Реакційне обладнання термічного крекінгу

План лекції

14.1.Реакційні змійовики та камери установок термічного крекінгу під тиском

14.2.Реакційні апарати установок коксування важких нафтових залишків

14.3.Печі та реактори установок піролізу нафтової сировини

 

 

Піддаючи крекінгу гудрон в умовах порівняно низької температури (465-496 ˚С) і короткої тривалості (300- 900 сек), добиваються в першу чергу зниження його в'язкості. Вуглеводневі гази, що утворюються при цьому, і світлі рідкі продукти можуть бути піддані подальшої переробки. Малов’язкий крекінг - залишок використовується як котельне паливо. Чим менше відбір котельного палива, тим більше глибина переробки.

Орієнтовний вихід продуктів при різних варіантах термічного крекінгу представлений в таблиці (14.1.)

Табл. 14.1.Вихід продуктів при термічному крекінгу

Вид крекінгу	Вихід продукту % (мас)
сухий газ	С	бензин п.к. 200°C	газойль 200-350 °C	крекінг-залишок
Крекінг мазута Вісбрекінг гудрону Крекінг газойлей для отримання: сировина для технічного вуглецю: сировина для голкового коксу: Риформінг бензину

Для переробки гудронов і мазуту широко використовується установка двохпічного крекінгу, принципова схема якої показана на рисунку 14.1.

)

Рисунок 14.2. Принципова схема установки двопічного крекінгу:

1-піч легкого крекінгу; 2- піч глибокого крекінгу; 3- реакційна камера; 4- випарювач високого тиску; 5- ретифікаційна колона; 6- випарювач низького тиску; 7- стабілізаційна колона; 8- газосепараторів; 9- конденсатори-холодильники; 10- теплообмінники; 11- паровий підігрівач; 12- холодильник;

I-сировина; II- газ; III- фракція С- C; IV- стабільний бензин; V- газойлева фракція; VI- крекінг-залишок;

Вихідна сировина прокачується через теплообмінники, в яких теплоносієм служить крекінг-залишок, і подається у верхню частину випаровувача низького тиску. Тут за рахунок зниження тиску сировина адсорбує пари важких вуглеводнів, що виділяються з крекінг- залишку, і далі воно насосом подається в низ колони ректифікації. Туди ж надходять пароподібні продукти крекінгу з випаровувача високого тиску. В результаті контакту парової і рідких фаз на тарілках в нижній частині колони ректифікації сировина нагрівається до 400 °С і разом з рециркулятом насосом подається в піч легкого крекінгу. Завантаження печі глибокого крекінгу відбувається газойлевим насосом, що подається, від колони ректифікації. Продукти крекінгу з обох печей подаються у виносну реакційну камеру, в якій крекінгуються переважно пари що поступають з печі легкого крекінгу. Після реакційної камери продукти самоплив поступають у випарник високого тиску, де в результаті одноразового випаровування відбувається розділення їх на парову і рідку фази.

На лінії між виносною реакційною камерою і випаровувачем високого тиску встановлений редуктор, який сприяє зниженню тиску і за рахунок цього випаровування легкої частини рідкої фази. Парова фаза піддається фракціонуванню в колоні ректифікації з виділенням сухого газу, бензину і газойля, служить сировиною для печі глибокого крекінгу. Для виділення бензину на установці є стабілізаційна колона. Типовий режим установки двопічного крекінгу приведений у таблиці 14.2.

Недоліком приведеної схеми є відсутність вакуумної колони, унаслідок чого в крекінг- залишку, що виводиться з установки, залишається багато газойлевих фракцій.

Для легкого крекінгу гудрону, а так само мазуту є 4-ри варіанта технологічного оформлення процесу (рисунок 14.2.)

 

Рис.14.2.Варіанти технологічного оформлення легкого крекінгу для здобуття котельного палива (а, б) і збільшення відбіру дистилятів і коксованості крекинг- залишку (в, г):

1-насос; 2- трубчаста піч легкого крекінгу; 3- атмосферна колона ректифікації; 4- відпарна колона; 5- вакуумна колона; 6- реакційна камера з висхідним потоком; 7- піч глибокого крекінгу; 8- реакційна камера з низхідним потоком;

I - сировина (гудрон, мазут); II- вуглеводневі гази, водяна пара і бензин; III - зрошування; IV - водяна пара; V- легкий газойль; VI - газойль, що охолоджує; VII - атмосферний крекінг-залишок (котельне паливо); VIII - вакуумний крекінг-залишок (компонент котельного палива); IX - гази і пари; X - важкий вакуумний газойль;

