CC BY
339
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ.
ХИМИЧЕСКАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
УДК 665.444.2 о С ЛОМОВА
Л. Н. ОЛЕЙНИК Е. И. ЯКОВЛЕВА
Омский государственный технический университет
ПРИНЦИПЫ МОДЕРНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА
В статье рассмотрены современные тенденции развития установок каталитического крекинга. С целью замены устаревших реакторных блоков на современные в соответствии с технико-экономическими требованиями и устранения недостаточной мощности установок предлагается применение более совершенного оборудования (новых сепарационных устройств, циклонов, форсунок) и введение новых технологий, обеспечивающих возможность вовлечения в процесс сырья нефтяных остатков. Ключевые слова: каталитический крекинг, сепарационные устройства, циклоны, форсунки.
Каталитический крекинг является основным актуальным процессом химической технологии, направленным на углубление переработки нефти как за рубежом, так и в России. Он позволяет получить суммарный выход светлых нефтепродуктов до 85 — 87% за счёт выработки компонентов высокооктанового бензина. Целевым назначением процесса является получение высококачествешшх компонентов моторных топлив, при этом попутно извлекается значительное количество газа, богатого пропан-пропилено-вой и бутан-бутиленовой фракциями (сырье для производства высокооктанового эфира МТБЭ, алкилата и других ценных компонентов моторного топлива).
Установки каталитическою крекинга являются также поставщиком сырья для производства высокока-чественного кокса.
На современном этапе развигия промышленности широкое использование вторичных процессов позволяет нефтеперерабатывающим предприятиям значительно сократить переработку сырой нефги, не только сохранив ассортимент выпускаемой продукции, но и значительно его увеличив. В настоящее время на российских нефтеперерабатывающих заводах установки каталитического крекинга обладают недостаточной мощностью, в среднем она составляет от 1,5 до 2,5 млн тонн. На заводах ведущих
*
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ «СТНИК 2 (90) 2010 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ П РОМЫ ШЛЕ I
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ 1ЕСТНИК *2 С90> 2010
///
Рис. I. Конструктивная схема реакторного блока каталитического крекинга:
1 - высокоэффективные циклоны; 2 - баллистический сепаратор; 3 - сепарационная камера реактора; 4 - отпарная зона; 5 - кольцевые парораспределители; б - прямоточный реактор; 7,8 - соответственно сырьевые и разгонные форсунки; У - напорные стояки; 10 - воздухораспределитель;
II - регенератор; 12 - двухступенчатые циклоны;
I - водяной пар; II - сырье; III - продукты крекинга;
IV - воздух; V - газы регенерации
мировых компаний существуют установки мощностью до 4,0 млн тонн, где именно за счёт ввода новых установок решается проблема с прогнозируемым дефицитом бензина.
За длительный период своего развития каталитический крекинг совершенствовался как в отношении способа контакта сырья и катализатора (в стационарном слое, в движущемся слое шарикового катализатора, в «кипящем» слое микросферического катализатора), так и в отношении применяемых кагализа-торов (таблетированные катализаторы на основе природных глин, шариковые синтетические алюмосиликаты, микросферические алюмосиликаты, в том числе и цеолитсодержащие). Эти усовершенствования влекли за собой радикальные изменения технологии процесса в целом, позволившие увеличить выход целевого продукта- компонента автобензина от 30 - 40% до 50 — 55% массы. Достигнутый процесс обеспечил вовлечение в переработку все более тяжелого сырья: если на первой стадии развития крекингу подвергались керосиногазойлевые фракции, а затем вакуумные газойли (наиболее распространенный вариант и в настоящее время), то за последние годы возросло число установок, использующих в качестве сырья нефтяные остатки.
