сравнение термического и каталитического крекинга. Реферат сравнение каталитического и термического крекинга. 1. Каталитический крекинг Назначение процесса
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
2.2 Характеристика аппаратов для проведения процесса (классификация аппаратов, конструкции аппаратов) Основные аппараты крекинг-установок, работающих под давлением, - трубчатые реакционно-нагревательные печи и так называемые реакционные камеры. [1] Устройство и принцип работы печей П1 и П2 Как показали исследования, широкую фракцию или мазут следует разделять на две части, выделяя легкую фракцию для раздельного крекирования. Дальнейшее разделение более тяжелой части (свыше 350 °С) на отдельные узкие фракции нецелесообразно, так как раздельное крекирование их не приводит к большим экономическим выгодам; коэффициент рециркуляции при раздельном крекинге узких тяжелых фракций мало изменяется. Раздельно крекируют мазут или широкую фракцию на двухпечных крекинг-установках; в одной печи проводится легкий крекинг части сырья, а в другой - глубокий крекинг легкой части сырья. [3] На действующих установках термического крекинга применяются радиантно-конвекционные двухскатные трубчатые печи шатрового типа. Они имеют две камеры радиации (топочные камеры), в которых по периметру потолка и пода находится однорядный экран, и одну камеру конвекции, в которой помещен змеевик. В камере радиации сжигается топливо, и расположенные там трубы (экран) воспринимают теплоту преимущественно через излучение. Из отходящих дымовых газов теплота передается главным образом путем конвекции - при непосредственном контакте дымовых газов с трубами конвекционной камеры. Сырье последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы [1] Печь тяжелого сырья П1 предназначена для нагревания и легкого крекинга тяжелой флегмы. [2] В конвекционной секции размещены 110 труб диаметром 127  10 мм. Материал труб и двойников 12Х18Н10Т. Общая поверхность нагрева равна 1492,74 м 2. [1]Трубы конвекционной камеры и подовых экранов радиантных камер крепятся в решетках из легированной стали. Потолочные трубы подвешены на подвесках из той же стали. Металлический каркас печи состоит из шести ферм, соединенных швеллерами. Каркас принимает на себя и передает на фундамент всю основную нагрузку печи. [2]Сырье поступает в печь тремя потоками. Правый и левый потоки прокачиваются через 42 трубы конвекционной камеры, 10 витков вертикального и 18 витков спирального змеевика в камере радиации. Средний поток прокачивается через 6 труб конвекционной камеры, 8 витков надконвекционного спирального змеевика и по 11 витков спирального змеевика в левой правой камера радиации. [1] Печь легкого сырья П2 предназначена для нагрева и глубокого крекинга легкой флегмы. Это также двухкамерная печь с наклонным сводом, отличающаяся от печи П1 меньшими размерами, меньшей тепловой мощностью, а также схемой движения продукта в змеевике. [1] В конвекционной камере размещены 42 трубы диаметром 102 10 мм., выполненные из стали 15Х5М. Общая поверхность нагрева 3606,48 м 2.Сырье поступает в печь двумя потоками. Каждый поток прокачивается через 21 трубу конвекционной камеры, 4 витка надконвекционного спирального змеевика и 16 витков радиантной камеры. [1] Реакция крекинга протекает в радиантной камере, в основном, в левом подовом и левом потолочном экранах. крекинг Огромные количества тепла, содержащиеся в обоих потоках, используют для углубления реакций крекинга, которые должны протекать в отдельном аппарате – выносной необогреваемой камере. Для этого оба потока по выходе из печей, прежде всего, смешиваются, в результате чего за счет более высокой температуры продуктов глубокого крекинга повышается температура продуктов легкого крекинга, т.е. более тяжелой части, что будет способствовать ее дальнейшему распаду. [9 с.248] На обеих печах имеются площадки для обслуживания и для чистки со стороны двойников. На форсуночных фронтах имеются площадки с завесом. [2] Устройство и принцип работы реакционной камеры  1- штуцер для предохранительного клапана; 2- штуцер для входа продуктов из печи легкого сырья; 3- корпус; 4-опора; 5-штуцер для выхода продукта к редукционному клапану; 6-верхний люк; 7-днище; 8-дюк; 9- штуцер для входа из печи тяжелого сырья; 10- вентиляционный продувочный штуцер. Рисунок 8 – Реакционная камера Реакционная камера представляет собой пустотелый цилиндрический сварной аппарат диаметром 1800 мм и высотой 14 200 мм со сферическими днищами. Изготовлен аппарат из биметалла. Основной материал – молибденовая сталь марки 12 МХ; обкладка аппарата выполнена из легированной стали марки ЭИ496. В реакционной камере происходит процесс крекирования сырья, поступающего из трубчатой печи. [2]. Она служит для дополнительного крекирования термоустойчивых газойлевых фракций и углубления легкого крекинга тяжелых фракций В верхней боковой поверхности имеются три штуцера; штуцер 1 служит для ввода продукта из печи тяжелого сырья, штуцер 5 для ввода из печи легкого