Установка производства каталитического крекинга



Каталитический Крекинг

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 %).

Реакторный блок установки каталитического крекинга 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.

Регенератор катализатора установки каталитического крекинга 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)
Ректификационная колонна установки каталитического крекинга 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

Промышленные установки каталитического крекинга

В России действуют установки каталитического крекинга: с шарико­вым катализатором и с микросферическим катализатором производительно­стью 750 тыс. т в год; установки с микросферическим катализатором произ­водительностью 0,75, 1,4 и 2 млн т в год, входящие в комбинированные ком­плексы. Установки производительностью 2 млн т в год являются наиболее современными из действующих сегодня в России.

На рис. 4.4 дана схема реакторно-регенераторного блока секции ката­литического крекинга такого комбинированного комплекса.

Сырье, пройдя блок гидроочистки, после стабилизации подогревается в печи 1 и поступает в колонну 2 для отгонки легких фракций, образовавшихся при гидроочистке. Остаток после отгонки, имеющий tH кп -200° С, подают на­сосом 8 через печь 7 к основанию подъемника (лифт-реактор) 11. Температу­ра в реакторе 515-545°С, время контакта сырья с катализатором несколько секунд. Сюда же из регенератора 6 ссыпается регенерированный катализатор и вниз подается водяной пар. Катализатор, взвешенный в смеси паров сырья и водяного пара, через решетку на койце подъемника 11 попадает в реактор 10. Там пары продуктов крекинга отделяются от катализатора, который ссы­пается в отпарную секцию, снабженную перегородками для повышения эф­фективности отпаривания. Отпаренный катализатор самотеком ссыпается в регенератор 6. Воздух на регенерацию подают воздуходувкой 9; температура регенерации 700°С, давление 2,5 МПа, интенсивность выжигания кокса -80 кг/ч, скорость газов над слоем 0,9-1,0 м/с. В регенераторе отсутствуют паро­вые змеевики для отвода избыточного тепла, и тепловой баланс реакторного блока регулируют, изменяя соотношение СО:СО2 (раздельно подавая воздух в воздушные змеевики).

Продукты сгорания проходят котел-утилизатор 4 и электрофильтр 3. Конечное пылесодержание газов не превышает 80 мг/м 3 . Пары продуктов крекинга поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 12.

Рис. 4.4. Схема установки каталитического крекинга: 1-трубчатая печь; 2-колонна отгона легких фракций; 3-электрофильтр; 4-котел-утилиза-тор; 5-катализаторная емкость; 6-регенератор; 7-топка под давлением; 8-насосы; 9-воздуходувка: 10-реактор с псевдоожиженньш слоем; пневмоподемник; 12-ректификационная колонна; 13-теплообменнЕ 14-сепаратор; 15-отпарная колонна легкого газойля; 16-отпарная колонна тяжелого газойля; I-сырье; П-бензин; Ill-продукты сгорания; IV-топливо; V-воздух; VI-вода; Vll-nap; VIII-остаток >420°С; 1Х-цирку-лирующий остаток; Х-газ; XI-бензин; ХП-легкий газойль; ХШ-тяжелый газойль

С верха колонны уходят пары бензина, углеводородный газ и водяв пар. Нижняя часть колонны 12 является отстойником катализаторного шлама, который возвращается в реактор 10. Отстоявшийся от шлама жидкий остаток выводят из колонны. Этот остаток состоит в основном из тяжелых по- лициклических ароматических углеводородов, склонных к коксообразованию. Поэтому он нежелателен как компонент сырья для крекинга, но являет­ся идеальным сырьем для получения «игольчатого» кокса (если крекингу подвергать сырье с умеренным содержанием серы). Избыточное тепло в ко­лонне снимают циркуляционным орошением внизу колонны. Тепло ороше­ния используют для получения водяного пара. На установке предусмотрены две отпарные колонны (15 и 16) соответственно для легкого и тяжелого ката­литических газойлей.

Читайте также:  Партия для барабанной установки

Установка может работать с рециркуляцией промежуточных фракций. Их отводят из двух точек колонны 12 и насосами 8 подают к основанию реактора-пневмоподъемника 11. На установке широко используется воздушное охлаждение, что сокращает объем оборотной воды на заводе.

