МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)
Кафедра
«Техника переработки отходов и техносферная безопасность»
Курсовая работа
На тему:
«Установка каталитического крекинга нефтяного сырья»
Студент:
Тихомиров С.А.
Москва 2014 г.
Содержание
Введение
. Теоретическая часть
.1 Теоретические основы процесса
.2 Описание технологической схемы установки каталитического крекинга Г-43-107 (в одном лифт-реакторе)
.3 Устройство и принцип действия аппарата. Реактор
.4 Техника безопасности при эксплуатации аппарата
.5 Охрана окружающей среды на предприятиях нефтехимии
. Расчетная часть
.1 Материальный баланс
.2 Тепловой баланс
.3 Конструктивный расчет
.4 Прочностной расчет
. Расчет количества выбросов диоксида серы
Вывод
Литература
Введение
Каталитический крекинг - один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. 20 в. (США) способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов (Э. Гудри, 1936 г). Основное достоинство процесса - большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропиленом, изобутаном и бутенами; сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т.д. Такой универсальностью объясняется весьма значительная доля каталитического крекинга в общем объёме переработки нефти.
Для выполнения требований к
экологичности продуктов и санитарной защите окружающей среды в состав установки
наряду с основным процессом - каталитическим крекингом - введены
предварительная гидроочистка сырья, утилизация тепла дымовых газов и их очистка
от катализаторной пыли в электрофильтре.
1. Теоретическая часть
1.1 Теоретические основы процесса
Каталитический крекинг является химическим процессом деструктивного каталитического превращения нефтяных фракций в моторные топлива и сырье для производства технического углерода, кокса и нефтехимии. Сырьем для процесса служит в основном вакуумные дистилляты, легкие керосиногазойлевые фракции и мазуты. Целевые продукты процесса - авиационные и высокооктановые автомобильные бензины, легкий и тяжелые газойль, углеводородные газы. Нежелательным продуктом является кокс.
Каталитический крекинг - один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. XX в. способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов. Основное достоинство процесса - большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого бутан-бутиленовой фракцией (сырье для производства высокооктанового компонента бензина - алкилата); сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т.д.
Катализатор - это вещество, в присутствии которого изменяется скорость химической реакции. Явление изменения скорости реакции, вызываемое катализатором, называют катализом, а реакцию - каталитической. Большое распространение получили катализаторы, находящиеся в твердом состоянии. Они имеют множество внутренних пор. Общая внутренняя поверхность пор одной частицы значительно больше внешней ее поверхности.
Катализаторы для процесса каталитического крекинга бывают нескольких видов, а именно: алюмосиликатные катализаторы и цеолитные катализаторы.
Условия процесса каталитического крекинга и глубина протекающих реакций определяется качеством применяемого катализатора. Для обеспечения максимального выхода целевых продуктов и минимального количества побочных продуктов, а также достижения лучших технико-экономических показателей процесса промышленные катализаторы должны иметь следующие основные свойства:
- Высокая активность. Чем выше активность, тем больше глубина превращения исходного сырья при прочих равных условиях;
Стабильность. Катализатор должен быть стойким к истиранию, растрескиванию и давлению вышележащих слоев;
Высокая избирательность. Избирательность катализатора оценивается по его способности ускорять реакции в требуемом направлении и снижать скорость побочных реакций;
Высокие регенерационные свойства. Катализатор должен обладать способностью быстро и многократно восстанавливать свою активность.
Основными параметрами процесса, влияющими на выход и качество продуктов, являются:
Температура. За температуру процесса каталитического крекинга принимают температуру середины реакционной зоны. В промышленных реакторах температуру процесса поддерживают в пределах 450-500 оС. С ростом температуры в рабочей зоне увеличивается общая глубина превращения сырья, выход сухого газа, выход фракции С3-С4, количество пропилена и бутилена и в сравнительно небольшой степени повышается выход дебутанизированного бензина.
Давление. На установках с циркуляцией микросферического катализатора процесс ведут под давлением 0,08-0,19 МПа. С повышением давления содержание олефиновых углеводородов в бензине уменьшается, следовательно, снижается октановое число бензина.
Кратность циркуляции катализатора. Кратность циркуляции катализатора равна отношению количества тонн циркулирующего катализатора в час к количеству сырья, подаваемого в реактор. При постоянном количестве и качестве сырья, вносимого в реактор, и нормальных рабочих условиях процесса с ростом кратности циркуляции катализатора, глубина превращения сырья, процент отложения кокса на катализаторе увеличивается и, как следствие, повышает температуру в регенераторе. Понижение кратности циркуляции снижает отложения углерода на катализаторе (снижает выход кокса), снижает глубину превращения сырья.
