топливом. Экономическим следствием сложившейся ситуации стал постоянный рост цен на бензин при падении цен на более тяжелые фракции.

Чтобы справиться с этой физической и экономической проблемой, находчивые инженеры-нефтепереработчики придумали несколько крекинг-процессов, из которых наиболее широко распространен каталитический крекинг.

Рассмотрим технологический процесс крекинга: в крекинг-установке прямогонные фракции тяжелого газойля нагревают при повышенном давлении в контакте с катализатором, который способствует протеканию процесса.

Катализатор — это вещество, которое ускоряет или даже вызывает химическую реакцию, но когда реакция заканчивается, катализатор остается в неизменном виде — таким же, каким был сначала. Другими словами, он не изменяется химически, но заставляет другие вещества реагировать друг с другом.

Сырьем для процесса каталитического крекинга обычно является прямогонный тяжелый газойль, а также легкая фракция вакуумной перегонки. Температура кипения сырья для крекинга должна находиться в пределах 340—590°С (650—1100°F). Чтобы процесс начался, требуется нагревание; температура в реакторе во время крекинга находится в районе 480°С (900°F).

Процесс разработан так, чтобы особым образом содействовать протеканию крекинга. Задача состоит в том, чтобы превратить тяжелые фракции в бензин. Во время работы установки происходит несколько процессов. Когда большие молекулы разрываются на части, то водорода оказывается недостаточно, чтобы насытить все молекулы, и поэтому некоторая часть углерода переходит в кокс, который почти целиком состоит из атомов углерода, слепленных вместе.

При разрыве крупных молекул получается полный набор мелких — от метана и выше. Поскольку водорода недостаточно, многие из образующихся молекул оказываются олефинами. Если некоторые молекулы в сырье состоят из нескольких ароматических или нафтеновых циклов, соединенных вместе, они разваливаются на меньшие ароматические или нафтеновые молекулы и олефины. И, наконец, молекулы, состоящие из нескольких ароматических или нафтеновых циклов и длинных боковых цепей, как правило, теряют боковые цепи. Полученные в результате молекулы, хотя и содержат меньше атомов углерода, но оказываются более тяжелыми, то есть имеют более высокую относительную плотность. Кроме того, их температуры кипения обычно также выше. Таким образом, продуктами крекинга является полный набор углеводородов, от метана до остатка и, кроме того, кокс. 1)

Аппаратурное оформление каталитического крекинга состоит из трех частей: реактора, регенератора и ректификационной колонны.

Реактор

Реактор – центральная часть установки каталитического крекинга.

Сырьё проходит через нагреватель, смешивается с катализатором и поступает в вертикальную трубу (райзер), ведущую в нижнюю часть реактора. В момент, когда сырьё поступает в реактор, процесс уже идёт, поэтому время пребывания сырья в реакторе – всего несколько секунд. В более современных конструкциях крекинг, в основном, происходит уже в райзере. Таким образом, реактор нужен только для отделения углеводородов от катализатора. Это производится с помощью циклона (механическое приспособление, использующее центрифугирование).

Катализатор обычно бывает одного из двух типов: шарики или микросферы. Диаметр шариков 0,3 или 0,6 см. Микросферы гораздо меньше (похожи на детскую присыпку). Если сосуд с микросферами встряхивать или наклонять, порошок ведёт себя как жидкость (крекинг с псевдоожиженным катализатором). Каждая микросфера (или шарик) имеет множество пор и, следовательно, огромную площадь поверхности.

Регенератор

Та часть углеводородов, которая во время крекинга превращается в кокс, оседает в виде отложений на катализаторе. Когда поверхность катализатора покрывается отложениями, катализатор становится неактивным (отработанным). Чтобы удалить эти углеродные отложения, отработанный катализатор подают в регенератор, где его смешивают с горячим воздухом, нагретым приблизительно до 600 °С.

Этот процесс называется окислением кокса и напоминает сжигание древесного угля в брикетах, потому что в обоих случаях C соединяется с O₂, и при этом образуется диоксид углерода (СО₂) и иногда монооксид углерода (СО), а также выделяется большое количество тепла. Тепло в виде горячего потока СО и СО₂ обычно используют в какой-либо части процесса, например, чтобы нагреть сырьё в теплообменнике. В более старых моделях поток СО/СО₂ отправляют в печь, где СО доокисляется до СО₂, прежде чем СО₂ наконец отправляется в атмосферу.

