Крекинг нефти и газовой фракции

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат

Цель моей курсовой работы дать общую характеристику процесса крекинга нефти, газовой фракции, рассказать историю появления, оборудование описать, и какие бывают крекинги.

Ключевые слова: крекинг, нефть, газовая фракция, оборудование, схемы, термический крекинг, каталитический крекинг, катализаторы.

Объектом исследования курсовой работы являются крекинг нефти: газовая фракция.

Пояснительная записка содержит 28 страниц текста, 4 рисунка, 5 использованных литературных источника.

СОДЕРЖАНИЕ

  • Реферат
  • Содержание
  • Введение
    • 1. Историческая справка
    • 2. Общие сведения
    • 3. Каталитический крекинг
    • 4. Термический крекинг
    • 5. Катализаторы
  • Заключение
  • Список использованных источников
  • ПРЕЗЕНТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Крекинг (англ. Cracking, расщепление) -- это высокотемпературная нефтепереработка и её фракций с целью получения, как правило, продуктов меньшей молекулярной массы -- моторных топлив, смазочных масел и т. п., а также сырья для химической и нефтехимической промышленности. Крекинг протекает с разрывом связей С--С и образованием свободных радикалов или карбанионов. Одновременно с разрывом связей С--С происходит дегидрирование, изомеризация, полимеризация и конденсация как промежуточных, так и исходных веществ. В результате последних двух процессов образуются так называемый крекинг-остаток (фракция с температурой кипения более 350 °C) и нефтяной кокс.

Крекинг (англ. Cracking, от crack -- расщеплять), нефтепереработка и её фракций для получения главным образом моторных топлив, а также химического сырья, протекающая с распадом тяжёлых углеводородов. Наряду с распадом при крекинге, происходят изомеризация и синтез новых молекул, например в результате циклизации, полимеризации и конденсации.

1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга черного золота была создана и запатентована инженером В. Г. Шуховым и его помощником С. П. Гавриловым в 1891 году (патент единой Руси № 12 926 от 27 ноября 1891 года). Была сделана экспериментальная установка. Научные и инженерные решения В. Г. Шухова повторены У. Бартоном при сооружении первой промышленной установки в США в 1915--1918 годах. Первые отечественные промышленные установки крекинга построены В. Г. Шуховым в 1934 году на заводе «Советский крекинг» в Баку.

Оптимальные условия для крекинга, дающие наибольший выход легких бензиновых фракций, были найдены в начале XX века английским химиком Бартоном. Еще в 1890 году Бартон занимался в Британии перегонкой под давлением русских тяжелых масел (мазута) для получения из них керосина, а в 1913 году он взял американский патент на первый в истории способ получения бензина из тяжелых нефтяных фракций. Впервые крекинг — процесс по способу Бартона в промышленных условиях был осуществлен в 1916 году, а к 1920 году в производстве находилось уже более 800 его установок.

Наиболее благоприятная температура для крекинга -- 425−475 градусов. Однако если просто нагревать сырую нефть до такой высокой температуры, большая часть ее испарится. Крекинг продуктов в парообразном состоянии был связан с некоторыми трудностями, поэтому целью Бартона было не дать черного золота испаряться. Но как добиться такого состояния, чтобы при нагревании нефть не закипала? Это возможно, если проводить весь процесс под высоким давлением. Известно, что под большим давлением любая жидкость закипает при более высокой, чем при нормальных условиях, температуре, и эта температура тем выше, чем больше давление.

Установка имела следующее устройство. Работающий под давлением котел находился над топкою, снабженной дымогарной трубой. Котел изготавливался из хорошего прочного железа с толщиной стенок около 2 см и был тщательно проклепан. Поднимающаяся вверх труба вела к водяному холодильнику, откуда газопровод шел к сборному резервуару. После того как товар крекинга проходил через счетный аппарат для жидкостей, находившаяся на днище этого резервуара труба разветвлялась на две боковые трубки. Каждая боковая трубка снабжалась контрольным краном; одна из них вела к трубе, а другая к трубе.

