План лекції
12.1.Загальна характеристика процесу каталітичного крекінгу
12.2.Загальна характеристика процесу каталітичної ізомеризації
12.3.Апаратне оформлення процесів каталітичного крекінгу та каталітичної ізомерізації
Сучасні промислові установки каталітичного крекінгу бувають наступних типів:
- із шаром гранульованого каталізатора, який рухається ( діаметр частинок 2-5мм);
- із псевдо зрідженим шаром каталізатора , який є порошком,
( максимальний діаметр частинок 120-150мкм);
- із реактором прямоточного типу;
Більш ефективними є установки каталітичного крекінгу із реактором прямоточного типу.
Сировину подають насосом через декілька теплообмінників, які нагріваються відповідно легким та важким газойлем каталітичного крекінгу, який надходить із ректифікаційної колони. Нагріта до температури 200-220 0С сировина надходить у трубчасту піч, а звідти у реактор. Пара продуктів крекінгу надходить у ректифікаційну колону, де розподіляється на газо-бензинову фракцію та два газойлевих дистілята. Відпрацьований каталізатор надходить у дозер та підіймається у сепаратор потоком гарячого повітря із топки під тиском. Із сепаратора через дозер каталізатор безперервно надходить у регенератор.
Регенерація здійснюється шляхом контакту каталізатора , який повільно рухається , із повітрям. Продукти згоряння виводяться із регенератора у димову трубу.
Для того, щоби каталізатор не перегрівався, у секції регенератора вмонтовані змійовики водяного охолодження. Регенерований каталізатор попадає у дозер. Проходить через підйомник у потоці гарячого повітря, яке виходить із топки, та надходить у сепаратор, а звідти знову у реактор через стояк, який поєднує реактор із бункером.
Передбачена циркуляція невеликої кількості каталізатора через систему відведення пилу.
Регенерований каталізатор надходить у бункер, причому реактор, бункер та стояк змонтовані у загальному корпусі. Каталізатор, пересуваючись через переточні труби, розподіляється по перерізу реактора. Перед пуском установки можна регулювати довжину переточних труб у відповідності із заданим реакційним об’ємом, тому що рівень каталізатора співпадає із перерізом зрізу труб. Сировина надходить у реактор у вигляді пари. У випадку, якщо сировина є важкою речовиною, то її рідку частину розподіляють через форсунку безпосередньо на поверхню каталізатора.
Досвід експлуатації установок із важкою сировиною показав, що суміш пари та рідини сировини доцільно змішувати із потоком каталізатора до реакційної зони у спеціальному смесителі дифузорного типу, при цьому вдається повністю видалити коксування внутрішніх стінок та переточних труб апарату.
Прямоточний рух каталізатору та сировини сприяє швидкому нагріву сировини до температури реакції. Каталізатор рухається із швидкістю 4-8мм/с, що відповідає середньому часу перебування його у реакторі 15-20 хвилин. Продукти крекінгу виходять із реактора через кілька патрубків, куди попадають через отвори, які розміщені під ковпаками. Пара продуктів виходить із реактора через штуцери камери. Відпрацьований каталізатор висипається через патрубки та водяною парою відокремлюється від нафтової пари.
Регенератор є багатосекційним апаратом. Загальна висота його 27м. Каталізатор проходить регенераційний об’єм також, як і у реакторі , із малою швидкістю, час регенерації складає від 60 до 80 хвилин.
Максимальна температура регенерації звичайно не перевищує 700-720 0С, та максимум наступає у середній частині апарату, де кокс вигорає найбільш інтенсивно. Останні порції коксу вигорають повільніше, при цьому значного підвищення температури не спостерігається. Кінцева температура каталізатора, який пройшов регенерацію, після змійовиків, які його охолоджують, невелика та складає 500-550 0С. Потужність регенератора виражається кількістю коксу, який згорає за одиницю часу у одиниці об’єма апарата ( або на 1т каталізатора).
Якщо реактор та регенератор розташовані паралельно, то у процесі передбачені три топки під тиском: одна для повітря, яке подають на регенерацію, та дві для забезпечення гарячим повітрям ліній пневмотранспорту каталізатора при пуску установці. У топці є запобіжний клапан, який розрахований на можливий підйом тиску у системі. Розташована топка горизонтально та кріпиться таким чином, щоб була забезпечена компенсація температурного розширення корпуса та внутрішніх устаткувань.
Визначним фактором для підвищення кратності циркуляції каталізатора мають конструкції та розміри системи пневмотранспорту. Найбільш ефективними є дозери із пневматичним регулюванням циркуляції каталізатора. Основний потік транспортує мого газу надходить при надлишковому тиску та сполучається із потоком каталізатора із верхнього штуцера. Одночасно через нижній боковий штуцер підводять вторинне повітря , яке регулює інтенсивність сполучення каталізатора основним потоком повітря. Коли каталізатор надходить у потік газа, який підіймається, він має надбати швидкість, яка перевищує швидкість обертання частинок.
Тому нижню ділянку пневмопідйомника називають розгінним. Дослід показує, що оптимальні показники такого транспорту відповідають масовій швидкості каталізатора від 170 до 220 кг/с та максимальної швидкості його руху 14-21м/с.
Перевагою системи каталітичного крекінгу із гранульованим каталізатором є рівномірне контактування всіх частинок каталізатора із вуглеводневою парою у зоні реакції та із повітрям у зоні регенерації, що призводить до однакового за коксування всієї маси каталізатора після реактора та до однокової кількості залишкового коксу на каталізаторі після регенерації.
У результаті тривалого перебування каталізатора у реакторі та регенераторі , температурний режим реакторного блоку є доволі стабільним, та його регулювання стає простішим.
Недоліком даної установки є обмежені можливості системи пневмотранспорту гранульованого каталізатору. Високі питомі витрати газу, який транспортується ( не менш ніж 1 кг на 20 кг каталізатора) не дозволяє мати установки великої потужності: максимальна пропускна можливість установки такого типу не перевищує 4000-5000т на добу.
Із-за тривалого перебування каталізатора у реакційній зоні цеолітний каталізатор використовується у цій системі недостатньо ефективно.