Строительство установки каталитического крекинга

Каталитический Крекинг

Каталитический крекинг – процесс расщепления крупных молекул углеводородов тяжелых нефтяных фракций на более мелкие, проводимый при высокой температуре и в присутствии катализатора.

Целью каталитического крекинга является получение необходимых соединений, используемых в качестве ценных компонентов бензина, повышая его октановое число. При этом также образуются другие продукты: в основном, углеводородные газы, в том числе, ненасыщенные, и кокс.

Каталитический крекинг, наряду с каталитичеким риформингом, является одним из основных процессов вторичной переработки нефти.

Предпосылки создания метода

Потребность в автомобильном бензине всегда была существенней, чем в тяжелом жидком топливе, не говоря уже об остаточных нефтепродуктах. Нефтепромышленники поняли, что при производстве бензина в количестве, удовлетворяющем спросу, рынок одновременно будет затоварен тяжелым топливом. Чтобы избежать такой невыгодной во всех отношениях ситуации был разработан метод переработки тяжелых фракций в более легкие, который назвали крекинг. Наибольшее распространение в силу ряда причин получил именно каталитический крекинг.

Сырье

Основным сырьем для процесса каталитического крекинга являются фракции с температурой кипения выше 350 °С. До недавнего времени в качестве сырья использовался прямогонный тяжелый газойль, а также легкая фракция вакуумной перегонки. Однако, в последние годы наблюдается тенденция к утяжелению сырья. Так на современных установках переходят к переработке глубоковакуумных газойлей с температурами конца кипения до 620 °С.

Химизм процесса

В процессе каталитического крекинга происходит разрыв больших углеводородных молекул, что сопровождается образованием следующих продуктов:

Молекулы, состоящие из нескольких ароматических или нафтеновых циклов, распадаются на меньшие ароматические или нафтеновые молекулы и олефины. Ароматические или нафтеновые молекулы, имеющие длинные боковые цепи, теряют их.

Катализатор

В большинстве случаев в качестве цеолита используется ультрастабильный цеолит Y, в который иногда добавляется ZSM-5. Некоторые производители практикуют добавление в катализатор редкоземельных металлов.

Для обеспечения полного сгорания кокса и окисления его до СО₂, в катализаторы добавляют промоторы дожига СO. Уменьшение истирания катализатора также обеспечивают специальными добавками.

Технология

В состав установки каталитического крекинга входит три основных блока:

Реактор

Потоки нагретого сырья и катализатора смешиваются, в зависимости от типа реактора, в разных узлах установки, и попадают в реактор, представляющий собой большой сосуд. В реакторе проходит как сам процесс крекинга, так и отделение углеводородов от катализатора, которое производится с помощью центрифугирования.

В настоящее время наблюдается полный отказ от периодических реакторов Гудри в пользу процесса непрерывной регенерации. Такие установки непрерывной регенерации делят на несколько типов:

В данном случае микросферический катализатор находится во взвешенном состоянии в потоке сырья. По мере закоксовывания частицы катализатора тяжелеют и падают вниз, откуда выводятся на регенерацию.

Нагретое сырье диспергируется и смешивается с потоком катализатора в вертикальной трубке (райзере), и подается в реактор снизу. Процесс крекинга начинается уже в райзере. В реакторе смесь катализатора и продуктов разделяются на сепараторе, а остатки продуктов десорбируются паром в десорбере. В настоящее время такой тип реакторов является наиболее распространенным (см. рис.)

Схематическое изображение реакторного блока установки каталитического крекинга

Регенаратор

Образовавшийся в процессе крекинга кокс откладывается на катализаторе, что приводит к существенному снижению активности последнего. Для устранения этого эффекта, отработанный катализатор направляют в специальный сосуд – регенератор. В регенераторе отработанный катализатор, покрытый отложениями кокса смешивают с нагретым до 600 °С воздухом. При этом происходит окисление кокса:

Схематическое изображение блока регенарации катализатора установки каталитического крекинга

Ректификация продуктов крекинга

Углеводородная смесь, образовавшаяся в результате крекинга, направляется в ректификационную колонну, где разделяется на следующие фракции:

Схематическое изображение ректификационной колонны установки каталитического крекинга

Состав продуктов

В связи с наличием в своем составе непредельных углеводов, газ с ректификационной колонны каталитического крекинга направляют на установку фракционирования крекинг-газа. Благодаря присутствию значительного количества изобутана, бутан-бутиленовая фракция используется в процессе алкилирования. Отдельно выделяется пропилен, который используется для производства полипропилена.

