Процесс каталитического крекинга остатков R-2-R

Процесс каталитического крекинга остатков R-2-R разработан совместно Французской компанией «Тоталь» и Французским институтом нефти (ФИН) (рисунок 16).

Рисунок 16- Схема реакторного блока установки R-2-R

1 - регенератор первой ступени; 2 - регенератор второй ступени;

3 - секция отдува катализаторов от дымовых газов;

4 - реактор - сепаратор; 5- реактор - подъемник.

Отличительными особенностями реакторно - регенераторного блока является наличие двух регенераторов с раздельной подачей воздуха и отводом дымовых газов. В первом (по ходу катализатора) регенераторе при температурах 680-700°С без дожига СО или его частичном дожиге выжигают 50-80 % кокса, при этом защитная оболочка из кокса предохраняет катализатор от термопаровой дезактивации. Во втором регенераторе при температурах до 800°С, избытке воздуха и незначительном содержании водяных паров выжигают остальной кокс, что исключает термопаровую дезактивацию катализатора. Второй регенератор оборудован выносным циклоном и десорбером (зоной отдува катализатора от дымовых газов). Высокая температура в узле смешения (может быть на 40-100°С выше, чем в реакторе) обеспечивает быстрое и почти полное испарение сырья, снижает коксообразование.

Другая особенность процесса R-2-R - подача охлажденного циркулирующего газойля (фр.360-420°С) в лифт - реактор выше точки ввода сырья, что дает возможность регулировать температуру в лифт - реакторе независимо от температуры в узле смешения. Температура в реакторе около 510°С, время контакта около 1с. В реакторе процесса R-2-R для ввода сырья используют оригинальное устройство в виде распределительной головки, сопла Лаваля или трубы Вентури, внутри которой при скоростях, близких к звуковой, возникает ударная (акустическая) волна, диспергирующая сырье на капли с размерами сопоставимыми или меньше размеров частиц катализатора (40-80 мкм), что способствует мгновенному теплообмену и испарению, и в совокупности с рециркуляцией холодного газойля, снижает газо- и коксообразование и способствует углублению крекинга. В процессе используется лифт - реактор, заканчивающийся устройством для быстрого отделения паров от катализатора. Отдув регенерированного катализатора снижает содержание инертных газов в сухом газе на 50 %.

На установках R-2-R перерабатывают сырье ссодержанием мазутов из

легких нефтей до 30% (концентрация металлов 50 мг/кг, коксуемость 8-10 % масс.).

Таким образом, во многих последних разработках процесса ККФ основное внимание уделяется сокращению времени контакта катализатора с углеводородными парами. С помощью разных систем, устанавливаемых на выходе из лифт - реактора, удалось существенно снизить время контакта за пределами лифт - реактора, а также и общего времени пребывания сырья в реакционной зоне, что привело к снижению выхода сухого газа, снижению выхода кокса и повышению селективности по бензину и легким олефинам. Сочетание быстрого разделения катализатора и паров, малый объем зоны реакции позволяет уменьшить долю вторичных реакций, ведущих к повышенному газо - и новообразованию (фирмой ЮОП предложены приподнятые устройства ввода сырья «Оптимикс» и система вихревой сепарации катализатора и высокоплотной паровой фазы на выходе из лифт - реактора).

Вопросы для самопроверки

1. Технологические особенности процесса Эр-Си-Си.

2. Отличительные особенности процесса R-2-R.

3. Почему целесообразно уменьшать время контакта катализатора с углеводородными парами?

Литература

1. Радченко Е.Д., Мелик-Ахназаров Т.Х., Каминский Э. Тем. обзор. Каталитиче­ские процессы глубокой переработки нефти. М. ЦНИИТЭНефтехим. 1980.

2. Войцеховский Б.В., Корма А. Каталитический крекинг. Катализаторы, М, Хи­мия, 1990.

Лекция 7. Процесс МSСС (Фирма «Барко»). Российские установки процесса каталитического крекинга 1А1М, ГК-3, 43-103

План:

1. Процесс МSСС (Фирма «Барко»)

2. Российские установки процесса каталитического крекинга 1А1М, ГК-3, 43-103.

Фирма БАРКО разработала новую концепцию системы контактирования сырья с катализатором, где используются преимущества ультракороткого времени контакта. Система с ультракоротким временем контакта сырья и катализатора, предложенная фирмой БАРКО, представляет собой радикальное отступление от системы с лиф - реактором, применяемой на установках ККФ. Применение такой системы с ультракоротким временем контакта в процессе каталитического крекинга в псевдоожиженном слое известно под названием MSCC (миллисекундный каталитический крекинг). Процесс успешно внедрен в промышленности и было лицензировано несколько установок. Принцип работы реактора MSCC показан на рисунке 17, а реакторный блок на рисунке 18.