В табл. 4.2 приведены основные параметры работы установки и ее технологические параметры. Обращают на себя внимание высокие выходы бензина, пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций, что делает эту установку конкурентоспособной на международном уровне.

Основные параметры работы установки каталитического крекинга

Сырье: гидроочищенный вакуумный дистиллят коксуемость по Конрадсону, мас. % содержание тяжелых металлов, ppm Параметры 0,2 < 1
Катализатор: марка расход катализатора, кг/т содержание остаточного кокса на катализаторе, мас. % ДА – 250 0,3-0,5 < 0,1
Параметры процесса: температура крекинга, 0 С температура нагрева сырья, 0 С массовая скорость подачи сырья, ч -1 кратность циркуляции давление в реакторе, МПа температура регенерации, 0 С давление в регенераторе, МПа 515-520 240-280 80-100 5,5-6,0 0,13-0,15 650-670 0,13-0,15
Выход продуктов, мас.%: SС2 + Н2S SС3 – С4 бензин (С5, – к.к 205 0 С) легкий газойль (200-290 0 С) тяжелый газойль ( > 290 0 С) кокс 3,4 12,6 48,0 12,9 19,5 3,6
Характеристика продуктов крекинга: содержание олефинов во фракции С3 – С4, мас.% октановое число бензина (и.м.)

Каталитический риформинг

Каталитический риформинг является в настоящее время неотъемлемым элементом нефтеперерабатывающего завода. Основное назначение процесса — получение высокооктанового компонента товарных автомобильных топлив из низкооктановых утяжеленных бензинов за счет их ароматизации.

Известно, что основная масса прямогонных бензинов имеет низкое ок­тановое число. Еще одним стимулом к развитию каталитического риформин-га является потребность химической промышленности в моноциклических ароматических утеводородах — бензоле, толуоле, ксилолах, этилбензоле. Роль нефтепереработки в производстве этих углеводородов из года в год возрастает. В 1977 г. примерно 7-10% всех установок каталитического ри-форминга в Западной Европе и США использовали для выработки бензола, толуола и ксилолов. Основными продуктами, производство которых базиру­ется на этих углеводородах, являются синтетический каучук, моющие сред­ства, волокна, пластмассы и многие другие ценные материалы.

Наконец, важным достоинством риформинга является возможность производства дешевого водородсодержащего газа для гидрогенизационных процессов.

Катализаторы

Развитие и совершенствование процесса риформинга шло в направ­лении разработки высокоактивных и высокоселективных катализаторов, ко­торые позволили бы по возможности снизить давление в системе (препятст­вующее протеканию основных реакций), уменьшить долю побочных реакций гидрокрекинга и полнее вовлечь в процесс ароматизации парафиновые угле­водороды. Важнейшим этапом развития каталитического риформинга явился переход от оксидных молибденовых к платиновым катализаторам.

Промышленные платиновые катализаторы относятся к бифунк­циональным:

1) активный носитель (у-оксид алюминия, алюмосиликат) обладает как протонными, так и апротонными кислотными центрами, на которых проте­кают карбоний-ионные реакции — изомеризация нафтеновых колец, гидро­крекинг парафинов и частичная изомеризация образующихся низкомолеку­лярных парафинов и олефинов (с последующим насыщением олефинов водо­родом);

2) платина, тонко диспергированная на поверхности носителя, облада­ет гидрирующими-дегидрирующими свойствами.

Активность носителя усиливается при подаче к его поверхности гало­гена (соответственно в виде НС1 или HF). Галоген (преимущественно хлор) вводят в период регенерации катализатора или вместе с сырьем. Дегидрирующая активность платинового катализатора имеет высокое значение у

при содержании платины на оксиде алюминия всего 0,08 мае. %. Промыш­ленные катализаторы содержат 0,5-0,6 мае. % платины. Соотношение коли­честв осажденной платины и подаваемого галогена близко к единице.

К биметаллическим катализаторам относится платинорениевый. Он ха­рактеризуется пониженным содержанием платины (менее 0,4 мае. %) и при­мерно таким же количеством рения. Наличие второго металла в катализаторе препятствует рекристаллизации платины — укрупнению кристаллитов платины с течением времени и в связи с этим уменьшению числа ее активных цен­тров. Промышленный процесс на этом катализаторе получил название рени-форминга. Таким образом, причинами внедрения платинорениевых катали­заторов явились их повышенная стабильность и несколько меньшая стои­мость. Использование платинорениевого катализатора позволило немного снизить температуру и давление процесса: с 480-530°С до 470-500°С и с 2,2-2,5 МПа до 1,4-2,0 МПа, соответственно. К числу достоинств платинорениевого катализатора относится также относительно низкое снижение его ак­тивности при эксплуатации.

