Расчет ректификационной колонны каталитического крекинга производительностью по сырью 450000 тонн/год

Качество продуктов  каталитического крекинга. Существенно  влияние переменных параметров процесса каталитического крекинга на качество получаемых продуктов. Жесткие условия крекинга (низкая объемная скорость, высокие значения температуры, кратности циркуляции и индекса активности катализатора) увеличивают скорость реакции перераспределения водорода и вторичных реакции превращения первичных продуктов распада. Поэтому качество бензинов, полученных при жестких режимах, несколько выше. Так, октановое число бензина (моторный метод), полученного в результате крекинга тяжелого газойля при 450°C и объемной скорости 1,5 ч^-1, было равно 77,6, а индукционный период окисления составил 280 мин. При снижении объемной скорости до 1ч^-1 октановое число повысилось до 78,9, а индукционный период - до 400 мин. Содержание непредельных углеводородов в газе крекинга увеличивается, одновременно увеличивается количество изобутана. С ужесточением режима усиливается ароматизация дизельных фракций. В мягких условиях крекинга цетановые числа легких газойлей довольно высоки 38-45, в жестких условиях они падают до 25-35.

Количество  и качество продуктов каталитического  крекинга зависят от характеристики перерабатываемого сырья и катализаторов, а также от режима процесса. На установках каталитического крекинга получают жирный газ, нестабильный бензин, легкий и тяжелый каталитические газойли. Иногда предусмотрен отбор лигроина.

Целевым продуктом каталитического  крекинга является бензин высокой детонационной  стойкости (октановое число от 87 до 91 по исследовательскому методу).

Жирный газ, получаемый на установках каталитического крекинга, характеризуется значительным содержанием углеводородов изостроения, особенно изобутана. Это повышает ценность газа как сырья для дальнейшей переработки.

Жирный газ установки  каталитического крекинга и бензин для удаления из него растворенных легких газов поступают на абсорбционно - газофракционирующую установку.

Сухой газ, получаемый после выделения бутан-бутиленовой и пропан - пропиленовой фракций, большей частью используется как энергетическое топливо.

Нестабильный  бензин. При каталитическом крекинге можно вырабатывать высокооктановый автомобильный бензин или сырье для получения базового авиационного бензина путем каталитической очистки.

При производстве базового авиационного бензина исходным сырьем являются керосиновые и легкие соляровые дистилляты первичной перегонки нефти или их смеси, выкипающие в пределах 240-360 °C. Сначала получают бензин с концом кипения 220-245 °C (так называемый мотобензин). После стабилизации этот бензин поступает на дальнейшую переработку - каталитическую очистку (вторая ступень каталитического крекинга), на которой получают базовый авиационный бензин. Последний, в результате каталитической очистки, содержит, по сравнению с автомобильным бензином, значительно меньше олефинов и больше ароматических углеводородов, что соответственно повышает стабильность и октановое число авиационного бензина.

Базовые авиационные бензины  в зависимости от свойств перерабатываемого  сырья и условий процесса имеют октановые числа по моторному методу от 82 до 85, а с добавкой этиловой жидкости (3-4 мл на 1 кг бензина) - от 92 до 96.

При производстве автомобильного бензина в качестве исходного сырья, как правило, используются дистилляты, полученные при вакуумной перегонке нефти и выкипающие при 300-550°C или в несколько более узких пределах.

Получаемые на установках каталитического крекинга автомобильные бензины имеют октановые числа по моторному методу 78-82 (без добавки этиловой жидкости), а по исследовательскому методу 88-94 без этиловой жидкости и 95-99 с добавлением 0,8мл ТЭС на 1л.

Нестабильный бензин каталитического  крекинга подвергают физической стабилизации с целью удаления растворенных в нем легких углеводородов, имеющих высокое давление насыщенных паров.

Из стабильных бензинов каталитического крекинга приготовляют авиационные бензины или используют их как высокооктановые компонента для приготовления автомобильных бензинов разных марок. Компоненты автомобильного бензина каталитического крекинга в нормальных условиях хранения достаточно химически стабильны.

Легкий  каталитический газойль (дистиллят с н.к.175-200 °C и к.к.320-350 °С) по сравнению с товарными дизельными фракциями имеет более низкое цетановое число и повышенное содержание серы. Цетановое число легкого каталитического газойля, полученного из легких соляровых дистиллятов парафинового оснований, составляет 45-56, из нафтеноароматических дистиллятов-25-35. При крекинге более тяжелого сырья цетановое число легкого газойля несколько выше, что объясняется меньшей глубиной превращения. Цетановые числа с повышением температуры крекинга снижаются. Легкие каталитические газойли содержат непредельные углеводороды и значительные количества (28-55%) ароматических углеводородов. Температура застывания этих газойлей ниже, чем температура застывания сырья, из которого они вырабатываются.