Рисунок 17 - Принцип работы реактора MSCC

1 - реактор; 2 - отпарная колонна;

3 - первичный сепаратор; 4 - стояк регенерированного катализатора;

Сырье вводится перпендикулярно нисходящему потоку катализатора. Продукты реакции и катализатор переносятся в зоне реакции в горизонтальном направлении в первичный сепаратор, где и происходит разделение паров и катализатора. Этот способ контактирования обладает преимуществами не только применительно к процессу ККФ, но и к термическим процессам переработки тяжелых остатков (ЗД). Помимо преимуществ короткого времени контакта, связанных с увеличением выходов, монтаж реакторов процесса MSCC обходится дешевле, чем монтаж системы с лифт - реактором. Так как реактор имеет относительно малые размеры по сравнению с лифт - реактором, его можно полностью монтировать на заводе - изготовителе. При строительстве новых установок стоимость реакторно - регенераторного блока на 20-30% дешевле, чем системы с лифт - реактором.

Рисунок 18 - Компановка установки MSCC

1 - реактор и отпарная секция; 2 - регенератор.

Доля установок, перерабатывающих остаточное сырье, по отдельным регионам зависит от потребления котельного топлива и наличия установок коксования - процесса конкурирующего с ККФ в переработке остатков. К установкам, перерабатывающим остатки, как уже указывалось выше, условно относят установки ККФ, в сырье которых 5% и более фракций, выкипающих выше 538°С. Примерно 90% установок ККФ работает на смесях (в основном с мазутом), а остальные на утяжеленных вакуумных газойлях. Распределение установок ККФ по типам перерабатываемого сырья в % от общего количеств установок:

Мазут - 51

Гудрон - 17

Деасфальтизат - 21

Тяжелый вакуумный газойль - 11

Без реконструкции действующих установок удается перерабатывать сырье с коксуемостью по Кондрадсону не выше 2% масс. и содержанием металлов (Ni + V) до 5 мг/кг. Подбирая предельно допустимое количество остаточного компонента, его подмешивают к сырью до тех пор, пока не возникает каких-либо ограничений (мощности компрессора, воздуходувки, регенератора). Обычные вакуумные газойли имеют коксуемость 0,5%, а суммарное содержание металлов (Ni + V) ниже 1-2 мг/кг.

При крекинге такого сырья образуется 4-6 % масс. кокса на сырье, что достаточно для замыкания теплового баланса реакторного блока при температурах в регенераторе 670-720°С. Однако коксуемость мазута достигает 15, а гудронов даже 25 % масс., поэтому качество смешанного сырья значительно хуже, чем вакуумного газойля.

Массовый перевод установок ККФ на остаточное сырье в США произошел после 1979 г. Изменение сырья привело к изменению качества равновесного катализатора, режима работы и более широкому использованию ряда технологических приемов.

На установках, использующих остаточное сырье, предварительный подогрев сырья снижен в среднем на 30°С, температуры в реакторе и регенераторе повышены в среднем соответственно на 11 и 25°С. Используется дожиг СО, обогащение воздуха, подаваемого в регенератор кислородом, пассивация металлов, впрыск водяного пара или пара и воды на распыл сырья, съем избыточного тепла регенерации.

Обычно при переработке дистиллятного сырья догрузка катализатора составляла 0,43 - 0,53 кг/м³ сырья. С переходом на переработку остаточного сырья существенно снизилась микро активность и повысилась концентрация металлов на равновесных катализаторах (таблица 7.1), поэтому догрузка катализатора возросла в среднем до 1 кг/м³, а на более тяжелых видах сырья до 1,2-1,3 кг/м. При переработке только низкокачественных остатков она достигает 3-4 кг/м.

В Японии более половины установок ККФработает на смешанном сырье, содержащем от 10 до 50%остаточного компонента. В Западной Европе и на Ближнем Востоке примерно 30% установок ККФ перерабатывает сырье с содержанием остатков от 10 до 100%.

Таблица 7.1 - Изменение качества равновесных катализаторов при переходе

на переработку остаточного сырья в США

Показатели	В среднем по установкам перерабатывающим
Тяжелый	Деасфаль	Гудрон	Мазут	Остатки
	вакуумный	тизат
	газойль
Микроактивность, в %	72,0	66,9	68,7	64,5	66,5
Содержание металлов, мг/кг:
никель
ванадий
Сумма (Ni + V), мг/кг
Догрузка катализатора, кг/м^3	0,62	0,58	0,91	1,01	0,84

Процесс ККФ в течение более чем 60-ти летней истории непрерывно совершенствовался, а его технике - экономические показатели улучшались. С момента внедрения ККФ затраты на строительство установок одинаковой мощности снижены в четыре раза, а выход бензина увеличен более чем на 50 %. Технике - экономическая эффективность работы установок во многом зависит от длительности пробега. Длительность пробега установок ККФ (между капитальными ремонтами реактора и регенератора) от 2 до 4 лет, а в отдельных случаях достигает 6 лет.

Перевод установок ККФ на переработку тяжелого остаточного сырья выгоден при наличии достаточной разницы между затратами на сырье и прибылью, получаемой от реализации светлых продуктов.

