CC BY
65
УДК 665.642.26
Пестрякова Е. А., Давидханова М.Г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ПОИЗВОДСТВЕ БЕНЗИНА
Пестрякова Елизавета Алексеевна, студентка 3 курса факультета инженерной химии;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9, E-mail: kalgina.elizaveta@bk.ru
Давидханова Мария Григорьевна, к.т.н., доцент кафедры Общей химической технологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл..,д.9, E-mail: maria@muctr.ru
Для получения высокооктановых бензинов используется каталитический крекинг. Он представляет собой термокаталитическую переработку нефтяных фракций. Разработаны описательные и графические схемы ХТС каталитического крекинга светлых нефтепродуктов при производстве бензина.
Ключевые слова: каталитический крекинг, бензин, нефть, алюмосиликат, химико-технологическая система, производство
THE STUDY OF CHEMICAL-TECHNOLOGICAL SYSTEMS CATALYTIC CRACKING LIGHT OIL WHEN PRODUCED GASOLINE
Pestryakova E.A., Davidchanova M.G.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Catalytic cracking is used to produce high-octane gasoline. It is a thermocatalytic processing of oil fractions. Descriptive and graphic schemes of catalytic cracking of light petroleum products in the production of gasoline are developed.
Keywords: catalytic cracking, gasoline, oil, aluminosilicate, chemical-technological system, production
Одна из важнейших задач химической технологии - это разработка новых технологий и модернизация уже существующих производств, обеспечивающих удельных и суммарных затрат на сырье, вспомогательные материалы, энергию и оборудование, которые являются основными ресурсами, обеспечивающими функционирование химического производства.
Оптимальная структура химического производства, представляемого его моделью -химико-технологической системой (ХТС), разрабатывается на основе технологического анализа и синтеза. ХТС, по определению, это «искусственная техническая система,
предназначенная для выпуска химических продуктов высокого качества с минимальными затратами ресурсов и минимальным воздействием на окружающую среду» [1]. Для решения задач исследования ХТС необходимо грамотно составить описательные и графические модели (схемы).
В качестве продукта мы выбрали бензин, так как он является самым востребованным моторным топливом во всём мире и его производство должно быть максимально эффективно и безопасно. Сырьём для производства бензина могут быть: нефть, природный газ, газовый конденсат, торф, угль, горючие сланцы, и синтез из водорода и окиси углерода.
В РФ товарные бензины создаются из нефти. Современный бензин получают путем смешения
компонентов, которые получаются за счет каталитического крекинга, прямой перегонки и каталитического риформинга, полимеризации, алкилирования, изомеризации и других процессов по переработке газа и нефти. Так как получение бензина из нефти процесс сложный и многостадийный, каждую стадию необходимо рассматривать отдельно. Нами рассмотрена стадия каталитического крекинга светлых нефтепродуктов -одному из ведущих методов углубления переработки нефти.
Каталитический крекинг - это высокотемпературная переработка нефти и её фракций с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы - моторного топлива, смазочных масел, а также сырья для химической и нефтехимической промышленности.
Крекинг является вторичным процессом переработки нефтепродуктов и проводится с целью повышения общего выхода бензина. Применение вторичных процессов в нефтепереработке позволяет увеличить на 30—35% выход светлых продуктов (моторных топлив), повысить их
антидетонационные свойства и термическую стабильность, а также расширить диапазон производимого переработкой нефти химического сырья.
Крекинг протекает с разрывом связей С—С и образованием свободных радикалов или карбанионов. Одновременно с разрывом связей С—
С происходит дегидрирование, изомеризация, полимеризация и конденсация как промежуточных, так и исходных веществ.
Каталитические процессы нефтепереработки по сравнению с термическими имеют ряд преимуществ, таких как:
• высокая скорость превращений углеводородов и, как следствие, более мягкие условия процесса и меньшие энергозатраты;
• увеличенный выход товарных продуктов, в том числе, высокого качества (октановое число, стабильность);
• возможность проведения процесса в заданном направлении и получение продуктов определенного состава;
• использование сырья с высоким содержанием серы вследствие гидрирования сернистых соединений и выведения их в газовую фазу.
