Виды реакторов каталитического крекинга

Установки каталитического крекинга, эксплуатируемые на неф теперерабатывающих заводах, могут быть с шариковым и порош­кообразным катализатором.

На установках с шариковым катализатором крекинг сырья и регенерация катализатора осуществляются в сплошном слое его. Процесс проходит в аппаратах шахтного типа, через которые не­ прерывным потоком сверху вниз движутся шарики катализатора диаметром 3—5 мм. В прямоточных реакторах катализатор и сырье контактируют, двигаясь прямотоком. Реакторный блок ка­ждой установки состоит из реактора, регенератора и системы транспорта катализатора.

На установках с порошкообразным или микросферическим алюмосиликатным катализатором крекинг и регенерация катализатора протекают в кипящем (псевдоожиженном) слое. Этот процесс по­лучает широкое распространение вследствие того, что режим ки­пящего слоя позволяет упростить реакционные аппараты и систему транспорта катализатора, а также облегчает условия для соблю­дения температурного режима в регенераторах.

5.1 Аппараты установок с циркулирующим шариковым катализатором

Пары сырья подаются в верхнюю часть реактора (рис. VII-1), где они равномерно распределяются по всему сечению аппарата в слое катализатора. Он поступает в реакционную зону из верхней камеры по переточным трубам, выравнивающим его поток. Про­цесс происходит при прямоточном движении слоя катализатора и паров сырья .

Объем реакционной зоны определяют, исходя из объемной скорости подачи сырья, т. е. часового объема сырья, который можно пропустить через единицу объема реакционного блока чтобы достигнуть заданной степени превращения сырья. Эти данные находят из опыта эксплуатации однотипных аппаратов. Продукты каталитического крекинга в разделительной зоне отделяют от по­ тока катализатора и отводят из реактора в ректификационную колонну. Отработанный катализатор после от­ парки поступает в загрузочное устрой­ство пневмоподъемника, откуда горячими газами, образующимися под давлением в топках, подается в бункер регенерато­ра. После осуществляемого в нем вы­ жига кокса регенерированный катализа­ тор направляют в дозатор пневмоподъем­ника и затем через бункер-сепаратор — в бункер реактора. Схемы реакторных блоков зависят от взаимного расположения реакторов и ре­ генераторов по высоте. На отечествен­ных заводах получила распространение схема с однократным подъемом катали­ затора. При работе по этой схеме реак­тор размещают над регенератором или регенератор — над реактором. Примером системы однократного подъема может служить схема, приведенная на рис. VII-2, где реактор располо­жен над регенератором. Отличительной особенностью установок крекинга с однократным подъемом катализатора является большая высота реакторного блока (до 100 м).

Корпуса аппаратов. По конструктивному исполнению и разме­рам реакторы отличаются большим разнообразием, однако усло­вия эксплуатации и порядок чередования зон в них одинаковы. Аппараты работают при высоких температурах, определяемых тем­пературой катализатора, вводимого через верхний стояк (500— 560° С). Поэтому корпуса реакторов изготовляют из легированной стали марки 1Х18Н9Т или биметалла 12МХ +08X13, а все внутрен­ние устройства — из сталей марок 1Х18Н9Т или 08X13. Корпус реактора должен быть рассчитан на прочность с уче­том рабочего давления и горизонтальной составляющей давления слоя катализатора на стенки аппарата. Вследствие небольшого избыточного давления в реакторе (0,7 ат) при определении толщины стенки корпуса учитывают ветровую нагрузку

Регенераторы.

I – катализатор,

II – дымовые газы;

III – воздух;

IV – пароводяная смесь;

1 – коллекторы ввода воздуха;

2 – коллекторы вывода дымовых газов;

3 – охлаждающие змеевики;

4,5 – коробы воздухораспределительные и газосборные;

6 – решетка;

7 – сборное выравнивающее устройство;

8 – футеровка;

9 – листовой асбест;

10 – распределительное устройство.

