Технико-экономическое обоснование выбранного метода
производства.
Назначение каталитического крекинга – производство с максимально возможным выходом высокооктанового бензина, легкого газойля, сжиженных газов. Получающийся в процессе тяжелый газойль, может использоваться в качестве компонента топочного ма-зута, а также как сырье для производства технического углерода или высококачественно-го электродного кокса.
В качестве сырья каталитического крекинга используются вакуумный дистиллят широкого фракционного состава, могут вовлекаться газойлевые фракции термодеструк-тивных процессов, гидрокрекинга и другие.
По фракционному составу к сырью процесса предъявляются следующие требова-ния:
- практически полное отсутствие бензино-легроиновых фракций, поскольку в условиях крекинга они претерпевают незначительные превращения, нерационально загружают реакционный аппарат и отрицательно влияют на октановое число бензина;
- ограниченное содержание фракций, выкипающих до 350оС;
- ограниченная температура конца кипения, что обуславливается концентрированием в высококипящих фракциях коксогенных компонентов сырья (смол и асфальтенов) и гетероциклических соединений и металлов.
Групповой химический состав сырья более значительно влияет на выход и качество продуктов крекинга. Наилучшим для каталитического крекинга по выходу целевых продук-тов (бензина, сжиженных газов) является сырье с преобладанием парафиновых и нафте-новых углеводородов. Полициклические ароматические углеводороды и смолы сырья в условиях крекинга дают мало бензина и много тяжелых фракций и кокса. Сернистые и кислородные соединения однотипного по химическому составу сырья не оказывают су-щественного влияния на материальный баланс процесса, но ухудшают качество продуктов. С увеличением содержания гетероорганических соединений в сырье повышается со-держание в нем полициклических углеводородов и смол.
К компонентам, обратимо дезактивирующим катализаторы крекинга, относятся полициклические ароматические углеводороды, смолы, асфальтены и азотистые соединения сырья. Об обратимой дезактивирующей способности сырья можно судить: косвенно по плотности, а количественно - по коксуемости, определяемой по Конрадсону. Чем выше коксуемость сырья, тем больше выход кокса на катализаторе. На установках каталитического крекинга перерабатывают сырье с коксуемостью не более 0,3-0,5 % мас. Обратимыми ядами для алюмосиликатных катализаторов являются азотистые основания: они прочно адсорбируются на кислотных активных центрах и блокируют их. После выжига кокса активность отравленного азотистыми основаниями катализатора полностью восстанавливается. Цеолитсодержащие катализаторы, благодаря молекулярно-ситовым свойствам, отравляются азотом меньше, чем аморфные алюмосиликатные.
Металлорганические соединения, содержащиеся в высококипящих фракциях нефти, относятся к необратимо дезактивирующим компонентам сырья крекинга. Блокируются активные центры катализатора, они отрицательно влияют на активность и селективность катализатора. По мере увеличения никеля и ванадия, являющиеся дегидрирующими металлами, интенсивно возрастает в продуктах крекинга выход водорода и сухих газов, выход бензина существенно снижается.
Подготовка (облагораживание) сырья осуществляется с целью снижения металлов и коксогенных компонентов в сырье до такой степени, чтобы его каталитическая обработка была бы более экономична, то есть при умеренных габаритах регенератора и без чрезмер-ного расхода дорогостоящего катализатора. Из процессов облагораживания сырья ката-литического крекинга применяется каталитическая гидроочистка вакуумных газойлей, гидрокрекинг. При использовании облагороженного сырья каталитического крекинга снижается содержание сернистых, азотистых соединений во всех жидких продуктах ката-литического крекинга и содержание оксидов серы в газах регенерации, снижаются вы-бросы вредных веществ в атмосферу. Полициклические ароматические углеводороды и смолы сырья при гидрокрекинге подвергаются частичному гидрокрекингу с образованием алкилароматических углеводородов с меньшим числом колец, в результате снижается коксообразование в процессе каталитического крекинга. Существенно снижается содер-жание металлов в гидрооблагороженном сырье, что снижает расход катализаторов кре-кинга. При каталитическом крекинге гидрооблагороженного сырья увеличивается выход целевых продуктов и снижается выход газойлей и кокса.
Катализаторы процесса каталитического крекинга, осуществляемого при высоких температурах в режиме массо- и теплообмена в аппаратах с движущимся слоем катализатора, должны обладать высокой активностью, селективностью, термостабильностью, удовлетворять повышенным требованиям по регенерационным, механическим и другим эксплутационным свойствам.
Катализаторы каталитического крекинга представляют собой сложные многоком-понентные системы, состоящие из матрицы (носителя), активного компонента (цеолита), вспомогательных и неактивных добавок.
