содержание      ..     62      63      64      65     ..

7 Перспективные технологии переработки нефти - часть 3

7.5 Установки каталитического крекинга (перспективные технологии)

7.5.1 Каталитический крекинг с ультракоротким временем контакта (миллисекунда)

Описание

В связи с утяжелением сырья процесса каталитического крекинга в последнее десятилетие появились установки с ультракоротким временем контакта, позволяющим минимально закоксовывать катализатор - процесс Millisecond Catalytic Cracking (MSCC), далее называемый «Миллисеконд» [1].

Основное отличие процесса MSCC от традиционных установок с лифт-реактором состоит в том, что контакт катализатора и сырья происходит в направлении сверху вниз (рисунок 7.5). При этом наиболее легкое сырье вступает в контакт с катализатором в газообразном состоянии, тяжелая часть - в мелкодисперсном состоянии. Непрореагировавшая часть подвергается дополнительной конверсии в нижней части реактора (стриппинг-камере), в кипящем слое катализатора, где проводится отпарка тяжелых продуктов реакции при помощи водяного пара. Температура в стриппинг-камере реактора поддерживается на уровне 520-560 °С при помощи регенерированного катализатора, поступающего из регенератора.

Данная схема установки позволяет получить значительно более высокий выход жидких продуктов, чем в традиционном процессе каталитического крекинга, при малых капитальных затратах.

Сочетание двух факторов - быстрого разделения катализатора и паров и небольшого объема реакционной зоны - обеспечивает сокращение нежелательных вторичных реакций. В процессе значительно сокращается время контакта сырья и катализатора (до 0,1 с) вместо характерных для каталитического крекинга с лифт-реактором 2-4 с, что стимулирует в первичных реакциях деструкцию исходных углеводородов.

Рисунок 7.5 - реакторно-регенераторный блок процесса MSCC 1 - реактор, 2 - регенератор, 3 - специальная задвижка регенерированного катализатора, 4 - специальная задвижка горячего катализатора в стриппер, 5 -специальная задвижка отработанного катализатора, 6 - специальная задвижка циркулирующего катализатора[2]

Сравнительные показатели работы установок с лифт-реактором FCC и Миллисеконд (MSCC) приведены ниже:

Степень проработки

Процесс разработан компанией BAR-СО Processes Joint Venture в 1991 г., основным лицензиаром является американская компания UOP LLC. Первая установка пущена в 1994 г [3]. На сегодняшний день в мире работает несколько установок по технологии MSCC, в т.ч. на заводах СНГ:

- ОАО «Мозырский НПЗ», г. Мозырь, Белоруссия;

-TNGIZT, г. Туркменбаши, Туркменистан.

Достигаемые экологические преимущества

Основными экологическими преимуществами процесса являются:

- снижение выбросов СО и СО2, а также оксидов серы и азота, из регенератора вследствие снижения выхода кокса в процессе крекинга;

- снижение образования побочных продуктов (легкого и тяжелого газойля).

Экономические аспекты внедрения

По сравнению с традиционной установкой каталитического крекинга с лифт-реактором технология MSCC обеспечивает:

- существенное повышение выхода целевых продуктов;

- улучшение качества продуктов;

- повышение надежности и снижение эксплуатационных и капитальных затрат.

Технологические особенности нового усовершенствованного процесса каталитического крекинга катализатора включают:

- уникальную систему контактирования сырья с катализатором;

- зону реакции с ультракоротким временем контактирования.

Благодаря малому времени контактирования процесс MSCC имеет следующие технологические преимущества:

- снижение температуры в регенераторе;

- повышение кратности циркуляции катализатора;

- меньшая необходимость в охлаждении катализатора;

- большая эффективность при переработке остаточного сырья.



7.5.2 Каталитический крекинг остаточного сырья с двухступенчатой регенерацией

Описание

Схема реакторно-регенераторного блока установки RCC (Residual Catalytic Cracking) приведена на рисунке 7.6 [4]. Регенерированный катализатор смешивают у основания лифт-реактора с тяжелым сырьем, которое благодаря высокоэффективной системе ввода находится в диспергированном состоянии, что способствует увеличению выхода бензина и других ценных продуктов. В лифт-реакторе 1 идет процесс крекинга при температуре 510-520 °С, который завершается в реакторе-сепараторе 2. Далее закоксованный катализатор попадает в двухступенчатый регенератор 3. Двухступенчатая регенерация позволяет снизить температуру регенерации катализатора. Большая часть кокса выгорает на первой ступени регенерации при температуре 670-690°С. После этого частично регенерированный катализатор самотеком поступает на вторую ступень, где происходит дожиг остаточного кокса. Дымовые газы второй ступени выводятся из регенератора через его первую ступень, что позволяет более эффективно использовать кислород, подаваемый на регенерацию катализатора. Дополнительное регулирование температуры достигается также за счет использования холодильника катализатора 4 в плотной фазе. На установке с двухступенчатой регенерацией можно перерабатывать сырье с коксуемостью по Конрадсону до 10% мае. Газопродуктовая смесь разделяется в колонне 6.

