Каталитический крекинг

метки: Крекинг, Катализатор, Каталитический, Газойль, Вакуумный, Сырье, Бензин, Компонент

Каталитический крекинг является наиболее распростронённым процессом углублённой переработки нефти и значительной мере определения технико-экономические показатели современных и перспективных НПЗ топливного профиля.

Основной целью назначения каталитического крекинга является производство с максимально высоким выходом(до 50% и более) высокоактивного бензина и ценных сжиженных газов-сырья для последующих производств высокоактивных компонентов бензинов изомерного строения: алкилата и метилтретбутилового эфира, а также сырья для нефтехимических производств. Получившиеся в процессе лёгкий газойль с высоким содержанием полициклической ароматики — как сырьё для производства технического углерода или высококачественного электродного кокса(игольчатого).

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

Первоочередные меры по углублению переработки нефти предусматривают строительство таких технологических установок, как установки вакуумной перегонки мазута, гидроочистки, каталитического крекинга, висбрекинга и замедленного коксования гудронов, а также комбинированные комплексы, объединяющие эти процессы. Использование этих технологий позволяет

перерабатывать мазут сернистой западносибирской нефти с выходами моторных топлив преблизительно 40%, котельного топлива 43%, что позволяет довести глубину переработки нефти 73 – 75%.

В процессах переработки нефти с целью получения высококачественного топлива является каталитический крекинг, объем которого в каждой из развитых в техническом отношении стран составляет десятки миллионов тонн в год. Крекинг проводят на высокоэффективных цеолит содержащих катализаторах при температуре около 500⁰ С. Сырьем для крекинга служит главным образом газойль с конечной температурой кипения около 500⁰ С, в то время как многие виды тяжелого и остаточного нефтяного сырья, например, мазут, используются неэффективно – их сжигают в качестве низкосортного топлива.

Переработка нефти

... бензина при крекинге составляет 7—50 вес.% (на сырье). Наряду с бензином ... очистки и газофракционирования используется для технологических или бытовых нужд. Компоненты автомобильного (или авиационного) бензина после стабилизации компаундируются с другими компо­нентами и используются в качестве товарных топлив. ... проводят тем ... нефти, а также деасфальтизаты и другие продукты. При каталитическом крекинге ...

Основные источники энергии в современном мире является нефти и газ. На топливах, полученных из них, работают двигатели сухопутного, воздушного и водного транспорта, тепловые электростанции. Нефть и газ перерабатывают в химическое сырье для производства пластических масс, синтетических каучуков, искусственных волокон. В настоящее время насчитывается около 100 различных процессов первичной и вторичной переработки нефти, реализованных в промышленности. Ведется внедрение новых, весьма перспективных разработок, направленных на улучшение качества продукции и совершенствование технологии.

Для анализа нефти используют разнообразные методы их предварительного разделения, как по молекулярным массам, так и по химическому составу. Для разделения нефти и выделения различных групп углеводородов и гетероатомных компонентов применяют химические и физические методы. Химические методы основаны на неодинаковой реакционной способности разделяемых компонентов, а физические (или физико-химические) – на различии компонентов в сосуществующих равновесных фазах. Простыми — условно названы методы разделения, при которых изменение концентрации разделяемых компонентов в фазах достигается лишь благодаря сообщению системы энергии, а сложными – методы с применением дополнительных разделяющих агентов (селективных растворителей, абсорбентов и т.д.), увеличивающих различие составов фаз. Сочетание эффективных приёмов разделения с современными инструментальными методами анализа позволило создать информативные экспесс-методики определения качественного и количественного состава нефтей и нефтепродуктов.

1.2 Физико-химические основы процесса.

Температура, давление, скорость подачи сырья и катализатор оказывает большое влияние на процесс каталитического крекинга. Результаты каталитического крекинга определяются глубиной превращения(т.е. суммарный выход продуктов, отличающихся от исходного сырья фракционным составом)-(конверсии) сырья, выходом целевых продуктов и их качества. При крекинге сырья вакуумного газойля фракции 350-500С = газ + бензин + дизельная фракция (лёгкий газойль) + кокс. При тяжёлом газойле при тех же температурных пределах, что и сырьё, принимают как за непревращённую часть сырья, хотя он и отличается по хим. составу.

Катализатор – это вещество, которое ускоряет или даже вызывает химическую реакцию, но когда реакция заканчивается, катализатор остаётся в неизменном виде – таким же, каким был сначала.

Обычно установка каталитического крекинга работает, пока не достигнет предела своих возможностей в отношении выжигания кокса. Это может произойти различным образом, когда начинает падать выход бензина, а количество газов С4 или тяжёлого газойля при этом начинает возрастать. Выходы продуктов с установки крекинга зависят от разных факторов, в том числе от качества сырья, температуры в реакторе, скорости подачи сырья и скорости циркуляции, и, что очевидно, от времени суток и температуры окружающего

Каталитический крекинг (2)

... режима установок каталитического крекинга следует отнести температуру, давление, соотношение количества сырья и катализатора, находящегося в зоне крекинга, а также кратность циркуляции катализатора. Каталитический крекинг проводят в следующих условиях: Температура, °С крекинга - 450-525 регенерации катализатора - 540 ...

Наличие катализатора не вызывает каких-то принципиально новых, термодинамически неоправданных реакций. Катализатор способен только ускорять и делать значимыми те процессы, которые протекают без него настолько медленно, что не оказывают сколько-нибудь заметного влияния на состав конечных продуктов. Таковы, например, изомеризация олефинов и нафтенов, перераспределение водорода между продуктами крекинга.

