Первая промышленная установка каталитического крекинга была запущена в США в эксплуатацию в 1936 году и была построена на основании изобретения Эжена Худри, которым он существенно расширил свой первый патент 1957648.
Патент 2035478 "PRODUCTION OF MOTOR FUEL" (Производство моторного топлива) был выдан Эжену Худри 31.03.1936 года на основании заявки поданной им 20.07.1932.
В аннотации к изобретению написано: Данное изобретение относится к способам и устройствам для получения моторного топлива путем превращения высококипящих углеводородов в низкокипящие углеводороды и для очистки последних с получением готового продукта. Предпочтительным является, чтобы химические превращения осуществляются с использованием катализаторов, способных и предназначенных для регенерации на месте, но преимущества изобретения могут быть достигнуты в значительной степени, когда первичным превращением является операция термического крекинга.
Задачи изобретения:
1. Обеспечение максимального выхода моторного топлива из любого исходного сырья.
2. Производство моторного топлива высшего качества, обладающего такими характеристиками, как:
- высокая антидетонационная способность;
- стабильность;
- хороший цвет;
- отсутствие неприятного запаха;
- отсутствие смолистого остатка и смолообразующих компонентов.
3. Увеличение или продление периода работы катализатора.
4. Возможность использования стандартного катализатора для всех видов исходного сырья.
Изобретение предусматривает использование катализатора рафинирования, способного завершить обработку желаемого углеводородного материала и обеспечить полимеризующий эффект, при котором некоторые из очень легких паров или неконденсирующихся газов превращаются в моторные топлива. Такой катализатор быстро отравляется определенными соединениями в исходном материале, особенно серосодержащими (сероводород и пр.). Эти соединения преимущественно содержатся в неконденсирующихся газах, которые присутствуют после конверсии исходного сырья и могут быть полностью или в большей степени удалены с помощью подходящей операции газоочистки.
На практике все неконденсирующиеся газы отделяются после стадии конверсии для очистки. Это требует конденсации преобразованного материала, предпочтительно после фракционирования. Конденсат, предпочтительно после стабилизации, повторно испаряется и вместе со всеми газами со стадии очистки поступает непосредственно в контакт с катализатором рафинирования.
Какое влияние катализатор очистки оказывает на более легкие газы, Худри точно описать не смог, но на основании повышенного выхода моторного топлива по сравнению с тем, который можно было ожидать до контакта паров и газов с этим катализатором, сделал вывод о полимеризующем эффекте и гидрировании свободным водородом, образовавшимся:
- при разложении сероводорода на стадии очистки газов;
- в результате превращения тяжелых углеводородов в легкие углеводороды.
Описание схемы установки Худри:
1. Исходное сырьё, нагретое или при атмосферной температуре, поступает в трубчатую крекинг-печь 2 по клапанной линии 1 и выводится по одной из клапанных линий 3 или 3а в одну из двух теплоизолированных каталитических камер 4 или 4а, содержащих каталитический материал, способный осуществлять желаемую конверсию и регенерируемый на месте.
2. Если исходное сырьё газойль и полностью испаряется, то поступает непосредственно в трубопроводы 3 и 3а через клапанный патрубок 5.
3. При неполном испарении в печи исходного сырья, газожидкостная смесь направляется в сепаратор 6, из которого пары проходят в камеры преобразования, в то время как жидкости отводятся через клапанный патрубок 7, который проходит через теплообменник 8 и сливается в накопительный бак 9.
4. Преобразованные пары из камер 4 и 4а направляются через клапанные выпускные отверстия 10 и 10а в паропровод 11, который проходит через теплообменник 12 во фракционирующую колонну 13.
5. Жидкости, поступающие в колонну 13, отводятся клапанным сливом 14, который проходит через теплообменник 15 в резервуар для хранения 16.
6. Газы и низкокипящие пары проходят из верхней части колонны 13 по трубопроводу 17 в конденсатор 18, который имеет клапанный выпуск 19, выходящий в газоотделитель 20.
7. Из газоотделителя жидкость стекает через клапанный патрубок 21 в приемник 22, откуда часть конденсата может отводиться через клапанный патрубок 23 и нагнетаться насосом 24 к распределителю 25 в верхней части фракционирующей колонны 13 для осуществления контроля температуры в ней за счёт острого орошения.