Отработанный катализатор восстанавливают (регенерируют) путем выжига с его поверхности кокса в регенераторах. О каче­стве восстановленного катализатора судят по остаточному содер­жанию на нем кокса, которое доводят до 0,2—0,5%. Регенериро­ванный катализатор охлаждают в аппаратах до 500—560° С и снова подают в реакторы. ' Выжиг кокса производят посредством подачи в слой закоксованного катализатора горячего воздуха, нагреваемого под давле­нием в топках до 500° С. Количество и температура подаваемого воздуха определяют интенсивность выжига. Этот процесс сопро­вождается выделением большого количества тепла и увеличением температуры среды. Однако она должна быть не выше 650—700° С, поэтому избыточное тепло отнимают пароводяной смесью (в ве­совом соотношении пара и воды 1:5), циркулирующей в змеевике, который помещают в слое регенерируемого катализатора. При бо­лее высокой температуре резко снижается активность катализа­ тора и уменьшается прочность узлов и деталей аппарата. Количество тепла, выделяемого в регенераторе, зависит от мощ­ности установки и полноты сгорания кокса. Содержание кокса на поверхности отработанного катализатора можно уменьшить, уве­личив кратность его циркуляции. Чем она выше, тем больше тепла переносится катализатором из регенератора в реактор, где его используют, как уже было сказано, для нагрева, испарения и кре­кинга сырья. Регенерация катализатора осуществляется при движении его в аппарате сверху вниз в нескольких зонах, по конструкции и на­ значению не отличающихся одна от другой. Каждая зона имеет устройства для ввода воздуха и вывода дымо­вых газов, а также змеевик, по которому дви­жется охлаждающая смесь. Число зон зависит от кратности циркуляции катализатора. В каж­дой зоне выжигают только часть кокса, после чего перед поступлением в следующую зону ка­тализатор необходимо охлаждать. Увеличивая кратность его циркуляции до 4—7, можно умень­шить число зон до одной-трех, т. е. упростить конструкцию, облегчить регулирование режима работы и эксплуатации} аппарата. Поэтому но­ вые установки, рассчитанные на большую крат­ность циркуляции катализатора, имеют аппараты с меньшим числом зон выжига, хотя при этом увеличивается расход энергии на транспорт катализатора и несколько возрастает сопротивление потоку воздуха через его слой. Повышен­ные скорости катализатора приводят к износу как самого катализатора, так и оборудования. Например, скорость слоя катализатора в регене­раторе не должна превышать 0,25 м/сек, чтобы предотвратить зна­чительный механический износ футеровки и внутренних устройств.

5.2 Аппараты установок с кипящим (псевдоожиженным) слоем пылевидного катализатора.

Крекинг в кипящем слое Каталитический крекинг в кипящем слое пылевидного или микросферического катализатора находит широкое применение на нефтеперерабатывающих заводах. Установки работают на синте­тическом или естественном активированном алюмосиликатном катализаторе с размерами частиц 20—80 мк. Выявлены следующие преимущества данного вида крекинга по сравнению с крекингом, в котором используют шариковый катали­ затор:

1) возможность простого регулирования в широких преде­лах степени превращения сырья и циркуляции катализатора;

2) интенсивное перемешивание в реакторе и регенераторе, исклю­чающее местные перегревы и обеспечивающее высокие коэффициенты теплопередачи;

3) меньшие энергетические затраты на транспорт катализатора;

4) более простые конструкции реакторов и регенераторов и др. Особенностью процесса является то, что крекинг и регенерация протекают в кипящем слое катализатора, т. е. в слое взвешенных мелких частиц его, находящихся в постоянном движении. Кипящий слой образуется при пропускании газов через слой катализатора. Если скорость их достаточна, то частицы катализатора, от­рываясь одна от другой, начинают хаотически перемещаться. Ин­тенсивность движения частиц и, следовательно, размеры возни­кающих между ними пор определяются скоростью газов. Чем больше скорость, тем выше кипящий слой при одинаковом объеме спокойного катализатора. Пылевидный катализатор в таком слое получает подвижность подобно жидкости, поэтому данный слой называют также псевдоожиженным. Дальнейшее увеличение скорости может привести к режиму пневмотранспорта. При снижении скорости плотность кипящего слоя увеличивается, объем уменьшается и катализатор может прийти в спокойное состояние, при котором пары или газы проходят через пустоты между его частицами, не перемещая их и не перемешивая слоя (такой режим создается, например, в стояках реакторов и регенераторов). Крекинг в псевдоожиженном слое протекает при температуре 460—510° С и избыточном давлении до 1,8 ат. Скорость потока катализатора в Кипящем слое составляет 0,3—0,75 м/секу причем в 1 м 3 смеси содержится 400—560 кг катализатора.

