Каталитический крекинг нефтяного сырья

 

Алюмосиликатная аморфная фаза закрепляет частицы цеолита в своей структуре, взаимодействует с ней и создает активную докристаллическую фазу. Сам же цеолит повышает прочность и активность катализатора.

Катализатор при каталитическом крекинге вакуумного газойля (фрак-ция 350-500⁰С) обеспечивает:

- выход 45-55 % бензина с октановым числом 80-84 МОЧ и выход 20-24 % легкого газойля (основы дизельного топлива) при конверсии сырья 65-70 %;

- высокую селективность  по выходу газа (9-10 %) и кокса  (3-4 %);

- высокую термопаровую  стабильность при температурах  регенерации 680-730⁰С;

- стойкость к отравляющему  воздействию тяжелых металлов  в сырье, не снижают заметно  активность и селективность при  уровне отложения металлов до 4000-5000 млн^-1;

- высокую механическую  прочность и однородный гранулометричес-кий  состав, чтобы обеспечить хорошие условия циркуляции в системе и низкий расход катализатора – 0,1-0,5 кг/т перерабатываемого сырья.

Для крекинга остаточного  сырья катализатор должен быть стойким  к дезактивации металлами, термо- и  паростабильными, давать малый выход  кокса и быть дешевым (так как растет расход из-за дезактивации).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Описание технологической схемы установки

 

Основной вариант работы установки каталитического крекинга – переработка гидроочищенного сырья – вакуумного газойля с установки гидроочистки вакуумного газойля. На случай остановки установки гидроочистки вакуумного газойля возможна переработка установкой негидроочищенного сырья – смеси вакуумных погонов (масляных фракций, тяжелого вакуумного газойля) с вакуумных блоков установок АВТ. В сырье каталитического крекинга может направляться вакуумный компонент дизельного топлива, а в исключительных случаях (острый дефицит сырья) – тяжелое дизельное топливо.

Нагретое до 260⁰С сырье направляется в райзер реактора Р-1 на реакцию крекинга. Реакция протекает при температуре 505-530⁰С и давлением верха реактора ~ 1,5¸1,8кгс/см² (изб.), время реакции ~1,5¸2сек.

Сырье подводится к 8-ми сырьевым форсункам. Диспергирование (распыл) сырья в форсунках производится водяным паром. Установка форсунок выполнена таким образом, что исходящие из них потоки перекрывают все поперечное сечение райзера.

В райзере при контакте паров сырья с катализатором начинается реакция крекинга. По мере углубления реакции растет объем газо-катализаторной смеси продуктов реакции и катализатора, поэтому райзер выполнен в виде вертикальной трубы двух диаметров. Райзер оканчивается горизонтальным участком, входящим в два циклона I-ой ступени, «прямосвязанных» через пленум-камеру с пятью циклонами II-ой ступени.

В циклонах I-ой ступени продукты реакции отделяются от основной массы катализатора, попадают в пленум-камеру и через пять циклонов II-ой ступени поступают в шлемовую линию Р–1 в колонну К–21. При этом продукты реакции крекинга в Р–1 практически не попадают.

Тепло, необходимое для  реакции крекинга, подводится в райзер с 1) нагретым за счет тепла отходящих продуктов до 240¸300^оС сырьем; 2) водяным паром, подаваемым в форсунки на распыл сырья; и 3)  регенерированным катализатором.

Отделенный от продуктов  реакции катализатор по спускным стоякам ссыпается в низ реактора. В эту же зону осуществляется ввод небольшого количества пара для «дробления» катализатора в случаях, если будет иметь место значительный вынос мелких фракций.

Для снижения нагрузки регенератора по коксу используется система отпарки  водяным паром адсорбированных  на катализаторе углеводородов в  четырехступенчатом стриппинге (отпарной секции) Р-1. Пройдя четыре тарелки стриппинга, катализатор поступает в напорный стояк закоксованного катализатора. Закоксованный катализатор поступает в транспортную линию Р-2. На горизонтальном и вертикальном участках транспортной линии имеются 5 точек ввода воздуха на поддержание транспорта катализатора.

