В установках каталитического крекинга фракции прямогонного
тяжелого газойля подвергаются нагреву при повышенном давлении
в контакте с катализатором, способствующему протеканию процесса.
Справочно:
Катализатор - это вещество, ускоряющее или вызывающее химическую реакцию, но остающееся в неизменном виде после окончания целевой реакции. Другими словами, он не подвергается химическим изменениям, но обеспечивает возможность реагирования других веществ друг с другом.
Сырьё каталитического крекинга
Сырьем для процесса каталитического крекинга обычно являются:
1. Вакуумный газойль широкого фракционного состава 350-500 °С.
2. Глубоковакуумные газойли с температурой конца кипения 540-620 °С.
3. Остаточные продукты - мазут, гудрон и/или их смесь с дистиллятным сырьём.
Остаточные продукты могут подвергаться предварительному облагораживанию следующими процессами:
- гидроочисткой;
- деасфальтизацией;
- деметаллизацией.
Типичные сырьевые компоненты каталитического крекинга имеют следуют характеристики:
Продукты каталитического крекинга
Для инициирования каталитического крекинг-процесса, требуется повышенная температура, которая в реакторе при протекании процесса находится в районе 480 °С (900 °F).
Процесс каткрекинга предназначен для содействия протеканию процесса превращения тяжелых фракций в бензин. В идеальном случае, температуры кипения продуктов крекинга должны находиться в интервале, соответствующем бензиновой фракции, но технология не бывает идеальной.
При реальной эксплуатации установок каталитического крекинга одновременно протекает несколько процессов:
- когда длинные углеводородные цепи разрываются на части, то возникает дефицит водорода для насыщения всех молекул, и поэтому определенная часть углерода переходит в кокс, который почти полностью состоит из атомов углерода, слепленных вместе;
- при разрыве высокоуглеродистых молекул получается полный набор низкомолекулярных углеводородов от метана и выше;
- вследствие дефицита водорода многие из формирующихся молекул оказываются олефинами (имеют двойные связи);.
- если некоторые молекулы в сырьевой смеси состоят из нескольких нафтеновых или ароматических циклов, соединенных вместе, они расщепляются на нафтеновые или ароматические молекулы с меньшим числом атомов углерода и олефины;
- молекулы, которые состоят из нескольких нафтеновых или ароматических циклов и длинных боковых радикалов, как правило, теряют боковые цепи.
Полученные при каталитическом крекинге молекулы, хотя и имеют в своей структуре меньше атомов углерода, но оказываются более тяжелыми, то есть характеризуются более высокой относительной плотностью. Кроме того, их температуры кипения обычно также выше, а молекулы образуют продукт более тяжёлый, чем исходное сырье. Таким образом, продуктами
крекинга является полный комплект углеводородов, от метана до остатка, а также кокс.
Реактор каталитического крекинга
Центральное место в установке каталитического крекинга является реактор.
Сырьевая смесь проходит через нагреватель, смешивается со свежим катализатором и поступает в вертикальную трубу (райзер), ведущую в нижнюю часть крупнотоннажного сосуда, имеющего сходство с резервуаром для воды, который называется реактором.
В момент, когда сырье попадает в реактор, процесс крекинга уже инициирован, поэтому длительность пребывания сырьевой смеси в реакторе исчисляется несколькими секундами. В более
современных схемах крекинг-установок, в основном, происходит
уже в райзере, а реактор требуется исключительно чтобы отделить углеводороды от катализатора. Это производится посредством циклона, механического приспособления, использующего принцип центрифугирования.
Катализатор каталитического крекинга бывает одного из двух типов:
- шарики, диаметром 30 или 60 мм;
- микросферы, которые выглядят, как детская присыпка.
В настоящее время шарики практически не используются.
Микросферы обладают двумя специфическими свойствами:
- если сосуд с таким катализатором встряхнуть или наклонить, порошок ведет себя подобно жидкости, поэтому такой процесс также называется
крекингом с псевдоожиженным катализатором; - каждая микросфера (или шарик) имеет множество пор и, как следствие, огромную площадь поверхности, а так как действие катализатора
зависит от его контакта с сырьем, то большая площадь поверхности - очень важное свойство катализатора.