сырья и штуцер 4 – для предохранительного клапана. Для осмотра, чистки и ремонта аппарата предусмотрены три люка диаметром 450 мм каждый. В крышке верхнего люка имеется штуцер 6 для ввода продукта из камеры к редукционному вентилю. Снаружи камера изолирована шлаковатными изделиями. Рабочие условия аппарата: давление не выше 25 атм., температура 500 0C, среда - коррозийная. [2] Так как реакция крекинга протекает с отрицательным тепловым эффектом, температура на выходе из камеры ниже, чем на входе. Относительно низкая температура крекинга в реакционной камере компенсируется ее значительным объемом. Так, согласно поверочному расчету одной из эксплуатируемых камер, средняя длительность пребывания в ней продукта составила около 100 сек. Особенное значение приобретает реакционная камера при крекинге тяжелого сырья: при углублении крекинга такого сырья в выносной реакционной камере уменьшается возможность закоксовывания труб в крекинг-печи и тем самым удлиняется пробег установки. Выносная реакционная камера очень экономична, так как позволяет углубить крекинг без затрат топлива. Углублением крекинга можно повысить также пропускную способность установки по свежему сырью, так как уменьшается коэффициент рециркуляции. [1] Продукты крекинга, входящие в камеру, представляют собой смесь жидких (более тяжелых) и парообразных (более легких) фракций. Углубление крекинга всей этой массы в целом невозможно, так как тяжелые жидкие фракции разложатся с образованием бензинам. Поэтому углубленному крекингу подвергают только легкую часть продуктов крекинга, находящуюся в парах. Для этой цели продукты крекинга из обоеих печей вводят в реакционную камеру через верх ее. Жидкие тяжелые продукты уплотнения проходят камеру быстрее, чем пары, так как стекают по стенам аппаратов вниз и,0 подвергнувшись незначительному крекингу, выводятся с низа камеры. Пары более легких продуктов, заполнив камеру, находятся в ней дольше и подвергаются дополнительно более глубокому крекингу, что без значительного коксообразования дает дополнительный выход бензина и повышает его октановое число. Реакционная камера заполнена парами крекируемых продуктов, а жидкость (тяжелая смолистая часть) находится в аппарате на низком уровне. Тепло продуктов крекинга, вступивших в камеру, расходуется на реакции дополнительного крекинга, и поэтому температура в камере снижается по высоте аппарата. [2] 2.3 Характеристика технологического процесса (аппаратурное оформление технологического процесса) Основным аппаратом любой реакторной установки является реактор. Назначением реактора является создание оптимальных условий для проведения процесса химического превращения с целью получения заданного выхода и качества целевых продуктов. При химической переработке нефтяного и углеводородного сырья, например, в таких процессах, как каталитический крекинг, риформинг, коксование, пиролиз, алкилирование, применяют реакционные аппараты, значительно различающиеся по конструкции, принципу действия. Сложность расчета химических реакторов определяется необходимостью учета не только кинетики химических превращений, но также и влияние результат процесса гидродинамической области, условий массообмена и теплообмена в аппарате. По вопросам химизма и технологии различных процессов, выбора оптимальных условий, расчета и конструктивного оформления реакторов имеется обширная литература. Тип реактора, его конструктивное оформление в основном определяется характером осуществляемой в нем реакций, фазовым состоянием реагентов, наличием и видом катализатора, увеличенной и знаком теплоты реакций, температурой и давлением, при которых осуществляется реакция. Однако, одну и туже реакцию можно проводить в реакторов различного типа, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. В конечном счете, выбранная конструкция реактора должна обеспечить показатели. - Высокие экономические показатели, высокие выходы целевых продуктов, малые капитальные и эксплуатационные расходы. - Надежность и безопасность работы. Температура в реакторе. В последнее время наметилась тенденция к повышению температуры в реакторе каталитического крекинга, так как это непосредственно влияет на выход бензина. Кроме того, повышение температуры процесса приводит к увеличению выхода бензина, легких олифинов-сырья для алкинирования и производства МТБЭ. Раньше температура в реакторе ограничивалась в связи с ростом выхода продуктов термического крекинга; сухого газа и углеводородов С2 за счет снижения выхода катализатора, что приводило к снижению производительной установки. Лифт-реактор новой конструкции позволяет поднять температуру без потери селективности процесса, что связано с улучшением условий перемешивания реакторной смеси, отсутствием в реакторе застойных зон и сокращением времени реакции. Однако, следует уделить внимание поддерживанию оптимального баланса между продуктами термического и каталитического крекинга. Синтез высокооктановых продуктов должен проходить, прежде всего, за счет каталитического, а не