В транспортной линии  Р-2 плотность потока катализатора снижается. Здесь в присутствии воздуха начинается выжиг адсорбированных в порах катализатора углеводородов. Кокс не выгорает в связи с недостаточной температурой катализатора (~500¸520°С).

Закоксованный катализатор  через стакан поступает в кипящий  слой регенератора Р–2 над трубными решетками воздухораспределителя, ниже линии вывода регенерированного катализатора. Выжиг кокса ведется в кипящем слое регенератора Р-2, где в присутствии воздуха начинается его горение, при этом температура в регенераторе достигает ~ 660¸720°С при давлении ~1,6¸1,9кгс/см².

Предусматривается ежедневная подгрузка свежего катализатора для поддержания активности катализатора в системе и восполнения потерь при помощи автоматического загрузчика-дозатора, управляемого своим компьютером. При производительности установки 4,5-7,5 тыс.т/сут осуществляют догрузку свежего катализатора 2,3-3,8 т/сут.

Смесь продуктов реакции  и водяного пара по шлемовой  линии Р–1 поступают в главную ректификационную колонну К–21 с температурой порядка 510¸520°С и давлением ~1,4¸1,7 кгс/см². Пары продуктов реакции поступают из реактора в колонну К–21 под слой насадки, расположенный в нижней части колонны. В слое насадки пары продуктов реакции охлаждаются IV циркуляционным орошением до температуры ~360¸380°С и отмываются от унесенной катализаторной пыли, при этом конденсируются самые тяжелые фракции, кипящие при температуре выше 420⁰С, а остальная часть паров поднимается вверх по колонне. Для снятия избыточного тепла в колонне К-21 предусмотрены четыре циркуляционных орошения (ЦО):

I ЦО выводится с 26-ой тарелки колонны при температуре порядка 150¸170°С, далее охлаждается в воздушном холодильнике АВЗ-26 и с температурой ~65¸90°С возвращается на 29-ую тарелку К–21.

II ЦО выводится с 11-ой тарелки К-21 при температуре около 230°С, охлаждается в сырьевых теплообменниках Т-25/1,2 до температуры 154°С и возвращается на 13-ую тарелку К-21.

III ЦО выводится с 4-ой тарелки колонны К–21 в промежуточную емкость К–22 с температурой ~270¸320°С, а из этой емкости возвращается на 7-ую тарелку К-21.

IV ЦО выводится из куба колонны К–21 при температуре ~350¸380°С на прием Н–13,15,16 и направляется на нагрев сырья в теплообменник Т–29/2, где охлаждается до температуры ~300¸320°С, далее возвращается в К–21 через распределитель над слоем насадки. Часть IV ЦО поступает в шламоохладитель, затем часть шлама подается непосредственно в куб К-21 для предотвращения коксообразования.

Легкий каталитический газойль выводится из К–21 боковым погоном с 11-ой тарелки при 210¸230°С в стриппинг К-23. В К–23 отпариваются увлеченные легкие углеводороды, которые возвращаются под 12-ую тарелку К–21. Легкий газойль из К–23 после охлаждения до 80°С и фильтрации выводится с установки в линию дизельного топлива. Через отпарную колонну К-32 выводится тяжелый бензин в случае необходимости.

Пары легких газов, бензиновых фракций, водяного пара, выводимые с верха К–21 при температуре ~120¸145°С, охлаждаются до 30¸40°С в водяных до охладителях Т–28/1¸8 и поступают в газосепаратор Е-31, где разделяются на паровую (жирный газ) и жидкую (нестабильный бензин) фазу. Жидкая фаза – нестабильный бензин направляется на извлечение легких углеводородов в фракционирующий абсорбер К–51, а часть бензина в качестве острого орошения возвращается в К–21.