 

Таблиця 14.2.Режим двопічного крекінгу гудрона

 

Апарат	t, °C	P, МПа	Апарат	t, °C	P, МПа
Піч тяжкої сировини вхід вихід   Піч легкої сировини вхід вихід   Реакційна камера верх низ		5,3 2,4     6,0 2,5     1,0 1,0	Випаровувач високого тиску верх низ Ректифікаційна колона верх середина низ Випаровувач низького тиску верх середина низ		1,0   1,0     0,2

 

 

Варіант α рекомендується для добування котельного палива з гудрону сірчастих і високосірчастих нафт, що обважнює, по цьому варіанту гудрон піддають крекінгу в трубчастій печі, а продукти крекінгу змішують з холодним газойлем для припинення реакції розпаду і ущільнення і за тим піддають фракціонуванню в атмосферній колоні.

У варіанті б продукти крекінгу після печі піддаються додатковій деструкції в реакційній колоні з висхідним потоком. Наявність останнього в камері забезпечує додаткове розкладання рідкої фази, при цьому досягається деяке зменшення крекінг- залишку в порівнянні з варіантом α . За наявності вакуумної колони на установці легкого крекінгу стає можливим змінювати в широких межах вихід і якість продуктів. Наприклад, при крекінгу мазуту щільністю 950 кг/м без вживання вакуумної колони вихід газу складає 2% (мас), бензина с к.к. 185 °C – 6% (масс), легкого газойля з межами википання 185 °C - 370°C 11% (мас), і крекінг- залишку – 81 % (мас). Якщо ж включити вакуумну колону, як це показано у варіанті, вихід залишку можна зменшити 24% (мас) при відповідним збільшенні виходу дистилятів.

У варіанті процесу є можливість жорсткого крекінгу вторинного вакуумного газойля в окремій печі з виносною реакційною камерою. При такій схемі виходить не лише важкий вакуумний крекінг- залишок, але і максимальний вихід газу, бензину і легкого газойля .

Легкий крекінг проводять при температурі 455 – 480 °C, в середньому при 470°C, та тиску в межах 1,4 – 4,0 МПа, в середньому 2 Мпа. Технологічний режим легкого крекінгу при роботі установки на мазуті мангишлакський і волгоградською нафт наведено в таблиці 14.3.

Таблиця 14.3.Технологічній режим печі легкого крекінгу при роботі на мазуті мангишлакській та волгоградській нафтах

 

Показники	Мазут мангишлакської нафти	Мазут волгоградської нафти
Температура, °C -перевалів -на виході з печі Витрата турболізатора, % -на сировині Витрата сировини у піч на поток, м/ г. Тиск на в ході у піч, МПа Температура, °C - сировини на вході у піч -димових газів, що відходять Характеристика сировини -щільність при 20 °C кг/м зміст смол % (мас.): - сірковокислотних - силікатогелевих Зміст сірки % (мас.) Зміст сілі, мг/л до 350 °C википає % (об.)	0,5     4,0           0,25	0,5     4,0           0.60

 

При легкому крекінгу сірчастого гудрону суміші арланській і ромашкинський нафт, якість якого приведена в таблиці 2.3. отримано 94,3% (мас.) крекінг-залишку з умовною в’язкістю при 80 °C , та коксованістю 10-14 % (мас.) Сумарний вихід газу і бензину склав 5,7 % (мас.).

Принципова схема установки термічного крекінгу, призначеного для здобуття сировини для технічного вуглецю, показана на рисунку 14.3.

Рисунок 14.3 . Принципова схема установки двохпічного термічного крекінгу, призначеного для здобуття сировини для технічного вуглецю:

1, 2 - печі крекінгу; 3- реакційна камера; 4- випарювач високого тиску; 5- колона ректифікації; 6, 7- пічні насоси; 8- випарювач низького тиску; 9- насос для відкачування термічного газойля в товарний парк; 10,11 - газосепаратори; 12, 13- сировинні теплообмінники; 14- насос для відкачування крекінг- залишку; 15- сировинний насос;

I-холодний легкий газойль; II- водяна пара; III- легкий газойль на установку каталітичного крекінгу; IV - зрошування; V- вуглеводневий газ; VI- бензин; VII- газ; VIII - легкий термічний газойль; IX- крекінг-залишок; X- термічний газойль; XI- сировина (суміш газойлей каталітичного крекінгу і коксування і екстракту фенольного очищення масел);

 

Її відмінність від проектної установки двухпічного крекінгу полягає в тому, що обидві печі працюють в режимі глибокого крекінгу. У печі (1) крекінгується свіжа сировина з добавкою рециркулята при температурі 505 °C та тиску 3,5 МПа, а в печі (2) крекінгується рециркулят при температурі 515 °C та тиску 2,7 МПа. В пічах змонтовані змійовики безретурбентного типу зі сталі 1Х18Н10Т. У реакційній камері (3) крекінг продовжується при температурі 500°C та тиску 1,9 МПа. Для виведення термічного газойля з досить високою температурою початку кипіння випарник низького тиску (8) дообладнуваний газосепаратором (10) вертикального типа.

