Реакторный блок установки каталитического крекинга

Министерство образования и науки республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Институт энергетики и автоматизации

Кафедра химических технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

КП.390140.2408.01.05 ПЗ

По дисциплине Технология переработки нефти и газа

Тема Реакторный блок установки каталитического крекинга

 

 

 

Преподаватель Пастух В.П.

Студент Сайдахметов Д.

Специальность 390140

Группа ХТОВ-51

 

 

 

2005

 

Исходные данные к проекту:

 

Производительность реактора по свежему сырью GС = 260 т/ч

Количество рециркулирующего 28.4 масс. % на свежее каталитического газойля сырье

Режим процесса:

Температура крекинга Тр= 763К

Массовая кратность циркуляции

Катализатора по свежему сырью 7 : 1

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Теоретические основы процесса

.2 Описание технологической схемы  установки

2. Расчетная часть

2.1 Физико-химические свойства веществ, участвующих в процессе

.2 Материальный баланс

.3 Количество циркулирующего катализатора  и расход водяного пара

.4 Тепловой баланс

.5 Технологический расчёт реакторного  блока

.5.1 Размеры реактора

.5.2 Давление у основания зоны  отпарки. Температура катализатора на выходе из десорбера

.5.3 Выбор распределительного устройства  парокатализаторного потока в реакторе

. Расчет и выбор вспомогательного  оборудования

.1 Насосно-компрессорное оборудование

.2 Теплообменное оборудование

Заключение

Список использованных источников

 

 

Введение

 

Промышленные установки каталитического крекинга. Изменяя технологический режим, а также используя разные сырье и катализатор, можно в весьма широких пределах изменять выход и качество получаемых продуктов. Данные показывают, что эффективность применения цеолитсодержащих катализаторов, особенно содержащих окислы редкоземельных металлов очень высока.

Процесс каталитического крекинга стали внедрять в промышленность в конце 30-х гг. Это были установки Гудри со стационарным слоем аморфного катализатора, сложной и дорогой системой автоматического управления. С тех пор процесс каталитического крекинга непрерывно совершенствуется. Установки Гудри были вытеснены более экономичными и менее сложными системами с подвижным циркулирующим слоем катализатора. В промышленности стали эксплуатировать установки двух типов: на установках первого типа каталитический крекинг сырья и регенерация катализатора осуществляются в сплошном, медленно опускающемся слое шарикового катализатора (диаметр 3-6 мм); На установках второго типа процессы каталитического крекинга и регенерации катализатора протекают в «кипящем» (псевдоожиженном) слое порошкообразного или сферического катализатора. Большое значение для совершенствования установок первого типа имело пневмотранспортирование катализатора с одним подъемом его (реактор над регенератором), впервые в мире осуществленное на установке 43-1 в г. Грозном.

В дальнейшем аморфные алюмосиликатные катализаторы были заменены кристаллическими (цеолитсодержащимися). Вскоре стали применять установки нового типа - двухступенчатые: в первой ступени крекинг происходит в восходящем потоке в катализаторопроводе после контакта его с нагретым сырьем (эту ступень часто называют крекингом в лифт-реакторе), во второй ступени - в ограниченном объеме псевдоожиженного («кипящего») слоя. Иногда ограничиваются крекингом только в восходящем потоке (лифт-реакторе). Широкому применению установок последнего типа в значительной степени способствовало использование высокоактивных цеолитсодержащих катализаторов. Наконец, в последнее время стали применять установки с практически полным дожигом окисла углерода не в котлах-утилизаторах, а непосредственно в регенераторах. Совершенствуется также конструкция аппаратуры и оборудования на этих установках, а также катализаторы и технология процесса.