Катализатор - алюмосиликат
(пКагО'шАЬОз'рЗЮг'НгО) в виде мелких шариков или пыли. Он ускоряет крекинг, что позволяет провести его в более мягких условиях (при 450—500 °С и давлении 1,5—2 ат) [2]. Катализаторы каталитического крекинга достаточно быстро дезактивируются вследствие отложения на поверхности зерен кокса и нуждаются в регенерации.
Это потребовало разработки способа, в основу которого был положен новый принцип -использование движущегося катализатора. Катализатор движется некоторое время вместе с парами нефтепродукта в реакторе, а затем отделяется и направляется для регенерации в другой аппарат - регенератор, откуда снова непрерывно поступает на смещение с нефтепродуктом.
Сырьем являются широкая фракция с температурой кипения 350—500 °С, получаемая
перегонкой в вакууме мазута, и газойль-соляровая фракция из установок термического крекинга и коксования. Сырье полностью испаряется, и пары его подвергаются крекингу на поверхности катализатора.
Бензин вне независимости от состава сырья имеет октановое число 77-80 без добавки этиловой жидкости; выход его составляет 30-35%; кроме того, из паров выделяется 25—30% газойля, который по составу значительно отличается от исходного газойля и вводится в дизельное топливо. Образуется также тяжелая фракция (13-20%), которую вводят в котельное топливо; количество газа крекинга (1220%) и кокса (8%) значительно больше, чем при термическом крекинге.
Промышленные установки каталитического крекинга имеют однотипную схему по фракционированию продуктов крекинга и различаются в основном конструктивным оформлением и принципом реакционного блока [3]. Нами рассмотрена комбинированная установка каталитического крекинга Г-43-107 с лифт-реактором.
В Российской нефтепереработке она является самой эффективной и экологической установкой. Например, АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-МНПЗ» успешно модернизировал и продолжает пользоваться установкой типа Г-43-107. В её состав входят установка каталитического крекинга, блок гидроочистки сырья крекинга производительностью 2 млн т/год и блок газофракционирования и стабилизации бензина [4].
Нами была разработана функциональная схема производства бензина в процессе каталитического крекинга на установке Г-43-107 (рисунок 1).
Рисунок 1 - Функциональная схема каталитического крекинга (установка Г-43-107)
На основе функциональной схемы разработана операторная схема для установления оптимального характера и порядка взаимодействия отдельных аппаратов в процессе каталитического крекинга (рисунок 2). Элементы операторной схемы - технологические операторы, соединенные материальными потоками (связями) [1].
В схеме представлены последовательные и обратные (рециклические) связи между аппаратами. Поскольку в ХТС присутствует рецикл, то она относится к замкнутому типу ХТС. Последовательные технологические связи обеспечивают поэтапный проход сырья и продуктов реакции все технологические стадии (аппараты 1 -12).
Рисунок 2 - Операторная схема каталитического крекинга (установка Г-43-107)
1 - теплообменник; 2 - печь; 3 - лифт-реактор; 4 - ректификационная колонна; 5 -холодильник-конденсатор; 6 - газосепоратор; 7 - отпарная колонна №1; 8 - отпарная колонна №2; 9 - шламоотделитель; 10 - регенератор; 11 - котёл утилизатор; 12 - электрофильтр; 13 - узел смешения; 14 - нагрев паром.
В данной работе рассмотрена наиболее оптимальная ХТС каталитического крекинга светлых нефтепродуктов. Производство бензина по рассмотренной схеме характеризуется наиболее высоким выходом продукта и при этом более простой технологией. В представленной схеме применяется подогрев исходного сырья теплом продуктов реакции, что повышает экономичность производства. Реализован принцип многократного прохода сырья через основной реактор синтеза, что повышает степень превращения. В процессе крекинга регенерируется катализатор, что сокращает отходы и затраты.
Список литературы
1. Кузнецова Н.М., Харлампиди Х.Э., Иванов В.Г., Чиркунов Э.В. Общая химическая технология. Основные концепции проектирования химико-технологических систем: Учебник / Под ред. Х.Э. Харлампиди - 2-е изд., перераб. - СПб.: Издательство «Лань», 2014. - 384 с.
2. Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти. Ч. 2. Деструктивные процессы. М. КолосС, 2015 г. -400 с.
3. Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов М.И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа.- СПб.: Недра, 2006.-872 с.
4. https://www.gazprom-neft.ru/press-center/news/1119251/