Регенератор каталитического крекинга
Часть углеводородов, превращающаяся во время крекинга в кокс, оседает на катализаторе в виде отложений. Когда поверхность катализатора значительно покрывается отложениями, катализатор утрачивает активность (становится отработанным). Чтобы удалить отложения кокса
отработанный катализатор направляется в сосуд, который называется регенератором, где он смешивается с горячим воздухом, разогретым до температуры порядка 600 °С (1100 °F). В результате происходит следующая химическая реакция:
- в более старых моделях установок
- в более новых моделях установок
В общем виде схема регенератора катализатора каткрекинга выглядит следующим образом:
Процесс регенерации катализатора называется окислением (выжигом) кокса и похож на сжигание древесного угля в брикетах, потому что в
обоих случаях к углероду присоединяется кислород с образованием диоксида углерода и иногда монооксида углерода и выделением большого количества тепла.
Тепло в виде горячего потока продуктов сгорания кокса обычно используется в какой-либо части процесса, например, для нагрева сырья в теплообменнике. В более старых схемах поток продуктов газов регенерации направляется в печь, где моноксид доокисляется до диоксида, после чего направляется в атмосферу.
Восстановленный (регенерированный) катализатор выходит с низа части регенератора и может быть снова смешан с сырьевой смесью и направлен в реактор. Таким образом, катализатор находится в постоянном движении, проходя по циклу крекинг - регенерация.
Ректификационная колонна крекинга
Углеводородная смесь, полученная в реакторе в результате крекинга, подается (перекачивается) в ректификационную колонну, предназначенную для фракционирования продуктов каталитического крекинга.
В колонне смесь обычно разгоняется на следующие фракции:
углеводородные газы (С4 и более легкие);
- крекинг-бензин;
- легкий крекинг-газойль;
- тяжелый крекинг-газойль;
- кубовый остаток - рециркулирующий газойль.
Рециркулирующий газойль может быть использован разными способами, но в большинстве случаев его смешивают со свежим сырьём и в смеси направляют снова в процесс. При достаточно большом числе циклов рециркулирующий газойль может полностью крекироваться и такая схема называется рециркуляцией до уничтожения.
Тяжелый крекинг-газойль можно быть использован в качестве сырья для термического крекинга или как компонент мазута.
Легкий крекинг-газойль является хорошим компонентом дизельного и дистиллятного топлива, а крекинг-бензин служит качественным компонентом автобензина.
Граница между фракциями бензина и легкого газойля не является жёстко фиксированной, а её перемещение позволяет управлять соотношением
между бензином и дистиллятом в зависимости от времени года:
- в зимний отопительный сезон, многие НПЗ переходят на режим максимального отбора дистиллята посредством снижения конца кипения крекинг-бензина, так чтобы большее его количество продукта провалилось в легкий газойль;
- летом, при переключении на режим максимального отбора бензина, границу между фракциями сдвигают в противоположном направлении.
Верхние погоны, выходящие из фракционирующей колонны крекинга, отличаются по составу от легких дистиллятов первичной перегонки 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 отправляется для разделения на установку разделения крекинг-газа. Изобутан, пропилен и бутилены, вырабатываемые на установке каталитического крекинга, являются сырьём для процесса алкилирования, в котором эти олефины превращаются в компоненты смесевого бензина.
Принципиальная схема каталитического крекинга
Все узлы установки каталитического крекинга, соединенные в общую систему, показаны на рисунке ниже:
Обратите внимание, что в системе имеется два циркулирующих
потока:
- в левой части рисунка катализатор покидает зону реакции, проходит регенерацию и снова поступает в зону реакции;
- в правой части углеводородные фракции входят в систему и уходят из нее, но за счет фракции рециркулирующего газойля часть компонентов постоянно циркулирует в системе.
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.