Перевод действующей установки ККФ, ККФ, газойль, на смешанное сырье (80% вакуумного газойля и 20% гудрона) за счет увеличения разницы между затратами на сырье и стоимостью вырабатываемой продукции увеличивает чистую прибыль на 15 %, несмотря на снижение выхода бензина. Стоимость реконструкции установки ККФ по схеме Эйч-Оу-Си - около 5 млн. долларов, окупаемость затрат происходит примерно за 6 месяцев.

ККФ - процесс энергоемкий. Суммарное потребление энергии составляет 4 -7 % от перерабатываемого сырья, а с учетом сжигаемого кокса - около 40 % от нефти, идущей на энергетические нужды. Потребление энергии распределяется ультразвуковых форсунок для равномерного напыления на частицы катализатора мелких капель жидкого сырья по всему сечению лифт - реактора, двухступенчатой регенерации катализатора.

На рисунке 19 показаны схемы установки 1А1М до и после двух вариантов реконструкции, отличающиеся между собой конструкцией лифт-реактора (внутреннего или внешнего монтажа).

За бывшим реактором сохраняются функции объемного сепаратора и отпарной секции. В нижней части лифт - реактора предусматривается подача водяного пара или сухого газа и установка ультразвукой форсунки. Лифт-реактор выполнен из трех участков переменного сечения. Вследствие большого диаметра (12 м) регенератор разделен на две зоны: центральную «мокрую» и переферийную «сухую», большей площади, с раздельной подачей воздуха и совместным выводом продуктов горения. Наличие небольшой добавки фосфора в составе катализатора обеспечивает окисление СО и SО₂ до СО₂ и SО₃.

На рисунке 20 приведены схемы установок ГК-3 до и после реконструкции, предложенной ГрозНИИ. Усовершенствование установки заключается в ее дооборудование выносным лифт - реактором вместе с объемным сепаратором и отпарной секцией и переделки реакторно-регенераторного блока установки под двухступенчатую регенерацию.

На рисунке 21 приведена схема установки 43-103 до и после предлагаемой реконструкции, заключающейся в замене U-образного транспорта на V -образный. Каталитический крекинг осуществляется в лифт - реакторе внутреннего или внешнего монтажа переменного сечения, с применением акустической форсунки для тонкого распыления сырья и выравнивания температуры

Рисунок 19 - Схема реакторного блока установки каталитического

крекинга 1А1М

а - до реконструкции: 1, 2 - реакторы; 3 - отпарная секция; 4 - регенератор; 5 - циклоны; 6 - объемный сепаратор;

б - после реконструкции (с лифт - реактором внутреннего монтажа):

1, 2 - лифт-реактор; 3 - отпарная секция; 4 - регенератор; 5 - циклоны; 6 - объемный сепаратор;

в - после реконструкции (с лифт - реактором внешнего монтажа):

1 - объемный сепаратор; 2 - отпарная секция; 3 - лифт-реактор; 4 -регенератор.

Рисунок 20 - Схема реакторного блока ГК по проекту ГрозНИИ.

Рисунок 21 - Схема реакторного блока установки каталитического

крекинга 43-103

1 - реактор; 2 - отпарная секция; 3 - транспорт катализатора (а), и

лифт-реактор (б); 4 - регенератор.

крекинга по сечению лифт-реактора. Бывший реактор превращается в объемный сепаратор, оканчивающийся отпарной секцией. В центре регенератора организуется секция «мокрого» регенератора, а на переферии - «сухой» регенератор.

При условии увеличения мощности компрессоров и воздуходувок, устранения других узких мест на всех перечисленных установках можно повысить температуру конца кипения вакуумного дистиллята до 540-580°С, в 1,5-2 раза увеличить производительность по сырью, на 10 % выход бензина с октановым числом по ИМ - 93, работать без рециркуляции, получать 90 %ценных продуктов, уменьшить расход катализатора и удвоить межремонтный пробег установок.

На втором этапе на заводах, перерабатывающих низкосернистые парафино-нафтеновые нефти типа Мангышлакской или Грозненских, каталитическому крекингу можно будет подвергать мазут с коксуемостью 6 % и с содержанием суммы металлов до 30 мг/кг на катализаторе типа La-210 с подачей пассиватора или смеси вакуумного дистиллята с 10-20 % гудрона.

Вопросы для самопроверки

1. Технологические особенности процесса каталитического крекинга МSСС фирмы «Барко».

2. В чем заключается усовершенствование схемы установок ГК-3 ГрозНИИ?

Литература

1. Вайль К.К, Маншилин В.А. и др. Тем обзор. Каталитические процессы глубо­кой переработки нефти. М. ЦНИИТЭНефтехим. 1980.

2. Нефедов Б.К., Коновальчиков Л.Д., Ростаник Н.Н. Тем. обзор. Катализаторы нефтепереработки и нефтехимии на основе высококремниземных цеолитов. М. ЦНИИТЭНефтехим. 1987.

Дата добавления: 2015-07-10