Материал: Технология глубокой переработки нефти и газа.

^1од глубиной превращения сырья принято считать суммарный выхАц продуктов, отличающихся от исходного сырья фракционным составом. При крекинге традиционного сырья - вакуумного газойля фр. 3£>0 - 500 °С - таковыми продуктами являются газ + бензин + дизельная фракция (легкий газойль) + кокс. Тяжелый газойль, вы­ кипающий при тех же температурных пределах, что и сырье, обыч­ но принимают как за непревращенную часть сырья, хотя он отлича­ ется от последнего по химическому составу.

Целевыми продуктами процесса, как указывалось ранее, явля­ ются бензин и сжиженный газ. Кокс, хотя и фигурирует в матери­ альном балансе процесса (вместе с потерями), но не выводится из установки и полностью сгорает в регенераторе, обеспечивая тепло­ вой баланс реакторного блока.

Требуемые глубина конверсии сырья и качество целевых про­ дуктов каталитического крекинга достигаются управлением техно­ логическим процессом посредством регулирования его оперативны­ ми параметрами.

Кнерегулируемым параметрам каталитического крекинга мож­ но отнести качество сырья, качество катализатора (например, его индекс активности*), тип и конструкцию реакционных аппаратов, обеспечивающие заданный в соответствии с проектом технологичес­ кий режим и производительность по сырью.

Коперативным, то есть регулируемым, относятся обычно те па­ раметры, которые входят в кинетические уравнения (или математи­ ческие модели) химико-технологических процессов, то есть темпе­ ратура Т, время контакта т и концентрация реактантов. Примени­ тельно к рассматриваемому процессу каталитического крекинга опе­ ративными параметрами реактора являются температура в зоне кре­ кинга, время контакта сырья с катализатором, кратность циркуля­ ции катализатора и коэффициент рециркуляции остатка крекинга.

Вместо времени контакта т на практике более часто употребля­ ется термин «объемная» или «массовая скорость подачи сырья» - отношение количества сырья, подаваемого в реактор в единицу вре­ мени, к количеству (объему или массе) катализатора в реакторе. По существу, обратная функция от объемной скорости подачи сырья есть

* Индекс активности катализаторов крекинга определяется, выходом бензина из стандартного сырья на модельной установке.

465

время контакта, правда, фиктивное, поскольку в этих расчетах не учитывается порозность слоя катализатора, иногда и температура.

Кратность циркуляции катализатора Кцк - параметр, употреб­ ляемый только к каталитическим процессам, осуществляемым £ цир­ куляцией катализатора между реактором и регенератором. К|,.к. оп­ ределяется как отношение количеств катализатора к сырью, пода­ ваемых в реактор в единицу времени. По кинетическому признаку Кц к характеризует концентрацию катализатора в реагирующей си­ стеме: чем выше Кцк, тем на большей реакционной поверхности ка­ тализатора осуществляется гетерогенная каталитическая реакция. Следует добавить, что величина Кцк влияет и на тепловой баланс реакторного блока.

Процессы каталитического крекинга в большинстве случаев про­ водятся с рециркуляцией газойлевых фракций с блока ректифика­ ции продуктов крекинга на установках раннего поколения с приме­ нением аморфных алюмосиликатных катализаторов, обладающих невысокой активностью. Рециркуляция продуктов крекинга осуще­ ствлялась с целью увеличения конверсии сырья, а также возврата катализатора, вынесенного с парами продуктов из реактора - катализаторного шлама. В качестве рециркулята при этом использова­ лись не только тяжелые, но и легкие газойли.

С переходом на ЦСК резко повысилась глубина конверсии за проход, в связи с чем необходимость рециркуляции газойлей снизи­ лась (с 30 % на АСК до 10-15 % на ЦСК). На современных установ­ ках крекинга на ЦСК рециркуляцию тяжелого газойля осуществля­ ют с целью:

-возврата катализаторного шлама; -регулирования теплового режима работы реакторного блока;

-улучшения качества тяжелых фракций (270-420 °С), использу­ емых в качестве термогазойля - сырья для производства техничес­ кого углерода.

Катализаторный шлам вместе с частью тяжелого газойля реко­ мендуется возвращать на крекинг не вместе с сырьем, а по отдель­ ной линии в верхнюю часть реактора или зоны десорбции, так как полициклические углеводороды из тяжелого газойля резко снижа­ ют активность ЦСК. Имеются даже разновидности каталитическо­ го крекинга («двухступенчатый крекинг»),*в которых крекинг рецир­ кулята проводится в отдельном реакторе.

