Каталитический крекинг в псевдоожиженном слое (FCC) - наиболее значимый и широко используемый в прогрессивной нефтеперерабатывающей промышленности процесс конверсии высококипящего сырья. В ходе развития процесса так сложилось, что установки FCC функционировали в режимах максимальной выработки бензинов или дистиллятов, с привязкой к сезонному спросу на нефтепродукты и расположения НПЗ. В последнее десятилетия, с формированием спроса на реформулированный бензин, появилась необходимость работы установок крекинга в режиме максимизации выработки олефинов.
Низкокипящие изоолефины - изобутилен и изоамилен - являются сырьём, требующимся для производства оксигенатов - компонентов компаундирования реформулированного бензина - МТБЭ (метил-трет-бутиловый эмир) и МТЭА (метил-трет-амиловый эмир). Спрос на алкилаты, увеличившийся из-за требований к характеристикам реформулированного бензина, также является причиной роста необходимого объема выработки легких олефинов.
Если рассматривать нефтехимическую промышленность, то она испытывает увеличивающуюся потребность в пропилене, чтобы производить различные изделия. Около половины пропилена, используемого химической промышленностью, вырабатывается на НПЗ, а оставшаяся часть получается в результате парового крекинга (ПК) - пиролиза. В результате увеличивается спрос на пропилен, вырабатываемый на установках крекинга (каталитического и парового), но так как главный продукт установок пиролиза - этилен, для получения пропиленов и бутиленов в большей мере применим каталитический процесс.
Спрос на пропилен, как сырьё для алкилирования и производства полипропилена продолжает демонстрировать постоянный рост. В странах, где при компаундировании бензинов допустимо использование МТБЭ и МТАЭ, спрос на изоолефины также растёт. Всё это является причиной того, что установки FCC и пиролиза вынужденно эксплуатируются на высокой производительности, поэтому для удовлетворения потребности в низкокипящих олефинах (от С3 до С5) требуется экономически рациональный процесс их получения.
С этой целью компания Stone & Webster заключила с Научно-исследовательским институтом переработки нефти (Research Institute of Petroleum Processing - RIPP) и компанией Sinopec International, базирующейся в КНР, соглашение об исключительном лицензировании процесса глубокого каталитического крекинга (англ. Deep Catalytic Cracking - DCC) компании RIPP за пределами Китая.
DCC - внедренная в производство (подобно FCC) технология выработки низкокипящих олефинов (от С3 до С5) из газойлей и парафинистых остатков.
В таблице ниже приведены все введенные в эксплуатацию до 2002 года установки DCC:
Технология процесса каткрекинга DCC
DCC - это технология каталитического крекинга в псевдоожиженном слое для селективного крекинга сырья разного состава до низкокипящих олефинов:
- Применяется классическая компоновка с реактором и регенератором.
- Катализаторы процесса по физическим характеристикам имеют сходство с катализаторами FCC.
- Установки могут эксплуатироваться в двух режимах:
- максимальной выработки пропилена (тип I) - производится последовательный крекинг в лифт-реакторе и в слое при жестких условиях;
- максимального отбора изоолефинов (тип II) - применяется крекинг в лифт-реакторе при умеренных условиях.
- Для каждого режима свои рабочие параметры и индивидуальный тип катализатора.
- Продуктами процесса являются:
- легкие олефины;
- высокооктановый бензин;
- легкий газойль (ЛГ);
- сухой газ;
- кокс;
- небольшие количества остатка.
Технологическая схема
На рисунке ниже приведена технологическая схема установки DCC типа I, использованная при описании технологического процесса. Единственным отличием компоновки установки типа I от типа II является большая высота лифт-реактора и установка концевого оборудования райзера на отметку выше слоя катализатора в реакторе.
Описание технологической схемы
Свежее сырьё диспергируется паром и через специализированные форсунки компании Stone & Webster инжектируется в лифт-реактор, распределяясь поверх катализаторного слоя в плотной фазе. Диспергированное сырьё контактирует с катализатором и начинает распадаться на более низкокипящие и ценные компоненты. Для процесса DCC, как и для FCC, требуется высококачественная система впрыскивания сырья, которая обеспечит его быстрый переход в паровую фазу и правильное направление реакций селективного каталитического крекинга.
Через стандартные распылители, установленные непосредственно над точкой ввода сырья, в лифт-реактор осуществляется подача пара для:
- дополнительного распределения сырья;
- отпарной секции, чтобы создать оптимальное парциальное давления углеводородов.
Для функционирования установок DCC типа II необходимо гораздо меньше пара, и распылители для дополнительной инжекции пара могут не потребоваться.
В точке, находящейся над форсунками инжекции пара в лифт-реактор, вводится рециркулирующий крекинг-остаток. Возврат остатка требуется не, чтобы увеличить общую глубину конверсии сырья, а для оптимизации баланса вырабатываемого и потребляемого тепла, так как большую часть продукта из данного потока формирует кокс.
В верхней части лифт-реактора катализатор, пар и углеводороды проходят через концевое оборудование лифт-реактора, находящееся под слоем в реакторе. Глубина превращения сырья может быть отрегулирована посредством изменения:
- высоты слоя катализатора (среднечасового расхода углеводородов) по отношению к распределителю лифт-реактора;
- температуры реактора.
