Лекция 2 Термический крекинг. 1. 1 Назначение и теоретические проектируемого основы процесса
 Скачать 112.05 Kb.
|
Свойства катализатораДля обеспечения максимального выхода целевых продуктов и достижения высоких технико-экономических показателей, катализатор крекинга должен иметь следующие основные свойства: высокую активность, определяющую глубину превращения исходного сырья при равных прочих условиях; высокую избирательность, которая оценивается способностью катализатора ускорять реакции в требуемом направлении, снижать скорость побочных реакций; стабильность. Катализатор должен быть стойким к истиранию, растрескиванию и давлению вышележащих слоев, а также не должен изнашивать аппаратуру; регенерируемость. Характеризует способность быстро и многократно восстанавливать свою активность и избирательность при окислительной регенерации без нарушения поровой структуры и разрушения частиц. Заложенный микросферический цеолитсодержащий катализатор в значительной степени отвечает всем вышеперечисленным требованиям. ТемператураКаталитический крекинг обычно проводят в интервале температур 460 530 С. С ростом температуры в рабочей зоне увеличивается общая глубина превращения сырья, выход сухого газа, выход фракции С3,С4, количество пропилена и бутилена и в сравнительно небольшой степени повышается выход дебутанизированного бензина. ДавлениеНа установках с циркуляцией микросферического катализатора процесс ведут под давлением 0,08-0,15 МПа (0,8-1,5 кгс/см2). С повышением давления содержание олефиновых углеводородов в бензине уменьшается, одновременно снижается октановое число бензина. С понижением давления увеличивается выход газов и концентрация в них непредельных углеводородов. Кратность циркуляции катализатораКратность циркуляции катализатора равна отношению количества тонн циркулирующего катализатора в час к количеству сырья, подаваемого в реактор. При постоянном количестве и качестве сырья, вносимого в реактор, и нормальных рабочих условиях процесса с ростом кратности циркуляции катализатора, глубина превращения сырья, процент отложения кокса на катализаторе увеличивается и, как следствие, повышает температуру в регенераторе. Понижение кратности циркуляции снижает отложение углерода на катализаторе (снижает выход кокса), снижает глубину превращения сырья. Весовая скоростьВесовая скорость (час-1)-это отношение количества сырья подаваемого в час к количеству катализатора через сечение прямоточного лифт-реакторе. Время пребывания углеводородного сырья в рабочей зоне реактора уменьшается с повышением весовой скорости. С понижением весовой скорости время контакта углеводородных паров с катализатором увеличивается, что приводит к более глубокому их превращению. Переработка сырья с высокой весовой скоростью (при сохранении неизменных прочих условий процесса) дает больший абсолютный выход бензина, чем крекинг с малой весовой скоростью. Относительный выход ( в % вес на сырье ) бензина с ростом весовой скорости снижается сравнительно медленно. С уменьшением весовой скорости, особенно в области малых численных ее значений, выход кокса и удельный вес каталитического газойля увеличивается. Качество сырьяТяжелое сырье дает больший выход бензина и меньший выход газа, сырье с большим содержанием ароматики дает наибольший выход кокса и наименьший выход бензина. Лучший выход бензина и наименьший выход кокса дает нафтеновое сырье. Низкокипящее сырье позволяет получать высокооктановый бензин, высококипящее - низкооктановый. Сырье с высоким содержанием серы дает низкооктановый бензин. В настоящее время на установке 43-103 в качестве сырья может использоваться смесь : вакуумный газойль, атмосферный газойль установки АВТ, компонент дизельного топлива, экстракт селективной очистки масел, гач, петролатум, масляные погоны с установок АВТ. Тепловой эффект процессаТепловой эффект реакции крекинга: свежего сырья - 65 ккал/кг; вторичного сырья - 31 ккал/кг. Тепловой эффект при выжиге кокса: с дожигом СО в кипящем слое - 9360ккал/кг; без дожига СО - 7300 ккал/кг. Типы реакторов Различают установки по организации процесса: Периодические (реакторы Гудри). Через нагретый стационарный слой катализатора пропускают сырье и после того как он закоксуется реактор ставят на регенерацию; Непрерывной регенерации. Из реактора выводится закоксованный катализатор, с поверхности которого выжигается кокс в отдельном аппарате и возвращается в реактор. После регенерации катализатор сильно нагрет, чего хватает для процесса крекинга, поэтому процесс каталитического крекинга не нуждается в подводе внешнего тепла. Установки непрерывной регенерации подразделяются: Реакторы с кипящим слоем