466

Давление в системе реактор - регенератор поддерживается прак­ тически постоянным для данного типа установок. Повышение дав­ лений несколько ухудшает селективность крекинга и приводит к росту газо- и коксообразования.

8.6.2. Типы реакторов

На глубину конверсии сырья в значительной степени оказывает влияние газодинамический режим контактирования сырья с ката­ лизатором, осуществляемый в реакторах различных типов.

Вреакторах с движущимся слоем шарикового катализатора ка­ тализ, массо- и теплообмен осуществляются фильтрацией прямото­ ком в режиме, близком к идеальному вытеснению, то есть в реакто­ ре интегрального типа. К недостаткам реакторов этого типа следует отнести:

-катализ проводится на поверхности крупнозернистого катали­ затора, что отдаляет процесс от чисто кинетической области реаги­ рования;

-при прямотоке, в отличие от противотока, завершающаяся ста­ дия крекинга осуществляется на поверхности закоксованного ката­ лизатора после потери им первоначальной активности;

-большое время контакта в реакторах этого типа (исчисляемое десятками минут) приводит к ухудшению селективности крекинга в результате интенсивного протекания вторичных реакций.

Вреакторах с псевдоожиженным (кипящим) слоем микросферического катализатора катализ, тепло- и массообмен осуществля­ ются при идеальном перемешивании реактантов с катализатором в режиме, характерном для безградиентных реакторов (то есть диф­ ференциального типа). Как наиболее значимые достоинства реакто­ ров этого типа следует отметить:

-высокую их удельную производительность; -легкость транспортирования микросферического катализато­

ра и регулирования технологического режима; - осуществление каталитического процесса в области, близкой к

чисто кинетической; - отсутствие байпасных участков и градиента температуры в

кипящем слое и некоторые другие.

467

Как недостатки реакторов с кипящим слоем можно указать на следующие:

-неравномерность времени пребывания сырья в зоне реакции, в результате некоторая часть сырья подвергается чрезмерному кре­ кированию до газа и кокса, а другая часть - легкому крекингу;

-среднее фиктивное время контакта, хотя и меньше, чем в реак­ торах с движущимся слоем шарикового катализатора, но недоста­ точно малое (3-15 мин), чтобы обеспечить максимально высокую се­ лективность крекинга.

Реакторы каталитического крекинга перечисленных выше двух типов в последние годы постепенно вытесняются более совершен­ ными типами - прямоточными реакторами с восходящим потоком газокатализаторной смеси (лифт-реактор). По газодинамическим ха­ рактеристикам этот реактор приближается к реакторам идеального

вытеснения (то есть интегрального типа), являющимися более эф­ фективными для каталитического крекинга по сравнению с реакто­ рами с псевдоожиженным слоем катализатора. При этом время кон­ такта сырья с ЦСК благодаря высокой активности снижается в лифтреакторе примерно на 2 порядка (до 2 - 6 с). Высокая термостабиль­ ность современных катализаторов (редкоземельных обменных форм цеолитов или безцеолитных ультрастабильных и др.) позволяет про­ водить реакции крекинга при повышенных температурах и исклю­ чительно малом времене контакта, то есть осуществить высокоин­ тенсивный («скоростной») жесткий крекинг (подобно процессам пи­ ролиза).

Заметно улучшаются выходы и качество продуктов крекинга при использовании системы «лифт-реактор+ форсированный псевдоожи­ женный слой» для цеолитсодержащих катализаторов «средней» ак­ тивности типа Цеокар-2 (табл. 8.5).

Как видно из приведенных в табл. 8.5 данных, при переходе от реактора с псевдоожиженным слоем к лифт-реактору улучшается селективность крекинга, возрастает содержание олефинов С3- С4в газе и содержание олефинов в бензине. Однако вследствие «сред­ ней» активности катализатора Цеокар-2 в лифт-реакторе не дости­ гаются достаточная конверсия сырья и выход бензина, из-за неза­ вершенности вторичных реакций изомеризации и ароматизации ок­ тановое число бензина недостаточно высокое.

468

Таблица 8.S

Результаты крекинга вакуумного дистиллята ромашкинской нефти на катализаторе Цеокар-2 в реакторах различных Типов(данные СЛ .Хаджиева)

469