Восстановленный катализатор выходит из нижней части регенератора. Его можно снова смешать с сырьём и направить в реактор. Таким образом, катализатор находится в непрерывном движении, проходя по циклу крекинг–регенерация.

Ниже представлена схема реакторно-регенераторного блока установки каталитического крекинга, а на последующем видео видно, как указанные потоки проходят через соответствующее оборудование.

Ректификационная колонна крекинга

Тем временем углеводородная смесь, полученная в результате крекинга, подаётся в ректификационную колонну для разделения продуктов каткрекинга.

В колонне смесь обычно разделяется на фракции: УВ газы (С₄ и более лёгкие, то есть С₄

), крекинг-бензин, лёгкий крекинг-газойль, тяжёлый крекинг-газойль и кубовый остаток (рециркулирующий газойль).

Последний продукт может использоваться разными способами, но чаще всего его смешивают со свежей порцией сырья, с которой он снова поступает в процесс. Если число циклов достаточно велико, рециркулирующий газойль может полностью исчезнуть – это рециркуляция до уничтожения.

Тяжёлый крекинг-газойль можно использовать как сырьё для термического крекинга или как компонент остаточного топлива (мазута). Лёгкий газойль – хороший компонент дизельного и дистиллятного топлива, а крекинг-бензин – эффективный компонент автомобильного бензина.

Граница между бензиновой фракцией и фракцией легкого газойля не является строго фиксированной. Перемещение этой границы позволяет регулировать соотношение между бензином и дистиллятом в зависимости от времени года. Когда наступает зимний отопительный сезон, многие НПЗ переходят на режим максимального количества дистиллята. Для этого изменяют точку выкипания для крекинг-бензина, так чтобы большее количество продукта попало во фракцию лёгкого газойля. Летом, чтобы перейти на режим максимального количества бензина, границу между фракциями сдвигают в противоположном направлении.

Верхние погоны, выходящие из ректификационной колонны крекинга, отличаются по составу от лёгких фракций, получающихся при ректификации сырой нефти. В процессе крекинга образуются олефины, поэтому поток углеводородных газов содержит не только метан, этан, пропан и бутаны, но также водород, этилен, пропилен и бутилены. Из-за этих дополнительных компонентов крекинг-газ направляют для разделения на установку фракционирования крекинг-газа. В этом состоит отличие от газа, полученного, например, при ректификации сырой нефти, который содержит только насыщенные соединения. В последнем случае газ направляют на установку фракционирования насыщенного газа.

Установка каталитического крекинга

Все узлы установки каталитического крекинга, соединенные в общую систему, показаны на следующем рисунке.

В системе имеется два циркулирующих потока. В левой части рисунка катализатор выходит из зоны реакции, проходит регенерацию и снова возвращается в зону реакции. В правой части углеводороды входят в систему и уходят из неё, но за счёт фракции рециркулирующего газойля некоторые компоненты постоянно циркулируют в системе. 3)

Промышленный каталитический крекинг, достигший современного уровня развития, основан на использовании алюмосиликатных катализаторов. К числу естественных алюмосиликатов относятся глины. Алюмисиликатные катализаторы, как природные, так и синтетические, являются высокопористыми веществами с удельной поверхностью от 100 до 600 м2/г.

На большинстве современных установок применяют микросферический катализатор с размером основной массы частиц от 0,2 до 1,5 нм. Сферическая форма способствует меньшему истиранию катализатора и снижает эрозию аппаратов реакторного блока, где циркулирует катализатор.

Каталитический крекинг – типичный пример гетерогенного катализа. Реакции протекают на границе двух фаз: твёрдой (катализатор) и паровой или жидкой (сырьё), поэтому решающее значение имеют структура и поверхность катализатора.

Постадийно процесс каталитического крекинга можно представить следующим образом:

Получить представление о том, как выглядит установка каталитического крекинга полностью, вы можете, посмотрев, следующее видео:

До данного момента мы успели рассмотреть атмосферную перегонку сырой нефти, вакуумную перегонку и каталитический крекинг. На рисунке ниже показано, как все это выглядит в комплексе.

Технологическая схема нефтепереработки вплоть до крекинга:
1 — прямогонный бензин;
2 — прямогонная нафта;
3 — прямогонный керосин;
4 — прямогонный легкий газойль;
5 — прямогонный тяжелый газойль;
6 — легкая фракция вакуумной перегонки;
7 — бензин каталитического крекинга;
8 — легкий газойль каталитического крекинга;
9 — тяжелый газойль каталитического крекинга.