катализатора. Микросферический катализатор витает в потоке паров сырья. По мере закоксовывания частицы катализатора тяжелеют и падают вниз. Далее катализатор выводится на регенерацию, которая проходит также в кипящем слое, а продукты идут на разделение. Типовые установки - 1А/1М, 43-103. Реакторы с лифт-реактором. Нагретое сырье в специальном узле ввода диспергируется и смешивается с восходящим потоком катализатора в специальном узле. Далее смесь катализатора и продуктов крекинга разделяется кипящем слое в сепараторе специальной конструкции. Остатки продуктов десорбируются паром в десорбере. Время контакта сырья и катализатора составляет несколько секунд. Типовая установка - 43-107. Миллисеконд. Характерная особенность процесса - отсутствие лифт-реактора. Катализатор поступает в реактор нисходящим потоком, в катализатор перпендикулярно направлению его движения впрыскиваются пары сырья. Общее время реакции составляет несколько миллисекунд, что позволяет (повысив соотношение катализатор:сырье) добиться повышения выхода бензиновой фракции вплоть до 60-65% На данный момент наиболее совершенными являются лифт-реакторы. Так, выход бензина на них составляет 50-55% с октановым числом 91/92 , тогда как у реакторов с кипящим слоем выход бензина 37% с октановым числом 90/91. Сырье для процесса каталитического крекинга оценивается по фракционному ставу, по групповому составу и по содержанию примесей. По фракционному составу установки каталитического крекинга работают на трех видов сырья – прямогонном, смешанном и остаточном. В качестве сырья используют : - вакуумный газойль с последующей его гидроочисткой и крекингом. - гудрон после ГВП, который коксуют и фракция коксования 350-500 0С смешивается с прямогонным вакуумным газойлем до гидроочистки. - гудрон, который подвергают деасфальтизации и смешивается с вакуумным газойлем - вакуумный газойль, где часть мазута, минуя ГВП и ГО идет на крекинг - мазут прошедший очистку от серы(гидродесульфизацию) В настоящее время большинство установок перешло на крекинг вакуумного газойля с концом кипения 550-560 0С, что несомненно увеличивает выход бензина. Также много установок используют до 30% мазута или деасфальтизата. За рубежом широко используют процессы облагораживания остаточного сырья(мазута или гудрона), добавляемого в сырье крекинга, - процессы деасфальтизации растворителями, гидрооблагораживания и процесс ART. Из общего количества установок крекинга В США (140)52 установки работали с добавлением мазута сырье, 10 установок – с добавлением рафината деасфальтизации (количество рафината деасфальтизации сырье – 6-25%). Эти данные относятся к середине 80-х годовов, но они показывают, что деасфальтизационное облагораживание тяжелых остатков уже ширко использовалось в технологии крекинга. Гидрооблагораживание используется двухступенчатое: 1я ступень – гидродеметаллизация и 2я ступень – гидросульфаризация. Из 140установок каталитического крекинга всего 8 установок работают с подачей гидроочишенного мазута вместе с вакуумным газойлем. Установки гидрооблагораживания мазута работают под высоким давлением (14-20МПа) при низких объемных скоростях и с расходом водорода 100-300нм3/т мазута. Выход гидрогенизата (фракция 3400 С) составляет на этих установках т 75 до 87%. Процесс ART был разработан 1978-1983 гг. специально для облагораживания сырья крекинга путем термодеасфальтизации тяжелого сырья (от мазута до битуминозного органического вещества с коксуемостью до 12%). В качестве катализатора этом процессе используется микросферический инертный сорбент на базе каолина, названный АРТСАТ. Схема установки подобна крекингу с лифт-реактором системы «UOP». В лифт-реакторе сырье при контакте с горячим сорбентом испаряется, подвергаясь минимальной деструкции, и это позволяет максимально сохранить водород в жидких продуктах реакции. Деструкции подвергаются главным образом адсорбируемые на инертном катализаторе асфальто-смолистые вещества. Процесс позволяет удалить сырье 90-95% металлов и 60-75% серы и азота. Режим процесса: температура -450-550 0С, давление 0,1-0,2 МПа. Таким образом процесс позволяет получить продукты, среди которых фракция свыше 343 0С составляет больше половины, причем в этой фракции мало металлов и она имеет низкую коксуемость, т.