Установки крекинга с кипящим слоем катализатора работают по следующей принципиальной, технологической схеме. Нагретое до 400° С сырье смешивают с горячим восстановленным катализа­ тором, ссыпающимся из регенератора через стояк, и направляют смесь в реактор. Поток катализатора, паров сырья и воды равно­ мерно распределяется по сечению аппарата, в котором поддержи­вают определенную высоту и температуру кипящего слоя. Смесь паров углеводородов, полученных в результате реакции водяных паров и уносимых с ними частиц катализатора, не осевших в от­cтойной зоне реактора (пустотелой части аппарата), поступает в циклонные сепараторы. В циклонах улавливают катализаторную пыль, возвращаемую по стояку в кипящий слой. Пары из сепара­торов направляют в ректификационную колонну. Закоксованный катализатор из реактора подают в регенератор, где также поддерживают кипящий слой соответствующей высоты. В этом слое происходит выжиг кокса воздухом при 580—650° С. Температуру регулируют путем отбора избыточного тепла устано­вленными в кипящем слое змеевиками пароперегревателя. Регене­рированный катализатор снова направляют в реактор. Схема, реакторного блока определяется взаимным расположе­нием реактора и регенератора, а также системой подачи (транспорта) в них катализатора. От выбранной схемы блока зависит давление в этих аппаратах.

Различают четыре основные схемы реакторного блока;

1. С двукратным подъемом катализатора, когда регенератор расположен выше реактора, а катализатор транспортируется в разбавленной фазе. Процесс осуществляется при избыточном да­влении 0,15—0,3 ат в реакторе и 0,5—1 ат в регенераторе. Регене­ратор размещают на такой высоте по отношению к реактору, чтобы вес катализатора в пускном стояке обеспечивал преодоле­ние давления в реакторе. При этом условии катализатор транспор­тируется непрерывно.

2. С двукратным подъемом катализатора при расположении реактора и регенератора на одном уровне. Реакторный блок рабо­тает при одинаковом давлении в обоих аппаратах, что приводит к увеличению расхода энергии на сжатие воздуха.

3. С расположением реактора и регенератора на одном уровне. Катализатор транспортируется в плотной фазе под действием раз­ности весов в нисходящей и восходящей ветвях с учетом столба катализатора внутри аппаратов. Количество циркулирующего ка­тализатора регулируют путем изменения плотности его в подъем­ных стояках, для чего варьируют количество подаваемого в стояки водяного пара или воздуха.

4. С соосным расположением реактора и регенератора и одно­ кратным подъемом катализатора в разбавленной фазе. Схема мо­жет иметь две разновидности: реактор размещен над регенерато­ром, и наоборот. Недостаток крекинга в кипящем слое заключается в том, что вследствие интенсивного перемешивания сырье в реакторе смеши­вается с продуктами реакции, а восстановленный катализатор в регенераторе — с закоксованным катализатором, т. е. отсут­ствуют противоток и более полная регенерация и обработка ката­лизатора. Поэтому в реакционных устройствах кипящий слой раз­ делен на несколько секций с ограничением смешения газовой фазы и катализатора в каждой секции.

1 – корпус;

2 – перегородка;

3 – распределительная решетка;

4 – опорный столик;

5 – циклоны;

6 – стояки;

7 – конус;

8 – опора;

I – ввод сырья и катализатора;

II – вывод продуктов реакции;

III – вывод катализатора;

IV – ввод водяного пара;

V – ввод остатка из колонны.

Регенераторы

Устройство. Регенераторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с коническими днищами. Кроме зон, перечисленных для реактора, каждый регенератор имеет еще зону, где обычно размещают погруженные в кипящий слой коллектор­ные трубные змеевики, при помощи которых отбирается избыточ­ное тепло реакции. В некоторых случаях это устройство выпол­няют вне аппарата, а циркуляцию катализатора осуществляют по схеме: регенератор — теплообменник — регенератор.

Установка крекинга с микросферическим катализатором: 1 воздушный компрессор; 2 тонка; 3 регенератор; 4 лифт -реактор; 5 узел распыла (захвата) сырья, 6-десорбер; 7 ректификационная колонна.

Основные особенности установок каталитического крекинга с лифт-реакторами: большая единичная мощность (до 4-5 млн. т/год перерабатываемого сырья); высокотемпературная регенерация катализатора под повышенным давлением (до 0,4 МПа); применение эффективных циклонных сепараторов; длительность межремонтного пробега до 3-4 лет. Находят применение системы с двумя, а также с секционированными регенераторами, работающими по противоточной схеме (катализатор движется сверху вниз навстречу воздуху) для достижения большей глубины регенерации. Тенденция на переработку тяжелого сырья требует создания специальных устройств с целью более тщательного его распыливания для облегчения испарения в узле контакта с потоком катализатора, отвода из регенератора избытка теплоты и т.д. Установки Каталитический крекинг с движущимся слоем шарикового катализатора еще находятся в эксплуатации, но вследствие недостаточной экономической эффективности свое значение утратили.