Источник

Виды реакторов каталитического крекинга

Установки каталитического крекинга, эксплуатируемые на неф теперерабатывающих заводах, могут быть с шариковым и порош­кообразным катализатором.

На установках с шариковым катализатором крекинг сырья и регенерация катализатора осуществляются в сплошном слое его. Процесс проходит в аппаратах шахтного типа, через которые не­ прерывным потоком сверху вниз движутся шарики катализатора диаметром 3—5 мм. В прямоточных реакторах катализатор и сырье контактируют, двигаясь прямотоком. Реакторный блок ка­ждой установки состоит из реактора, регенератора и системы транспорта катализатора.

На установках с порошкообразным или микросферическим алюмосиликатным катализатором крекинг и регенерация катализатора протекают в кипящем (псевдоожиженном) слое. Этот процесс по­лучает широкое распространение вследствие того, что режим ки­пящего слоя позволяет упростить реакционные аппараты и систему транспорта катализатора, а также облегчает условия для соблю­дения температурного режима в регенераторах.

5.1 Аппараты установок с циркулирующим шариковым катализатором

Пары сырья подаются в верхнюю часть реактора (рис. VII-1), где они равномерно распределяются по всему сечению аппарата в слое катализатора. Он поступает в реакционную зону из верхней камеры по переточным трубам, выравнивающим его поток. Про­цесс происходит при прямоточном движении слоя катализатора и паров сырья .

Объем реакционной зоны определяют, исходя из объемной скорости подачи сырья, т. е. часового объема сырья, который можно пропустить через единицу объема реакционного блока чтобы достигнуть заданной степени превращения сырья. Эти данные находят из опыта эксплуатации однотипных аппаратов. Продукты каталитического крекинга в разделительной зоне отделяют от по­ тока катализатора и отводят из реактора в ректификационную колонну. Отработанный катализатор после от­ парки поступает в загрузочное устрой­ство пневмоподъемника, откуда горячими газами, образующимися под давлением в топках, подается в бункер регенерато­ра. После осуществляемого в нем вы­ жига кокса регенерированный катализа­ тор направляют в дозатор пневмоподъем­ника и затем через бункер-сепаратор — в бункер реактора. Схемы реакторных блоков зависят от взаимного расположения реакторов и ре­ генераторов по высоте. На отечествен­ных заводах получила распространение схема с однократным подъемом катали­ затора. При работе по этой схеме реак­тор размещают над регенератором или регенератор — над реактором. Примером системы однократного подъема может служить схема, приведенная на рис. VII-2, где реактор располо­жен над регенератором. Отличительной особенностью установок крекинга с однократным подъемом катализатора является большая высота реакторного блока (до 100 м).

Корпуса аппаратов. По конструктивному исполнению и разме­рам реакторы отличаются большим разнообразием, однако усло­вия эксплуатации и порядок чередования зон в них одинаковы. Аппараты работают при высоких температурах, определяемых тем­пературой катализатора, вводимого через верхний стояк (500— 560° С). Поэтому корпуса реакторов изготовляют из легированной стали марки 1Х18Н9Т или биметалла 12МХ +08X13, а все внутрен­ние устройства — из сталей марок 1Х18Н9Т или 08X13. Корпус реактора должен быть рассчитан на прочность с уче­том рабочего давления и горизонтальной составляющей давления слоя катализатора на стенки аппарата. Вследствие небольшого избыточного давления в реакторе (0,7 ат) при определении толщины стенки корпуса учитывают ветровую нагрузку

II – дымовые газы;

IV – пароводяная смесь;

1 – коллекторы ввода воздуха;

2 – коллекторы вывода дымовых газов;

3 – охлаждающие змеевики;

4,5 – коробы воздухораспределительные и газосборные;

7 – сборное выравнивающее устройство;

9 – листовой асбест;

10 – распределительное устройство.