е. по качеству близка к вакуумному газойлю. Бензин и легкий газойль по своему качеству подобны таким образом же продукты термокрекинга. Но к сожалению, из-за своей громоздкости процесс ARTне получил широкого распространения (2-3 установки). По групповому составу сырье каталитического крекинга – предпочтительно парафино-нафтеновое, поскольку оно дает большой выход бензина и меньше кокса. Ароматика в сырье не желательна, потому что она дает большой выход кокса. Наиболее коксогенными факторами, характеризующими качество сырья, является содержание смол и коксуемось. Поэтому содержание смол в сырье ограничивается величиной «не более 1,5%», а коксуемость – величиной «не более 0,3%» . Но это – для вакуумного газойля; для остаточного сырья нормы на смолы и коксуемость значительно выше, но этом случае используются специальные широкопористые катализаторы. 1.2 Характеристика качества сырья и готовой продукции. Применение готовой продукции В настоящее время основным компонентом сырья каталитического крекинга служит вакуумный газойль - прямогонная фракция с пределами выкипания 350-500°С. Конец кипения определяется, в основном, содержанием металлов и коксуемостью сырья, которая не должна превышать 0,3%. Возможно проведение предварительной гидроочистки для удаления сернистых соединений, металлов и снижения коксуемости. Также у ряда компаний имеется разработанные процессы каталитического крекинга тяжелых фракций - например, мазута (с коксуемостью до 6-8%). В качестве сырья возможно использование фракций тяжёлых нефтепродуктов. 1.3 Подробное описание технологической схемы процесса. Норма технологического режима Сырье из резервуаров товарного парка установки забирается насосами Н9, и подается в межтрубное пространство теплообменников Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6, Т7, где нагревается за счет регенерации тепла отходящих потоков и затем поступает двумя потоками в печь П1. Нагретое в печи П1 сырье через электрозадвижку поступает в реактор Р1 через узел смешения (захватное устройство), расположенный внизу лифт-реактора Р1. Распыл сырья в захватном устройстве осуществляется за счет подачи пара. Ввод водяного пара осуществляется для лучшего распыления и испарения сырья, увеличения скорости потока. В узел смешения сырья, для поддержания постоянной коксовой нагрузки на регенератор, предусмотрена подача шлама от насоса Н1. В зависимости от технологической необходимости подачу шлама можно производить по следующим направлениям: в захватное устройство лифт-реактора Р1 в период пуска установки для увеличения коксовой нагрузки на катализаторе, и в период остановки установки для выработки остатков шлама; в узел смешения, перед захватным устройством лифт-реактора Р1; на одну из двух шламовых форсунок, расположенных в средней части лифт-реактора (в отвод, отметка 11,8 м). Вторая шламовая форсунка является резервной и включается в работу в случае выхода из строя работающей. Технологической схемой предусмотрена возможность подачи рисайкла в узел смешения сырья перед Р1. Реактор Р1 представляет собой цилиндрический аппарат с внутренним участком лифт-реактора, который заканчивается баллистическим сепаратором (устройство для быстрого отделения паров крекинга от катализатора). В нижней части реактора находится отпарная зона (десорбер), выполненная заодно с реактором. В верхней части реактора установлено 4 группы двухступенчатых циклонов. Сырье, шлам, (рисайкл, тяжелый газойль), распыленные водяным паром, смешиваются в разгонной части прямоточного лифт-реактора Р1 с регенерированным катализатором, поступающим из регенератора Р2. При контакте с горячим катализатором происходит испарение жидких нефтепродуктов. Пары нефтепродуктов, продвигаясь по прямоточному реактору Р1 в смеси с катализатором, подвергаются каталитическому крекированию. На выходе из прямоточного реактора смесь из катализатора, водяного пара и продуктов крекинга проходит через баллистический сепаратор и поступает в отстойную зону реактора. Из отстойной зоны пары нефтепродуктов проходят через четыре группы двухступенчатых циклонов, в которых происходит улавливание катализаторной пыли и поступают в сборную камеру реактора Р1, откуда по трансферной линии через электрозадвижки направляются в ректификационную колонну К1. Во избежание отложений кокса в сборной камере Р1 схемой предусмотрена подача водяного пара. В процессе крекирования на поверхности катализатора происходит отложение высокомолекулярных обедненных водородом углеводородов (кокса), которые частично или полностью закрывают активные центры катализатора. Закоксованный катализатор из баллистического сепаратора поступает в зону десорбции Р1, где осуществляется отпарка адсорбированных на его поверхности углеводородов посредством подачи водяного пара через 14 маточников. Для эффективности этой отпарки в десорбере поддерживается режим противотока, что достигается делением нисходящего потока катализатора на ряд параллельных струй, осуществляемым с помощью специальных перегородок. Водяной пар в десорбер подводится к двум контурам: верхнему и