Файл: Реферат по дисциплине Химические реакторы.rtf

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждениевысшего профессионального образования Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра технологии нефти и газа

Реферат

по дисциплине «Химические реакторы»

на тему:«Реакторы каталитического крекинга»

Выполнил: студ. гр. БТП-12-02 Молодцов И.И.

Проверил: доцент каф. ТНГ Гайсина А.Р.
УФА, 2015

Содержание
Введение

1. Общие положения и назначение процесса

2. Характеристика сырья процесса

3. Физико – химические свойства каталитического крекинга

4. Катализаторы каталитического крекинга

5. Виды реакторов каталитического крекинга

5.1 Аппараты установок с циркулирующим шариковым катализатором

5.2 Аппараты установок с кипящим (псевдоожиженным) слоем пылевидного катализатора

Список использованных источников

Введение

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества - основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. Решение этих задач в условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки нефти. Большое значение приобрели вторичные и, особенно, каталитические процессы. Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения каталитического крекинга Каталитический крекинг представляет собой современный процесс превращения высококипящих нефтяных фракций в базовые компоненты высококачественных авиационных и автомобильных бензинов и в средние дистиллятные фракции - газойли. Промышленные процессы основаны на контактировании сырья с активным катализатором в соответствующих условиях, когда 40-50 вес % исходного сырья без рециркуляции превращается в бензин и другие легкие продукты. В процессе крекинга на катализаторе образуются углистые отложения, резко снижающие его активность, в данном случае крекирующую способность. Для восстановления активности катализатор регенерируют. Наибольшее распространение получили установки с циркулирующим катализатором в движущемся потоке и псевдоожиженном, или кипящем, слое.

---

1. Общие положения и назначение процесса

Основное целевое назначение КК - производство с максимально высоким выходом (до 50 % и более) ВО бензина и ценных сжиженных газов - сырья для послед. производств ВО компонентов бензинов изомерного строения: алкилата и МТБЭ, а также сырья для нефтехимических производств. Получающийся в процессе ЛГ используется обычно как компонент ДТ, а ТГ с высоким содержанием полициклических аренов - как сырье для производства технического углерода или высококачественного электродного кокса (напр., игольчатого). Процессы КК получили наиб. развитие в США, где уд. вес их в 2000 г. составил 35,9 % от первичной переработки нефти, причем на некоторых НПЗ этот показатель составляет более 50 %. Доля этого процесса на НПЗ др. развитых капиталистических стран составляет 10…38 % масс.

Термин «крекинг» (Cracking) применим в принципе ко всем эндотермическим (с поглощением тепла) реакциям химического превращения углеводородов (крекинг парафинов, олефинов и ароматических углеводородов). Наряду с этими основными реакциями протекают и другие, экзотермические (с выделением тепла), реакции полимеризации, алкилирования, ароматизации, изомеризации, деалкилирования и перераспределения водорода. Подбором состава катализаторов и технологического режима в реакторе регулируют образование тех или иных углеводородов из разного сырья. В нефтепереработке под крекингом обычно (но не всегда) подразумевают химическое превращение углеводородов тяжелых нефтяных фракций, выкипающих при температуре выше 200 °С. Термином «крекинг» называют также реакции превращения при высоких температурах углеводородных газов и легких нефтяных фракций с целью получения этилена, пропилена и других углеводородов - нефтехимического сырья. Но так как эта операция протекает в присутствии значительного количества водяного пара, то такие процессы называют крекингом в присутствии водяного пара (Steam Cracking) или пиролизом (в отечественной терминологии). Термин «риформинг» (Reforming) чаще применяется к химическим процессам превращения фракций прямогонных бензинов (naphtha), имеющих температуру выкипания 100-200 °С. Крекинг (равно и риформинг) может быть осуществлен лишь при нагреве сырья до высоких температур (это термический крекинг тяжелых фракций или риформинг бензинов) или также в присутствии разных катализаторов, которые при равных температурах и разных (обычно повышенных) давлениях позволяют увеличивать глубину превращения тех или иных групп углеводородов с целью опять же контролируемого получения определенных углеводородов, например ароматических или других высокооктановых соединений. Таким образом, на НПЗ широко применяют две большие группы химических, реакционных процессов - термических и каталитических (или термокаталитических). Термические реакционные процессы иногда осуществляют в присутствии водяного пара для снижения парциального давления углеводородов (эффект аналогичен снижению общего давления процесса). Каталитические процессы часто проводят в присутствии водорода (гидрогенизационные процессы) для осуществления определенных химических реакций гидроочистки, гидрообессеривания и гидрокрекинга нефтяных фракций и других реакционных процессов.