В начале крекинга котел наполняли мазутом. Благодаря теплу печи содержимое котла медленно нагревалось приблизительно до 130 градусов. При этом из мазута испарялись остатки содержащейся в нем воды. Сгущаясь в холодильнике, вода стекала потом в резервуар, из которого через трубу спускалась в канаву. Одновременно из мазута выходил воздух и другие газы. Они также попадали через холодильник в резервуар и по трубе отводились в нефтепровод.

Явление разложения черного золота было замечено давно, но при обыкновенной перегонке черного золота такое разложение было нежелательным, поэтому здесь и использовался перегретый пар, который способствовал испарению черного золота без разложения. Нефтеперерабатывающая промышленность прошла в своем развитии через несколько этапов. Вначале (с 60-х гг. XIX в. и вплоть до начала XX в.) нефтепереработка носила ярко выраженный керосиновый характер, то есть основным товаром переработки нефти являлся керосин, который оставался в течение полувека основным источником света. На русских нефтеперерабатывающих заводах, к примеру, образующиеся в ходе перегонки более легкие фракции рассматривались как отходы: их сжигали в ямах или сбрасывали в водоемы. После того как мазут избавлялся от воды, растворенного в нем воздуха и газов, он был готов к крекингу. Топку усиливали, и температура в котле медленно повышалась до 345 градусов.

При этом начиналось испарение легких углеводородов, которые даже в холодильнике оставались в газообразном состоянии.

Они попадали в резервуар, а затем через трубу (выходной кран которой был закрыт) в газопровод, трубу и обратно в резервуар. Так как эти легкие газообразные фракции не находили выхода, давление внутри установки начинало повышаться. Когда оно достигало 5 атм., легкие углеводороды уже не могли улетучиваться из главного котла. Эти сжатые газы поддерживали одинаковое давление в котле, холодильнике и резервуаре. Между тем под влиянием высокой температуры происходил процесс расщепления тяжелых углеводородов, которые превращались в более легкие, то есть в бензин. При температуре порядка 250 градусов они испарялись, попадали в холодильник и здесь конденсировались. Из холодильника бензин перетекал в резервуар и по трубе, а потом поступал в специальные уплотненные котлы. Здесь при пониженном давлении из бензина испарялись растворенные в нем легкие газообразные углеводороды. Эти газы постепенно удалялись из котлов, а полученный сырой бензин сливался в специальные баки. По мере испарения легких фракций с повышением температуры содержимое в котле становилось все более упорным по отношению к теплоте. Работа прерывалась, как только более половины его содержимого превращалось в бензин и проходило через холодильник. (Это количество было легко рассчитать благодаря счетчику жидкости.) После этого соединение с газопроводом прерывалось, а кран газопровода, соединенный с компрессором, открывался, и газ медленно улетучивался в компрессор низкого давления (одновременно закрывался нефтепровод, прерывая связь установки с полученным бензином). Топку гасили, и когда содержимое котла остывало, его сливали. Затем котел очищали от коксового налета и приготавливали к следующему запуску. Метод крекинга, разработанный Бартоном, положил начало новому этапу в нефтеперерабатывающей промышленности. Благодаря ему удалось повысить в несколько раз выход таких ценных нефтепродуктов, как бензин и ароматические углеводороды.

