Модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса каталитического крекинга в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»

До 1913 года моторный бензин получали путём простой перегонки сырой нефти с тем, чтобы разделить прямогонный бензин от керосина и более тяжёлых фракций. Качество и количество прямогонного бензина было ограничено природой используемого сырья. Качество сырой нефти из разных месторождений сильно различалось, но средний выход бензина был меньше 20% на сырьё, а антидетонационные качества были эквивалентны октановому числу около 50 [6]. Термический крекинг, впервые внедрённый в 1913 г [7−9], увеличил выход бензина и его антидетонационное качество. Повсеместное применение тетра-этилсвинца в 1925 г. [6] и термический риформинг лёгкой нафты в начале 1930;х годов ещё более улучшил антидетонационные свойства. К 1935 году октановые числа данных сортов серийных бензинов по исследовательскому методу были около 71 и 79, соответственно [6], а потенциал выхода бензина из сырой нефти был около 60%. Однако, даже после термического риформинга, термического крекинга и добавления тетраэтилсвинца, качество бензина с развитием автои авиатранспорта все в меньшей степени удовлетворяло их требованиям. Каталитический крекинг стал наиболее важным из процессов повышения качества моторных топлив.

Первые попытки использования катализаторов в крекинге были предприняты вскоре после первого внедрения термического крекинга. Наиболее значимым из этих ранних попыток был сделан Маккафе. Процесс Маккафе в принципе состоял в кубовой перегонке нефти с добавлением 5 — 10% безводного хлорида алюминия, при 260−288 °С и давлении чуть выше атмосферного. Длительность каждого цикла зависела от природы сырья и обычно была от 24 до 48 часов. В 1915 году Галф Рифайнинг Компани построила завод с использованием процесса Маккафе в г. Порт-Артур, штат Техас [8]. Этот процесс никогда не представлял промышленной значимости, возможно, из-за трудности выделения хлорида алюминия из продукта реакции. Другие ранние попытки применить катализаторы для крекинга нефтепродуктов (например, Лемон [8, 9]) были ещё более слабыми.

Первым успешным процессом каталитического крекинга был процесс Гуд-ри, разработанный в 1933 г. и внедрённый в промышленность в 1936 году [6,15]. Это был процесс неподвижного слоя с использованием, на данном этапе, в качестве катализатора активированной бентонитовой глины.

В 1933 году Гудри основал «Сан Ойл Компани» и «Гудри Процесс Корпо-рэйшн». Совместно с компанией «Сокони Вакуум» процесс Гудри со стационарным слоем катализатора в 1935 г. был доведён до промышленной стадии.

Работы Гудри и других исследователей дали громадный импульс технологии нефтепереработки. Однако каталитический крекинг с неподвижным слоем катализатора имел ряд недостатков. Процесс проводили в реакторах со стационарным слоем катализатора, который дезактивировался за 10−20 минут из-за отложения кокса. Процесс был периодическим, а его аппаратурное оформление отличалось большой сложностью, так как приходилось в одном аппарате проводить эндотермическую реакцию крекинга и экзотермический выжиг кокса с частым чередованием этих стадий [10]. Эти недостатки были позднее преодолены использованием иного процесса, в котором катализатор непрерывно циркулирует из реактора, где происходит крекинг, — в регенератор, где с поверхности катализатора выжигается кокс, — и снова в реактор.

Данная технология крекинга значительно упростилась после разработки в 1940 г. метода изготовления синтетического аморфного алюмосиликатного катализатора в виде шариков диаметром 3−4 мм. Новые катализаторы имели более высокую износоустойчивость, позволяющую осуществлять процессы крекинга и регенерации в отдельных аппаратах с непрерывной циркуляцией катализатора. Таким образом, природные катализаторы сравнительно быстро уступили первенство синтетическим: сначала — таблетированным и пылевидным, а затем — шариковым и микросферическим.

Уже к 1953 году каталитический крекинг по мощности превзошёл в США термический крекинг [10, 11], — и далее развивался стремительными темпами.

В 60-х годах была открыта высокая активность цеолитов в реакциях крекинга. В связи с этим в процессе крекинга стали применять цеолитсодержащие катализаторы (содержание цеолита не более 20% масс.), которые обусловили значительный прирост выхода целевых продуктов процесса, особенно при переходе на крекинг тяжелого сырья.

Для использования всех преимуществ цеолитсодержащего катализатора стали применять новые типы реакторно-регенераторных аппаратов: вначале с кипящим слоем катализатора, а затем лифт-реактор.

Таким образом, процесс каталитического крекинга — наиболее динамично развивающийся процесс нефтепереработки.

В таблице 1.1.1, согласно [2], приведены данные о месте процесса каталитического крекинга среди вторичных процессов нефтепереработки в Российской Федерации.

Таблица 1.1.1. Развитие мощности вторичных процессов в Российской Федерации.

Мощность процессов 2001 г. 2002 г. 2005 г. 2010 г. прогноз) (прогноз).

Первичной переработки 273,1 279,0 289,0 289,0 нефти, млн. т/год.

Углубляющих переработку 20,1 20,9 30,5 33,7 нефти, % к мощности первичной переработки каталитического крекинга 5,9 6,0 8,1 9,6 гидрокрекинга 0,4 0,4 5,7 7,0 термокрекига+висбрекинга 5,3 5,9 7,7 8,0 коксования 1,9 1,9 2Д 2,2 производства битума 3,7 3,8 3,9 3,9 масел 1,5 1,5 1,4 1,4 прочих 1,4 1,4 1,6 1,6.