Отработанный катализатор восстанавливают (регенерируют) путем выжига с его поверхности кокса в регенераторах. О каче­стве восстановленного катализатора судят по остаточному содер­жанию на нем кокса, которое доводят до 0,2—0,5%. Регенериро­ванный катализатор охлаждают в аппаратах до 500—560° С и снова подают в реакторы. ‘ Выжиг кокса производят посредством подачи в слой закоксованного катализатора горячего воздуха, нагреваемого под давле­нием в топках до 500° С. Количество и температура подаваемого воздуха определяют интенсивность выжига. Этот процесс сопро­вождается выделением большого количества тепла и увеличением температуры среды. Однако она должна быть не выше 650—700° С, поэтому избыточное тепло отнимают пароводяной смесью (в ве­совом соотношении пара и воды 1:5), циркулирующей в змеевике, который помещают в слое регенерируемого катализатора. При бо­лее высокой температуре резко снижается активность катализа­ тора и уменьшается прочность узлов и деталей аппарата. Количество тепла, выделяемого в регенераторе, зависит от мощ­ности установки и полноты сгорания кокса. Содержание кокса на поверхности отработанного катализатора можно уменьшить, уве­личив кратность его циркуляции. Чем она выше, тем больше тепла переносится катализатором из регенератора в реактор, где его используют, как уже было сказано, для нагрева, испарения и кре­кинга сырья. Регенерация катализатора осуществляется при движении его в аппарате сверху вниз в нескольких зонах, по конструкции и на­ значению не отличающихся одна от другой. Каждая зона имеет устройства для ввода воздуха и вывода дымо­вых газов, а также змеевик, по которому дви­жется охлаждающая смесь. Число зон зависит от кратности циркуляции катализатора. В каж­дой зоне выжигают только часть кокса, после чего перед поступлением в следующую зону ка­тализатор необходимо охлаждать. Увеличивая кратность его циркуляции до 4—7, можно умень­шить число зон до одной-трех, т. е. упростить конструкцию, облегчить регулирование режима работы и эксплуатации> аппарата. Поэтому но­ вые установки, рассчитанные на большую крат­ность циркуляции катализатора, имеют аппараты с меньшим числом зон выжига, хотя при этом увеличивается расход энергии на транспорт катализатора и несколько возрастает сопротивление потоку воздуха через его слой. Повышен­ные скорости катализатора приводят к износу как самого катализатора, так и оборудования. Например, скорость слоя катализатора в регене­раторе не должна превышать 0,25 м/сек, чтобы предотвратить зна­чительный механический износ футеровки и внутренних устройств.

5.2 Аппараты установок с кипящим (псевдоожиженным) слоем пылевидного катализатора.

Крекинг в кипящем слое Каталитический крекинг в кипящем слое пылевидного или микросферического катализатора находит широкое применение на нефтеперерабатывающих заводах. Установки работают на синте­тическом или естественном активированном алюмосиликатном катализаторе с размерами частиц 20—80 мк. Выявлены следующие преимущества данного вида крекинга по сравнению с крекингом, в котором используют шариковый катали­ затор:

1) возможность простого регулирования в широких преде­лах степени превращения сырья и циркуляции катализатора;

2) интенсивное перемешивание в реакторе и регенераторе, исклю­чающее местные перегревы и обеспечивающее высокие коэффициенты теплопередачи;

3) меньшие энергетические затраты на транспорт катализатора;

4) более простые конструкции реакторов и регенераторов и др. Особенностью процесса является то, что крекинг и регенерация протекают в кипящем слое катализатора, т. е. в слое взвешенных мелких частиц его, находящихся в постоянном движении. Кипящий слой образуется при пропускании газов через слой катализатора. Если скорость их достаточна, то частицы катализатора, от­рываясь одна от другой, начинают хаотически перемещаться. Ин­тенсивность движения частиц и, следовательно, размеры возни­кающих между ними пор определяются скоростью газов. Чем больше скорость, тем выше кипящий слой при одинаковом объеме спокойного катализатора. Пылевидный катализатор в таком слое получает подвижность подобно жидкости, поэтому данный слой называют также псевдоожиженным. Дальнейшее увеличение скорости может привести к режиму пневмотранспорта. При снижении скорости плотность кипящего слоя увеличивается, объем уменьшается и катализатор может прийти в спокойное состояние, при котором пары или газы проходят через пустоты между его частицами, не перемещая их и не перемешивая слоя (такой режим создается, например, в стояках реакторов и регенераторов). Крекинг в псевдоожиженном слое протекает при температуре 460—510° С и избыточном давлении до 1,8 ат. Скорость потока катализатора в Кипящем слое составляет 0,3—0,75 м/секу причем в 1 м 3 смеси содержится 400—560 кг катализатора.