Каталитический крекинг по сравнению с термическим характеризуется меньшим выходом метана, этана и олефинов, большим выходом углеводородов С3-С4, а также бензинов с повышенным содержанием ароматических и изопарафиновых углеводородов. В этом заключается главное преимущество каталитического крекинга перед термическим.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технологическая часть

 

1.1 Теоретические основы процесса

каталитический крекинг гидроочищенный

Процесс каталитического крекинга гидроочищенного сырья является целевым в наборе процессов установки и позволяет получать следующие продукты:

жирный газ и нестабильный бензин, используемые в качестве сырья на секции абсорбции и газофракционирования, с целью получения пропан-пропиленовой (С3), бутан-бутиленовой (С4)фракций, сухого газа (С2) и высокооктанового компонента автобензина АИ-92,А-80 (фракция К-205°С;

легкий газойль, используемый в качестве компонента дизельного топлива или товарного печного топлива (фракция 195-270°С);

фракцию 270-420°С, используемую в качестве компонента сырья для производства технического углерода, компонента котельного топлива или добавки к сырью висбрекинга;

фракцию > 420°С, используемую в качестве компонента сырья для производства технического углерода, компонента котельного топлива или сырья для установки замедленного коксования с целью получения кокса игольчатой структуры.

Для осуществления процесса каталитического крекинга в составе секции 200 предусмотрены следующие блоки:

реакторный блок;

блок ректификации и очистки технологического конденсата;

воздушная компрессорная.

Сущность процесса каталитического крекирования углеводородов основана на расщеплении высокомолекулярных компонентов сырья на более мелкие молекулы с перераспределением освобождающихся по месту разрыва связи "углерод-углерод" водорода.

В итоге образуется газ, бензин, и кокс, отлагающийся на поверхности катализатора.

Постадийно процесс каталитического крекинга может быть представлен следующим образом:

поступление сырья к поверхности катализатора(внешняя диффузия);

химабсорбция на активных центрах катализатора;

химическая реакция на поверхности катализатора;

десорбция продуктов крекинга непрореагировавшей части сырья с поверхности катализатора и частично из внутренних пор;

вывод продуктов крекинга из зоны реакции на последующую их ректификацию.

Наиболее типичными компонентами сырья каталитического крекинга являются парафиновые углеводороды, при крекинге которых доминируют разложения С16Н34 ---> С8Н18 + С8Н16.

Наиболее часто разрыв молекулы парафинового углеводорода происходит по средней ее части.

Термическая стабильность парафинов понижается с увеличением молекулярного веса углеводородов.

При крекинге парафиновых углеводородов нормального строения протекают и вторичные реакции с образованием ароматических углеводородов и кокса. Изопарафиновые углеводороды крекируются легче.

Водорода и метана при этом получается больше, чем при крекинге нормальных парафинов, а углеводородов С3 и С4 меньше.

Нафтеновые углеводороды являются идеальными компонентами сырья каталитического крекинга, так как крекинг нафтенов идет с большими скоростями, с более высоким выходом бензина и меньшим газообразованием.

Большой интерес для технологии каталитического крекинга представляет поведение ароматических углеводородов. Крекинг ароматических углеводородов сопровождается их деалкилированием и конденсацией.

 

1.(CН2)5-СН3 ® СН2-СН3+СН3-СН2-СН=СН2

.СН2-СН2-СН3 ® +СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3

 

Между молекулами ароматических углеводородов или между ароматическими и олефиновыми протекают реакции конденсации, в результате которых образуется полициклическая ароматика вплоть до асфальтена и кокса.

Поэтому при переработке сырья со значительным содержанием полициклической ароматики образуется значительно больше кокса, чем при переработке сырья, содержащего моноциклические ароматические углеводороды.

Крекинг олефинов, образующихся в результате расщепления парафиновых, нафтеновых, ароматических, а также самих олефиновых, является вторичной реакцией. Возможность изомеризации олефинов позволяет получать бензин с более высоким октановым числом с одновременным увеличением выхода изобутана.

Полимеризация олефинов также является важной реакцией процесса, поскольку в сочетании с последующим крекингом, приводит к образованию олефинов и парафинов

 

СН2=СН2+СН2=СН2 ® СН3-СН=СН-СН3.

 

Однако глубокая полимеризация ведет к образованию тяжелых продуктов, абсорбирующихся и разлагающихся на катализаторе на кокс и газ.