8. Углеводородные пары и неконденсирующиеся газы выходят из газоотделителя 20 через клапанный патрубок 26 в абсорбер 27 и удаляются по клапанному трубопроводу 28.
9. Показанный абсорбер использует низкокипящий жидкий конденсат, который поступает по клапанной линии 29 для очистки газов, а обогащенный конденсат или абсорбент выходит по клапанной линии 30, которая отводится в нагреватель или перегонный куб 31, где поглощенные пары отделяются от низкокипящего конденсата, который выходит в виде обедненного абсорбента через клапанную линию 32.
10. Очищенные пары проходят по клапанной линии 33 в конденсатор 34, оттуда по клапанной линии 35 во второй газоотделитель 36, из которого жидкий конденсат проходит по клапанной линии 37 в приемник жидкости 38 , в то время как газы из сепаратора 36 проходят по клапанной линии 39 в магистральный газопровод 28.
11. Сырой жидкий продукт требуемого фракционного состава, находящийся теперь в приемниках 22 и 38, отводится через клапанные выпуски 40 и 41 соответственно и предпочтительно подается через клапанный патрубок 42 в стабилизатор 43.
12. В стабилизаторе 43 газы и очень легкие пары, растворенные в жидкости высвобождаются и проходят по клапанному трубопроводу 44 в магистральный газопровод 28.
13. Стабилизированная жидкость из стабилизатора 43 отводится через клапанный патрубок 45 и затем поступает в рафинирующее устройство.
14. При желании этап стабилизации может быть пропущен с помощью перепускного клапана 48.
15. Жидкий продукт, выходящий из трубопровода 45 или через перепускной канал 46, должен быть повторно испарен и с этой целью может быть:
- подан непосредственно в трубчатую печь 47 через клапанный патрубок 46;
- предварительно нагрет до достижения трубчатой печи 47 путем прохождения его через клапанный патрубок 49, теплообменник 50, клапанный трубопровод 51, клапанный трубопровод 52, теплообменник нагревателя 53 и клапанный трубопровод 54.
16. Для обеспечения гибкости управления предварительным нагревом неочищенной жидкости можно байпасировать теплообменник 50 за счет использования перепускного клапана 51а.
17. Тем временем газы в магистральном газопроводе 28, которые были собраны из абсорбера 27, второго газоотделителя 36 и стабилизатора 43, проходят через теплообменник 55 в нагреватель 56, где их температура повышается до необходимой для последующей операции очистки.
18. Газы из нагревателя 56 проходят через клапанный патрубок 57 или 57а в любую из двух камер очистки 58 или 58а, которые содержат каталитический материал, способный удалять органическую серу или расщеплять сложные углеводороды, содержащие серу, и затем удалять такую серу, а также иным образом очищать газы и удалять все или большинство веществ, которые способны отравлять катализатор, используемый в последующей операции рафинирования.
19. Очищенные газы покидают камеры 58 и 58а через клапанные сборки 59 и 59а, проходят через трубопровод 60 и теплообменник 55 в секцию очистки. При желании теплообменник 55 может быть байпасирован посредством клапанной сборки 61.
20. Очищенные газы в трубопроводе 60 и повторно испаренная жидкость из трубчатой печи 47 проходят вместе, при соответствующей рабочей температуре, через клапанное соединение 62 или 62а, в любую из двух камер очистки 63 и 63а, содержащих каталитический материал, способный осуществлять окончательную очистку и полимеризацию, а также способный к регенерации на месте.
21. Очищенный продукт в парообразном состоянии выводится через клапанный патрубок 64 или 64а в паропровод 65, проходит через теплообменник 53 и предпочтительно выводится через клапанный патрубок 66 во вторую фракционирующую колонну 67.
22. Фракционированные пары выходят через клапанный патрубок 68 в конденсатор 69, который выпускается через клапанный патрубок 70 в газоотделитель 71, из которого несконденсировавшиеся газы отводятся клапанным патрубком 72, в то время как повторно очищенный жидкий продукт отводится клапанным патрубком 73 в приемник 74.
23. Часть конденсата в приемнике 74 может отводиться клапанным соединением 75 и подаваться насосом 76 в распределитель 77 в верхней части колонны 67 для регулирования температуры в ней посредством острого орошения.
24. Полностью очищенный продукт может быть выведен из приемника 74 по клапанному трубопроводу 78 в резервуар 79 для хранения.