Отличительные особенности процесса: диспергирование сырья с помощью рециркулирующих легких углеводородных газов, подача этих газов ниже точки ввода сырья для регулирования активности катализатора и пассивации отлагающихся на нем металлов; наличие двухступенчатого регенератора [5].

Рисунок 7.6 - Технологическая схема установки каталитического крекинга остаточного сырья с двухступенчатой регенерацией 1 - лифт-реактор, 2 - реактор-сепаратор; 3 - циклоны, 4 - двухступенчатый регенератор, 5 - холодильник катализатора; 6 - ректификационная колонна;
7, 8, 12, 13, 14-насосы; 9, 15-теплообменники; 10, 16-аппараты воздушного
охлаждения; 11 - емкость;
I - остаточное сырье, II - газ-разбавитель; III - воздух; IV - дымовые газы; V - газ;
VI - вода; VII - бензин; VIII - легкий газойль; IX- остаток выше 371 °С

Степень проработки

Процесс разработан компанией UOP LLC в 1983 г., лицензиаром является эта же компания. Первая установка пущена в 1983 г [3]. На сегодняшний день в мире работает 39 установок по технологии RCC. В России установки типа RCC отсутствуют.

Достигаемые экологические преимущества

Экологические преимущества процесса связаны с расширением номенклатуры сырьевых ресурсов за счет вовлечения в переработку тяжелых нефтяных остатков, в т.ч. вторичного происхождения.

Экономические аспекты внедрения

Технология RCC обладает следующими особенностями по сравнению с традиционными технологиями каталитического крекинга:

а) возможность переработки сырья с коксуемостью до 10% мае. и содержанием металлов до 10 мг/кг, что позволяет расширить допустимый сырьевой диапазон и увеличить выработку целевых продуктов;

б) возможность переработки тяжелых высоковязких нефтей, высокосернистого сырья;

в) высокая гибкость по сырью, возможность эксплуатации установки на обычном дистиллятном сырье.

 

7.5.3 Каталитический крекинг остаточного сырья с двумя регенераторами

Каталитический крекинг остаточного сырья с двумя регенераторами в настоящее время представлен процессом R2R (Reactor and 2 Regenerators). В промышленном масштабе процесс R2R, разработанный компанией Axens для переработки остаточного сырья, используется с 1981г. Особенность этого процесса - наличие двух регенераторов с раздельной подачей воздуха и выводом дымовых газов.

На рисунке 7.7 представлен реакторно-регенераторный блок установки R2R [6]. Реакторная часть работает так же, как на обычных установках каталитического крекинга с лифт-реактором. Отличие - в системе работы регенератора. Закоксованный катализатор поступает сначала в регенератор первой ступени 3, работающий при 700 °С, где происходит частичный выжиг углерода (до 80%) и полный выжиг водорода. В регенераторе второй ступени 4 температура поддерживается до 900°С при почти полном отсутствии паров воды. Здесь происходит полный выжиг кокса с катализатора. Регенератор второй ступени 4 оборудован выносным циклоном и десорбером (зоной отдува катализатора от дымовых газов). Температура в реакторе составляет 510 °С, время контакта сырья с катализатором 1 с. Процесс позволяет перерабатывать остаточное сырье со значением коксуемости по Конрадсону до 10% мас., причем содержание солей металлов в нем может увеличиваться до 50 мг/кг.

Рисунок 7.7 - Технологическая схема установки каталитического крекинга с двумя регенераторами (R2R)
1 - лифт-реатор, 2 - реактор-сепаратор; 3 - первый регенератор; 4 - второй регенератор, 5 - холодильник; 6 - ректификационная колонна; 7,8, 12, 13, 14 — насосы; 9, 15-теплообменники; 10, 16-аппараты воздушного охлаждения; 11 - емкость;
I - сырье; II - закоксованный катализатор; III - продукты реакции; IV -регенерированный катализатор; V - газ; VI - кислая вода; VII - бензин; VIII - легкий газойль; IX - остаток выше 343°С, X - дымовые газы

Качество остаточного сырья и выходы продуктов крекинга R2R может быть охарактеризовано следующими показателями [1]:

Сырье

К основным преимуществам процесса R2R относят высокий выход бензина и улучшенный процесс регенерации, обеспечивающий глубокий выжиг кокса в условиях, исключающих термопаровую дезактивацию катализатора.