Объемная скорость (час-1) - это отношение количества сырья подаваемого в час к количеству катализатора через сечение прямоточного лифт-реактора. Переработка сырья с большой объемной скоростью (при сохранении неизменных прочих условий процесса) дает больший абсолютный выход бензина, чем крекинг с меньшей объемной скоростью.
Качество сырья. Тяжелое сырье дает больший выход бензина и меньший выход газа, сырье с большим содержанием ароматики дает наибольший выход кокса и наименьший выход бензина. Лучший выход бензина и наименьший выход кокса дает нафтеновое сырье. Сырье с высоким содержанием серы дает низкооктановый бензин.
Продукты каталитического крекинга:
Газ каталитического крекинга наполовину состоит из непредельных углеводородов, в основном, пропилена и бутенов. Также присутствуют значительные количества изобутана. Благодаря этому бутан-бутиленовая фракция газа используется как сырье процесса алкилирования с целью получения высокооктанового бензина. Пропан-пропиленовая фракция используется для выделения пропилена для производства полипропилена. Ввиду большой суммарной мощности установок каталитического крекинга, доля пропилена, вырабатываемый в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан) используется в качестве топлива в печах заводских установок.
Бензин.
В процессе каталитического крекинга вырабатывается высокооктановый бензин с ОЧИ 88-91 пунктов. Кроме того, бензин содержит менее 1% бензола и 20-25% ароматических углеводородов, что дает возможность использовать его для приготовления бензинов согласно последним нормам Евросоюза (Евро-4, Евро-5). Основной недостаток бензина каталитического крекинга - высокое содержание непредельных углеводородов (до 30%) и серы (0,1-0,5%), что очень плохо влияет на стабильность топлива при хранении. Бензин быстро желтеет из-за полимеризации и окисления олефинов <#"796233.files/image001.gif">
Рис. 1. Схема установки каталитического крекинга
Катализатор с адсорбированными на его поверхности продуктами крекинга поступают в зону десорбции реактора Р1, где по средствам водяного пара осуществляется отпарка катализатора от продуктов крекинга. Закоксованный катализатор, за счет разности статических напоров катализатора в реакторе и регенераторе, самотеком по наклонной транспортирующей линии поступает в регенератор Р1,где при температуре 670 °С и давлении 0,24 МПа выжигается кокс.
Воздух на выжиг кокса, подается воздушными нагнетателями через трубчатый коллектор. Для разогрева воздуха в момент пуска и внесение дополнительного тепла в
регенератор по линии подачи воздуха устанавливается топка под давлением, в кипящий слой регенератора предусмотрено подача дистилятного топлива. Выжиг кокса в регенераторе осуществляется при воздействии воздуха на поверхность катализатора, поступающего через П2.
Наличие промотора в катализаторе позволяет проводить дожиг СО в СО2 в кипящем слое катализатора.
Образовавшиеся при выжиге кокса дымовые газы с температурой до 700 °С, пройдя отстойную зону регенератора, 6 групп двухступенчатых циклонов и, отделившись от отстойной массы катализатора, направляется в аппарат для снижения давления Д1. В газоходе Д1, оборудованном четырьмя диафрагмами, происходит снижение давление дымовых газов до атмосферного, которые затем поступают в котёл-утилизатор А1, отдают своё тепло и направляют в электрофильтр Е1 для удаления катализаторной пыли, после чего выбрасывают в атмосферу.
Нагрузка бункеров Б1 и Б2 катализатором производится из автоцементовоза потоком транспортирующего воздуха.
Из бункеров Б1 и Б2 предусмотрена загрузка регенератора Р2.
Подпитка реакторного блока свежим катализатором осуществляется в регенератор Р2 из бункера свежего катализатора Б2.
Выгрузка катализатора из прямоточного реактора из зоны десорбции, регенератора предусмотрена самостоятельными выводами в аварийный бункер Б1.
Регенерированный катализатор из регенератора по транспортной линии поступает в узел смешения сырья и катализатора прямоточного реактора.
Температура крекинга в лифт-реакторе регулируется количеством катализатора, подаваемого из Р2 в узел смешения. Количество катализатора из Р2 автоматически регулируется шиберной задвижкой на перетоке регенерированного катализатора.
Для повышения октанового числа бензина, к катализатору добавляется октаноповышающая добавка. Первоначально, в систему реакторного блока загружают примерно 6-7 т октановой добавки, а затем ежедневно осуществляется ввод добавки в систему в количестве 40-60 кг/сутки.
