Типовой комплекс FCC имеет в своем составе следующие блоки:
1. Реактор и регенератор:
- в реакторе сырье крекируется до продуктов, имеющих в своем составе углеводороды от метана до наиболее тяжелых компонентов, а также водородсодержащий и сероводородный газ;
- в регенераторе происходит процесс восстановления циркулирующего деактивированного катализатора посредством выжига кокса потоком горячего воздуха.
2. Основная колонна фракционирования, в которой продукт реактора разделяется на различные продукты:
- верхний погон колонны - бензин и более низкокипящие фракции;
- более высококипящие жидкие продукты - тяжелый бензин и газойли - отбираемые в виде боковых погонов;
- в виде кубового погона отделяется крекинг-остаток.
3. Установка ненасыщенных газов (концентрирование газов), где нестабильный бензин и более низкокипящие верхние продукты колонны фракционирования делятся на:
- топливный газ;
- углеводороды С3-С4 для установок алкилирования или полимеризации;
- дебутанизированный бензин, практически подготовленный для использования, если только не планируется дальнейшая химическая конверсия.
Исходя из потребностей НПЗ некоторые не трансформировавшиеся вещества в пределах температур кипения сырья могут подаваться обратно в реактор. Обычно, конверсия, глубина которой вычисляется как остаток вычитания процентов отбора жидких фракций тяжелее бензина от 100%, никогда полностью не происходит. Нижний погон колонны фракционирования - крекинг-остаток - обычно направляется для приготовления тяжелого нефтяного топлива. Легкий газойль, получаемый в виде бокового отбора, обычно применяется при обогреве зданий, хотя данный продукт пригоден также для компаундирования дизельных топлив.
В компоновке продвинутой установки FCC, обычно находится оборудование для утилизации дымовых газов, обладающих значительной энергией, которую может быть преобразована и полезно использована.
Обычно дымовые газы содержат в своем составе:
- азот воздуха, подаваемого для выжига кокса в регенератор;
- продукты сгорания кокса (COx, SOx, NOx и водяные пары);
- тонкие частицы катализатора;
- остаточные количества иных соединений.
Дымовые газы, отводимые из регенератора, характеризуются:
- высокой температурой, порядка 700-780 °C (1292-1436 °F);
- избыточным давлением от 0,07 до 0,28 МПа (10 - 40 фунт/дюйм2).
Тепловую и кинетическую энергию дымовых газов можно направить на выработку пара или электроэнергии (в турбодетандере и генераторе). Угарный газ в дымовых газах подлежит дожигу до углекислого газа в котле-утилизаторе, генерирующем пар высокого давления. Тонкие частицы катализатора могут быть уловлены электростатическим фильтром или специально предусмотренной для этого третьей ступенью сепаратора.
Реактор и регенератор
Центральная часть типового комплекса FCC - блок реактора и регенератора.
При функционировании установки, в реактор-райзер в смеси с восстановленным катализатором поступает свежее сырьё и, в зависимости от необходимой структуры вырабатываемых продуктов, рецикловые газойли (возвратные). Сырьё может быть подогрето посредством теплообмена или в трубчатой печи (подогреватель прямого нагрева).
Горячий катализатор из регенератора, контактируя с сырьем, производит его испарение, и происходит инициация реакций крекинга. Формирующиеся пары выполняют подъем катализатора восходящим потоком по лифт-реактору, где крекинг-реакции останавливаются и происходит быстрое отделение катализатора от углеводородных паров, чтобы минимизировать вторичные реакции. Смесь углеводородов и катализатора подается из райзера через устройство, позволяющее отделить от газа большую часть катализатора - в реактор-сепаратор. Полное отделение катализатора от парообразных продуктов происходит в циклонах.
Продукты из реактора направляются в основную колонну фракционирования, чтобы разделиться на попутные газообразные алкеносодержащие продукты, бензиновую и газойлевые фракции. Деактивированный катализатор поступает нисходящим потоком из реактора-сепаратора в секцию отпарки, где направленный противоходом поток пара производит вытеснение из катализатора углеводородных паров, которые содержатся в порах, и часть адсорбированных паров. После отпарки катализатор нисходящим потоком поступает по стояку в регенератор.
В ходе крекинг-реакции на обращающемся в системе катализаторе происходит отложение углеродистого побочного продукта - кокса, который постоянно удаляется в регенераторе посредством выжига с поверхности катализатора. Ключевая задача регенератора - выполнение восстановления каталитической активности в такой степени, чтобы при подаче обратно в реактор катализатор мог дальше выполнять свою функцию. Регенератор переводит в газообразное состояние кокс, которые отложился на поверхности гранул катализатора, и в то же время сообщает обращающемуся катализатору тепло. Тепло, которое переносит горячий восстановленный катализатор, тратится на компенсацию затрат тепла секции крекирования.