Степень проработки

На сегодняшний день технология доступна для коммерческой эксплуатации. Продажа и поддержка осуществляется альянсом, включающим в себя: Axens (разработка технологии и лицензирование), IFP Energies Nouvelles (исследования), Total (эксплуатация), Technip Stone & Webster Process technology (лицензирование, модернизация). Действует несколько десятков установок в США, Южной Корее, Японии, Китае. В России установки типа R2R отсутствуют.

Достигаемые экологические преимущества

Экологические преимущества процесса связаны с расширением номенклатуры сырьевых ресурсов за счет вовлечения в переработку тяжелых нефтяных остатков, в т.ч. вторичного происхождения.

Экономические аспекты внедрения

Т.к. технология R2R создана для достижения тех же целей, что и RCC (переработка тяжелых остатков) экономические аспекты внедрения в целом те же, что и для RCC:

а) возможность переработки сырья с коксуемостью до 10% мае. и содержанием металлов до 10 мг/кг, что позволяет расширить допустимый сырьевой диапазон и увеличить выработку целевых продуктов;

б) возможность переработки тяжелых высоковязких нефтей, высокосернистого сырья;

в) высокая гибкость по сырью, возможность эксплуатации установки на обычном дистиллятном сырье.

7.5.4 Каталитический крекинг с максимальным выходом пропилена

Описание

Пропилен, получаемый в процессе каталитического крекинга FCC, составляет 30% его мирового производства, поэтому увеличение его выхода является актуальной задачей нефтепереработки. Существует ряд технологий повышения выхода пропилена

в процессе каталитического крекинга (DCC (Axens), PetroFCC (UOP)), однако все они имеют общие черты - температура реакции 580-600°С, соотношение катализатор:сырье - от 10 до 20, а также проприетарный катализатор, содержащий цеолит ZSM-5 [7]. Аппаратурное оформление процесса в целом практически не отличается от обычных установок FCC с лифт-реактором.

Особняком стоят технологии MAXOFIN (KBR) и MILOS (Shell). Реакторнорегенераторный блок по этой технологии содержит два лифт-реактора (рис. 7.8). В первом лифт-реакторе 1 перерабатывается обычное сырье (например, вакуумный газойль) на цеолитсодержащем катализаторе с целью максимального выхода бензина. Второй лифт-реактор 3 перерабатывает только бензиновые фракции. Это могут быть любые бензиновые фракции, как прямогонные, так и термических процессов. Используют также бензин, полученный после первого лифт-реактора.

Рисунок 7.8 - Реакторно-регенераторный блок установки каталитического крекинга с двумя лифт-реакторами на микросферическом цеолитсодержащем катализаторе  MAXOFIN
1 - основной прямоточный реактор, 2 - узел ввода сырья, 3 - второй прямоточный реактор, 4 - узел ввода бензина, 5,6 - центробежно-инерционные сепараторы,
7 - одноступенчатые циклоны, 8 - сепарационная секция реакция, 9 - отпарная секция реактора, 10 - парораспределитель сепарационной секции, 11 - парораспределитель предварительной отпарки, 12 - основной парораспределитель отпарной секции,
13 - наклонный катализаторопровод, 14 - регенератор, 15 - трубчатый воздухораспределитель, 16 - двухступенчатые циклоны I - сырье, II - водяной пар, III - легкий бензин, IV - продукты крекинга, V - воздух

Во втором лифт-реакторе бензин на смеси добавок MAXOFIN-3 и ZSM-5 и цеолитсодержащем катализаторе крекируется с получением максимального количества олефинов. Как лифт-реактор свежего сырья, так и лифт-реактор повторного крекинга бензина работают при обычных расходах диспергирующего пара (2-5 % (мае.)).

Сырье - вакуумный газойль, предварительно нагретый в теплообменниках и печи до 260°С - поступает вниз лифт-реактора 1 через сырьевые форсунки и смешивается с регенерированным катализатором. В первом лифт-реакторе крекинг происходит при температуре 530 - 538°С и завершается при подходе к сепарационной зоне реактора-сепаратора 8, где происходит отделение продуктов реакции от

катализатора. Продукты реакции поступают в ректификационную колонну на

фракционирование. Закоксованный катализатор поступает в отпарную зону 9, где

отпаривается противотоком с водяным паром. Отпарная зона секционирована каскадными перфорированными конусами, препятствующими созданию поршневого режима. В нижней части отпарной зоны установлены кольцевые коллекторы для ввода водяного пара, в верхней части - форсунки для ввода шлама, т.е. части остатка из ректификационной колонны, содержащей унесенный катализатор.

Далее катализатор самотеком поступает в регенератор 14, где выжигается кокс с поверхности катализатора, и регенерированный катализатор, разделяясь на две части, поступает на смешение с сырьем каждого из лифт-реакторов. В качестве сырья лифт-реактора 3 используют бензин. Температура крекинга в лифт-реакторе 3 - 593°С.