термического процесса. Принципы работы реактора. Реактор каталитического крекинга тяжёлого вакуумного газойля представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой 51,7 м. Верхняя его часть имеет диаметр 8 м., средняя (десорбер)-4,5м, а нижняя (ствол)-1,6м. Корпус аппарата выполнен из стали 16ГС и футеровкой изнутри жаростойким бетоном, установлена пенобетонная изоляция. Регенерированный катализатор (содержание кокса на катализаторе не более 0,10% масс) с температурой 690-700 ºС поступает в нижнюю часть прямоточного реактора, где подхватывается водяным паром и транспортируется вверх по реактору. Мгновенно испарившееся сырье движется вверх по стояку реактора с завершением стадии крекирования верхней части прямоточного реактора С целью обеспечения более быстрого разделения (в реакторе) катализатора и продуктов крекинга прекращения их дальнейшего контакта во избежании явления «перекрекинга» выход прямоточного реактора оборудован баллистическим сепаратором, где происходит быстрая и качественная разделение двух фаз; твердой (катализатор), ссыпающйся в зону десорбции, и газообразной, поступающей в отстойную зону аппарата. Продукты крекинга, после очистки от катализаторной пыли в двухступенчатых циклонах, поступают, с температурой 515-535°С, на ректификацию и газоразделение. Катализатор, уловленный циклонами, по наклонным стоякам ссыпается в зону десорбции, где осуществляется его отпарка от уловленных продуктов крекинга, как с поверхности катализатора, так и из его внутренних пор. Десорбция углеводородов осуществляется водяным паром подаваемым вниз зоны десорбции противотоком опускающемуся вниз по тарелкам катализатору. Отпаренный от углеводородов катализатор по наклонной транспортной линии из нижней зоны десорбера с температурой 510-515°С, содержащий кокса до 5% масс. на перерабатываемое сырье, поступает в регенератор. 3.Сравнение термического и каталитического крекинга Термический крекинг - это процесс расщепления крупных соединений на мелкие соединения при высоких температурах и высоких давлениях. Конечными продуктами термического крекинга являются небольшие молекулы углеводородов. Температура, используемая для этого процесса, составляет около 500-700оC. Давление около 70 атм. Термический крекинг включает в себя разрыв углерод-углеродных связей и углерод-водородных связей. Продукты термического крекинга всегда меньше, чем реагенты. В большинстве случаев конечными продуктами являются небольшие алканы и алкены. Но иногда, небольшие ненасыщенные молекулы, такие как алкины также даны. Когда образуются химические связи, энергия высвобождается. Аналогично, для разрыва химической связи требуется энергия. Таким образом, реакции, включая разрыв связи, требуют энергии извне, и термический крекинг является высокоэндотермическим. Изменение энтальпии является большой положительной величиной. Из-за образования малых молекул из крупных молекул энтропия также увеличивается. Современные нефтеперерабатывающие заводы используют процессы термического крекинга для трех основных применений. Это висбрекинг, производство термобензина и замедленное коксование. Висбрейкинг - это процесс, используемый для снижения вязкости топлива. Производство термического бензина включает в себя как снижение вязкости, так и восстановление максимального количества бензина. Целью замедленного коксования является максимальное образование продуктов крекинга. Каталитический крекинг - это разложение крупных соединений на мелкие углеводороды с использованием кислотного катализатора. Этот процесс крекинга может быть выполнен при меньших условиях температуры и давления. Следовательно, эксплуатация устройства обработки намного проще, чем при термическом крекинге. Современные крекеры используют цеолит в качестве катализатора. Цеолит представляет собой сложный алюмосиликат. Когда цеолит используется для этого процесса крекинга, мы можем использовать умеренные температуры, такие как 4500С и умеренное давление. Каталитическое растрескивание может быть сделано двумя основными способами. Это жидкофазный крекинг и парофазный крекинг. В жидкофазный каталитический крекинг. Реакционную смесь выдерживают при температуре около 500оС и давление 20 атм. Кремнезем или родственные соединения часто используются в качестве катализатора. Этот процесс приводит к октановым числам от 65 до 70. В парофазный каталитический крекинг около 6000Температура C и давление 10 атм используются. Используемый катализатор представляет собой оксид алюминия. Это растрескивание происходит в присутствии газообразного водорода. Это также называется гидрокрекинг, Здесь углерод-углеродные связи разрушаются. Разница между термическим и каталитическим крекингом Термический крекинг: Термический крекинг - это процесс расщепления крупных соединений на мелкие соединения при высоких температурах и высоких давлениях. Каталитический крекинг: Каталитический крекинг - это разложение крупных соединений на мелкие углеводороды с использованием кислотного катализатора. Метод Термический