За последние несколько лет в России предприняты попытки модернизации установок каталитического крекинга на Рязанском, Уфимском, Москвовском и Ярославском нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), где однотипные устаревшие установки, введенные в советский период, реконструированы. На некоторых НПЗ (г. Нижнекамск) построены новые установки. При этом использованы технологии компаний 51опе&\\геЬ81ег и Техасо, которые позволяют
Рис. 2. Схема устройства для ввода сырья на установке 1А/1М: 1 - прямоточный реактор; 2 - напорный стояк;
3 - многосопловая форсунка; 4 - камера предварительного диспергирования сырья; I - водяной пар; II - сырье
использовать в качестве сырья мазуты, деасфаль-тизаты и их смеси с вакуумными дистиллятами [ 1 ].
Современные тенденции развития технологии каталитического крекинга диктуют условия применения более совершенного оборудования, использование которого направлено на сокращение времени контактирования сырья с катализатором в реакторе, на эффективность пылеулавливания и ввода сырья и на изменение технологии отпарки отработанного катализатора. Это обусловливает необходимость разработки новых сенарационных устройств, циклопов, форсунок и введение новых технологий, обеспечивающих возможность вовлечения в сырье нефтяных остатков |2|.
Применение новых сепарационных устройств (рис. 1), обеспечивающих минимальное время разделения твердой и газовой фаз (0,2 -0,3 с), позволяет уменьши ть количество вторичных реакций в камере реактора и снизить выход кокса и сухого газа, увеличить выход дистиллятов.
Повышение эффективности пылеулавливания на установках каталитического крекинга можно добиться заменой циклонов регенератора устаревшей конфигурации (с неоптимальным соотношением основных геометрических размеров) на новые циклопы с более высоким отношением длины к диаметру цилиндрической части корпуса (рис. 1). Это позволит уменьшил, потери катализатора из системы до 20%.
От эффективности ввода сырья существенно зависят технико-экономические показатели работы установок каталитического крекинга. По результатам исследований, проводимых за рубежом и в нашей стране, а также на основе опыта эксплуатации установок каталитического крекинга, разработаны рекомендации эффективного ввода сырья: однородное распыление и равномерное распределение сырья и катализатора по сечению прямоточного реактора; минимальное обратное перемешивание катализатора: быстрая теплопередача от частиц катализатора к образовавшимся каплям сырья: невысокий перепад давления в потоке сырья; рациональное использование энергии водяного пара; отсутствие эрозионного износа оборудования. Реализация этих требований зависит от правильного выбора конструкции распылительных форсунок и конфигурации нижней части прямоточного реактора.
Положительные примеры модернизации устройств для ввода сырья существуют на предприятиях «Ангарская нефтехимическая компания» (АО «АНХК»), «Ярославнефтеоргсинтез», АООТ «Рязанский НПЗ» и АО «Уфанефтехим». На этих установках каталитического крекинга первоначально использовались форсунки, разработанные Французским институтом нефти, которые были дооборудованы
модернизированным диснергатором, позволяющим максимально использовать энергию водяного пара и повысить эффективность ударного дробления потока сырья. Форсунки с модифицированными соплами Вентури и камерами предварительного диспергирования сырья, позволяют повысип. скорость испарения сырья, эффективность его контактирования с катализатором, тем самым увеличить выход бензиновой фракции. В качестве диспергирующего агента использовался водяной пар. Многосопловые форсунки размещаются соосно транспортной линии реактора и обеспечивают равномерное распределение струй по сечению реактора (рис. 2).
Если ироцесс каталитического крекинга осуществляется в вертикальном прямоточном реакторе, то целесообразно размещать форсунки на несколько метров выше его основания с ориентацией в радиальном направлении. Такое конструктивное оформление обеспечивает строго равномерное распределение и минимальное обратное перемешивание катализатора в зоне его смешивания с сырьем. В результате применения новой форсунки на примере установки 1 А/1М АО «АНХК» произошло изменение выхода бензиновой фракции и легкого газойля — они повысились соответственно на 2,1% и 1,4% (масс), выход сухого газа снизился на 10%.
Для повышения эффективности отпарки отработанного катализатора в реакторном блоке целесообразно использование каскадных устройств в отпарной секции. Ранее на установках применялась технология отпарки, разработанная Французским институтом нефти. Отсутствие каскадных устройств приводило к существенному снижению эффективности отпарки, повышенным удельным расходам водяного пара (4,2 — 4,4 кг на 1т) и циркулирующего катализатора. Для сравнения: на однотипной установке Лисичанского НПЗ, реактор которой дооборудован каскадными устройствами в отпарной секции, удельный расход водяного пара не превышает2,8 - 3 кг на 1 т циркулирующего катализатора (2).