Установки крекинга с кипящим слоем катализатора работают по следующей принципиальной, технологической схеме. Нагретое до 400° С сырье смешивают с горячим восстановленным катализа­ тором, ссыпающимся из регенератора через стояк, и направляют смесь в реактор. Поток катализатора, паров сырья и воды равно­ мерно распределяется по сечению аппарата, в котором поддержи­вают определенную высоту и температуру кипящего слоя. Смесь паров углеводородов, полученных в результате реакции водяных паров и уносимых с ними частиц катализатора, не осевших в от­cтойной зоне реактора (пустотелой части аппарата), поступает в циклонные сепараторы. В циклонах улавливают катализаторную пыль, возвращаемую по стояку в кипящий слой. Пары из сепара­торов направляют в ректификационную колонну. Закоксованный катализатор из реактора подают в регенератор, где также поддерживают кипящий слой соответствующей высоты. В этом слое происходит выжиг кокса воздухом при 580—650° С. Температуру регулируют путем отбора избыточного тепла устано­вленными в кипящем слое змеевиками пароперегревателя. Регене­рированный катализатор снова направляют в реактор. Схема, реакторного блока определяется взаимным расположе­нием реактора и регенератора, а также системой подачи (транспорта) в них катализатора. От выбранной схемы блока зависит давление в этих аппаратах.

Различают четыре основные схемы реакторного блока;

1. С двукратным подъемом катализатора, когда регенератор расположен выше реактора, а катализатор транспортируется в разбавленной фазе. Процесс осуществляется при избыточном да­влении 0,15—0,3 ат в реакторе и 0,5—1 ат в регенераторе. Регене­ратор размещают на такой высоте по отношению к реактору, чтобы вес катализатора в пускном стояке обеспечивал преодоле­ние давления в реакторе. При этом условии катализатор транспор­тируется непрерывно.

2. С двукратным подъемом катализатора при расположении реактора и регенератора на одном уровне. Реакторный блок рабо­тает при одинаковом давлении в обоих аппаратах, что приводит к увеличению расхода энергии на сжатие воздуха.

3. С расположением реактора и регенератора на одном уровне. Катализатор транспортируется в плотной фазе под действием раз­ности весов в нисходящей и восходящей ветвях с учетом столба катализатора внутри аппаратов. Количество циркулирующего ка­тализатора регулируют путем изменения плотности его в подъем­ных стояках, для чего варьируют количество подаваемого в стояки водяного пара или воздуха.

4. С соосным расположением реактора и регенератора и одно­ кратным подъемом катализатора в разбавленной фазе. Схема мо­жет иметь две разновидности: реактор размещен над регенерато­ром, и наоборот. 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 раз­ делен на несколько секций с ограничением смешения газовой фазы и катализатора в каждой секции.

3 – распределительная решетка;

4 – опорный столик;

I – ввод сырья и катализатора;

II – вывод продуктов реакции;

III – вывод катализатора;

IV – ввод водяного пара;

V – ввод остатка из колонны.

Устройство. Регенераторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с коническими днищами. Кроме зон, перечисленных для реактора, каждый регенератор имеет еще зону, где обычно размещают погруженные в кипящий слой коллектор­ные трубные змеевики, при помощи которых отбирается избыточ­ное тепло реакции. В некоторых случаях это устройство выпол­няют вне аппарата, а циркуляцию катализатора осуществляют по схеме: регенератор — теплообменник — регенератор.

Установка крекинга с микросферическим катализатором: 1 воздушный компрессор; 2 тонка; 3 регенератор; 4 лифт -реактор; 5 узел распыла (захвата) сырья, 6-десорбер; 7 ректификационная колонна.

Основные особенности установок каталитического крекинга с лифт-реакторами: большая единичная мощность (до 4-5 млн. т/год перерабатываемого сырья); высокотемпературная регенерация катализатора под повышенным давлением (до 0,4 МПа); применение эффективных циклонных сепараторов; длительность межремонтного пробега до 3-4 лет. Находят применение системы с двумя, а также с секционированными регенераторами, работающими по противоточной схеме (катализатор движется сверху вниз навстречу воздуху) для достижения большей глубины регенерации. Тенденция на переработку тяжелого сырья требует создания специальных устройств с целью более тщательного его распыливания для облегчения испарения в узле контакта с потоком катализатора, отвода из регенератора избытка теплоты и т.д. Установки Каталитический крекинг с движущимся слоем шарикового катализатора еще находятся в эксплуатации, но вследствие недостаточной экономической эффективности свое значение утратили.

Источник

Основное технологическое оборудование. К основному оборудованию относятся реактор каталитического крекинга и регенератор

2014-01-25
7148

К основному оборудованию относятся реактор каталитического крекинга и регенератор.

Реактор. Он состоит из следующих частей (рис. 45):

— верхнее распределительное устройство 1.

— реакционная зона а.

— сепарационное устройство 2.

— зона отпарки б.

— нижнее сборно-выравнивающее устройство 3.