Обычно одним из лучших критериев интенсивности побочных реакций является отношение выходов бензина и кокса. Высокое отношение указывает на преобладание желательных реакций (при условии сохранения высокого октанового числа бензина). Низкое отношение указывает на интенсивное протекание побочных реакций.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

тяжелое сырье дает большой выход бензина и меньший выход газа;

ароматическое сырье дает наибольший выход кокса и наименьший выход бензина;

нафтеновое сырье дает лучший выход бензина и наименьший выход кокса в сравнении с ароматическим и парафиновым сырьем;

низкокипящее сырье позволяет получить высокооктановый бензин, высококипящее - низкооктановый;

сырье с высоким содержанием серы дает низкооктановый бензин;

сырье с очень высокой температурой кипения и значительным содержанием кокса по Конрадсону дает высокий выход кокса, ограничивающий мощность секции из-за чрезмерной перегрузки регенератора.

Основными факторами, влияющими на процесс каталитического крекинга, являются: свойства применяемого для крекирования катализатора, температура процесса, кратность циркуляции катализатора, продолжительность контакта сырья и катализатора, качество крекируемого сырья.

Для обеспечения максимального выхода целевых продуктов и минимального количества побочных, а также для достижения высоких технико-экономических показателей процесса, катализатор крекинга должен иметь следующие основные свойства:

высокую активность, способствующую большей глубине превращения исходного сырья при прочих равных условиях;

высокую селективность, которая оценивается способностью катализатора ускорять реакции получения бензина и снижать скорость побочных реакций: образования газа и кокса;

стабильность.

Стабильность активности, селективности и механических свойств катализатора в процессе эксплуатации особенно важна в системах с кипящим слоем катализатора. Катализатор должен быть стойким к истиранию, растрескиванию и давлению вышележащих слоев, а также

не должен истирать аппаратуру;

высокие регенерационные свойства, характеризующиеся способностью быстро и многократно восстанавливать свою активность и селективность при окислительной регенерации без нарушения поровой структуры и разрушения частиц.

Заложенный в проекте микросферический цеолитсодержащий катализатор в значительной степени отвечает всем перечисленным требованиям, предъявляемым к современным катализаторам крекинга.

Химический и фракционный состав сырья крекинга оказывает значительное влияние на процесс каталитического крекинга.

Присутствие в сырье сернистых, азотистых и металлоорганических соединений дезактивирует применяемый катализатор, ухудшает качество продуктов крекинга.

С целью улучшения качества сырья каталитического крекинга в состав комплекса введена предварительная гидроочистка сырья, что позволяет полностью исключить влияние колебаний в изменении качественного состава сырья на результаты процесса крекинга и стабилизировать работу реакторно-регенераторного блока.

Процесс с применением гидроочищенного сырья протекает более глубоко и селективно, в результате чего возрастает абсолютный выход бензина и снижается выход кокса.

Отличительной особенностью продуктов крекинга, полученных при переработке гидроочищенного сырья, является низкое содержание в них серы, это исключает дополнительные затраты по их гидрооблагораживанию.

Влияние оперативных условий на процесс каталитического крекинга

. Увеличение  объемной скорости подачи сырья  в реактор понижает глубину превращения сырья, т.к. уменьшается время контактирования углеводородных фракций с катализатором и приводит к снижению выхода кокса.

. Температура  в реакторе - наиболее общий параметр, влияющий на выход бензина, октановое  число и конверсию. Повышение  температуры в реакторе увеличивает  конверсию, выход кокса и повышает температуру в регенераторе. По результатам исследований установлено, что увеличивая температуру в реакторе на 10°С можно повысить октановое число (ИОЧ) на 0,7-1,8п., однако, повышая октановое число бензина, снижается выход бензина и увеличивается выход сухого газа и, при повышении температуры в реакторе до 540°С значительно возрастает скорость вторичных секций. Повышение температуры в реакторе в большей степени влияет на увеличение октанового числа тяжелых бензинов, т.к. рост температуры в реакторе способствует в большей мере образованию олефинов в тяжелых бензинах.