Помимо рения в качестве второго металла используют также германий, иридий, родий, олово или свинец. Разработаны и триметаллические катализа­торы, представляющие собой сочетание Pt—Re—Ir или Pt—Re—Ge.

В связи с появлением новых би- и полиметаллических катализаторов имеется тенденция к разработке высокопористых носителей с малой насып­ной плотностью. Имеет также значение размер частиц катализатора — с уменьшением размера облегчается доступ к внутренней поверхности носи­теля.

Теплота реакции.Основные реакции каталитического риформинга -дегидрирование шестичленных нафтенов и дегидроциклизация парафинов протекают со значительным поглощением тепла. Например, теплота дегид­рирования метилциклогексана в толуол при 527°С, составляет 2,2 МДж/кг, а для дегидроциклизации н-гептана в толуол она равна 2,5 МДж/кг. Основные реакции сопровождаются изомеризацией и гидрокрекингом. Теплота реакций изомеризации невелика, что же касается гидрокрекинга, то он протекает с выделением тепла и, таким образом, частично компенсирует затрату тепла на основные реакции ароматизации.

Для практических целей необходимо знать итоговые затраты тепла на 1 кг превращенного сырья или на 1 кг продукта. Эти величины будут зависеть от химического состава сырья и глубины ароматизации, которая, в свою оче­редь, обусловлена активностью и селективностью катализатора. При исполь­зовании алюммолибденового катализатора парафиновые углеводороды ароматизируются относительно слабо, и общая затрата тепла на реакцию в основном определяется содержанием нафтенов в сырье.

В целом можно сказать, что при прочих равных условиях суммарный тепловой эффект тем выше, чем больше содержание нафтеновых углеводо­родов в сырье.

Источник

Установка производства каталитического крекинга

7 Перспективные технологии переработки нефти — часть 3

7.5 Установки каталитического крекинга (перспективные технологии)

7.5.1 Каталитический крекинг с ультракоротким временем контакта (миллисекунда)

В связи с утяжелением сырья процесса каталитического крекинга в последнее десятилетие появились установки с ультракоротким временем контакта, позволяющим минимально закоксовывать катализатор — процесс Millisecond Catalytic Cracking (MSCC), далее называемый «Миллисеконд» [1].

Основное отличие процесса MSCC от традиционных установок с лифт-реактором состоит в том, что контакт катализатора и сырья происходит в направлении сверху вниз (рисунок 7.5). При этом наиболее легкое сырье вступает в контакт с катализатором в газообразном состоянии, тяжелая часть — в мелкодисперсном состоянии. Непрореагировавшая часть подвергается дополнительной конверсии в нижней части реактора (стриппинг-камере), в кипящем слое катализатора, где проводится отпарка тяжелых продуктов реакции при помощи водяного пара. Температура в стриппинг-камере реактора поддерживается на уровне 520-560 °С при помощи регенерированного катализатора, поступающего из регенератора.

Данная схема установки позволяет получить значительно более высокий выход жидких продуктов, чем в традиционном процессе каталитического крекинга, при малых капитальных затратах.

Сочетание двух факторов — быстрого разделения катализатора и паров и небольшого объема реакционной зоны — обеспечивает сокращение нежелательных вторичных реакций. В процессе значительно сокращается время контакта сырья и катализатора (до 0,1 с) вместо характерных для каталитического крекинга с лифт-реактором 2-4 с, что стимулирует в первичных реакциях деструкцию исходных углеводородов.