С верха К-51 выходит  сухой газ в смеси с увеличенным  стабильным бензином и окончательно очищается в колонне К-53. С низа К-51 выходит деэтанизированный бензин, он направляется в колонну К-52. Депропанизатор К-52 служит для выделения из нестабильного бензина ППФ. С низа К-52 выходит депропанизированный бензин, который направляется в депропанизатор 1-КА-1. Здесь происходит выделение ББФ и получение стабильного бензина.

Жирный  газ из газосепаратора Е–31 направляется в абсорбер К–89, в котором при температуре 35¸40°С проводится его очистка от кислых газов водным раствором амина - 15% раствором моноэтаноламина (МЭА) или 50% раствором метилдиэтаноламина (МДЭА). Регенерация раствора амина осуществляется на блоке сероочистки установки каталитического крекинга. Жирный сероочищенный газ из К-89 направляется на прием компрессоров через газосепаратор Е–308, используемый для защиты от попадания в них жидкой фазы. Содержание Н₂S в жирном газе на компрессию должно быть не выше 0,02%. Насыщенный раствор амина выводится в емкость Е-107. В К-90 происходит десорбция сероводорода и углекислоты из раствора амина.

 

 

 

 

 

 

 

5. Продукты  каталитического крекинга и их  использование

 

 

При работе установки  каталитического крекинга на прямогонном вакуумном газойле баланс переработки сырья имеет следующий вид:

 

                     Газ, С₁-С₄………………………………………..9-15

Бензин, С₅-195⁰С……………………………….45-52

Легкий газойль, 195-340⁰С…………………….20-24

Тяжелый газойль, 340-420⁰С…………………..5-10

Остаток выше 420⁰С……………………………1-3

Кокс (выжигаемый)…………………………….3-4

 

Газ почти наполовину состоит из «сухой» фракции С₁-С₂ (7-9 %). Фракция С₃-С₄ почти вся состоит из олефинов. Газ направляется на ГФУ (газофракционирующую установку) для выделения из нее бутан-бутиленовой фракции (ББФ) и пропан-пропиленовой фракции (ППФ), используемых для синтеза алкилбензина – высокооктанового компонента автомобильных бензинов.

Бензин имеет ОЧм  порядка 78-80; он содержит до 20 % олефинов и 20-40 % ароматических углеводородов. Алканы являются в основном изоме-рами. Используется как компонент автомобильных бензинов.

Легкий газойль имеет  ЦЧ=39-41 и содержит 6-12 % олефинов, поэтому  без гидроочистки использовать его  как дизельное топливо не рекомендуется. Содержание ароматических углеводородов достигает 50-60 %, что для топлив – нежелательный показатель. Используется как компонент дизельного топлива перед гидроочисткой или как компонент котельного топлива.

Тяжелый газойль –  это концентрат ароматических углеводородов: их содержание составляет 60-80 %. Используется как сырье для получения технического углерода и дистиллятного игольчатого кокса. Применяется также как компонент котельного топлива.

Остаток выше 420⁰С – это тяжелый высокоароматизированный про-дукт, используемый как компонент котельного топлива и как сырье для коксования

 

 

6. Перспективы развития каталитического крекинга

 

Подводя итоги, следует  отметить.

1. Каталитический крекинг  – один из основных процессов  современной нефтепереработки, обеспечивает  высокую степень переработки  остаточного сырья и вносит  основной вклад в высокооктановый бензиновый фонд и фонд пропилена – важнейшего сырья нефтехимии.

2. Основной тенденцией  развития каталитического крекинга  следует считать переработку  все более тяжелого остаточного  сырья с получением большего  количества как высокооктанового  бензина, так и пропилена. Это придает процессу больше гибкости – появляется возможность работать по топливному или нефтехимическому вариантам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Капустин В.М., Гуреев  А.А. Технология переработки нефти.  В 2 ч. Часть вторая. Деструктивные процессы. – М.: КолосС, 2007.

2. Мановян А.К. Технология  переработки природных энергоносителей.  – М.: Химия, КолосС, 2004.

3. Ахметов С.А. Технология  глубокой переработки нефти. –  Уфа: Гилем, 2002.