Рассет материального баланса установки каталитического крекинга. Рассет материального баланса установки каталитического крекинга.. Расчет материального баланса установки каталитического крекинга

• Название: Расчет материального баланса установки каталитического крекинга
• Анкор: Рассет материального баланса установки каталитического крекинга
• Дата: 17.10.2019
• Размер: 2.04 Mb.
• Имя файла: Рассет материального баланса установки каталитического крекинга..rtf
• Тип: Курсовая; #90667
• страница: 1 из 3

Министерство образования и науки РФ

Казанский (Приволжский) Федеральный университет

Кафедра высоковязких нефтей и природных битумов
Курсовая работа

На тему: «Расчет материального баланса установки каталитического крекинга»

Выполнял:

Студент (Бакалавр)

Сарайфи Бакер Сафаа Султан Группа 03-608

______________________

(подпись)

Проверял:

Гайнуллин В.И

___________________________

(подпись)
Казань

2019

Содержание

Введение 3

1 Теоретическая часть 4

1.1 Процесс каталитического крекинга 4

1.2 Параметры крекинга 16

2 Расчетная часть 18

2.1 Исходные данные 18

2.2 Материальный баланс 18

2.3 Количество катализатора и расход водяного пара 21

Заключение 23

Список использованных источников 24

Введение

Целевое назначение процесса - получение высокооктановых компонентов автобензинов и жирного газа (особенно пропилена) из вакуумных газойлей или их смесей с остатками атмосферной и вакуумной перегонок.В процессе каталитического крекинга целевым продуктом является бензиновая фракция с высоким октановым числом. Бензин каталитического крекинга имеет хорошие антидетонационные характеристики. Октановое число бензина с к.к. = 195ºС (по моторному методу) равно 80-85.Но кроме бензина в этом процессе получаются еще и углеводородный газ, легкий газойль (фракция 195-350ºС), тяжелый газойль и кокс. Кокс откладывается на катализаторе и сжигается при регенерации катализатора. Количество и качество получаемых продуктов, а также количество образующегося кокса зависит как от качества сырья, так и от параметров процесса.

Бутан-бутиленовая фракция каталитического крекинга служит сырьем процесса алкилирования для получения - высококачественного компонента бензинов. Пропан- пропиленовую и этан-этиленовую фракции газа используют как сырье для процессов органического синтеза. Получаемые при крекинге газойли применяют как компоненты дизельного топлива после облагораживания, как сырье для установок термокрекинга и получения техуглерода.

1 Теоретическая часть

1.1 Процесс каталитического крекинга

Процесс каталитического крекинга является одним из наиболее распространенных крупнотоннажных процессов углубленной переработки нефти и в значительной мере определяет технико-экономические показатели современных и перспективных НПЗ топливного профиля.Процесс каталитического крекинга предназначен для получения высокооктановых бензинов, газов и газойля. Сырьем для крекинга являются керосиновые и соляровые дистилляты и остаточные продукты (мазут и др.). Основан процесс на применении катализаторов, ускоряющих протекание реакции.Особенностью каталитического крекинга является сравнительно быстрое отравление катализатора из-за отложений на его поверхности кокса и необходимость периодической регенерации катализатора путем выжига кокса. Проведение химической реакции и регенерации катализатора может быть осуществлено в одном и том же периодически переключающемся аппарате или в двух различных аппаратах – реакторе и регенераторе. В первом случае катализатор неподвижен, а для обеспечения непрерывности работы установки сооружается два или большее число аппаратов. В то время, как один аппарат используется как реактор, в другом осуществляется регенерация катализатора; затем аппараты взаимно переключаются. Во втором случае катализатор непрерывно перемещается из реактора, где осуществляется нефтехимический процесс, в регенератор, где с катализатора выжигается кокс. После регенерации катализатор поступает в реактор. В процессе регенерации температура катализатора повышается, он аккумулирует часть выделившегося тепла, которое в дальнейшем целиком или частично используется на осуществление эндотермической реакции, что приводит к понижению температуры катализатора. В этом случае катализатор одновременно используется и как теплоноситель. В процессе регенерации выделяется значительное количество тепла, часть которого отводится и используется, например, для получения водяного пара.

Реакторные блоки каталитических процессов с движущимся катализатором, включающие реактор, регенератор и систему транспорта катализатора, по взаимному расположению аппаратов и схемам циркуляции катализатора подразделяются на установки с одно – (рисунок 1, а) и двукратным (рисунок 1, б) подъемом катализатора.