Рисунок 7.5 — реакторно-регенераторный блок процесса MSCC 1 — реактор, 2 — регенератор, 3 — специальная задвижка регенерированного катализатора, 4 — специальная задвижка горячего катализатора в стриппер, 5 -специальная задвижка отработанного катализатора, 6 — специальная задвижка циркулирующего катализатора[2]

Сравнительные показатели работы установок с лифт-реактором FCC и Миллисеконд (MSCC) приведены ниже:

Степень проработки

Процесс разработан компанией BAR-СО Processes Joint Venture в 1991 г., основным лицензиаром является американская компания UOP LLC. Первая установка пущена в 1994 г [3]. На сегодняшний день в мире работает несколько установок по технологии MSCC, в т.ч. на заводах СНГ:

— ОАО «Мозырский НПЗ», г. Мозырь, Белоруссия;

-TNGIZT, г. Туркменбаши, Туркменистан.

Достигаемые экологические преимущества

Основными экологическими преимуществами процесса являются:

— снижение выбросов СО и СО2, а также оксидов серы и азота, из регенератора вследствие снижения выхода кокса в процессе крекинга;

— снижение образования побочных продуктов (легкого и тяжелого газойля).

Экономические аспекты внедрения

По сравнению с традиционной установкой каталитического крекинга с лифт-реактором технология MSCC обеспечивает:

— существенное повышение выхода целевых продуктов;

— улучшение качества продуктов;

— повышение надежности и снижение эксплуатационных и капитальных затрат.

Технологические особенности нового усовершенствованного процесса каталитического крекинга катализатора включают:

— уникальную систему контактирования сырья с катализатором;

— зону реакции с ультракоротким временем контактирования.

Благодаря малому времени контактирования процесс MSCC имеет следующие технологические преимущества:

— снижение температуры в регенераторе;

— повышение кратности циркуляции катализатора;

Читайте также:  Как правильно проверить уровень масла в АКПП

— меньшая необходимость в охлаждении катализатора;

— большая эффективность при переработке остаточного сырья.

7.5.2 Каталитический крекинг остаточного сырья с двухступенчатой регенерацией

Схема реакторно-регенераторного блока установки RCC (Residual Catalytic Cracking) приведена на рисунке 7.6 [4]. Регенерированный катализатор смешивают у основания лифт-реактора с тяжелым сырьем, которое благодаря высокоэффективной системе ввода находится в диспергированном состоянии, что способствует увеличению выхода бензина и других ценных продуктов. В лифт-реакторе 1 идет процесс крекинга при температуре 510-520 °С, который завершается в реакторе-сепараторе 2. Далее закоксованный катализатор попадает в двухступенчатый регенератор 3. Двухступенчатая регенерация позволяет снизить температуру регенерации катализатора. Большая часть кокса выгорает на первой ступени регенерации при температуре 670-690°С. После этого частично регенерированный катализатор самотеком поступает на вторую ступень, где происходит дожиг остаточного кокса. Дымовые газы второй ступени выводятся из регенератора через его первую ступень, что позволяет более эффективно использовать кислород, подаваемый на регенерацию катализатора. Дополнительное регулирование температуры достигается также за счет использования холодильника катализатора 4 в плотной фазе. На установке с двухступенчатой регенерацией можно перерабатывать сырье с коксуемостью по Конрадсону до 10% мае. Газопродуктовая смесь разделяется в колонне 6.

Отличительные особенности процесса: диспергирование сырья с помощью рециркулирующих легких углеводородных газов, подача этих газов ниже точки ввода сырья для регулирования активности катализатора и пассивации отлагающихся на нем металлов; наличие двухступенчатого регенератора [5].

Рисунок 7.6 — Технологическая схема установки каталитического крекинга остаточного сырья с двухступенчатой регенерацией 1 — лифт-реактор, 2 — реактор-сепаратор; 3 — циклоны, 4 — двухступенчатый регенератор, 5 — холодильник катализатора; 6 — ректификационная колонна;
7, 8, 12, 13, 14-насосы; 9, 15-теплообменники; 10, 16-аппараты воздушного
охлаждения; 11 — емкость;
I — остаточное сырье, II — газ-разбавитель; III — воздух; IV — дымовые газы; V — газ;
VI — вода; VII — бензин; VIII — легкий газойль; IX- остаток выше 371 °С

Степень проработки

Процесс разработан компанией UOP LLC в 1983 г., лицензиаром является эта же компания. Первая установка пущена в 1983 г [3]. На сегодняшний день в мире работает 39 установок по технологии RCC. В России установки типа RCC отсутствуют.