25. При желании вторую фракционирующую колонну 67 можно байпасировать, используя перепускной клапан 80.
26. Жидкость с низа фракционирующей колонны 67, отводится через клапанный патрубок 81 и теплообменник 50 в накопительный бак 82.
27. Исходное сырьё из резервуара для хранения 83 может быть:
- направлено через клапанный патрубок 84 и нагнетено насосом 85 по клапанному трубопроводу 86 непосредственно в линию 1, ведущую к крекинг-печи 2;
- предварительно нагрето путем подачи насосом 85 в клапанный трубопровод 87, который проходит через теплообменник 15 и оттуда непосредственно через клапанное соединение 88 и теплообменник 8 в линию 1.
28. Клапанный трубопровод 88 может быть закрыт, так что исходное сырьё будет забирать дополнительное тепло, проходя через клапанный трубопровод 89 и теплообменник 12.
29. После того, как свежее сырье в резервуаре 83 будет израсходовано, могут быть произведены дополнительные прогоны рециркулирующего сырья путем подсоединения резервуаров 82, 16 либо вместе, либо последовательно к насосу 85.
30. Каталитические камеры 4, 4а / 58, 58а / 63, 63а предусмотрены попарно для того, чтобы установка могла работать в непрерывном режиме, при этом одна камера каждой пары находится в потоке, в то время как другая находится в процессе регенерации. Таким образом, каждая камера выполняет свою функцию поочередно. Камеры снабжены катализаторами, подходящими для их соответствующих операций, и имеют такую форму, которая позволяет проводить регенерацию на месте.
31. Камеры 58, 58а очистки газа содержат любой подходящий или желаемый материал для удаления серы и/или других нежелательных соединений и для иной очистки газов, поступающих в них из нагревателя 56.
32. Чтобы обеспечить регенерацию очищающих контактных масс, предпочтительно использовать мелкодисперсные металлы или оксиды металлов, нанесенные на носители типа, раскрытого в патентах Соединенных Штатов Альфреда Джозефа № 1775366 и 1818403, датированных 9 сентября 1930 года и 11 августа 1931 года, соответственно.
33. Во время эксплуатации предпочтительными температурами являются:
- для катализатора каталитического крекинга - от 800 до 1000 °F (427 - 538 °С);
- для катализатора очистки газа - от 350 до 700 °F (177 - 371 °С);
- для катализатора рафинирования - от 400 до 650 °F (204 - 343 °С).
34. Температура во время регенерации будет в значительной степени зависеть от используемого катализатора:
- для регенерации путем окисления температура не должна опускаться ниже 800 °F (427 °С);
- если катализатор содержит гидросиликат алюминия, то температура не должна существенно превышать 1050 °F (565 °С).
35. Рабочие циклы могут проводиться при атмосферном или большем давлении и, при желании, при различных давлениях в различных частях аппарата.
36. Регенерацию всего катализатора или контактных масс предпочтительно осуществляют путем окисления.
37. Для камер каталитического крекинга 4 и 4а регенерирующая среда может подаваться через клапанные впускные отверстия 90 и 90а, а пары отводиться через клапанные выпускные отверстия 91 и 91а.
38. В камеры очистки газа 58 и 58а регенерирующая среда поступает через клапанные впускные отверстия 92 и 92а, а пары выводятся через клапанные выпускные отверстия 93 и 93а.
39. Для рафинирующих камер 63 и 63а регенерирующая среда может подаваться через клапанные впускные отверстия 94 и 94а, а пары выводиться через клапанные выпускные отверстия 95 и 95а.
40. Катализатор полимеризации и гидрирования:
- содержит 98% активированной глины и 2 % оксида никеля в мелкодисперсной форме;
- оба компонента смешивают, формуют в кусочки подходящего размера и выпекают при температуре 1000 °F (538 °С).
41. В катализаторе рафинирования компонент оксида металла должен составлять менее 10% от общего количества.
Изобретение Худри было весьма прогрессивным и помимо процесса каталитического крекинга включало в себя ряд новшеств для нефтепереработки:
- острое орошение для регулирования температуры в колонных аппаратах;
- гидроочистку от серосодержащих соединений;
- полимеризацию лёгких углеводородов.
Можно сказать, что первенство в каталитическом крекинге по праву принадлежит США, приютившем французского изобретателя Эжена Худри.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.