нижнему. От каждого контура водяной пар 14-ю потоками поступает в десорбер Р1. Закоксованный катализатор из десорбера Р1 после шибера-регулятора захватывается потоком технического воздуха и транспортируется по катализаторопроводу в регенератор Р2. Для лучшего транспортирования катализатора из Р1 в Р2 технологической схемой предусмотрено дополнительно два ввода технического воздуха в катализаторопровод: Регенератор представляет собой цилиндрический аппарат, в котором расположены два трубчатых воздухораспределителя, обеспечивающих равномерное распределение воздуха по сечению регенератора. Регенерация катализатора в Р2 происходит за счет выжигания кокса с наружной поверхности и из внутренних пор катализатора кислородом воздуха от компрессоров при температуре от 630 °С до 700 °С в кипящем слое катализатора. и избыточном давлении до 1,0 кгс/см2. Для сушки торкрет-бетонного покрытия и подъема температур в аппаратах реакторного блока в период пуска, технологической схемой предусмотрен подогрев воздуха, поступающего в регенератор Р2 от воздушных компрессоров, за счет сжигания жидкого топлива на двух форсунках топки под давлением П2. Под куполом аппарата Р2 смонтированы 6 групп двухступенчатых циклонов. Дымовые газы регенерации, отделившись от увлеченной ими катализаторной пыли в циклонах регенератора проходят через гасительную решетку и поступают на тонкую очистку в четыре параллельно установленных циклона выносной системы ВЦ1,2,3,4. После выносных циклонов очищенные газы регенерации проходят гасительную решётку, предназначенную для понижения давления дымовых газов и поступают в газоход. Технологической схемой предусмотрен байпас (электрозадвижка ) гасительной решётки. Затем дымовые газы проходят через гидрозатвор и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Регенерированный катализатор через сливное устройство регенератора Р-2 по напорному стояку катализаторопровода самотеком поступает на смешение с сырьем в лифт-реактор Р1. Продукты крекинга из реактора Р1 в смеси с водяным паром поступают под первую тарелку контактной зоны ректификационной колонны К5. Для осаждения катализаторной пыли, увлеченной парами крекинга из реактора Р1, на верхнюю тарелку контактной зоны К5 подается декантат - фракция выше 350 C. Декантат из отстойной колонны К-5 забирается насосом Н2, проходит теплообменник сырья Т1 и возвращается на верхнюю каскадную тарелку контактной зоны колонны К5. Схемой предусмотрена возможность дополнительного охлаждения декантата в холодильнике ХК6 для снижения температуры ввода декантата в колонну К5. Декантат стекает с каскадных тарелок в нижнюю зону отстойной колонны К5, при этом часть паров крекинга конденсируется, а остальная часть, очищенная от катализаторной пыли, поступает в ректификационную колонну К1. С низа отстойной колонны К5 шлам насосами Н1 подается в Р1. Схемой предусмотрена возможность вывода части кубового продукта колонны К5 по линии периодической промывки шламовых насосов через выкидной коллектор насоса Н3 в линию тяжелого газойля с установки. Для предотвращения слёживания катализаторной пыли в нижней части К5 предусмотрена подача декантата в маточник, расположенный вокруг “стакана” вывода шлама из колонны К5. Несконденсирующиеся пары продуктов реакции через полуглухую тарелку поступают в ректификационную зону колонны К1. C нижней части колонны К1 нефтепродукт (тяжелый газойль) забирается насосами Н3 и подается по следующим направлениям: а) для регулирования температурного режима низа отстойнойколонны К1, в качестве циркуляционного орошения (далее ЦО) прокачивается через трубное пространство теплообменника Т2, холодильника ХК3 и возвращается на 5,7 тарелки колонны К1. б) в целях промывки нижней части отстойной колонны К5 схемой предусмотрена подача части продукта ЦО с выкида Н3 на «промывочное» кольцо с целью исключения отложений механических примесей и катализаторной пыли в кубе колонны К5 в) избыток продукта (тяжелый газойль) насосами Н3 через трубное пространство теплообменников Т5, холодильников ХК5 (по межтрубному) откачивается с установки. Технологической схемой предусмотрена возможность подачи части тяжелого газойля в линию ввода сырья в Р1 с целью регулирования коксовой нагрузки при низкой производительности по сырью. Фракция свыше 195 °С с 14 и 16 тарелок колонны К1 самотеком поступает в колонну К3. Колона К3 является буфером-накопителем фракции свыше 195 °С и предназначена для обеспечения стабильной работы подающих в К1 второе промежуточное циркуляционное орошение (2ЦО) насосов Н5. Углеводородные пары из К3 через «дыхательную линию» возвращаются под 13 тарелку К1. Нефтепродукт из К-3 поступает на прием насоса