---

Во всем мире среди деструктивных процессов переработки нефтяных фракций и в настоящее время основным по мощности остается каталитический крекинг. В разных странах - в России от 6 и в США до 36 % объема переработки нефти приходится на технологические установки каталитического крекинга. Большинство современных установок каталитического крекинга относится к типу флюид (ККФ) с псевдоожиженным (кипящим) слоем пылевидного или чаще микросферического катализатора. В последние годы прогресс в области ККФ был связан с совершенствованием высокоактивных и селективных цеолитсодержащих катализаторов и радикальной модернизацией реакторного и регенераторного оборудования в целях его адаптации к новым катализаторам, т. е. в целях максимального использования преимуществ и достоинств новых катализаторов. Новые поколения катализаторов кардинально изменили дизайн установок, т. е. не только диаметр, высоту и другие размеры основного оборудования (реактора и регенератора), но даже и предназначение отдельных аппаратов, например, основной процесс - реакция протекает теперь не столько в реакторе как таковом, а преимущественно на 90-98 % в лифт-реакторе, являющемся также и подъемником катализатора с сырьем в реактор. Если раньше в регенераторе не допускался, например, до-жиг оксида углерода СО из-за опасности перегрева и разрушения катализатора, то теперь, наоборот, дожиг СО проводят именно в регенераторе, и дымовые газы из регенератора теперь практически не содержат экологически вредного оксида углерода. Высокоактивные катализаторы позволили уменьшить время реакции и циркулирующее количество катализатора, что повлекло существенное уменьшение размеров оборудования и всей установки.

2. Характеристика сырья процесса

В качестве сырья в процессе КК в течение мн. десятилетий традиционно использовали вакуумный дистиллят (газойль) широкого ФС (350…500 °С). В ряде случаев в сырье КК вовлекаются газойлевые фракции термодеструктивных процессов, ГК, рафинаты процессов ДА мазутов и гуд- ронов, полупродукты масляного производства и др. В последние годы в мировой нефтепереработке наблюдается тенденция к непрерывному утяжелению сырья. На современных зарубежных установках перешли к переработке ГВГ с t к.к. 540…620 °С. На специально запроектированных установках КК подвергают переработке остаточное сырье: мазуты и даже гудроны или их смеси с дистиллятом сырьем без или после пред- варительного облагораживания ГО.

---

Всю совокупность показателей, характеризующих качество сырья, по степ. влияния на процесс КК условно можно подразделить на след. 3 группы:

1) показатели, влияющие на выход (т. е. на мат. баланс) и качество продуктов крекинга: фракционный и групповой ХС и содержание ГОС;

2) показатели, влияющие на обратимую дезактивацию катализатора, такие как плотность, коксуемость и содержание серно – кислотных смол;

3) показатели, влияющие на необратимую дезактивацию катализатора: содержание металлов, пр. вс. ванадия и никеля.

По ФС к сырью процесса предъявляются следующие требования:

- практически полное отсутствие бензино-лигроиновых фракций, поскольку в условиях крекинга они претерпевают незначительные превращения, к тому же нерационально загружают реакционный аппарат и отрицательно влияют на ОЧ бензина;

- ограниченное (до 10 %) содержание фракций, выкипающих до 350 °С;

- ограниченная t к.к. (500…620 °С), что обуславливается концентрированием в высококипящих фракциях коксогенных компонентов сырья (смол и асфальтенов) и ГОС и металлов.