Внутренний диаметр реактора 3900 мм, высота 15,4 м, толщина стенки корпуса 16 мм. Стенка корпуса биметаллическая: наружная – из углеродистой стали, внутренняя – из легированной стали.

Верхнее распределительное устройство 1 служит для равномерного распределения потока катализатора по сечению аппарата. Оно представляет собой цилиндрическую обечайку внутри, которой расположена контрольная сетка, из нижней части обечайки выводятся распределительные трубы, которые равномерно распределяют катализатор по сечению. Катализатор движется со скоростью 4 – 8 мм/с. Для регулирования высоты реакционной зоны, трубы выполнены телескопическими. Сырье подают по двум штуце-

рам в пространство над распределительным устройством. Под реакционной зоной рас- положено сепарационное устройство 2, которое служит для отделения паров продуктов реакции от катализатора.

Оно представляет собой (рис. 46) две тарелки с трубами для вывода паров 3 и катализатора. Трубы расположены по вершинам равносторонних треугольников, чередующиеся рядами: для вывода катализатора и вывода паров. Продукты крекинга уходят из реактора через трубы с колокольчиками 4. Под каждый колокольчиком находятся отверстия для вывода паров. Колокольчики служат для предотвращения попадания катализатора внутрь труб. Для выравнивания гидравлического сопротивления при проходе паров в нижних рядах под колокольчиками сделано больше отверстий, чем в верхних рядах. На нижнем конце трубы 3 для изменения направления скорости потока вы- ходящих из нее паров приваривают отбойники 5.

Пары из реактора выводят по двум штуцерам с отбойными листами. Эти листы

должны быть нижними краями погружены в слой катализатора, чтобы пары проходили

сверху отбойных листов. Это уменьшает унос катализатора.

Из труб сепарационного устройства закоксованный катализатор попадает в зону отпарки б, где продувается водяным паром для извлечения остатков нефтяных паров.

Отпаренный катализатор далее стекает в нижнее сборно-выравнивающее устройство 3 (рис. 45), которое обеспечивает равномерный вывод катализатора по всему сечению аппарата. Оно состоит из 3-х ярусов – воронок, в верхнем ярусе расположено 60 воронок для сбора катализатора, во втором – 16, в третьем – 4.

Воронки соединяются при помощи прямых или гнутых труб. Устройство с прямыми трубами (рис. 47) меньше изнашивается. Однако оно менее равномерно обеспечи-

вает выход катализатора. Более совершенными являются устройства с гнутыми трубами, обеспечивающими лучший эффект, однако они быстрее изнашиваются.

Корпус реактора может быть выполнен из легированной стали 1Х18Н9Т или биметалла 12ХМ + 08Х13. Все внутренние устройства выполнены из стали 1Х18Н9Т.

Регенератор. Представляет собой вертикальный аппарат квадратного сечения размером 3500 х 3500 мм и высотой 24,4 м (рис. 48). Квадратное сечение регенератора обеспечивает наилучшее условия для размещения в нем змеевиков и коробов для подачи воздуха и вывода дымовых газов.

В аппарате по высоте имеется девять зон. Каждая зона включает коллекторы вво- да воздуха 1, вывода дымовых газов 2, а также охлаждающие змеевики 3. К коллекторам присоединены короба воздухораспределительные 4 и газосборные 5, служащие для равномерного распределения воздуха и сбора дымовых газов.

Для катализатора на верху аппарата снаружи имеется распределительное устройство 10, выполненное из труб. Внизу установлено сборное выравнивающее устройство 7, по конструкции аналогичное выравнивающему устройству реактора. Над выравнива-

ющим устройством установлена решетка 6, которая способствует задерживанию и раз- дроблению комков, образующихся при спекании катализатора.

Температура внутри аппарата достигает 700 о С, поэтому все внутренние устрой-

ства регенератора изготовлены из стали 12Х18Н10Т. Корпус аппарата (рис. 49) изготовлен из листов углеродистой стали толщиной 12 – 14 мм и укреплен ребрами жесткости – горизонтальными 1 и вертикальными балками из швеллеров 2.

Корпус (рис. 50) футерован изнутри огнеупорным кирпичом 5 толщиной 250 мм и изолирован листовым асбестом 2. Футеровка установлена на специальных полках 3,

приваренных к корпусу. Для обеспечения независимых деформаций корпуса и кладки,

под полкой оставлен температурный зазор, который заполнен асбестовым шнуром 4.