Н5, прокачивается через сырьевой теплообменник Т3 (трубное пространство), АВО4 и в качестве 2 ЦО возвращается на 19 тарелку К1. Легкий газойль (фракция (195-310) °C) с 20, 22 тарелок колонны К1 поступает в отпарную колонну К2, где водяным паром отпариваются более легкие фракции, которые возвращаются обратно в колонну К1 под 23 тарелку. Для равномерного распределения пар в колонну К2 подается через маточник. С низа колонны К2 легкий газойль поступает на прием насосов Н-6 и прокачивается через трубное пространство теплообменников Т4,Т7, в которых происходит нагрев сырья, поступающего на установку, холодильник Х4 и выводится с установки. Для более четкого регулирования температуры верхней части К1 схемой предусмотрено верхнее циркуляционное орошение (ВЦО). Бензин с 28 тарелки К1 поступает на прием насоса Н7, охлаждается в АВО5, холодильнике ХК2 и поступает на 31 тарелку К1. С верха колонны К-1 жирный газ, пары бензина и водяной пар поступают параллельно в аппараты воздушного захолаживания АВО1,2,3 и далее на доохлаждение в конденсаторы-холодильники ХК1, откуда газожидкостная смесь направляется в газосепаратор Е1. В газосепараторе Е1 происходит отстаивание бензина от воды. Водяной конденсат собирается в грязевике Е1. Нестабильный бензин из газосепаратора Е1 поступает на прием насоса Н-8, и подается на верх колонны К1 в качестве острого орошения. Таблица 1.3 Нормы технологического режима
Продолжение таблицы 1.3
Продолжение таблицы 1.3
1.4 Охрана труда и охрана окружающей природной среды Установка каталитического крекинга 43‑103 имеет класс опасности уровня А. Она предназначена для получения компонента высокооктанового бензина методом каталитического крекирования вакуумного газойля на поверхности алюмосиликатного цеолитсодержащего микросферического катализатора. Технологический процесс установки 43-103 относится к пожаро-взрывоопасному производству, вследствие ведения процесса при высоких давлениях и температурах, наличия горючих взрывоопасных продуктов. Установка имеет в своем составе блоки I, II и III-ей категорий взрывоопасности. Кроме того, опасность производства возрастает в связи с: -образованием в процессе крекирования сырья легковоспламеняющихся газов и жидкостей, сероводорода; - использованием для привода насосно-компрессорного оборудования электроэнергии высокого напряжения; - возможностью нарушения герметичности аппаратов и трубопроводов из-за коррозии; - способностью нефтепродуктов накапливать заряды статического электричества. Конструктивное оформление технологического процесса, его оснащение системами контроля и управления, наличие необходимых блокировок и сигнализации, обеспечение необходимой герметизации оборудования, исключение непосредственного контакта персонала с исходными материалами в процессе работы, глубокое знание и строгое соблюдение обслуживающим персоналом правил промышленной безопасности, пожарной, газовой безопасности и промсанитарии, гарантирует безопасность работающих и безаварийное ведение технологического процесса. Основные опасности производства. Технологические процессы на установке характерны: наличием высоких температур - до 700 С, избыточного давления до 11 кгс/см2 (на паровом котле - до 24 кгс/см2), а так же открытого огня в технологической печи; возможностью образования статического электричества при повреждении заземления оборудования; возможностью возникновения пожара и взрыва при выходе углеводородов и сероводорода в случае разгерметизации трубопроводов и аппаратов, насосного оборудования; наличием оборудования, работающего под высоким напряжением от 220 до 6000 В; наличием и применением пара с давлением 15 кгс/см2 и температурой (280-290) С; наличием горючих, токсичных паров и газов углеводородов, сероводорода, способных образовывать в смеси с воздухом взрывоопасные концентрации в широких пределах; наличием колодцев, приямков, опасных по газу; накоплением в оборудовании пирофорных соединений; наличием процесса коррозии и эрозии в аппаратах и трубопроводах; наличием оборудования, оснащенного двигающимися, вращающимися и вибрирующими частями; возможностью получаемых продуктов воспламеняться как от источника огня, так и самовоспламеняться. Основными газоопасными местами на установке являются: реакторный блок каталитического крекинга; газовая компрессорная; горячая насосная; 1-я холодная насосная; 2-я холодная насосная; 3-я холодная насосная; колодцы, приямки. В аварийных ситуациях, в результате которых возможно возгорание, образование взрывоопасных смесей в помещениях и загазованность аппаратного двора, технологический персонал установки должен руководствоваться планом локализации аварийных ситуаций (ПЛАС). |