Для схем с однократным подъемом катализатора используются два варианта – реактор располагают над регенератором или регенератор над реактором. При прочих равных условиях схемы с однократным подъемом катализатора отличаются большей высотой установки. Так, для установки каталитического крекинга с гранулированным катализатором высота реакторного блока при двукратном подъеме составляет 60–70 м, а при однократном 80–100 м.



Рисунок 1 – Схемы реакторных блоков с одно (а) и двукратным (б) подъемом катализатора: 1 – реактор; 2 – регенератор; 3 – пневмоподъемник. Потоки: I – сырье; II – продукты реакции; III – закоксованный катализатор; IV – регенерированный катализатор; V – воздух; VI – газы регенерации.

Регенератор представляет собой аппарат с радиальным потоком реакционных газов, разделенный гидравлически на три зоны. В верхней зоне при мольном содержании кислорода не менее 1% происходит выжиг кокса, в средней при содержании кислорода 10 – 20% и подаче хлорорганических соединений – окислительное хлорирование катализатора. В нижней зоне катализатор дополнительно прокаливается в потоке сухого воздуха. Катализатор под действием силы тяжести проходит все зоны. Из регенератора через систему затворов катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и водородсодержащим газом подается в бункер, расположенный над реактором первой ступени. Таким образом без остановки системы или выключения одного из реакторов на регенерацию катализатора осуществляется непрерывный процесс платформинга. Возможность постоянно поддерживать свойства регенерированного катализатора на уровне, близком к свойствам свежего катализатора, позволяет проводить процесс платформинга под невысоким давлением и снизить кратность циркуляции газа. Пневмотранспорт катализатора осуществляют в разбавленной или плотной фазе. Принципиальные схемы реакторных блоков с различной концентрацией частиц в пневмостволе при двукратном подъеме пылевидного катализатора показаны на рисунке 2.

Пневмотранспорт в разбавленной фазе (рисунок 2, а) характеризуется сравнительно невысокой концентрацией катализатора в подъемном стояке (порядка 25 – 35 кг/м³) и высокой порозностью (е > 0,97). Скорость газового потока в подъемном стояке составляет 7–10 м/с, количество циркулирующего в системе катализатора регулируется при помощи задвижек-шиберов, установленных в нижней части стояков.

Транспорт катализатора в плотной фазе (рисунок 2, б) характеризуется высокой концентрацией катализатора: около 200 – 350 кг/м³. При таком способе транспорта перемещение катализатора обусловливается различием плотностей катализатора в нисходящей и восходящей ветвях; в каждой ветви высота столба слоя катализатора учитывается не только в трубопроводе, но и в аппарате. Количество циркулирующего катализатора регулируется изменением плотности катализатора в подъемных стояках, обеспечиваемым изменением количества водяного пара или воздуха, подаваемого в стояки. Скорость потока в подъемном стояке составляет примерно 1,5 –3,0 м/с.

Широкое распространение в промышленности получили две основные системы каталитического крекинга с движущимся катализатором в зависимости от размера твердых частиц.


Рисунок 2 – Схемы пневмотранспорта пылевидного катализатора в разбавленной (а) и плотной (б) фазах: 1 – реактор; 2 – циклоны; 3 – распределительная решетка; 4 – отпарнаи секция; 5 – регенератор. Потоки: 1 – воздух; 11 – сырье; 111 – дымовые газы; IV – продукты крекингакрекингнефть

В системах, использующих гранулированный, в основном шариковый катализатор (размеры гранул 3 – 5 мм), процесс осуществляется в аппаратах шахтного типа, через которые сплошным потоком по всему сечению аппарата в направлении сверху вниз движется катализатор; в противотоке или прямотоке с ним движутся контактирующие с ним пары или газы.

В системах с мелкозернистым (частицы до 1 мм) или пылевидным (частицы 20–150 мкм) катализатором контактирование его с парогазовым потоком осуществляется в псевдоожиженном («кипящем») слое. Широкое внедрение в каталитические процессы высокоэффективных цеолитсодержащих микросферических катализаторов позволило при разработке реакторных блоков установок каталитического крекинга перейти от реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора к созданию прямоточных лифт-реакторов с восходящим потоком катализаторной взвеси.

Эти системы каталитического крекинга различаются по способу транспорта катализатора, взаимному расположению реактора и регенератора, методам осуществления секционирования, а также конструктивному оформлению внутренних узлов аппарата – выравнивающих устройств (предназначены для обеспечения равномерного по сечению аппарата движения катализатора), газораспределительных и газосборных устройств, распределителей катализатора, отпарных секций и др.