В настоящее время продолжается работа по интенсификации процесса каталитического крекинга на основе модернизации реактора и регенератора установок каталитического крекинга, упрощения конструкции реакторно-регенераторного блока, создания наиболее эффективных способов контактирования катализатора с сырьём и подготовки сырья с целью увеличения выхода целевых продуктов и повышения их качества [12].

выход продуктов крекинга выход катализатора Рисунок 4.3.1. Разрез реактора Р-1 после модернизации.

Заключение

и выводы.

1. Разработаны способы и рекомендации по модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга типа 43−102 в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», направленные на увеличение их производительности ~ в 1,5 раза с использованием в качестве сырья более тяжелого вакуумного дистиллята (к.к. 520 °C, содержание фракций, выкипающих до 360 °C не более 5−10%).

2. На основе разработки комплексного подхода, одновременно учитывающего возможности действующего оборудования реакторно-регенераторного блока установки крекинга и эксплуатационных характеристик катализатора, осуществляется разработка технологической и технической документации для модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга.

С этой целью проведены исследования на стендовой установке по оптимизации процесса каталитического крекинга утяжеленного вакуумного сернистого дистиллята с использованием существующего алюмосиликатного цеолитсо-держащего катализатора типа Ц-100 и проведен опытно-промышленный пробег.

В результате опытно-промышленного пробега установлено, что применение катализатора Ц-100 при увеличении производительности установки всего на 11% происходит снижение выходов бензина и легкого газойля на 2−3% масс, каждого и уменьшение октанового числа на 0,9 пунктов.

Показано, что увеличение объемной скорости подачи сырья — в 1,5 раза при сохранении гидродинамических условий движения потока катализатора, т. е. циркуляции катализатора, приводит при применении катализатора Ц-100 к снижению выходов бензиновой и дизельной фракций на 6,1 и 4,5% масс, соответственно. Увеличение кратности циркуляции катализатора до 3,0−3,5 позволяет достичь высокого выхода бензина (46,6−47,6% масс.), сравниваемого при действующей производительности, но при этом возрастает выход кокса с 2,7 до 3,3−3,5% масс.

Устранение перечисленных выше негативных факторов потребует увеличения числа зон регенерации в регенераторе с 11 до 16 и увеличения объема реактора с 35 м³ до 52 м³, что является технически трудновыполнимым.

3. На основе проведенных исследований по оптимизации процесса каталитического крекинга с использованием катализатора Ц-100 с учетом модернизации технологии и аппаратурного оформления, результатов опытно-промышленного пробега и возможностей аппаратов реакторно-регенераторного блока установки крекинга, а также с учетом технической сложности увеличения зоны регенератора, из-за необходимости значительного объема работ по усилению существующих фундаментов, разработаны требования к эксплуатационным характеристикам необходимого катализатора.

По сравнению с катализатором Ц-100 новый катализатор должен обладать следующими свойствами при крекинге тяжелого вакуумного дистиллята:

— более высокой активностью по выходу бензина при увеличении объемной скорости подачи сырья в 1,5 раза;

— более высокой скоростью регенерации от коксовых отложений в 1,31,5 раза);

— более высокой механической прочностью на износ для увеличения циркуляции катализатора в системе «реактор-регенератор» .

Данному катализатору присвоена марка Ц-600.

4. Осуществлена опытно-промышленная проверка технологии производства катализатора Ц-600 с заданными эксплуатационными свойствами и его загрузка в промышленную установку каталитического крекинга.

5. Проведены исследования на стендовой установке по оптимизации процесса каталитического крекинга тяжелого вакуумного газойля с использованием катализатора Ц-600.

Показано, что при оптимальных технологических условиях: температура.

1 Л крекинга 450−470°С, объемная скорость подачи сырья 2,2−2,5 м /(мч), кратность циркуляции катализатора 3,0−3,5 выходы продуктов крекинга составляют (% масс.):

— высокооктановая бензиновая фракция- 49,7−7-50,4;

— дизельная фракция- 19,0-^20,6- газ- 10,7-г13,1;

— кокс- 3,4-г3,7.

6. Разработана методика испытаний и исследованы регенерационные характеристики катализаторов Ц-600 и Ц-100.

Показано, что скорость окислительной регенерации катализатора Ц-600 от коксовых отложений в сравнении с используемым в настоящее время катализатором Ц-100 в 1,5−3,0 раза выше. Это позволяет исключить увеличение объема регенератора за счет его высоты, которая должна быть обязательной при использовании катализатора Ц-100.

7. Разработан метод и исследованы физико-механические свойства катализаторов Ц-600 и Ц-100.

Показано, что механическая прочность катализатора Ц-600 в динамических условиях значительно превосходит катализатор Ц-100: при 1000 об/мин катализатор Ц-600 разрушился через 700 сек только на 28%, а катализатор Ц-100 полностью.

8. На основе проведенных комплексных исследований и испытаний существующего и перспективного процессов каталитического крекинга, включающего стадии реакции крекинга и регенерации катализатора, были разработаны основные необходимые производственные мероприятия, направленные на модернизацию и аппаратурное оформление процесса каталитического крекинга на установках типа 43−102 в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» .

Данные мероприятия утверждены научно-техническим советом ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» .