На качество легкого газойля влияет не только состав сырья, но и катализатор и  технологический режим. С повышением температуры выход легкого каталитического газойля и его цетановое число уменьшаются, а содержание ароматических углеводородов в нем повышается. Понижение объемной скорости, сопровождающееся углублением крекинга сырья, приводит к тем же результатам. При крекинге с рециркуляцией выход легкого газойля снижается (в большинстве случаев он подается на рециркуляцию), уменьшает его цетановое число и возрастает содержание в нем ароматических углеводородов.

Легкие каталитические газойли используются в качестве компонентов дизельного топлива в том случае, если смешиваемые компоненты дизельного топлива, получаемые при первичной перегонке нефти, имеют запас (превышение) по цетановому числу и содержат серы в количестве ниже нормы.

В других случаях  легкий газойль используют лишь в  качестве сырья (или его компонента) для получения сажи (взамен зеленого масла) или в качестве разбавителя  при получении мазутов. Возможно и комбинированное использование легкого газойля. В этом случае его подвергают экстракции одним из растворителей, применяемых в производстве масел селективным методом. Легкий газойль, частично освобожденный от ароматических углеводородов, после отгонки растворителя (рафинат) имеет более высокое цетановое число, чем до экстракции, и может быть использован в качестве дизельного топлива: нижний слой, содержащий большую часть ароматических углеводородов, также после отгонки растворителя (экстракт) может быть использован в качестве сырья для получения высококачественной сажи.

Тяжелый газойль является остаточным продуктом каталитического крекинга. Качество его зависит от технологических факторов и характеристик сырья, а также от качества легкого газойля.

Тяжелый газойль  может быть загрязнен катализаторной пылью; содержание серы в нем обычно выше чем в сырье каталитического  крекинга. Тяжелый газойль используют либо при приготовлении мазутов, либо в качестве сырья для термического крекинга и коксования. В последнее время его использует как сырье для производства сажи.

В процессе каталитического  крекинга углеводородного сырья  образуется побочный продукт - кокс, который сжигается в регенераторе в потоке воздуха, превращаясь в дымовые газы.

Установка каталитического крекинга с алюмосиликатным катализатором можно разделить на три типа:

1) со стационарным слоем таблетированного катализатора и  реакторами периодического действия;

2) с плотным слоем циркулирующего шарикового катализатора, реактором и регенератором непрерывного действия;

3) с кипящим слоем циркулирующего микросферического или пылевидного катализатора, реактором и регенератором непрерывного действия.

Установка такого типа предназначена для периодического процесса. В ней имеется несколько реакторов, в каждом из которых за 30 мин происходит весь рабочий цикл: реакция крекинга, удаление нефтяных паров, регенерация катализатора, удаление воздуха и продуктов сгорания.

Реактор периодического действия имеет сложное внутреннее устройство, поскольку должен  обеспечивать как равномерное распределение нефтяных паров по сечению реактора, так и равномерный выжиг кокса с поверхности катализатора м надежный отвод тепла, выделяющегося при регенерации катализатора. Переключение задвижек осуществляется автоматически. Периодически катализатор следует заменять свежим.

Установка каталитического  крекинга со стационарным катализатором  не получили большого распространения. Установки с движущимся катализатором, наоборот, имеются повсеместно. В начале был разработан процесс с шариковым катализатором, но в настоящее время гораздо шире применяют более прогрессивный процесс каталитического крекинга с кипящим слоем пылевидного или микросферического катализатора.

Установка каталитического крекинга с пылевидным катализатором. Установки каталитического крекинга в кипящем слое эксплуатируются с начала 40-х годов. Как и на установках с шариковым катализатором, реакция крекинга осуществляется в реакторе, а выжиг кокса—в регенераторе. Отличительная особенность установок - применение пылевидного или микросферического катализатора, способ его транспорта и наличие кипящего слоя в реакторе и регенераторе. Катализатор изготавливают в виде мелких шариков (20-80 мк) или частиц неправильной формы размером 10-120 мк. В последнем случае катализатор получил название пылевидного. Для установок с кипящим слоем используют то же сырье, что и для установок с движущимся шариковым катализатором. Качество получаемых продуктов соответствует качеству продуктов с установок с движущимся слоем катализатора.