крекинг: Термическое растрескивание включает в себя растрескивание путем применения высоких температур и давлений. Каталитический крекинг: Каталитический крекинг включает в себя крекинг путем добавления катализаторов наряду с умеренной температурой и давлением. Температура Термический крекинг: Температура, используемая при термическом крекинге, колеблется в пределах 500-7000C. Каталитический крекинг: Температура, используемая в каталитическом крекинге, колеблется между 475-5300C. Давление Термический крекинг: Давление, используемое при термическом крекинге, составляет около 70 атм. Каталитический крекинг: Давление, используемое при каталитическом крекинге, составляет около 20 атм. Термический крекинг используется для висбрекинга, производства термического бензина и замедленного коксования. Каталитический крекинг используется для получения топлива с октановым числом 65-70. Отличия термического крекинга от каталитического Термический крекинг происходит при сильном нагревании, а каталитический проводится в присутствии катализатора и благодаря этому можно проводить реакцию при более низкой температуре Бензин каталитического крекинга содержит в себе непредельные углеводороды, изопарафины с разветвленными боковыми цепями, ароматические углеводороды, что положительно сказывается на его октановом числе. Октановое число бензина каталитического крекинга составляет порядка 90 пунктов по исследовательскому методу. У бензина термического крекинга – 70-75 пунктов. Непредельные углеводороды, содержащиеся в бензине термического крекинга, легко окисляются и полимеризуются, поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. Более низкий выход ценных продуктов в процессе термического крекинга. Технология каталитического крекинга обладает сложным конструктивным исполнением по сравнению с термическим Сырьем термического крекинга являлись самые тяжелые нефтяные фракции (мазуты, гудроны), в то время как классическим сырьем каталитического крекинга является вакуумный газойль с установок вакуумной разгонки мазута. Однако, в настоящее время разрабатываются технологии для переработки по технологии каталитического крекинга гудронов. Технология называется RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking). Заключение Каталитический крекинг - техпроцесс, при котором тяжелые молекулы углеводорода распадаются на легкие молекулы при прохождении через соответствующий катализатор (обычно при нагреве). Способствует углублению переработки нефти. Используется для получения высокооктановых бензинов. Сырьем 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%. Фракция подвергается предварительной гидроочистке для удаления сернистых соединений и снижения коксуемости. Также у ряда компаний (UOP, IFP) имеется ряд разработанных процессов каталитического крекинга тяжелых фракций - например, мазута (с коксуемостью до 6-8%). Так же в качестве сырья используют остаток гидрокрекинга, возможно использование как компонентов сырья деасфальтизатов. Каталитический крекинг проводят в прямоточных реакторах с восходящим потоком микросферического катализатора (лифт-реакторах) или в реакторах с нисходящим компактным слоем шарикового катализатора. Отработанный катализатор непрерывно выводят из реакторов и подвергают регенерации путем выжига кокса в отдельном аппарате. Реактор - с кратность циркуляции катализатора к сырью - 10:1 (для установок с лифт-реактором), температура - 510-540 °C, давление - 0,5-2 атм Регенератор :температура - 650-700 °C, давление - 1-3 атм Используется цеолитсодержащий микросферический катализатор (размер частиц 35-150 мкм). Площадь поверхности 300-400 м²/гр. Он представляет собой крекирующий цеолитный компонент, нанесенный на аморфную алюмосиликатную матрицу. Содержание цеолита не превышает 30%. В качестве цеолитного компонента используется ультрастабильный цеолит Y, иногда с добавками цеолита ZSM-5 для увеличения выхода и октанового числа бензина. Ряд компаний при приготовлении катализатора также вводят в цеолит редкоземельные металлы. В катализаторе крекинга также содержатся добавки, уменьшающие истирание катализатора, а также промоторы дожига СО, образующегося в регенераторе при выжиге кокса, до СО2. Список используемых источников 1. Баранов Д.А., Кутепов А.М. Процессы и аппараты. - М., Академая, 2014 – 303с. 2. Борисов Д.А. и др. Процессы и аппараты: Учебник для СПО. – М: Издательский центр «Академия», 2014 3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты. - М.: Химия, 2011. – 784с. 4. Медведева В.С. Охрана труда и противопожарная защита в химической промышленности. - М.: Химия – 2009. 5. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтепереработки. - М: Химия, 2007. 6. Павлов К.Ф. Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, 2017. 7. А.А. Кузнецов, С.М. Кагерманов, Е.Н. Судаков. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности второе издание — 2014. 8. И.А. Вахрушев. Технологический расчет реактора каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора. |