Система распределения воздуха и сбора дымовых газов выполнена разборной. Она состоит из центрального коллектора 1 и отходящих с каждой стороны четырнадцати коробов 4 и 5.

Охлаждающие змеевики выполнены из бесшовных труб диаметром 60´5 мм, которые соединены между собой крутоизогнутыми фитингами с шагом 150 мм. Это обеспечивает свободный проход катализатора и эластичность змеевика. Каждый змеевик со-

стоит из трех рядов труб. Внутри змеевика циркулирует пароводяная смесь под давле-

нием 3 МПа и температурой около 230 ºС. Подключение отдельных змеевиков к общему

коллектору параллельное – это позволяет отключить змеевик в случае его повреждения, не останавливая работу аппарата.

В последнее время используются более совершенные установки с однократным подъемом катализатора с использование совмещенных реакторов-регенераторов различных конструкций. Один из них представлен на рис. 51.

Совмещенный реактор-регенератор такого типа имеет внутренний диаметр в верхней реакционной части 4500 мм, в нижней части 5500 мм. Общая высота аппарата 37 м. Наверху аппарата размещена шлюзовая камера, куда подается катализатор и вво-

дится водяной пар для создания гидрозатвора. Катализатор распределяется по сечению

аппарата по трубам на периферии и по кольцевому каналу в центре так, чтобы изолировать катализатором внутренние поверхности корпуса от сырья. В этом случае предотвращается коксоотложение в верхней части аппарата при переработке тяжелого сырья. Для равномерного распределения парожидкостной смеси ее вводят через центробежный завихритель.

Сепарационное устройство (рис. 52) по высоте состоит из трех рядов горизон- тальных коробов 1.

Рис. 52. Сепарационное устройство:

1 – коробы, 2 – трубы переточные

Коробы верхних рядов связаны вертикальными трубами 2 с коробами нижнего ряда. В трубах под коробами имеются отверстия для паров.

Пары собираются в нижних коробах и поступают в кольцевое пространство, от

куда выводятся по четырем штуцерам.

Катализатор проходит между коробами и из сепарационной зоны по системе пере-точных труб 2 поступает в зону отпарки – в пространство между днищами. Туда подает-

ся водяной пар. Водяной пар поднимается по переточным трубам и опускается по затворным трубам, осуществляя отпарку и обеспечивая создание гидрозатвора между реактором и регенератором.

Регенератор состоит из трех зон выжига: верхней и нижней противоточной и средней прямоточной. Для ввода воздуха применяют распределительную систему, состоящую из днища с патрубками, каждый из которых выполнен в виде коаксиально расположенных труб (рис. 53).

Часть воздуха, подаваемого под днище, поднимается по кольцевому пространству патрубков противотоком катализатору, а часть – опускается прямотоком с катализатором. В нижнюю противоточную зону регенерации воздух вводится через нижнее днище

аппарата в систему патрубков с коническими колпачками, которые укреплены в днище

сборно-выравнивающего устройства для катализатора.

Последнее состоит из системы вертикальных и наклонных труб, равномерно собирающих и выводящих катализатор в систему коаксиальных конических воронок, расположенных над общим выводным штуцером.

Катализаторные трубы выравнивающего устройства и переточные трубы газо-

сборных и воздухораспределителных устройств снабжены защитными сетками, предохраняющими их от закупорки спекшимися кусками катализатора.

Для отвода избыточного тепла в средней части нижней противоточной зоны уста-

новлены два трехрядных змеевика, которые опираются на систему балок, воспринимающих силу давления катализатора. В змеевики поступает пароводяная смесь под давлением 1,5 МПа и температуре около 200 о С.

На рис. 54 и показана конструкция сборно-выравнивающего устройства регенератора. Корпус реактора-регенератора выполнен из стали 16ГС и изнутри теплоизолирован слоем торкрет-бетона. Толщина покрытия выбирается из расчета, чтобы температура стенки аппарата не превышала 150 о С и находится в пределах от 100 до 200 мм.

Конструкция покрытия показана на рис. 55. Для удержания торкрет-бетонного покрытия с внутренней стороны корпуса приварены с шагом 250 мм шпильки 1 с поперечными планками 2, на которых на расстоянии 35 мм от стенки корпуса крепят армирующую сетку 3. Основной теплоизолирующий слой бетона наносят после установки шпилек. Затем к шпилькам приваривают шайбы 4, устанавливают панцирную сетку 5,

защищающую бетон от эрозии, и наносят панцирный слой бетона, обладающий повы-

шенной эрозионной стойкостью. Панцирная сетка, изготовляемая из стальных полос,

имеет форму пчелиных сот.