Присутствие катализатора не нарушает также состава равновесных смесей, свойственных данным температурам. Температурный режим промышленного каталитического крекинга не мягче, чем для соответствующего термического процесса, но продолжительность реакции неизмеримо меньше. Так, средняя температура в реакторе каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора равна 490 – 500 ^о С (а в реакторах лифтного типа – еще выше и достигает 530 – 540^о С).

Однако, если продолжительность пребывания сырья в реакционной зоне печи термического крекинга измеряется минутами, то время контакта сырья с катализатором в современных реакторах каталитического крекинга равно всего 2 – 4 с.

В качестве сырья в процессе каталитического крекинга используется вакуумный дистиллят (газойль) широко фракционного состава (350-500С).

В сырье крекинга вовлекаются газойлевые фракции термодеструктивных процессов, гидрокрекинга, рафинаты процессов деасфальтизации мазутов и гудронов, полупродукты масляного производства и др.

Температура в реакторе выше, когда интенсивнее протекает реакция крекинга, но в какой-то момент количество образующихся газов резко возрастает за счёт уменьшения количества бензина или легкого газойля. Оптимальная температура в реакторе определяется экономическими соображениями.

Скорость подачи сырья и циркуляции. Для регенерации отработанного катализатора через регенератор постоянно пропускают воздух. Если

температура воздуха за пределами установки понижается, воздух становиться более плотным. Так как насосы, подающие воздух, работают при постоянной скорости, то в действительности холодного воздуха в регенератор подаётся больше, чем тёплого. Чем больше кислорода, тем больше кокса выжигается с поверхности катализатора. Чем свежее катализатор, тем эффективнее реакция, Чем эффективнее реакция, тем больше получается бензина. Автоматическая запись параметров процесса позволяет зафиксировать отклонения стрелок: например, ночью, когда температура воздуха ниже, выходы продуктов оказываются выше. Днём, когда становится жарко, выходы падают. То же самое относится к результатам, полученным зимой и летом, и это уже плохо, потому что потребности в бензине выше как раз летом, когда выходы снижаются.

Химический состав продуктов каталитического крекинга имеет характерные особенности: бензин содержит много изопарафинов и ароматических углеводородов; газ получается «тяжелый», с высокой концентрацией изобутана и олефинов С ₃ – С₄ ; газойлевые фракции богаты полициклическими ароматическими углеводородами.

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

Катализаторы современных крупнотоннажных процессов каталитического крекинга, осуществляемых при высоких температурах(500-800С) в режиме интенсивного массо- и теплообмена в аппаратах с движущимися или с псевдоожиженным слоем катализатора. Обладают высокой активностью, селективностью и термостабильностью.

Каталитический крекинг (3)

... каталитического крекинга с прямоточным реактором – с восходящим потоком микросферического катализатора в так называемом лифт – реакторе. 2.2 Сырье каталитического крекинга В качестве сырья в процессе каталитического крекинга в ... отходы производства. Для перегонки нефти обычно используют пять ректификационных колонн, в которых последовательно выделяются различные нефтепродукты. Выход бензина при ...

1.3 Описание технологической схемы

каталитического крекинга установки 1-А/1-М

В схеме установки (рис.1.1) имеются следующие блоки: реакторный (реактор и регенератор, соединенные транспортными линиями), погоноразделительный (основная колонна, отпарные колонны, газоводоотделитель) и нагревательный (печь, теплообменники, холодильники).

Сырье насосом 22 подается через теплообменные аппараты 21, где нагревается за счет тепла отходящих потоков примерно до 200°С, в змеевик печи 9. Нагретое в печи до 260— 270°С сырье поступает в узел смешения с катализатором. Полученная суспензия под давлением водяного пара перемещается по наклонному лифт-реактору 6 в реактор-сепаратор 7. Одновременно в другой узел смешения подается рециркулят и по стояку 5 поступает в псевдоожиженный слой реактора 7. Продукты крекинга (газы и пары), пройдя систему двухступенчатых циклонов, где улавливается катализаторная пыль, вводятся в низ ректификационной колонны 13.

Из отпарной секции реактора 7 закоксованный катализатор транспортируется в регенератор / по линии 3; сюда же подается воздух для выжига кокса с поверхности катализатора. Регенерированный катализатор по стоякам 2 и 4 спускается в узлы смешения с сырьем и рециркулятом. Газы регенерации, пройдя систему двухступенчатых циклонов регенератора, выводятся из аппарата сверху.

В колонне 13 продукты крекинга разделяются на газ, бензин, легкий и тяжелый газойли. Газ, пары бензина и водяной пар выводятся сверху, охлаждаются в аппарате воздушного охлаждения 18 и поступают в газоводоотделитель 19.Бензин насосом 20 частично подается в качестве орошения в верхнюю часть колонны 13, остальная его часть направляется в блок стабилизации, а газ — в секцию фракционирования.

Боковые погоны колонны 13 — легкий и тяжелый газойли — выводятся из колонны в соответствующие секции отпарной колонны 14. С низа секции эти фракции забираются насосами 17 и 16, прокачиваются через теплообменники 21, где за счет их тепла нагревается сырье, затем через аппараты воздушного охлаждения 18 выводятся с установки в резервуары. Часть тяжелого газойля насосом 16 подается в узел смешения с регенерированным катализатором в виде рециркуляра.