Однако интенсивное развитие автомобильного транспорта расставило другие акценты. Если в США в 1913 году насчитывалось 1 млн. 250 тыс. автомобилей, то в 1917 году -- около 5 млн., 1918 году -- 6,25 млн., а в 1922 году -- уже 12 млн. Бензин, который в XIX веке очень мало находил применения и являлся почти что ненужным отбросом, постепенно сделался главной целью перегонки. С 1900 по 1912 год мировое потребление бензина возросло в 115 раз. Между тем при перегонке даже богатой легкими фракциями черного золота на бензин приходилось всего около 1/5 от общего объема выхода. Тогда и возникла идея подвергать тяжелые фракции, выделившиеся после первичной перегонки, крекингу и получать из них тем самым более легкие бензиновые фракции. Вскоре было установлено, что исходным сырьем для крекинга могут служить не только тяжелые фракции (солярка или мазут), но и кровь земли. Оказалось также, что крекинг — бензин превосходит по качеству тот, что получен путем обычной перегонки, так как имеет в своем составе такие углеводороды, которые плавно сгорают в цилиндрах двигателя без взрывов (детонации). Двигатель, работающий на таком бензине, не стучит и служит дольше.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Что же происходит при термическом крекинге? Под воздействием высокой температуры длинные молекулы, например алканов С20, разлагаются на более короткие — от С2 до С18. Углеводороды С8 — С10 — это бензиновая фракция, С15 -дизельная. При этом одновременно происходит перераспределение процентного содержания углерода и водорода в сырье и продуктах. С изобретением крекинга глубина нефтепереработки увеличилась. Выход светлых составляющих, из которых затем можно приготовить бензин, керосин, дизтопливо (соляр) повысился с 40−45 до 55−60%. Но главное даже не в этом. Новая технология позволила повнимательнее присмотреться к мазуту, использовать его в качестве сырья для производства масел. Крекинг проводят нагреванием нефтяного сырья или одновременным воздействием на него высокой температуры и Катализаторов.

В первом случае процесс применяют для получения бензинов (низкооктановые компоненты автомобильных топлив) и газойлевых (компоненты флотских мазутов, газотурбинных и печных топлив) фракций, высокоароматизированного нефтяного сырья в производстве технического углерода (сажи), а также альфа-олефинов (термический крекинг); котельных, а также автомобильных и дизельных топлив (висбрекинг); нефтяного кокса, а также углеводородных газов, бензинов и керосино-газойлевых фракций; этена, пропена, а также ароматических углеводородов (пиролиз нефтяного сырья). Во втором случае процесс используют для получения базовых компонентов высокооктановых бензинов, газойлей, углеводородных газов (каталитический крекинг); бензиновых фракций, реактивных и дизельных топлив, нефтяных масел, а также сырья для процессов пиролиза нефтяных фракций и каталитического риформинга (гидрокрекинг).

Используют также другие виды пиролитического расщепления сырья, например процесс получения этена и ацетилена действием электрического разряда в метане (электрокрекинг), осуществляемый при 1000--1300 °C и 0,14 МПа в течение 0,01--0,1 с.

Крекинг является одним из основных методов получения моторных топлив (в частности, бензинов) и может осуществляться как чисто термический процесс -- термический крекинг, так и в присутствии Катализаторов -- каталитический крекинг. Реакции распада при термическом крекинге обычно рассматриваются как цепные, протекающие по свободнорадикальному механизму.

Продукты термического крекинга, осуществляемого обычно при 470--540°С и давлении 4--6 Мн/м2 (40--60 am), содержат много непредельных углеводородов, нестабильны при хранении, бензины из этих продуктов мало восприимчивы к тетраэтилсвинцу и требуют дальнейшей переработки путём риформинга. Термический крекинг подвергают низкосортные виды тяжёлого остаточного нефтяного сырья. Термический крекинг низкого давления, проводимый при 500--600°С и под давлением несколько десятых долей Мн/м2 (несколько am), называется также коксованием и применяется для превращения тяжёлых продуктов, например гудронов, в более лёгкие (выход 60--70%), используемые для дальнейшей переработки в моторные топлива. Наряду с этим получают до 20% кокса, применяемого в различных целях, например при изготовлении электродов (для дуговых печей, гальванических элементов). Высокотемпературный (650--750°С) крекинг низкого давления, называемый также пиролизом, проводят под давлением, близким к атмосферному; этим способом перерабатывают тяжёлое остаточное нефтяное сырьё в газ, содержащий до 50% непредельных углеводородов (этен, пропен и др.), и ароматические соединения; полученные продукты служат главным образом химическим сырьём. Термические крекинг обычно осуществляют в трубчатых печах или в реакторах с твёрдым циркулирующим теплоносителем, в качестве которого может быть использован образующийся кокс.