К стенке корпуса приварены также кольцевые перегородки 6 с некоторым шагом по высоте. Они препятствуют фильтрации паров и газов вдоль стенки аппарата в случае образования трещин в бетоне. Люки и лазы также изнутри надежно теплоизолируют.

2.1.1.3. Принципиальная технологическая схема каталитического крекинга
с микросферическим катализатором

На рис. 56 приведена схема установки с псевдоожиженным слоем микросферичес-кого катализатора.

Сырье насосом 18 через теплообменники 19, 22 и 26 подается в печь 27. Нагретое сырье сначала смешивается с циркулирующим газойлем, поступающим с низа ректификационной колонны 7, затем смешивается с водяным паром и поступает в подъемный стояк катализаторопровода, подхватывая частички регенерированного катализатора и

Рис. 56. Принципиальная технологическая схема каталитического крекинга

с микросферическим катализатором:

1 – сепаратор; 2 , 11, 15, 17, 18, 23 – насосы; 3 – котел-утилизатор; 4 – электрофильтр;

5 – регенератор; 6 – реактор; 7, 16, 21 – колонны; 8, 20, 25 – холодильники; 9 – сепаратор; 10 – компрессор; 12 – бункер катализатора; 13 – воздуходувка; 14 – топка;

19, 22, 24, 26 – теплообменники; 27 – печь.

I – сырье; II – катализатор; III – бензин; IV – жирный газ; V – фракция 195 – 350 о С;

VI – фракция выше 350 о С; VII – вода; VIII – воздух; IX – пар водяной; X – дымовые газы;

XI –топливный газ; XII – циркулирующее орошение колонны 7

поступают в реактор 6. Процесс каталитического крекирования начинается еще в стояке и заканчивается в псевдоожиженном слое реактора.

Пары продуктов реакции и водяной пар, подаваемый в отпарную зону реактора, уходят через верхний штуцер реактора и поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 7. С верха этой колонны газ, пары бензина и водяные пары поступают в конденсатор-холодильник 8, а оттуда после конденсации – в сепаратор 9. Здесь смесь разделяется на водный слой, бензиновый слой и газ. Газ компрессором 10 подается на газофракционирование, часть бензина насосом 11 направляется на орошение верха колонны 7, а остальная часть выводится с установки для дополнительной стабилизации (осво-

бождению от остатков растворенных углеводородных газов).

Боковые погоны колонны 7 (фракция 195 – 350 о С и выше 350 о С) поступают в соответствующие отпарные секции 16 и 17, где отпариваются водяным паром. Фракция 195 – 350 о С забирается насосом 17, охлаждается последовательно в теплообменнике 19, холодильнике 20 и выводится с установки. Фракция выше 350 о С забирается насосом 23, охлаждается в теплообменнике 24 и холодильнике 25 и также выводится с установки. С низа колонны 7 насосом 15 в реактор откачивается шлам – смесь тяжелого газойля со взвешенной катализаторной пылью

Катализатор из псевдоожиженного слоя реактора медленно опускается в отпарную зону, куда подается водяной пар. Нефтяные пары, адсорбированные поверхностью катализатора, удаляются с помощью водяного пара. Далее катализатор поступает в катализаторопровод и опускается в узел смешения с воздухом. Воздушный поток поднимает катализатор в регенератор 5 по восходящей линии катализаторопровода. Основная часть воздуха для выжига кокса подается непосредственно в регенератор. В змеевики регенератора подводится водяной пар или вода для отвода избыточной теплоты. Дымовые газы, образовавшиеся при выжиге кокса с поверхности катализатора, поступают в котел-утилизатор 3, отдают свое тепло и направляются в электрофильтр 4 для улавливания катализаторной пыли и затем выбрасываются в атмосферу. Для подогрева воздуха и разбавления его топочными газами применяется топка 14, работающая под давлением.

Ниже приводятся показатели технологического режима установки каталитичес-

кого крекинга с микросферическим цеолитсодержащим (I) и шариковым аморфным (II) катализаторами:

в реакторе 490 – 505 470 – 485

в регенераторе 590 – 670 590 – 650

низа колонны ректификации 280 250

Давление, кгс/см 2 :

в реакторе 0,6 – 2,4 0,7 – 0,8

в регенераторе 2,4 2,0

Кратность циркуляции катализатора 6 – 8 1,8 – 2,5

Содержание остаточного кокса в катализаторе

Источник

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.)

• Миллисеконд

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 %).

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.

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)

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