Достигаемые экологические преимущества

Экологические преимущества процесса связаны с расширением номенклатуры сырьевых ресурсов за счет вовлечения в переработку тяжелых нефтяных остатков, в т.ч. вторичного происхождения.

Экономические аспекты внедрения

Технология RCC обладает следующими особенностями по сравнению с традиционными технологиями каталитического крекинга:

а) возможность переработки сырья с коксуемостью до 10% мае. и содержанием металлов до 10 мг/кг, что позволяет расширить допустимый сырьевой диапазон и увеличить выработку целевых продуктов;

б) возможность переработки тяжелых высоковязких нефтей, высокосернистого сырья;

в) высокая гибкость по сырью, возможность эксплуатации установки на обычном дистиллятном сырье.

7.5.3 Каталитический крекинг остаточного сырья с двумя регенераторами

Каталитический крекинг остаточного сырья с двумя регенераторами в настоящее время представлен процессом R2R (Reactor and 2 Regenerators). В промышленном масштабе процесс R2R, разработанный компанией Axens для переработки остаточного сырья, используется с 1981г. Особенность этого процесса — наличие двух регенераторов с раздельной подачей воздуха и выводом дымовых газов.

На рисунке 7.7 представлен реакторно-регенераторный блок установки R2R [6]. Реакторная часть работает так же, как на обычных установках каталитического крекинга с лифт-реактором. Отличие — в системе работы регенератора. Закоксованный катализатор поступает сначала в регенератор первой ступени 3, работающий при 700 °С, где происходит частичный выжиг углерода (до 80%) и полный выжиг водорода. В регенераторе второй ступени 4 температура поддерживается до 900°С при почти полном отсутствии паров воды. Здесь происходит полный выжиг кокса с катализатора. Регенератор второй ступени 4 оборудован выносным циклоном и десорбером (зоной отдува катализатора от дымовых газов). Температура в реакторе составляет 510 °С, время контакта сырья с катализатором 1 с. Процесс позволяет перерабатывать остаточное сырье со значением коксуемости по Конрадсону до 10% мас., причем содержание солей металлов в нем может увеличиваться до 50 мг/кг.

Рисунок 7.7 — Технологическая схема установки каталитического крекинга с двумя регенераторами (R2R)
1 — лифт-реатор, 2 — реактор-сепаратор; 3 — первый регенератор; 4 — второй регенератор, 5 — холодильник; 6 — ректификационная колонна; 7,8, 12, 13, 14 — насосы; 9, 15-теплообменники; 10, 16-аппараты воздушного охлаждения; 11 — емкость;
I — сырье; II — закоксованный катализатор; III — продукты реакции; IV -регенерированный катализатор; V — газ; VI — кислая вода; VII — бензин; VIII — легкий газойль; IX — остаток выше 343°С, X — дымовые газы

Качество остаточного сырья и выходы продуктов крекинга R 2 R может быть охарактеризовано следующими показателями [1]:

К основным преимуществам процесса R2R относят высокий выход бензина и улучшенный процесс регенерации, обеспечивающий глубокий выжиг кокса в условиях, исключающих термопаровую дезактивацию катализатора.

Степень проработки

На сегодняшний день технология доступна для коммерческой эксплуатации. Продажа и поддержка осуществляется альянсом, включающим в себя: Axens (разработка технологии и лицензирование), IFP Energies Nouvelles (исследования), Total (эксплуатация), Technip Stone & Webster Process technology (лицензирование, модернизация). Действует несколько десятков установок в США, Южной Корее, Японии, Китае. В России установки типа R2R отсутствуют.

Достигаемые экологические преимущества

Экологические преимущества процесса связаны с расширением номенклатуры сырьевых ресурсов за счет вовлечения в переработку тяжелых нефтяных остатков, в т.ч. вторичного происхождения.

Экономические аспекты внедрения

Т.к. технология R2R создана для достижения тех же целей, что и RCC (переработка тяжелых остатков) экономические аспекты внедрения в целом те же, что и для RCC:

а) возможность переработки сырья с коксуемостью до 10% мае. и содержанием металлов до 10 мг/кг, что позволяет расширить допустимый сырьевой диапазон и увеличить выработку целевых продуктов;

б) возможность переработки тяжелых высоковязких нефтей, высокосернистого сырья;

в) высокая гибкость по сырью, возможность эксплуатации установки на обычном дистиллятном сырье.