Групповой ХС сырья более значительно влияет на выход и качество продуктов КК. В большинстве ВГ, направляемых на КК, в зависимости от типа исходной нефти содержание в них групповых компонентов колеблется в довольно широких пределах: парафиновых 15…35, циклановых 20…40 и ароматических 15…60 %. Наилучшим для КК по выходу целевых продуктов (бензина и сжиженных газов) является сырье с преобладанием парафиновых и циклановых углеводородов. Полициклические арены и смолы сырья в условиях крекинга дают мало бензина и много тяжелых фракций и кокса. Сернистые и кислородные соединения однотипного по ХС сырья не оказывают существенного влияния на мат. баланс КК, но ухудшают качество продуктов. Однако следует указать, что с увеличением содержания ГОС в сырье, как правило, одновременно повышается содержание в нем полициклических углеводородов и смол. 171 К компонентам, обратимо дезактивирующим катализаторы крекинга, относят полициклические арены, смолы, асфальтены и азотистые соединения сырья. Об обратимой дезактивирующей способности сырья можно косвенно судить по плотности, а количественно - по коксуемости, определяемой по Конрадсону. Как правило, чем выше коксуемость сырья, тем больше выход кокса на кат-ре. Обычно на установках КК преим. перерабатывают типовое сырье (ВГ 350…500 °С) с коксуемостью не более 0,3…0,5 % масс. Если регенератор имеет запас мощности по массе сжигаемого кокса, то может быть использовано сырье с коксуемостью до 2…3 % масс. На специальных установках, предназначенных для крекинга остаточного сырья и имеющих системы отвода тепла из регенератора, допускается коксуемость сырья до 5 % мас. Обратимыми ядами для алюмосиликатных катализаров являются азотистые основания: они прочно адсорбируются на контактных активных центрах и блокируют их. При одинаковых основных свойствах большее дезактивирующее воздействие на катализатор оказывают азотистые соединения большей ММ. После выжига кокса активность отравленного азотистыми основаниями катализатора полностью восстанавливается. Цеолитсодержащие катализаторы, благодаря молекулярно-ситовым свойствам, отравляются азотом в знач. меньшей степени, чем аморфные алюмосиликатные. МОС, содержащиеся преимущественно в высококипящих и особенно остаточных фракциях нефти, относят к необратимо дезактивирующим компонентам сырья крекинга.

---

Блокируя активные центры катализара, они отрицательно влияют не только на его активность, но и на селективность. Так, по мере увеличения содержания никеля и ванадия, являющихся дегидрирующими металлами, в продуктах крекинга интенсивно возрастает выход водорода и сухих газов, а выход бензина существенно снижается. На установках КК, на которых не предусмотрены спец. приемы по улавливанию или пассивации отравляющего действия металлов, содержание их в сырье нормируется не более 2 г/т. Для переработанного сырья с коксуемостью более 10 % масс. и содержанием металлов 10…30 г/т и более требуется обязательная его предварительная подготовка.

3. Физико – химические свойства каталитического крекинга

При каталитическом крекинге протекают реакции расщепления, алкилирования, изомеризации, ароматизации, полимеризации, гидрогенизации и деалкилирования. Некоторые из них являются первичными, но большинство - вторичными.

Крекинг парафинов. При крекинге парафиновых углеводородов нормального строения доминируют реакции разложения. Продукты крекинга состоят главным образом из парафиновых углеводородов более низкого молекулярного веса и олефинов. Выход олефинов увеличивается с повышением молекулярного веса сырья. Термическая стабильность парафиновых углеводородов понижается с увеличением молекулярного веса. Тяжелые фракции нефтепродуктов являются менее стабильными и крекируются значительно легче, чем легкие фракции. Наиболее часто разрыв молекул происходит в ее средней части.

Механизм каталитического крекинга - карбоний-ионный. Согласно этому механизму, часть молекул парафинов подвергается термическому расщеплению, а образующиеся олефины присоединяют протоны, находящиеся на катализаторе, и превращаются в карбоний-ионы. Карбоний-ионы являются агентами распространения цепной реакции. В результате целого ряда превращений образуются парафиновые углеводороды меньшего молекулярного веса, чем исходные, и новые большие карбоний-ионы, которые затем расщепляются. Реакции дегидрогенизации при крекинге высокомолекулярных парафинов играют незначительную роль. Однако процесс дегидрогенизации низкомолекулярных парафинов, особенно газообразных, имеет практическое значение для превращения малоценных газообразных продуктов в ценные - олефины.

При крекинге парафиновых углеводородов нормального строения протекают и вторичные реакции с образованием ароматических углеводородов и кокса. Много ароматических углеводородов при каталитической ароматизации получается из парафинов, структура которых допускает образование бензольного кольца.

---