Ниже в табл. 7.16 представлен выход продуктов каталитического крекинга с получением максимального количества пропилена по технологиям ряда крупных компаний.

Таблица 7.16 — Сравнительные характеристики «пропиленовых» технологий каталитического крекинга

Бензин каталитического крекинга по пропиленовому варианту имеет более высокое ИОЧ (около 100) и содержит больше ароматических углеводородов, но его выход значительно ниже.

Степень проработки

Технологии каталитического крекинга с максимальным выходом пропилена находятся в стадии внедрения. Свои варианты технологии предлагают компании:

а) UOP, технология PetroFCC;

б) Axens совместно с RIPP, технология DCC (Deep Catalytic Cracking);

в) KBR, двухреакторная технология MAXOFIN;

г) Shell Global Solutions, двухреакторная технология MILOS.

Достигаемые экологические преимущества

Экологический эффект технологии состоит в повышении общей конверсии сырья, снижения выработки побочных продуктов (легкого и тяжелого газойлей). Технология характеризуется повышенным выходом пропилена и легких бутиленов, что позволяет расширить сырьевые ресурсы для производства полипропилена и алкилбензинов без вовлечения в переработку дополнительного количества нефти.

Экономические аспекты внедрения

Технология обладает следующими экономическими преимуществами:

а) снижение выработки побочных продуктов - легкого и тяжелого газойля;

б) увеличение выхода пропилена и бутиленов - ценного сырья для нефтехимической промышленности;

в) возможность получения высокооктанового компонента бензинов (с ИОЧ более 100 п), который может быть использован в качестве сырья для выделения индивидуальных ароматических углеводородов.

7.5.5 Каталитический крекинг с максимальным выходом легкого газойля

Описание

Ужесточение экологических требований к автомобильным двигателям во всем мире приводит к постепенному переходу от бензиновых к дизельным двигателям. Так, в Европе потребление бензина с 1998 по 2008 гг. снизилось на 22%, а потребление дизельного топлива возросло на 19% [12]. Повышенный спрос приводит к поискам новых источников дизельного топлива. Одним из таких источников потенциально является каталитический крекинг, в котором вырабатывается дистиллятная фракция -легкий газойль.

Однако легкий газойль каталитического крекинга характеризуется низким цетановым числом (ЦЧ) и образуется в процессе крекинга с относительно небольшой селективностью (15-20%). ЦЧ легкого газойля редко превышает 20-25 пунктов из-за большого содержания ароматических углеводородов (70-80%) [13]. Для увеличения выхода и повышения цетанового числа легкого газойля применяют ряд приемов:

Снижение конверсии сырья путем снижения температуры и кратности катализатор:сырье. Показано, что при снижении конверсии выход легкого газойля до некоторой степени увеличивается; максимум выхода соответствует конверсии 50-55% (газ+бензин+кокс) и составляет ~ 25% (базовое значение - 20% при конверсии 70%). При дальнейшем снижении конверсии выход ЛГ уменьшается, т.к. этот продукт в процессе крекинга является промежуточным [14].

Применение рециркуляции побочных продуктов крекинга (тяжелый газойль). Наиболее оптимальной фракцией для рецикла является фр. 340-400 (420)°С; при концентрации 12-15% выход легкого газойля достигает 30%, а конверсия составляет 65%.

Рецикл более тяжелых фракций нежелателен из-за высокого содержания трицикпической ароматики, присутствие которой не влияет на выход легкого газойля, однако приводит к увеличению выхода кокса, что вынуждает ограничивать степень рециркуляции [15,16].

Применение специального катализатора. Ряд катализаторных компаний к настоящему времени разработал специальные катализаторы с увеличенным объемом пор матрицы, а также со специально контролируемым соотношением цеолит:матрица. Применение этих катализаторов позволяет увеличить выход легкого газойля на 1-5% при незначительном снижении выхода бензина без снижения 04.

Степень проработки

Проработка технологии находится на уровне внедрения. Разработаны и предлагаются на катализаторном рынке следующие катализаторы:

а) HDXTRA (BASF);

б) MIDAS-300 (Grace Davison);

в) UPGRADER MD (Albemarle).

Достигаемые экологические преимущества

Основными экологическими преимуществами процесса являются:

а) снижение выбросов СО и СО2, а также оксидов серы и азота, из регенератора вследствие снижения выхода кокса в процессе крекинга;

б) снижение образования остатка - тяжелого газойля.

Экономические аспекты внедрения

Главным экономическим аспектом технологии является увеличение выхода легкого газойля - сырья для производства реактивного и дизельного топлив. Совместное применение специальных катализаторов и технологических приемов позволяет увеличить выход легкого газойля на 10% об (абс). Вторичным аспектом является снижение выхода побочного продукта крекинга - тяжелого газойля.

содержание      ..     62      63      64      65     ..