Каталитический крекинг, проводимый в присутствии Катализаторов -- синтетических или природных алюмосиликатов (активированные глины, например монтмориллонит), служит для получения основным компонента высококачественного моторного бензина с октановым числом до 85, используемого в автотранспорте и авиации. При этом получают также керосино-газойлевые фракции, пригодные в качестве дизельного или реактивного топлива. Процесс осуществляют при 450--520°С, под давлением 0,2--0,3 Мн/м2 (2--3 am) в реакционных колоннах с неподвижным или непрерывно циркулирующим Катализатором.

И в том и в другом случае катализатор нуждается в регенерации, т. к. при крекинге на нём накапливаются углеродистые отложения (кокс), дезактивирующие катализатор. Кокс удаляют выжиганием.

При каталитическом крекинге распад гораздо быстрее, чем при термическом. Кроме того, в этом случае происходит изомеризация с образованием насыщенных углеводородов. В результате выход лёгких продуктов больше, чем при термическом крекинге, а получаемый бензин содержит много изопарафинов и мало непредельных углеводородов, что обусловливает его высокое качество. Сырьём для каталитического крекинга служит обычно газойль, из которого получают 30--40% бензина (с содержанием изопарафинов до 50%), 45--55% каталитического газойля, 10--20% газа (в т. ч. 6--9% C4H10-бутиленовой фракции, являющейся химическим сырьём) и 3--6% кокса.

Для переработки средних и тяжёлых нефтяных дистиллятов с большим содержанием сернистых и смолистых соединений, непригодных поэтому для переработки чисто каталитическим способом, большое распространение получил каталитический крекинг в присутствии водорода, так называемый гидрокрекинг. Он осуществляется при температурах 350--450°С, давлении водорода 3--14 Мн/м2 (30--140 am) и расходе водорода 170--350 M3 на 1 M3 сырья. Катализаторами служат окислы или сульфиды молибдена и никеля, молибдат кобальта и др. на крекирующих носителях, например на алюмосиликатах. Применение водорода обеспечивает эффективное гидрирование на Катализаторе высокомолекулярных и сернистых соединений с их последующим распадом на крекирующем компоненте. Благодаря этому выход светлых продуктов повышается до 70% (в пересчёте на нефть) и сильно снижается содержание в продуктах серы и непредельных углеводородов. Получаемые моторные топлива (бензин, реактивное и дизельное топлива) отличаются высоким качеством.

Значительное применение для получения непредельных углеводородов, используемых как химическое сырьё, находит крекинг с водяным паром. Исходными продуктами служат различные виды нефтяного сырья -- от газов переработки нефти до остатков после перегонки нефтепродуктов. Крекинг проводят при 650--800°С в присутствии Катализаторов, например окиси никеля, на огнеупоре. Преимущество метода -- низкое коксообразование и большой выход олефинов.

Помимо указанных, существуют и частично используются на практике другие виды крекинга, например крекинг в присутствии кислорода (окислительный крекинг), электрокрекинг при получении ацетилена (метан пропускают через электрическую дугу).

3. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ

Каталитический крекинг -- термокаталитическая переработка нефтяных фракций с целью получения высокооктанового бензина и непредельных жирных газов.

Катализ (это термин впервые был предложен шведским химиком Берцелиусом в 1855 г.) является исключительно эффективным методом осуществления в промышленности химических превращений. В настоящее время до 90% всей химической продукции мира изготавливается каталитическим путем. От развития катализа в значительной степени зависит технический прогресс химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности.

Процесс каталитического крекинга является одним из наиболее распространенных крупнотоннажных процессов углубленной нефтепереработки и в значительной мере определяет технико-экономические показатели современных и перспективных НПЗ топливного профиля. Основное целевое назначение каталитического крекинга — производство с максимально высоким выходом (до 50% и более) высокооктанового бензина и ценных сжиженных газов — сырья для последующих производств высокооктановых компонентов бензинов изомерного строения: алкилата и метил-трет-бутилового эфира, а также сырья для нефтехимических производств. Получающийся в процессе легкий газойль используется обычно как компонент дизтоплива, а тяжелый газойль с высоким содержанием полициклических ароматических углеводородов — как сырье для производства технического углерода или высококачественного электродного кокса (например, игольчатого).