Высокоэффективные двухступенчатые циклоны реактора обеспечивают удаление из паров реактора унесенного катализатора. Продукты реакции, инертные газы, пар и незначительное количество катализатора попадают из реактора в нижнюю часть основной фракционирующей колонны, где происходит разделение продуктов.
Затвор на трубопроводе возврата восстановленного катализатора выполняет функцию регулировки температуры в реакторе, за счет изменения количества горячего катализатора, который поступает в лифт-реактор.
В таблице ниже указаны номинальные значения температур и давлений в реакторе для разных крекинг-процессов:
В отпарной секции реактора предусмотрены отбойные перегородки, которые образуют ступени.
Пар, вводимый через основное паровое кольцо:
- производит аэрацию слоя катализатора;
- выдавливает захваченные углеводороды;
- отпаривает из катализатора адсорбированные компоненты.
Пар, подаваемый через кольцо аэрации, находящееся в основании отпарной секции:
- сохраняет псевдоожиженное состояние катализатора;
- обеспечивает его ритмичное поступление в стояк закоксованного катализатора.;
Альтернативой отпарной секции с отбойными перегородками является конструкция с насадками, которые образуют ступени.
Закоксованный катализатор отводится из отпарной секции через стояк с наклонным профилем. Пар, нагнетаемый через аэрационные штуцера, равномерно расположенные по длине стояка, сохраняет аэрированное состояние катализатора и компенсирует объем, который высвобождается компримируемым газом. Затвор, находящийся перед вводом стояка в регенератор, выполняет регулирование высоты слоя в реакторе, которая оптимизируется по показателям глубины конверсии сырья и функциональной способности установки.
Отработанный катализатор распределяется внутри регенератора диспергатором, находящимся над кольцами нагнетания воздуха для выжига кокса. Кольца выполняют равномерное распределение воздуха по слою катализатора, выполняя аэрацию слоя и обеспечивая выжиг кокса. Регенератор функционирует в режиме исчерпывающего сжигания при избытке кислорода - 2% об. Дымовые газы из регенератора поступают в высокоэффективные двухступенчатые циклоны, которые производят удаление из газа унесенного катализатора. Типичное значение температуры в регенераторе - порядка 700 °C. Затвор дымового газа позволяет регулировать разницу давлений между реактором и регенератором.
Горячий восстановленный катализатор забирается в точке, находящейся несколько ниже уровня слоя в регенераторе, и направляется в приемник катализатора, где производится его деаэрирование до плотности в стояке перед подачей в него. Воздух для аэрации нагнетается в приемник катализатора посредством воздушного кольца. Через аэрационные штуцера, расположенные вдоль стояка, нагнетается воздух для компенсации объема, которые высвобождается при сжатии газа. Далее катализатор минует через затвор, который, изменяя скорость его перемещения, может контролировать значение температуры в реакторе. Короткая вертикальная секция, которая находится под распределителями ввода сырья, выполняет стабилизацию поток катализатора и является обратным затвором, предотвращающим попадание сырья в регенератор.
В установке улавливания паров используется колонна фракционирования с малой разницей давлений и конденсаторами орошения для перевода в жидкое состояние больших объёмов паров, отводимых из конвертера. Большие объемы сухого и сжиженного углеводородного газа (СУГ) обуславливают применение более мощного компрессора влажного газа, чем в компоновке установок FCC. Абсорбер и отгонная колонна, включаемые в схему после компрессора влажного газа, рассчитываются для повышенного отбора пропан-пропилена и достаточно низкого выхода бензина. Для выработки пропилена - сырья процесса полимеризации - требуется колонна деэтанизации и разделитель пропан-пропиленовой фракции, устанавливаемые после колонн дебутанизации и депропанизации. Чтобы извлекать этилен, и в особенности после исчерпывающего извлечения пропилена в процессе DCC, работающем для нужд нефтехимических заводов, может быть интересной установка криогенного извлечения этилена, в которой применяется технология Advanced Recovery System (ARS) компании Stone & Webster. Система извлечения газа на продвинутых нефтехимических заводах может быть оптимизирована, за счет применения технологию максимального извлечения олефинов Stone & Webster, позволяющей существенно сокращать капитальные затраты.
Система рекуперации дымового газа, включаемая в схему после регенератора процесса DCC, имеет сходство с системой установок FCC и состоит из:
- шибера дымового газа, регулирующего разницу давлений между регенератором и реактором;
- дросселирующей камеры после затвора.
Тепло утилизируется в охладителе дымовых газов при производстве перегретого пара высокого давления. В зависимости от локальных норм экологического законодательства на выбросы в атмосферу, система может компоноваться трехступенчатым циклонным сепаратором перед шибером дымового газа или электростатическим фильтром на входе в дымовую трубу. Аналогично, локальные требования к содержанию SOx и/или NOx могут обосновать:
- обязательность наличия скруббера дымовых газов;
- добавки к катализатору для поглощения SOx и сокращения его выбросов;
- установки селективного каталитического восстановления для удаления NOx.
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.