7.5.4 Каталитический крекинг с максимальным выходом пропилена

Описание

Пропилен, получаемый в процессе каталитического крекинга FCC, составляет 30% его мирового производства, поэтому увеличение его выхода является актуальной задачей нефтепереработки. Существует ряд технологий повышения выхода пропилена

в процессе каталитического крекинга (DCC (Axens), PetroFCC (UOP)), однако все они имеют общие черты — температура реакции 580-600°С, соотношение катализатор:сырье — от 10 до 20, а также проприетарный катализатор, содержащий цеолит ZSM-5 [7]. Аппаратурное оформление процесса в целом практически не отличается от обычных установок FCC с лифт-реактором.

Особняком стоят технологии MAXOFIN (KBR) и MILOS (Shell). Реакторнорегенераторный блок по этой технологии содержит два лифт-реактора (рис. 7.8). В первом лифт-реакторе 1 перерабатывается обычное сырье (например, вакуумный газойль) на цеолитсодержащем катализаторе с целью максимального выхода бензина. Второй лифт-реактор 3 перерабатывает только бензиновые фракции. Это могут быть любые бензиновые фракции, как прямогонные, так и термических процессов. Используют также бензин, полученный после первого лифт-реактора.

Рисунок 7.8 — Реакторно-регенераторный блок установки каталитического крекинга с двумя лифт-реакторами на микросферическом цеолитсодержащем катализаторе MAXOFIN
1 — основной прямоточный реактор, 2 — узел ввода сырья, 3 — второй прямоточный реактор, 4 — узел ввода бензина, 5,6 — центробежно-инерционные сепараторы,
7 — одноступенчатые циклоны, 8 — сепарационная секция реакция, 9 — отпарная секция реактора, 10 — парораспределитель сепарационной секции, 11 — парораспределитель предварительной отпарки, 12 — основной парораспределитель отпарной секции,
13 — наклонный катализаторопровод, 14 — регенератор, 15 — трубчатый воздухораспределитель, 16 — двухступенчатые циклоны I — сырье, II — водяной пар, III — легкий бензин, IV — продукты крекинга, V — воздух

Во втором лифт-реакторе бензин на смеси добавок MAXOFIN-3 и ZSM-5 и цеолитсодержащем катализаторе крекируется с получением максимального количества олефинов. Как лифт-реактор свежего сырья, так и лифт-реактор повторного крекинга бензина работают при обычных расходах диспергирующего пара (2-5 % (мае.)).

Сырье — вакуумный газойль, предварительно нагретый в теплообменниках и печи до 260°С — поступает вниз лифт-реактора 1 через сырьевые форсунки и смешивается с регенерированным катализатором. В первом лифт-реакторе крекинг происходит при температуре 530 — 538°С и завершается при подходе к сепарационной зоне реактора-сепаратора 8, где происходит отделение продуктов реакции от

катализатора. Продукты реакции поступают в ректификационную колонну на

фракционирование. Закоксованный катализатор поступает в отпарную зону 9, где

отпаривается противотоком с водяным паром. Отпарная зона секционирована каскадными перфорированными конусами, препятствующими созданию поршневого режима. В нижней части отпарной зоны установлены кольцевые коллекторы для ввода водяного пара, в верхней части — форсунки для ввода шлама, т.е. части остатка из ректификационной колонны, содержащей унесенный катализатор.

Далее катализатор самотеком поступает в регенератор 14, где выжигается кокс с поверхности катализатора, и регенерированный катализатор, разделяясь на две части, поступает на смешение с сырьем каждого из лифт-реакторов. В качестве сырья лифт-реактора 3 используют бензин. Температура крекинга в лифт-реакторе 3 — 593°С.

Ниже в табл. 7.16 представлен выход продуктов каталитического крекинга с получением максимального количества пропилена по технологиям ряда крупных компаний.

Читайте также:  Салон и багажник Peugeot Partner Crossway 2021 модельного года

Таблица 7.16 — Сравнительные характеристики «пропиленовых» технологий каталитического крекинга

Источник

Установка каталитического крекинга FCC

Каталитический крекинг — это термокаталитическая переработка нефтяных фракций для получения ценных продуктов.