Наиболее удачная, хотя и не новая, отечественная технология используется на установке мощностью 2 млн тонн в Омске по технологии компании ExxonMobil. На Омском НПЗ эксплуатируются 2 крупнотоннажные установки каталитического крекинга: 43—103 —эксплуатируемая с 1971 года, проектная мощность 1500 тыс.т./год; 43— 107—в составе ком-
плекса КТ-1/1, введена в эксплуатацию в 1994 году, проектная мощность 1924 тыс.т./год (3J.
Обе установки в настоящее время работают на отечественном микросферическом цеолитсодержащем катализаторе, производимом па Омском НПЗ, который по своим показателям не уступает мировым аналогам. В связи с заменой катализатора в реакторном блоке, процесс крекинга стал протекать более глубоко, с образованием большей доли легких фракций, по качеству соответствующих компонентам моторных топлив.
После реконструкции установок произошло увеличение выхода и улучшение качества целевых продук тов крекинга при переработке гидроочищен-ного вакуумного дистиллята, а также обеспечение возможности вовлечения в сырье нефтяных остатков. Использование гидроочищенного сырья позволяет повысить эффективность процесса за счет снижения дезактивации катализатора содержащимися в исходном сырье серой, азогом, тяжелыми металлами.
Библиографический список
1. Каталитический крекинг. Технологический расчет установки с реактором лифтиого типа: учеб пособие / Е. А. Чернышева |и АР 1 — М.: РГУ нефти и газа им И. М. Губкина, 2002. — 73с.
2. Соляр, Б. 3. Модернизация узлов реакторного блока каталитического крекинга на устаиовке Г-43-107 М/1 / Б. 3. Соляр |илр.)// Химическая технология топлив и масел. — 2005. — No3. — С. 12-14.
3. Базовый проект модернизации установки каталитического крекинга Г-43-103 Омского НПЗ. —Омск: Омскнефгехимпроекг, 2007. - 175 С.
ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат
технических наук, доцент кафедры «Химическая технология органических веществ».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected] ОЛЕЙНИК Лариса Николаевна, доцент кафедры «Химическая технология органических веществ». Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира ,11. ЯКОВЛЕВА Екатерина Игоревна, ассистент кафедры «Химическая технология органических веществ». Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 18.03.2010 г.
© О. С. Ломопа, Л. II. Олейник, Е. И. Яковлева
Книжная полка
УДК 543
Цитовнч, И. К. Курс аналитической химии (Текст]: учеб. для вузов / И. К. Цитович. - 10-е изд., стер. - СПб. [и др.): Лань, 2009. - 494, [1] с.: рис., табл. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - Библиогр.:с. 472-474. - Предм. указ.: с. 475-485. - ЮШЧ 978-5-8114-0553-4.
В учебнике излагаются теоретические основы аналитической химии, качественный и количественный анализ, физико-химические и физические (инструментальные) методы анализа. Отражены ново йш недостижения аналитической химии, а также вопросы применения количественного анализа и инструментальных методов в агропромышленном комплексе.
УДК 546
Гельфман, М. И. Неорганическая химия [Текст]: учеб. пособие для вузов / М. И. Гельфман, В. П. Юстратов. -2-е изд., стер. - СПб. (и др.]: Лань, 2009. - 527 с.: рис., табл. - (Учебники для вузов. Специальная литература). -Бнблиогр.: с. 502. - Предм. - имен, указ.: с. 511-519. - 18В1М 978-5-8114-0730-9.
Изучение химии занимает важное место в системе подготовки специалистов для различных областей промышленности. Предлагаемое пособие написано в соответствии с требованиями образовательного стандарта и новыми программами курса неорганической химии для технологических направлений и специальностей. Приводится обширный справочный материал.