Матрица катализатора крекинга выполняет функции как носителя – поверхности, на которой затем диспергируют активный основной компонент – цеолит и вспомогательные добавки, так и слабого кислотного катализатора предварительного (первичного) кре-кирования высокомолекулярного исходного сырья. В качестве материала матрицы ката-лизаторов крекинга применяют синтетический аморфный алюмосиликат с высокой удельной поверхностью и оптимальной поровой структурой, обеспечивающих доступ для крупных молекул крекируемого сырья.
Активным компонентом катализаторов крекинга является цеолит, который осу-ществляет вторичные каталитические превращения углеводородов сырья с образованием конечных целевых продуктов. Структура цеолитов характеризуется наличием большого числа полостей, соединенных между собой окнами, или микроканалами, размеры которых сравнимы с размерами реагирующих молекул. Цеолиты вводятся в матрицу катализаторов в количестве 10-20 % масс.
Вспомогательные добавки улучшают или придают некоторые специфические фи-зикохимические и механические свойства цеолитсодержащих катализаторов крекинга. Так, матрица и цеолит, входящие в состав катализатора крекинга, обладают только кислотной активностью, а для организации интенсивной регенерации закоксованного катализатора требуется наличие металлических центров, катализирующих реакции окислительно-восстановительного типа. Кроме этого современные процессы каталитического крекинга требуют улучшения и оптимизации таких свойств катализатора, как износостойкость, механическая прочность, стойкость к отравляющему действию металлов сырья, свойств, обеспечивающих экологическую чистоту газовых выбросов в атмосферу.
Часть цеолитсодержащих катализаторов крекинга производят по технологии «со связующим», используя в стадии нанесения синтезированного цеолита на поверхность носителя (алюмосиликата) связующий компонент. В качестве «связующего» используют алюмо- или кремнегидрозоль. Затем осуществляют стадии распылительной сушки, ион-ного обмена термохимической обработкой, нанесения промоторов, вспомогательных до-бавок, прокаливанию. В этом случае наполнитель жестко фиксирует кристаллики цеолита, создавая пористую систему тончайших транспортных пор для диффузии углеводородов. Содержание цеолита в катализаторе достигает 20 % мас.
Новое эффективное поколение катализаторов крекинга «без связующего» позволя-ет иметь катализаторы с заданными свойствами, каждая частица которых имеет одинако-вый состав и свойства. Готовится водная суспензия алюмосиликата, которая подвергается распылительной сушке и прокаливанию при 1100 оС. Затем в порах активного вещества матрицы осуществляют синтез цеолита непосредственно в порах носителя без ис-пользования связующего компонента. По окончании роста кристаллов цеолита осуществ-ляют ионный обмен, термохимическую обработку, сушку, прокалку готового катализато-ра крекинга. По этой технологии содержание цеолита в катализаторе достигает 80 % мас. Характерная особенность этих катализаторов – высокая насыпная масса, что обеспечивает высокую, эффективную работу циклонов, устойчивую регулируемую скорость циркуля-ции и перенос большого количества тепла из реактора в регенератор.
Наилучшие показатели процесса каталитического крекинга углеводородного сырья достигаются при использовании цеолитных катализаторов без связующего.
При высокой температуре в присутствии катализатора все классы углеводородов, содержащиеся в сырье, подвергаются изменениям. При этом термодинамически вероятны реакции:
- разрыва связей С-С в молекулах парафинов и олефинов;
- дегидроциклизации парафинов с образованием ароматических структур;
- дегидрирования нафтеновых углеводородов;
- диспропорционирования олефинов и алкилбензолов;
- изомеризация парафинов и олефинов;
- реакции перераспределения водорода в ненасыщенных структурах;
- деалкилирования ароматических углеводородов.
Количество тепла, необходимое для проведения каталитического крекинга, зависит от сырья, глубины его превращения, газодинамических условий.
Тепло, необходимое для осуществления крекинга, вносится в реактор циркулиру-ющим в системе горячим катализатором.
Каталитический крекинг протекает с поглощением тепла, которое называется теп-лотой реакции крекинга. Это тепло затрачивается на разрыв связей в молекулах. Допол-нительное количество тепла требуется на нагрев сырья и его испарение до рабочей тем-пературы крекинга. В результате протекающих при каталитическом крекинге разнооб-разных реакций получается большое число первоначально не содержащихся в сырье угле-водородов. Результаты каталитического крекинга зависят от условий проведения процес-са. Особенно большое влияние оказывают температура, давление и свойства применяемо-го катализатора.
Объем каталитического крекинга и его роль в нефтеперерабатывающей промышленности вырастают по мере увеличения потребности в автомобильном бензине. Такое увеличение объема обычно сопровождается и увеличением отбора светлых нефтепродуктов от нефти. Поэтому более высокий отбор светлых нефтепродуктов сопровождается на низком уровне, объем каталитического крекинга невелик.
Таким образом, каталитический крекинг-это процесс, позволяющий при его реализации в схеме завода топливного профиля значительно снизить объемы остатков атмосферной перегонки и углубить переработку нефти.
|
Скачать 438.67 Kb.