2. Описание технологической схемы установки с КИП и А

Технологическая схема установки каталитического крекинга с кипящим слоем катализатора приведена на рисунке 1.

Сырье насосом  Н-1 через теплообменника Т-1, Т-2, Т-3, Т-4 подается в печь П-1. Нагретое сырье смешивается с циркулирующим газойлем, поступающим с низа ректификационной колонны. Смесь сырья и рециркулята подается в подъемный стояк катализаторопровода, по которому катализатор, сырье и рециркулят поднимаются в реактор Р-1. Процесс каталитического крекирования начинается еще  в стояке и заканчивается в кипящем слое реактора.

Рисунок 1 – Технологическая схема установки с кипящим слоем микросферического

катализатора:

I - сырье; II - катализатор; III – бензин; IV - жирный газ; V - фракция 195-350°С; VI - фракция >350°С; VII - вода; VIII - воздух; IX - водяной пар; X - дымовые газы; XI - топливный газ; XII - циркуляционное орошение колонны К-1.

Пары продуктов  реакции и водяной пар, подаваемый в отпарную зону реактора, уходят через верхний штуцер реактора, и поступает в нижнюю часть ректификационной колонны К-1. С верха колонны К-1 газ, пары бензина и водяные пары поступают в конденсатор-холодильник ХК-1, а оттуда после конденсации - в сепаратор С-1, где разделяются на водяной слой, бензиновый слой и газ. Газ компрессором ПК-1 подается на газофракционирование, а бензин насосом Н-2 частично направляется на орошение верха колонны К-1, а балансовое количество—на стабилизацию. Боковые погоны колонны К-1 (фракции 195-350°C и >350°С) поступают в соответствующие отпарные секции колонны К-2, где отпариваются водяным паром. Фракция 195 - 350°C забирается насосом Н-3, охлаждается в сырьевом теплообменнике Т-1, холодильнике Х-1 и выводится с установки. Фракция >350°C забирается насосом Н-4, охлаждается в сырьевом теплообменнике Т-3 и холодильнике Х-2 и также выводится с установки. С низа колонны К-1 насосом Н-5 в реактор Р-1 откачивается шлам - тяжелый газойль с взвешенной в нем катализаторной пылью.

Катализатор из кипящего слоя реактора медленно опускается в отпарную колонну, куда подается водяной пар. Нефтяные пары, адсорбированные поверхностью катализатора, удаляются с помощью водяного пара. Далее катализатор поступает в катализаторопровод и спускается в узел смешения с воздухом. Воздушный поток поднимает катализатор в регенератор Р-2 по восходящей линии катализаторопровода. Основная часть воздуха для выжига кокса подается непосредственно в регенератор помимо пневмоподъемника. В змеевики регенератора подводится водяной пар для съема избыточного тепла. Дымовые газы, образовавшиеся при выжиге кокса, поступают в котел-утилизатор А-1, отдают свое тепло и направляются в электрофильтр А-2 для улавливания катализаторной пыли, после чего выбрасываются в атмосферу. Для подогрева воздуха под давлением применяется топка П-2.

Таблица 1.2

Технологический режим процесса

Контроль  и регулирование процесса. Результаты процесса зависят от того, насколько точно поддерживается на установке, и особенно в реакторном блоке, технологический режим. Поэтому основные параметры регулируются автоматически. Температура в реакторе зависит от температуры сырья, температуры и количества циркулирующего катализатора. Для того чтобы стабилизировать работу всей аппаратуры, поддерживают постоянное количество сырья, подаваемого на установку, и температуру на выходе сырья из печи, регулируя расход топлива в печь. Температура в кипящем слое катализатора определяется расходом катализатора из регенератора в реактор.

Режим регенератора зависит от температуры, давления, количества воздуха, подаваемого в регенератор, степени закоксованности катализатора. Повышение температуры в регенераторе может привести к пережогу катализатора, а повышение температуры ниже заданной приведет к неполному выжигу кокса. Температура в регенераторе поддерживается постоянной путем изменения подачи в змеевики регенератора насыщенного водяного пара, из которого получают перегретый пар определенной температуры. Расход воздуха поддерживается постоянным. Давление в реакторе и регенераторе должно быть постоянным. Давление в реакторе регенераторе должно быть постоянным, хотя и не одинаковым, иначе нарушается циркуляция катализатора. Давление в регенераторе поддерживается клапаном на линии вывода дымовых газов в котел - утилизатор, давления в реакторе - на линии вывода углеводородных газов реакции из бензинового сепаратора (ректификационной колонны).