Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:каталитический_крекинг

Каталитический крекинг

На ранних стадиях развития нефтеперерабатывающей промышленности потребности в автомобильном бензине росли быстрей, чем потребности в тяжелом жидком топливе (например, в дизельном топливе), и соответственно росло количество сырой нефти, которую нужно было превратить в бензин. Нефтепереработчикам стало ясно, что если производить прямогонный бензин в количестве, достаточном для удовлетворения потребности рынка, то рынок будет одновременно переполнен тяжелым топливом. Экономическим следствием сложившейся ситуации стал постоянный рост цен на бензин при падении цен на более тяжелые фракции.


Чтобы справиться с этой физической и экономической проблемой, находчивые инженеры-нефтепереработчики придумали несколько крекинг-процессов, из которых наиболее широко распространен каталитический крекинг.

Рассмотрим технологический процесс крекинга: в крекинг-установке прямогонные фракции тяжелого газойля нагревают при повышенном давлении в контакте с катализатором, который способствует протеканию процесса.

Катализатор — это вещество, которое ускоряет или даже вызывает химическую реакцию, но когда реакция заканчивается, катализатор остается в неизменном виде — таким же, каким был сначала. Другими словами, он не изменяется химически, но заставляет другие вещества реагировать друг с другом.

Сырьем для процесса каталитического крекинга обычно является прямогонный тяжелый газойль, а также легкая фракция вакуумной перегонки. Температура кипения сырья для крекинга должна находиться в пределах 340—590°С (650—1100°F). Чтобы процесс начался, требуется нагревание; температура в реакторе во время крекинга находится в районе 480°С (900°F).

Процесс разработан так, чтобы особым образом содействовать протеканию крекинга. Задача состоит в том, чтобы превратить тяжелые фракции в бензин. Во время работы установки происходит несколько процессов. Когда большие молекулы разрываются на части, то водорода оказывается недостаточно, чтобы насытить все молекулы, и поэтому некоторая часть углерода переходит в кокс, который почти целиком состоит из атомов углерода, слепленных вместе.

При разрыве крупных молекул получается полный набор мелких — от метана и выше. Поскольку водорода недостаточно, многие из образующихся молекул оказываются олефинами. Если некоторые молекулы в сырье состоят из нескольких ароматических или нафтеновых циклов, соединенных вместе, они разваливаются на меньшие ароматические или нафтеновые молекулы и олефины. И, наконец, молекулы, состоящие из нескольких ароматических или нафтеновых циклов и длинных боковых цепей, как правило, теряют боковые цепи. Полученные в результате молекулы, хотя и содержат меньше атомов углерода, но оказываются более тяжелыми, то есть имеют более высокую относительную плотность. Кроме того, их температуры кипения обычно также выше. Таким образом, продуктами крекинга является полный набор углеводородов, от метана до остатка и, кроме того, кокс.1)


Аппаратурное оформление каталитического крекинга состоит из трех частей: реактора, регенератора и ректификационной колонны.

Реактор

Реактор – центральная часть установки каталитического крекинга.

Сырьё проходит через нагреватель, смешивается с катализатором и поступает в вертикальную трубу (райзер), ведущую в нижнюю часть реактора. В момент, когда сырьё поступает в реактор, процесс уже идёт, поэтому время пребывания сырья в реакторе – всего несколько секунд. В более современных конструкциях крекинг, в основном, происходит уже в райзере. Таким образом, реактор нужен только для отделения углеводородов от катализатора. Это производится с помощью циклона (механическое приспособление, использующее центрифугирование).

Катализатор обычно бывает одного из двух типов: шарики или микросферы. Диаметр шариков 0,3 или 0,6 см. Микросферы гораздо меньше (похожи на детскую присыпку). Если сосуд с микросферами встряхивать или наклонять, порошок ведёт себя как жидкость (крекинг с псевдоожиженным катализатором). Каждая микросфера (или шарик) имеет множество пор и, следовательно, огромную площадь поверхности.

Регенератор

Та часть углеводородов, которая во время крекинга превращается в кокс, оседает в виде отложений на катализаторе. Когда поверхность катализатора покрывается отложениями, катализатор становится неактивным (отработанным). Чтобы удалить эти углеродные отложения, отработанный катализатор подают в регенератор, где его смешивают с горячим воздухом, нагретым приблизительно до 600 °С.


Этот процесс называется окислением кокса и напоминает сжигание древесного угля в брикетах, потому что в обоих случаях C соединяется с O2, и при этом образуется диоксид углерода (СО2) и иногда монооксид углерода (СО), а также выделяется большое количество тепла. Тепло в виде горячего потока СО и СО2 обычно используют в какой-либо части процесса, например, чтобы нагреть сырьё в теплообменнике. В более старых моделях поток СО/СО2 отправляют в печь, где СО доокисляется до СО2, прежде чем СО2 наконец отправляется в атмосферу.

Восстановленный катализатор выходит из нижней части регенератора. Его можно снова смешать с сырьём и направить в реактор. Таким образом, катализатор находится в непрерывном движении, проходя по циклу крекинг–регенерация.

Ниже представлена схема реакторно-регенераторного блока установки каталитического крекинга, а на последующем видео видно, как указанные потоки проходят через соответствующее оборудование.