Расположение реактора и регенератора установок каталитического крекинга, используемые метод и система транспорта катализатора, а также давление в обоих аппаратах являются взаимосвязанными факторами. В зависимости от расположения реактора и регенератора, организации между ними транспорта катализатора реакторно-регенераторные блоки различают:

с параллельным разновысотным расположением реактора и регенератора и напорным транспортом катализатора в разбавленной фазе;

с параллельным равновысотным расположением реактора и регенератора и транспортом катализатора в плотной фазе в U-образных катализа – торопроводах;

с соосным расположением реактора над регенератором или регенератора над реактором и напорным транспортом катализатора.

Размещение регенератора выше уровня реактора позволяет иметь в нем более низкое давление, достаточное для обеспечения перетока регенерированного катализатора в реактор. При таком размещении аппаратов снижаются энергетические затраты при эксплуатации установки, но увеличиваются капитальные затраты при ее сооружении.

При соосном расположении аппаратов упрощается система пневмотранспорта закоксованного и регенерированного катализаторов, устраняются изгибы и повороты катализаторопроводов, уменьшается их абразивный износ.

Что касается конструктивного оформления реакторного блока, то при выборе того или иного типа реактора определяющим параметром является обеспечение требуемой глубины крекинга («глубины превращения сырья», «степени конверсии»).

В промышленной практике находят применение реакторы нескольких типов: реакторы с «кипящим» слоем катализатора (одноступенчатые, ступенчато-противоточные, с секционирующими вставками) и лифт-реакторы с разбавленной фазой катализатора в транспортной линии.

Аппарат с псевдоожиженным слоем катализатора (реактор, регенератор) имеет следующие основные части и зоны.

Распределительное устройство для ввода в слой смеси катализатора и паров сырья для реактора или воздуха для регенератора. Это устройство должно обеспечить равномерное псевдоожижение слоя без значительного образования пузырей. Над таким устройством находится псевдоожижен – ный слой катализатора. Для этих же целей служат газораспределительные решетки провального и непровального типов (рисунок 2).

Реакционная или рабочая зона – псевдоожиженный слой катализатора, в котором осуществляется крекинг сырья (в реакторе) или выжиг кокса (в регенераторе).

Отстойная или сепарационная зона, расположенная над слоем катализатора. В этой зоне от потока паров отделяются наиболее крупные частицы катализатора, вынесенные из слоя и возвращаемые обратно в слой. Вынесенные из слоя более мелкие частицы, скорость витания которых равна или меньше скорости паров над слоем, уносятся потоком паров в циклоны.

Одно- или двухступенчатые циклоны, расположенные в верхней части отстойной зоны. Уловленный циклонами катализатор через соответствующие спускные стояки возвращается в слой.

Отпарная секция, в которой катализатор обрабатывается водяным паром с целью десорбции с его поверхности углеводородов (в реакторе) или продуктов сгорания (в регенераторе).

Водяной пар, введенный в отпарную секцию, вытесняет углеводородные пары или газы из свободного объема между частицами катализатора, предотвращая тем самым их взаимное проникновение.

Отпарные секции конструктивно выполняются по-разному. На рисунок 3 представлены схемы вариантов отпарных устройств: кольцеобразные секции без отсеков или с отсеками, обеспечивающими более эффективный контакт с водяным паром; цилиндрические секции с перегородками типа диск – кольцо; сегментные отпарные секции; выносная цилиндрическая секция.

При отпарке отработанного катализатора углеводороды сравнительно легко удаляются из промежутков между отдельными частицами катализатора и сравнительно трудно из пор, поэтому режим работы такой отпарной секции предопределяется не только гидродинамикой потоков катализатора и отпаривающего агента, но и скоростью диффундирующих в порах катализатора встречных потоков водяного пара и углеводородов.



Рисунок 3 – Схемы отпарных секций реакторов и регенераторов установок каталитического крекинга: а – кольцевая; б – цилиндрическая с перегородками «диск – кольцо»; в-сегментная; г – цилиндрическая выносная; 1 – стояк отработанного катализатора; 2 – ствол пневмоподъемника; 3 – распределительная решетка; 4 – отпарная секция; 5 – маточник для водяного пара. Потоки: 1 – отработанный катализатор; II – регенерированный катализатор

Отпарное устройство должно обеспечить достаточно полную десорбцию углеводородов из отработанного катализатора, так как недесорбированные углеводороды выжигаются в регенераторе вместе с коксом, повышая тепловую нагрузку аппарата, расход воздуха и энергозатраты, а также увеличивая потери.