В связи с этим альтернативным применением легкого крекинг-газойля является его использование в качестве судового топлива, разбавления котельных топлив и для производства сажи.

Тяжелый крекинг-газойль используют как сырье для термического крекинга или как компонент остаточного топлива. В связи с большим содержанием полициклических ароматических углеводородов тяжелый крекинг-газойль применяется также для получения высококачественного игольчатого кокса.

Рециркулирующий газойль, как понятно из названия, в основном повторно смешивают с поступающим сырьем. При достаточно большом количестве циклов рециркулирующий газойль может полностью исчезнуть, в этом случае говорят о рециркуляции до уничтожения.

Источник

Установка каталитического крекинга FCC

Назначение

Каталитический крекинг — это термокаталитическая переработка нефтяных фракций для получения ценных продуктов.

Каталитический крекинг является важнейшим крупнотоннажным процессом переработки нефти. Мировая мощность построенных установок крекинга составляет более 770 млн. т/год

Сырье и продукты

В качестве сырья на установку может поступать:

При наличии на производстве установки гидроочистки вакуумного газойля может потребоваться дополнительная гидроочистка получаемого бензина для соответствия его требованиям Евро-5.

Продуктами установки являются:

Бензин каталитического крекинга

Характеристики гидроочищенного бензина каталитического крекинга представлены в таблице. Бензин каталитического крекинга используется в качестве компонента для приготовления автобензинов. Вовлечение БКК в автобензины АИ-92, АИ-95, АИ-98 составляет от 20 до 50% мас. в зависимости от рецептуры.

Показатель	Ед. изм.	Значение
ОЧИМ	ед.	90-91
ОЧММ	ед.	80-80,5
ДНП	кПа	72
Содержание бензола	% мас.	0,5
Содержание ароматики	% мас.	26
Содержание нафтенов	% мас.	8
Содержание олефинов	% мас.	24
Содержание изопарафинов	% мас.	35
Т нк	○ С	30
Т50%	○ С	90
Ткк	○ С	213
Сера	% мас.	0,0014
Плотность при 20 ○ С	кг/м 3	727

Технологическая схема

Предварительный нагрев сырья

Сырье перекачивается насосами через блок теплообменников, где нагревается до 220 °С. Далее сырьевой поток разделяется на 8 потоков, которые направляются в печь, где происходит нагрев до температуры 250-260 °С.

Подача сырья в печь

Реакторно-регенераторный блок

Нагретый поток сырья поступает в слой циркулирующего катализатора реакторного блока через райзер – прямоточный реактор. Происходит смешение потока сырья, распыляемого через форсунки с катализатором, имеющим температуру 530 °С.

При температуре 530 °С происходит реакция крекинга с образованием продуктов реакции, находящихся в газообразном состоянии.

Смешение сырья и катализатора в райзере

Образовавшаяся смесь, состоящая из продуктов реакции и катализатора перемещается в реактор, где установлены циклоны 1 и 2 ступени.

Циклоны

В циклонах 1 ступени более тяжелый катализатор, за счет центробежной силы, отбрасывается к стенкам устройства и направляется вниз реактора, а газообразные продукты реакции направляются во вторую ступень.

Оставшиеся продукты реакции переходят во вторую ступень циклонов тонкой очистки, где происходит аналогичный процесс.

Циклоны первой и второй ступени

При этом, катализатор ссыпается вниз реактора, куда подается пар для того, чтобы отделить принесенные ценные для нефтепереработки углеводороды. На поверхности катализатора откладывается кокс – побочный продукт.

Очищенный от катализатора продукт в состоянии парогазовой смеси с верха реактора подается на блок нагревательно-фракционирующей части (НФЧ) для последующего разделения.

После отделения от продукта катализатор попадает в транспортную линию, куда подается воздух для его транспортировки в регенератор. В регенераторе происходит выжиг кокса с поверхности катализатора при температуре 600 °С, поскольку при такой температуре кокс самовоспламеняется.

Выжиг кокса в регенераторе

Дымовые газы, пройдя две ступени циклонов, попадают в котел-утилизатор для выработки пара среднего давления.