2)


Ректификационная колонна крекинга

Тем временем углеводородная смесь, полученная в результате крекинга, подаётся в ректификационную колонну для разделения продуктов каткрекинга.


В колонне смесь обычно разделяется на фракции: УВ газы (С4 и более лёгкие, то есть С4~), крекинг-бензин, лёгкий крекинг-газойль, тяжёлый крекинг-газойль и кубовый остаток (рециркулирующий газойль).

Последний продукт может использоваться разными способами, но чаще всего его смешивают со свежей порцией сырья, с которой он снова поступает в процесс. Если число циклов достаточно велико, рециркулирующий газойль может полностью исчезнуть – это рециркуляция до уничтожения.

Тяжёлый крекинг-газойль можно использовать как сырьё для термического крекинга или как компонент остаточного топлива (мазута). Лёгкий газойль – хороший компонент дизельного и дистиллятного топлива, а крекинг-бензин – эффективный компонент автомобильного бензина.

Граница между бензиновой фракцией и фракцией легкого газойля не является строго фиксированной. Перемещение этой границы позволяет регулировать соотношение между бензином и дистиллятом в зависимости от времени года. Когда наступает зимний отопительный сезон, многие НПЗ переходят на режим максимального количества дистиллята. Для этого изменяют точку выкипания для крекинг-бензина, так чтобы большее количество продукта попало во фракцию лёгкого газойля. Летом, чтобы перейти на режим максимального количества бензина, границу между фракциями сдвигают в противоположном направлении.

Верхние погоны, выходящие из ректификационной колонны крекинга, отличаются по составу от лёгких фракций, получающихся при ректификации сырой нефти. В процессе крекинга образуются олефины, поэтому поток углеводородных газов содержит не только метан, этан, пропан и бутаны, но также водород, этилен, пропилен и бутилены. Из-за этих дополнительных компонентов крекинг-газ направляют для разделения на установку фракционирования крекинг-газа. В этом состоит отличие от газа, полученного, например, при ректификации сырой нефти, который содержит только насыщенные соединения. В последнем случае газ направляют на установку фракционирования насыщенного газа.

Установка каталитического крекинга

Все узлы установки каталитического крекинга, соединенные в общую систему, показаны на следующем рисунке.


В системе имеется два циркулирующих потока. В левой части рисунка катализатор выходит из зоны реакции, проходит регенерацию и снова возвращается в зону реакции. В правой части углеводороды входят в систему и уходят из неё, но за счёт фракции рециркулирующего газойля некоторые компоненты постоянно циркулируют в системе.3)

Промышленный каталитический крекинг, достигший современного уровня развития, основан на использовании алюмосиликатных катализаторов. К числу естественных алюмосиликатов относятся глины. Алюмисиликатные катализаторы, как природные, так и синтетические, являются высокопористыми веществами с удельной поверхностью от 100 до 600 м2/г.

На большинстве современных установок применяют микросферический катализатор с размером основной массы частиц от 0,2 до 1,5 нм. Сферическая форма способствует меньшему истиранию катализатора и снижает эрозию аппаратов реакторного блока, где циркулирует катализатор.

Каталитический крекинг – типичный пример гетерогенного катализа. Реакции протекают на границе двух фаз: твёрдой (катализатор) и паровой или жидкой (сырьё), поэтому решающее значение имеют структура и поверхность катализатора.

Постадийно процесс каталитического крекинга можно представить следующим образом:

  • поступление сырья к поверхности катализатора (внешняя диффузия)
  • диффузия (внутренняя) молекул – сырья в поры катализатора
  • хемосорбция молекул сырья на активных центрах катализатора
  • химические реакции на катализаторе
  • десорбция продуктов крекинга и непрореагировавшего сырья с поверхности и диффузия из пор катализатора
  • удаление продуктов крекинга и неразложившегося сырья из зоны реакции4)

Получить представление о том, как выглядит установка каталитического крекинга полностью, вы можете, посмотрев, следующее видео:


До данного момента мы успели рассмотреть атмосферную перегонку сырой нефти, вакуумную перегонку и каталитический крекинг. На рисунке ниже показано, как все это выглядит в комплексе.

Технологическая схема нефтепереработки вплоть до крекинга:
1 — прямогонный бензин;
2 — прямогонная нафта;
3 — прямогонный керосин;
4 — прямогонный легкий газойль;
5 — прямогонный тяжелый газойль;
6 — легкая фракция вакуумной перегонки;
7 — бензин каталитического крекинга;
8 — легкий газойль каталитического крекинга;
9 — тяжелый газойль каталитического крекинга.

Словарь

алюмосиликаты alumosilicates
восстановленный катализатор regenerated catalyst
катализатор catalyst
каталитический крекинг catalytic cracking
кокс coke
крекинг-бензин cracked gasoline
лифт-реактор riser
отработанный катализатор spent catalyst
прямогонный бензин straight-run gasoline
псевдоожиженный слой fluidized bed
реактор reactor
регенератор regenerator
рециркулирующий газойль recycle gas oil
свежий катализатор fresh catalyst

Назад в блог

1) , 3) Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).
4) Смидович, Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип., перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс, 2011. - 328 с.
Только авторизованные участники могут оставлять комментарии.
courses/refining/каталитический_крекинг.txt · Последние изменения: 19.05.2016 09:18 — wikicat

Инструменты страницы