При наличии потребности регенератор может работать в условиях, при которых обеспечивается исчерпывающий или неполные внутренний выжиг окиси углерода (СО) до двуокиси (СО2), или же дожиг может быть организован в выносном котле дожига. При дожиге угарного газа в регенераторе, в котле-утилизаторе может быть извлечено из дымового газа большое количество тепла. Перед отводом из регенератора, дымовые газы проходят через циклонные сепараторы, чтобы минимизировать унос катализатора.
Чтобы поддерживать активность эксплуатируемого объема катализатора и восполнять потерь последнего в результате уноса дымовыми газами, в систему циркуляции катализатора вводится из бункера-накопителя свежий катализатор. Назначением дополнительного бункера-накопителя является сбор деактивированного катализатора, отводимого из схемы установки, чтобы поддерживать активность катализатора на необходимом уровне, и для организации его хранения при остановках для обслуживания и ремонта установки.
Блок фракционирования установки каткрекинга FCC
Продукты из реактора в паровой фазе поступают в основную колонну фракционирования, из которой:
- с верха отводятся на установку концентрирования газа бензин и алкеносодержащие газы;
- легкий газойль, получаемый как боковой погон, отпаривается для удаления низкокипящих фракций и поступает в промпарк;
- кубовый продукт отбирается в качестве шлама или остаточного (осветленного) масла;
Благодаря высокой эффективности системы сепарирования углеводородов и катализатора, попадание последнего в колонну фракционирование минимально. Высококипящий продукт, отводимый с низа колонны, не нужно подвергать отстаиванию (осветлению), если он не будет использоваться в особых условях, например при производстве углеродной сажи, при котором необходима низкая концентрация твердых веществ. В определенных случаях высококипящий нижний продукт может подаваться обратно в реактор-райзер.
Теплота отводимых из колонны потоков утилизируется по максимуму. Тепло легкого и тяжелого газойля обычно утилизируется на установке концентрирования газов, а тепловая энергия циркулирующего кубового продукта применяется, чтобы вырабатывать пар.
Блок концентрирования установки каткрекинга FCC
Блок концентрирования газов (ненасыщенных газов), является совокупностью абсорберов и колонн фракционирования, разделяющих верхний погон основной фракционирующей колонны на бензин и другие целевые низкокипящие продукты. Иногда в блок ненасыщенных газов установки поступают алкеносодержащие газы с других установок, например замедленного коксования.
Газ из сборника верхнего продукта основной колонны фракционирования установки FCC подвергается сжатию в компрессоре и, пройдя охладитель, поступает, в смеси с нижним отбором первичного абсорбера и газом с верха отгонной колонны, в ресивер высокого давления. Из ресивера газовый поток подается в первичный абсорбер, где взаимодействует с нестабильным бензином из сборника верхнего погона основной колонны фракционирования. Результатом взаимодействия является сепарация сырья, приходящего в первичный абсорбер, на фракции С3+ и С2-.
Газ отводимый из абсорбера подается во вторичный губчатый абсорбер, в котором поступающим из основной колонны фракционирования легким газойлем абсорбирует основную долю оставшихся в газовом потоке углеводородов С5+. Частичной абосрбции также подвергаются углеводородов С3 и С4. Насыщенный газойль из вторичного абсорбера подается обратно в основную колонну фракционирования. Продукт с верха абсорбера, в котором практически отсутствуют ценные продукты С3+, но имеется сероводород (H2S), отводится в коллектор топливного газа или для дальнейшей переработки.
Жидкая фракция из сепаратора высокого давления направляется в отпарную колонну, в которой:
- с верха отбирается основная часть углеводородов С2- для подачи обратно в сепаратор высокого давления;
- жидкий кубовый продукт перекачивается в дебутанизатор, где происходит отделение фракции С3-С4.
Иногда кубовый продукт отпарной колонны проходит дальнейшее фракционирования на углеводороды С3 и С4 или отводится на установку каталитической олигомеризации или алкилирования для выработки бензина.
Нижний продукт колонны дебутанизации, являющийся стабильным бензином, если необходимо подвергается обработке и отводится в парк на хранение.
Иногда в компоновку блока добавляют колонну фракционирования бензина на легкий и тяжелый. Сероводород из фракции С3-С4 или топливного газа может абсорбироваться в колонне аминовой очистки. Поэтому некоторые блоки ненасыщенных газов имеют в своем составе до шести-семи аппаротов колонного типа.
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.