Отбившийся при этом катализатор спускается вниз регенератора, ссыпается в хоппер – бункер для предварительного сбора катализатора. Затем через шиберную задвижку катализатор подается на реакцию с сырьем в райзер.

Движение катализатора между реактором и регенератором происходит за счет подачи воздуха от воздуходувки, а между регенератором и реактором за счет перепада давления.

Циркуляция катализатора между реактором и регенератором

Основная фракционирующая колонна

Парогазовая смесь, которая образовалась в процессе реакции, сверху реактора направляется в кубовую часть фракционирующей колонны, где проходит ее разделение.

Основная фракционирующая колонна

В кубовой части колонны образуется шлам – непревращенный остаток каталитического крекинга с высоким содержанием кокса, тяжелых металлов, катализаторной пыли. Шлам обычно не выводится, а отправляется на смешение с сырьем реакторного блока.

С нижней глухой тарелки колонны выводится тяжелый каталитический газойль. Одна часть газойля через отпарной стриппинг выводится из колонны, а вторая через блок теплообменников возвращается в колонну в качестве орошения для охлаждения кубовой части колонны и предотвращения коксообразования.

Из средней части колонны выводится легкий каталитический газойль, являющийся компонентом дизельного топлива. Он проходит через стриппинг, в который подается пар, отпаренный каталитический газойль выводится с установки.

Сверху фракционирующей колонны выводятся:

Все продукты реакции, попадая в АВЗ и водяные охладители – охлаждаются и с температурой 30-45 градусов Цельсия попадают в трехфазный сепаратор. Здесь происходит разделение на воду, бензин и газ.

Сепаратор: разделение на воду, бензин и газ

Часть бензина возвращается в колонну, а другая часть направляется на блок стабилизации бензина, где идет происходит разделение газа от бензина.

Блок очистки жирного газа от сероводорода

Сверху сепаратора смесь газов попадает на блок очистки от сероводорода в аппарат для поглощения газов (абсорбер).

В верхнюю часть колонны подается метилдиэтаноламин (МДЭА), который улавливает сероводород и с помощью насосов выводится на регенерацию (десорбцию).

Абсорберы 1-й и 2-й ступени

Очищенный от сероводорода жирный газ поступает на прием газовых компрессоров. Компремированный жирный газ охлаждается и конденсируется в АВЗ. Далее он снова направляется в сепаратор, из которого при помощи насосов поступает в абсорбер 1-й ступени. Также в абсорбер поступает газ из сепаратора высокого давления и бензин. Куб колонны подогревается с помощью термосифонных кипятильников.

Принципиальная схема нагревательно-фракционирующей части (НФЧ)

Пары с верха абсорбера 1-й ступени содержат углеводороды С4-С5, являющиеся ценными компонентами бензина. С целью их выделения предусмотрен абсорбер 2-й ступени.

В абсорбер 2-й ступени в качестве абсорбента подается стабильный бензин из основной фракционирующей колонны. Сверху абсорбера 2-й ступени выводится сухой газ, поступающий на установку сероочистки. Насыщенный абсорбент, содержащий углеводороды С4-С5 поступает в основную фракционирующую колонну на десорбцию.

Колонна стабилизации

Деэтанизированный бензин, в котором содержатся ББФ и ППФ, с низа абсорбера 1-й ступени поступает в колонну стабилизации.

С низа колонны выводится стабильный бензин, а смесь ППФ и ББФ выводится сверху колонны, избыток сжиженных газов подается на орошение колонны.

Депропанизатор (опционально)

Депропанизатор предусмотрен лишь в некоторых конфигурациях установок каталитического крекинга. Во многих конфигурациях ППФ выделяется из головной фракции уже при дальнейшей переработке на установках производства МТБЭ и сернокислотного алкилирования.

Смесь ППФ и ББФ из колонны стабилизации нагревается потоком кубового продукта депропанизатора и поступает в депропанизатор для разделения смеси на ППФ и ББФ.

Пары ППФ с верха колонны охлаждаются и конденсируются в рефлюксной емкости. Часть ППФ подается в колонну в качестве орошения, избыток выводится с установки. С куба колонны выводится ББФ, после чего поступает на установки производства МТБЭ или сернокислотного алкилирования.

Материальный баланс

Материальный баланс и некоторые параметры технологического режима работы установки каталитического крекинга Г-43/107 приведены в таблице.