В ректификационной колонне продукты крекинга разделяются: в нижней части колонны от паров отделяются увлеченная катализаторная пыль, которая со смесью тяжелых углеводородов возвращается в реактор. Лёгкий и тяжелый газойль выводятся из соответствующих точек колонны К1 в отпарные колонны К2 и КЗ. Затем насосами НЗ и Н4 прокачиваются через теплообменники Т1 и Т2 и холодильниками XI и Х2 и выводятся с установки. Часть тяжелого газойля подаётся в узел смешения сырья реактора. Сверху К1 отбираются газы, пары воды и бензина. Они поступают в конденсатор - холодильник ХК1, где конденсируются и охлаждаются. Затем газожидкостная смесь направляется в сепаратор С2, где отстаивается от сконденсировавшихся паров воды, вода сбрасывается в канализацию, а газ компрессором ПК1 подается на установку газофракцилонирования. Бензин идёт на склад готовой продукции, а частично, в колонну К1 на орошение.
Фракция 195-350 °С с температурой не более 300° С забирается насосом НЗ с низа отпарной колонны К2 и охлаждается в сырьевом теплообменнике Т1, затем поступает в холодильник воздушного охлаждения XI и выводится с установки.
Фракция выше 350°С забирается
насосом Н4, охлаждается в сырьевом теплообменнике Т2 и холодильнике Х2 и также
выводится с установки С низа ректификационной колонны К1 насосом Н5 в реактор
Р1 открывается шлам - тяжелый газойль со взвешенной в нём катализаторной пылью.
.3 Устройство и принцип
действия аппарата. Реактор
Основным аппаратом любой реакторной установки является реактор. Назначением реактора является создание оптимальных условий для проведения процесса химического превращения с целью получения заданного выхода и качества целевых продуктов.
При химической переработке нефтяного и углеводородного сырья, например, в таких процессах, как каталитический крекинг, риформинг, коксование, пиролиз, алкилирование, применяют реакционные аппараты, значительно различающиеся по конструкции, принципу действия. Сложность расчета химических реакторов определяется необходимостью учета не только кинетики химических превращений, но также и влияние результат процесса гидродинамической области, условий массообмена и теплообмена в аппарате. По вопросам химизма и технологии различных процессов, выбора оптимальных условий, расчета и конструктивного оформления реакторов имеется обширная литература.
Тип реактора, его конструктивное оформление в основном определяется характером осуществляемой в нем реакций, фазовым состоянием реагентов, наличием и видом катализатора, увеличенной и знаком теплоты реакций, температурой и давлением, при которых осуществляется реакция. Однако, одну и туже реакцию можно проводить в реакторов различного типа, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. В конечном счете, выбранная конструкция реактора должна обеспечить показатели.
Высокие экономические показатели, высокие выходы целевых продуктов, малые капитальные и эксплуатационные расходы.
Надежность и безопасность работы. Температура в реакторе.
В последнее время наметилась тенденция к повышению температуры в реакторе каталитического крекинга, так как это непосредственно влияет на выход бензина. Кроме того, повышение температуры процесса приводит к увеличению выхода бензина, легких олифинов-сырья для алкинирования и производства МТБЭ. Раньше температура в реакторе ограничивалась в связи с ростом выхода продуктов термического крекинга; сухого газа и углеводородов С2 за счет снижения выхода катализатора, что приводило к снижению производительной установки. Лифт-реактор новой конструкции позволяет поднять температуру без потери селективности процесса, что связано с улучшением условий перемешивания реакторной смеси, отсутствием в реакторе застойных зон и сокращением времени реакции. Однако, следует уделить внимание поддерживанию оптимального баланса между продуктами термического и каталитического крекинга. Синтез высокооктановых продуктов должен проходить, прежде всего, за счет каталитического, а не термического процесса.
Принципы работы реактора.
Реактор каталитического крекинга тяжёлого вакуумного газойля представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой 51,7 м. Верхняя его часть имеет диаметр 8 м., средняя (десорбер)-4,5м, а нижняя (ствол)-1,6м. Корпус аппарата выполнен из стали 16ГС и футеровкой изнутри жаростойким бетоном, установлена пенобетонная изоляция.
Регенерированный катализатор (содержание кокса на катализаторе не более 0,10% масс) с температурой 690-700 ºС поступает в нижнюю часть прямоточного реактора, где подхватывается водяным паром и транспортируется вверх по реактору. Мгновенно испарившееся сырье движется вверх по стояку реактора с завершением стадии крекирования верхней части прямоточного реактора
С целью обеспечения более быстрого разделения (в реакторе) катализатора и продуктов крекинга прекращения их дальнейшего контакта во избежании явления «перекрекинга» выход прямоточного реактора оборудован баллистическим сепаратором, где происходит быстрая и качественная разделение двух фаз; твердой (катализатор), ссыпающйся в зону десорбции, и газообразной, поступающей в отстойную зону аппарата.
Продукты крекинга, после очистки от катализаторной пыли в двухступенчатых циклонах, поступают, с температурой 515-535°С, на ректификацию и газоразделение.