Каталитический крекинг является важнейшим крупнотоннажным процессом переработки нефти. Мировая мощность построенных установок крекинга составляет более 770 млн. т/год

Сырье и продукты

В качестве сырья на установку может поступать:

  1. Вакуумный газойль с вакуумных блоков установок АВТ
  2. Непревращенный остаток с установки гидрокрекинга
  3. Фильтраты и экстракты с установок производства масел
  4. Газойли установки замедленного коксования и др.
  5. Мазуты с установок АВТ в смесях с вакуумным газойлем.

При наличии на производстве установки гидроочистки вакуумного газойля может потребоваться дополнительная гидроочистка получаемого бензина для соответствия его требованиям Евро-5.

Продуктами установки являются:

  1. Сухой газ – сырье установок сероочистки.
  2. Сжиженные углеводородные газы (пропан-пропиленовая фракция (ППФ) и бутан-бутиленовая фракция (ББФ) – сырье установок МТБЭ и сернокислотного алкилирования.
  3. Высокооктановый компонент автобензинов (ОЧИМ 90-92)
  4. Легкий каталитический газойль – сырье установок гидроочистки ДТ, компонент товарного мазута.
  5. Тяжелый каталитический газойль – сырье для производства технического углерода, компонент мазута.
  6. СВСГ – сырье установок производства серы и серной кислоты.

Бензин каталитического крекинга

Характеристики гидроочищенного бензина каталитического крекинга представлены в таблице. Бензин каталитического крекинга используется в качестве компонента для приготовления автобензинов. Вовлечение БКК в автобензины АИ-92, АИ-95, АИ-98 составляет от 20 до 50% мас. в зависимости от рецептуры.

Показатель Ед. изм. Значение
ОЧИМ ед. 90-91
ОЧММ ед. 80-80,5
ДНП кПа 72
Содержание бензола % мас. 0,5
Содержание ароматики % мас. 26
Содержание нафтенов % мас. 8
Содержание олефинов % мас. 24
Содержание изопарафинов % мас. 35
Т нк ○ С 30
Т50% ○ С 90
Ткк ○ С 213
Сера % мас. 0,0014
Плотность при 20 ○ С кг/м 3 727

Технологическая схема

Принципиальная технологическая схема установки каталитического крекинга с лифт-реактором

Принципиальная технологическая схема установки каталитического крекинга с лифт-реактором I – сырье, II – катализатор, III – бензин, IV – жирный газ, V – легкий газойль, VI – сырье для производства технического углерода, VII – тяжелый газойль, VIII — воздух, IX – пар водяной, X – дымовые газы, XI – цирку­лирующее орошение, XII – вода; Т-1÷Т-5 – теплообменники, П-1 – печь, Р-1 – реактор, Р-2 – регенератор, К-1 – колонна, К-2 – колонна-стриппинг, А-1 – котел, А-2 – циклон, ХК-1 – конденсатор-холодильник, С-1 – сепаратор, Х-1÷Х-4 – холодильник

Предварительный нагрев сырья

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

Подача сырья в печь

Подача сырья в печь

Реакторно-регенераторный блок

Циркуляция катализатора в реакторно-регенераторном блоке

Циркуляция катализатора в реакторно-регенераторном блоке

Нагретый поток сырья поступает в слой циркулирующего катализатора реакторного блока через райзер – прямоточный реактор. Происходит смешение потока сырья, распыляемого через форсунки с катализатором, имеющим температуру 530 °С.

При температуре 530 °С происходит реакция крекинга с образованием продуктов реакции, находящихся в газообразном состоянии.

Смешение сырья и катализатора в райзере

Смешение сырья и катализатора в райзере

Образовавшаяся смесь, состоящая из 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.

Оставшиеся продукты реакции переходят во вторую ступень циклонов тонкой очистки, где происходит аналогичный процесс.

Циклоны первой и второй ступени

Циклоны первой и второй ступени

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

Очищенный от катализатора продукт в состоянии парогазовой смеси с верха реактора подается 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 выжиг кокса с поверхности катализатора при температуре 600 °С, поскольку при такой температуре кокс самовоспламеняется.

Выжиг кокса в регенераторе

Выжиг кокса в регенераторе

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

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

Движение катализатора между реактором и регенератором происходит за счет подачи воздуха от воздуходувки, а между регенератором и реактором за счет перепада давления.