Материальный баланс и параметры технологического режима установки Г-43-107

Достоинства и недостатки

Недостатки

Достоинства

Существующие установки

Перечень установок каталитического крекинга на предприятиях РФ представлен в таблице. В России процесс реализован на 14 предприятиях, суммарная мощность установок крекинга составляет около 24 млн. т /год.

Компания	Предприятие	Установка / лицензиар	Достигнутая мощность, тыс. т/год	Год ввода в эксплуатацию	Примечание
ПАО «НК «Роснефть»	АО «РНПК» (г. Рязань)	1А/1М (рек. ABB Lummus Global)	2500	1966 (рек. 2001)	Планируется запуск установки гидроочистки бензина каталитического крекинга (ГОБКК) мощностью 1650 тыс. т /год в 2019 г. (лицензиар Axens, процесс Prime G+)
	АО «АНХК» (г. Ангарск)	ГК-3 (рек. Автотехпроект)	1200	1969 (рек. 2003-2005)	Планируется запуск установки ГОБКК мощностью 500 тыс.т /год (лицензиар CDTECH. процесс CDHydro/CDHDS)
		1А/1М (рек. Автотехпроект)	917	1967 (рек. 2003)
	АО «Сызранский НПЗ» (г. Сызрань)	43-102	644	1960,1963	Две установки.
		UOP	1150	2017	В стадии строительства.
	АО «Куйбышевский НПЗ» (г. Самара)	43-102	892	1952	Три установки. Подготавливаются к выводу из эксплуатации.
		UOP	1150	2016	Пуско-наладочные работы.
	АО «Новокуйбышевский НПЗ» (г. Новокуйбышевск)	43-102	710	1955	Две установки.
ПАО «ЛУКОЙЛ»	ООО «ЛУКОЙЛ- Нижегороднефтеоргсинтез» (г. Кстово)	UOP	4000	2010, 2015	Два комплекса по 2000 тыс. т/год. В составе второго комплекса, запущенного в 2015 г., отсутствует блок гидроочистки сырья, но присутствует установка ГОБКК мощностью 1100 тыс.т /год (лицензиар Axens, процесс Prime G+)
	ООО «ЛУКОЙЛ- Пермьнефтеоргсинтез» (г. Пермь)	43-102	500	1959 (рек. 1998)	Одна установка
ПАО «Газпромнефть»	АО «Газпромнефть-МНПЗ» (г. Москва)	Г-43-107М/1	2000	1983	Комплекс включает в себя установку ГОБКК мощностью 1200 тыс.т /год (лицензиар Axens, процесс Prime G+)
	АО «Газпромнефть-ОНПЗ» (г. Омск)	43-103	1550	ТЭ7Т	Комплекс включает в себя установку ГОБКК мощностью 1200 тыс.т /год (лицензиар Axens, процесс Prime G+)
		КТ-1/1	2400	1994
ПАО «Газпром»	ПАО «Газпром нефтехим Салават» (г. Салават)	43-102	640	1955	Две установки.
		Shell	1000	2017	В стадии строительства. Комплекс будет включать в себя установку ГОБКК мощностью 720 тыс.т /год (лицензиар Axens, процесс Prime G+)
ПАО АНК «Башнефть»	«Башнефть-УНПЗ» (г. Уфа)	Г-43-107М/1	2200	Комплекс включает в себя установку ГОБКК мощностью 1300 тыс.т /год (лицензиар CDTECH, процесс CDHydro/CDHDS)
	«Башнефть- Уфанефтехим» (г. Уфа)	1А/1М (рек. Автотехпроект)	1800	1963 (рек. 2002)
ПАО «НГК «Славнефть»	ОАО «Славнефть-ЯНОС» (г. Ярославль)	1А/1М (рек. Stone & Webster)	1500	1967 (рек. 2000)	Включает в себя установку ГОБКК мощностью 870 тыс.т /год (лицензиар Axens, процесс Prime G+)
ПАО «ТАИФ»	ПАО «ТАИФ-НК» (г. Нижнекамск)	Технология ИНХС РАН / ВНИИНП/ ВНИПИНефть	930	2006	Отсутствует гидроочистка сырья. Комплекс включает в себя блок ГОБКК мощностью 360 тыс. т/год (проект ИНХС РАН / ВНИИНП / ВНИПИНефть)

Видео

Источник