Зразковий вихід продуктів наступний (% мас.): сухий газ – 5,0; жирний газ – 1,5; бензин – 19,5; термічний газойль – 26,5; крекінг- залишок - 46,5; втрати – 1,0; Якість термічного газойля : щільність 1000 кг/м; показники заломлення при 20 °C – 1,590; коксованість по Конрадсону 0,7 % (мас.), індекс кореляції 98; в’язкість при 50 °C – 15,2 мм/с, вміст сірки 2,88 % (мас.), межі википання 238- 500 °C. Недостатньо високий вихід термічного газойля пояснюється відсутністю вакуумної колони, внаслідок чого отримуваний крекинг-остаток щільністю 1080 кг/ммає температуру початку кипіння 320 °C та містить приблизно 35 % (мас.) газойлевої фракції. Коксованість крекінг- залишку складає 14 % (мас.) та зміст сірки 2,0% (мас.).

Характерною сировиною установок термічного крекінгу для здобуття термічного газойля є суміш вакуумного і вторинних газойлей, з добавками ароматичних екстрактів і побічних дистилятів масляного блока . Приблизні показники якості сировини: щільність 910-965 кг/м, коксованість по Конрадсону 1,0 % (мас.), показник заломлення при 20 °C 1,525 – 1,545; температура початку кипіння 240 °C до 400°C википає 50 % (мас.), температура кінця кипіння 500°C.

Основними показниками якості газойля, що визначають придатність його використання як сировина для здобуття технічного вуглецю, є щільність, показник заломлення, індекс кореляції, коксованість, фракційний склад, зольність, температура застигання та щільність.

Велика щільність вказує на високий вміст ароматичних вуглеводнів, які при неповному горінні здатні утворити вуглець. Алкани згорають без виділення вуглецю. Вихід вуглецю зменшується за наявності в сировині кисневих і азотистих з'єднань. Зазвичай коксованість термічного газойля обмежують 1,5 % (мас.), аби зменшити вміст важких асфальтено-смолистих речовин, здатних утворювати карбоїдні частки з малою внутрішньою поверхнею і погіршуючих якість технічного вуглецю. Показник в'язкості має значення для розпилювання сировини. Вміст сірки не допускають вище 0,6 % (мас.), якщо технічний вуглець отримують мокрим способом, при якому оксид сірки, що утворюється, розчиняється у воді. При сухому способі витягання технічного вуглецю допускаєтся сірки до 2,2% (мас.).

Індекс кореляції є умовним показником, його обчислюють за формулою

ИК = 473d- 456,8 + 48 680/T, (14.1.)

де Т- температура кипіння газойля, К.

Основні вимоги до сировини, з якої отримують високодисперсний вуглець марки ПМ, - 100,наступні :

густина dне нижче 1,00

в’язкізть кінематична при 100 °C, мм/с, не більше 10,0

Вміст сірки, % (мас.) 1,8 - 2,0

Коксованість по Конрадсону, % (мас.) 0,2

Вміст асфальтенів, % (мас.), не більше 1,0

Індекс кореляції, не менше 120

Якщо індекс кореляції збільшити до 140- 150, вихід технічного вуглецю підвищиться на 10 - 12 % (абс.), наприклад, при використанні антраценового масла, індекс кореляції найбільш поширеної сировини - зеленого масла знаходиться в межах 96 - 100. При хорошій якості сировини співвідношення в нім вуглецю складає 1,2-1,3. Отримана на установках термічного крекінгу сировина для виробництва технічного вуглецю має щільність d= 0,93 – 0,97, показник заломлення при 20°C 1,53 – 1,54 і межі викіпання 230-500 °C.

 

Контрольні питання до лекції:

 

1.Яке основне апаратне оформлення процесу термічного крекінгу?

2.Які типи апаратів використовують при піролізі нафтової сировини?

3.Які існують варіанти апаратного оформлення процесу термічного крекінгу?