Эффективность работы отпарных устройств зависит от их конструкции, длительности пребывания катализатора в зоне отпарки, а также расхода отпаривающего агента.

Обычно регенератор – самый крупный аппарат на установке каталитического крекинга, его объем значительно превышает объем реактора.

Размеры регенератора зависят от его производительности по сжигаемому коксу (количество кокса, выжигаемого с поверхности закоксованного катализатора за единицу времени) и выбранного технологического режима процесса регенерации (температура, давление). Производительность регенератора характеризуется количеством выжженного кокса в единицу времени, и она определяется как произведение количества циркулирующего катализатора на разность содержаний кокса на нем до и после выжига.

Для теплоизоляции и предотвращения абразивного износа корпуса регенератора со стороны постоянно движущихся значительных масс катализатора его изнутри покрывают слоем жаростойкого торкрет-бетона толщиной 150 – 200 мм, нанесенного на панцирную сетку. Применение торкрет-бетона позволяет снизить температуру и толщину стенки корпуса регенератора.

Быстрое отделение катализатора от паров нефтепродуктов на выходе из лифт-реактора стало необходимым условием современных высокотемпературных установок каталитического крекинга, работающих при температурах свыше 525°С.

В настоящее время применяются несколько конструкций концевых устройств для лифт-реактора (рисунок 4). В порядке увеличения эффективности к ним относятся инерционный сепаратор (см. рисунок 4, а), циклоны с восходящим потоком (рисунок 4, б) и разработанные фирмой «Мобил» циклоны с замкнутым потоком (см. рисунок 4, в).

Для оптимального отделения катализатора от нефтепродуктов в лифт – реакторе необходимо во избежание повторного крекинга бензина предотвратить каталитический крекинг в разбавленной фазе после лифт-реактора и, сокращая время пребывания паров на участке между выходом из лифт – реактора и зоной резкого охлаждения, в главной ректификационной колонне свести к минимуму термический крекинг. Кроме того, система отделения катализатора от нефтепродуктов должна обладать операционной гибкостью и не требовать повышенного внимания со стороны оператора, сводить к минимуму коксование в трубопроводах и уменьшать потери катализатора в ректификационной колонне. Наиболее полно всем этим требованиям отвечает концевое устройство лифт-реактора в виде циклонов с замкнутым потоком.



Рисунок 4 – Конструкции концевых устройств для лифт-реактора:

а – инерционный сепаратор; 6 – циклоны с восходящим потоком; в-циклоны с замкнутым потоком. Потоки: I – смесь катализатора и паров нефтепродуктов из лифт – реактора; II – парогазовый поток из десорбера; III – продукты крекинга
Система впрыскивания сырья оказывает решающее влияние на выходы продуктов установок каталитического крекинга. В идеале реакции крекинга должны протекать в паровой фазе на поверхности твердого катализатора. Быстрое и равномерное смешение сырья и катализатора обеспечивает более полное испарение нефтепродуктов и лучший их контакт с катализатором на протяжении короткого времени их пребывания в лифт-реакторе.

На рисунок 5 приведены некоторые конструкции распыливающих сопел для установок каталитического крекинга. Конструкция распиливающего сопла должна обеспечить образование мелких капель с узким распределением их по диаметру и небольшим средним диаметром. Если при впрыске сырья образуются крупные капли, то они будут испаряться медленно и могут вообще не испариться. Присутствие в лифт-реакторе частиц катализатора, смоченных неиспарившимся сырьем, ведет к образованию кокса, водорода и углеводородов С₁ – С₂. Сравнительная оценка (по данным фирмы «Келлог») показывает, что наилучшими характеристиками обладают сопла «Атомах». Если принять средний диаметр капель, образующихся в сопле «Атомах» за единицу, то для сопла с круглым отверстием (см. рисунок 5, а) средний диаметр капель равен 3, для сопла со щелевым отверстием (см. рисунок 5, б) – 2,3, а для сопла с многочисленными форсунками – 7,8.



Рисунок 5 – Конструкции распиливающих сопел для установок каталитического крекинга:
а – сопло с круглым отверстием; б – сопло со щелевым отверстием фирмы «Келлог»; в-сопло с многочисленными форсунками; г – сопло «Атомах» фирм «Келлог» и «Мобил»; 1 – корпус; 2 – спираль; 3 – диафрагма с круглым отверстием; 4 – наконечник со щелевым отверстием; 5 – статический смеситель; 6 – форсунки. Потоки: 1 – сырье; 11 – водяной пар; 111 – паросырьевая смесь.