Циркуляция катализатора между реактором и регенератором

Циркуляция катализатора между реактором и регенератором

Основная фракционирующая колонна

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

Основная фракционирующая колонна

Основная фракционирующая колонна

В кубовой части колонны образуется шлам – непревращенный остаток каталитического крекинга с высоким содержанием кокса, тяжелых металлов, катализаторной пыли. Шлам обычно не выводится, а отправляется на смешение с сырьем реакторного блока.

С нижней глухой тарелки колонны выводится тяжелый каталитический газойль. Одна часть газойля через отпарной стриппинг выводится из колонны, а вторая через блок теплообменников возвращается в колонну в качестве орошения для охлаждения кубовой части колонны и предотвращения коксообразования.

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.

Вывод легкого и тяжелого газойлей с установки

Вывод легкого и тяжелого газойлей 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

Сепаратор: разделение на воду, бензин и газ

Часть бензина возвращается в колонну, а другая часть направляется на блок стабилизации бензина, где идет происходит разделение газа от бензина.

Блок очистки жирного газа от сероводорода

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

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

Абсорберы 1-й и 2-й ступени

Очищенный от сероводорода жирный газ поступает на прием газовых компрессоров. Компремированный жирный газ охлаждается и конденсируется в АВЗ. Далее он снова направляется в сепаратор, из которого при помощи насосов поступает в абсорбер 1-й ступени. Также в абсорбер поступает газ из сепаратора высокого давления и бензин. Куб колонны подогревается с помощью термосифонных кипятильников.

Принципиальная схема нагревательно-фракционирующей части

Принципиальная схема нагревательно-фракционирующей части (НФЧ)

Пары с верха абсорбера 1-й ступени содержат углеводороды С4-С5, являющиеся ценными компонентами бензина. С целью их выделения предусмотрен абсорбер 2-й ступени.

В абсорбер 2-й ступени в качестве абсорбента подается стабильный бензин из основной фракционирующей колонны. Сверху абсорбера 2-й ступени выводится сухой газ, поступающий на установку сероочистки. Насыщенный абсорбент, содержащий углеводороды С4-С5 поступает в основную фракционирующую колонну на десорбцию.

Колонна стабилизации

Деэтанизированный бензин, в котором содержатся ББФ и ППФ, с низа абсорбера 1-й ступени поступает в колонну стабилизации.

С низа колонны выводится стабильный бензин, а смесь ППФ и ББФ выводится сверху колонны, избыток сжиженных газов подается на орошение колонны.

Депропанизатор (опционально)

Депропанизатор предусмотрен лишь в некоторых конфигурациях установок каталитического крекинга. Во многих конфигурациях ППФ выделяется из головной фракции уже при дальнейшей переработке на установках производства МТБЭ и сернокислотного алкилирования.

Смесь ППФ и ББФ из колонны стабилизации нагревается потоком кубового продукта депропанизатора и поступает в депропанизатор для разделения смеси на ППФ и ББФ.

Пары ППФ с верха колонны охлаждаются и конденсируются в рефлюксной емкости. Часть ППФ подается в колонну в качестве орошения, избыток выводится с установки. С куба колонны выводится ББФ, после чего поступает на установки производства МТБЭ или сернокислотного алкилирования.

Материальный баланс

Материальный баланс и некоторые параметры технологического режима работы установки каталитического крекинга Г-43/107 приведены в таблице.

Материальный баланс и параметры технологического режима установки Г-43-107

Материальный баланс и параметры технологического режима установки Г-43-107

Достоинства и недостатки

Недостатки

  1. Дорогостоящий катализатор, который необходимо регулярно добавлять в систему для компенсации дезактивации и истирания катализатора.
  2. Сложность аппаратурного оформления.
  3. Очень высокие капитальные и эксплуатационные затраты

Достоинства

  1. Возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропиленом, изобутаном и бутенами;
  2. Сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т. д.
  3. Широкие возможности варьирования продуктовой корзиной за счет различных добавок/модификаторов для катализаторов крекинга, а также за счет выбора температурного режима крекинга

Существующие установки

Перечень установок каталитического крекинга на предприятиях РФ представлен в таблице. В России процесс реализован на 14 предприятиях, суммарная мощность установок крекинга составляет около 24 млн. т /год.

Видео

Источник

Adblock
detector