Процессы каталитического крекинга получили наибольшее развитие в США, где удельный вес их в 1999 г. составил 34,2% от первичной нефтепереработки, причем на некоторых НПЗ этот показатель достигает свыше 50%. Доля этого процесса на НПЗ других развитых капиталистических стран составляет 10−15%.

Еще в 1919—1920-х гг. академиком Н. Д. Зелинским была предложена идея по осуществлению низкотемпературного каталитического крекинга (~200°С) нефтяного сырья на хлориде алюминия. На основе этих работ была создана и испытана опытная установка по получению бензина. Однако в силу существенных недостатков хлорида алюминия как Катализатора (сильная коррозия аппаратуры, большой затрата Катализатора вследствие образования комплексных соединений с углеводородами, периодичность процесса и др.) эта идея не нашла промышленного внедрения.

Каталитический крекинг -- один из важнейших процессов, обеспечивающих глубокую нефтепереработку. 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 различное нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропеном, 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 нефтепереработки.

В настоящее время сырьем каталитического крекинга служит вакуумный газойль — прямогонная фракция с пределами выкипания 350−500°С. Конец кипения определяется, в основном, содержанием металлов и коксуемостью сырья, которая не должна превышать 0,3%. Фракция подвергается предварительной гидроочистке для удаления сернистых соединений и снижения коксуемости. Также у ряда компаний (UOP, IFP) имеется ряд разработанных процессов каталитического крекинга тяжелых фракций — например, мазута (с коксуемостью до 6−8%). Так же в качестве сырья используют остаток гидрокрекинга, парафины с депарафинизации масел. Наиболее экзотическим сырьем является прямогонный мазут — технология миллисекунд, такая установка есть на Мозырском НПЗ Беларусь.

До недавнего времени использовался аморфный шариковый катализатор. Представляет из себя шарики 3−5 мм с площадью поверхности 200 мІ/гр. каталитический термический нефть газ

В настоящее время используется цеолитсодержащий микросферический катализатор (размер частиц 60−80 мкм). Площадь поверхности 300−400 мІ/гр. Он представляет собой крекирующий цеолитный компонент, нанесенный на аморфную алюмосиликатную матрицу. Содержание цеолита не превышает 30%.

В качестве цеолита используется ультрастабильный цеолит Y, иногда с добавками цеолита ZSM-5 для увеличения выхода и октанового числа бензина. Ряд компаний при приготовлении Катализатора также вводят в цеолит редкоземельные металлы. В Катализаторе крекинга также содержатся добавки, уменьшающие истирание Катализатора, а также промоторы дожига СО, образующегося в регенераторе при выжиге кокса, до СО2.

Различают реактора по компании процесса:

— Периодические (реактора Гудри). Через нагретый стационарный слой Катализатора пропускают сырье и после того как он закоксуется реактор ставят на регенерацию;- Непрерывной регенерации. Из реактора выводится закоксованный катализатор, с которого выжигается кокс в отдельном регенераторе и возвращается в реактор. При это после регенерации катализатор сильно нагрет, чего хватает для процесса крекинга, поэтому процесс каталитического крекинга не нуждается в подводе внешнего тепла.

Реактора непрерывной регенерации подразделяются:

— Реактора с движущимся слоем Катализатора. Слой шарикового Катализатора движется сверху вниз по трубовидному реактору на встречу поднимающемуся потоку сырья. При контакте происходит крекинг, катализатор через низ отправляется на регенерацию, продукты на разделение. Регенерация происходит аналогично, только вместо сырья идет раскаленный воздух;

— Реактора с кипящим слоем Катализатора. Микросферический катализатор витает в потоке сырья. По мере закоксовывания частицы Катализатора тяжелеют и падают вниз. Далее катализатор выводится на регенерации, которая проходит также в кипящем слое, а продукты идут на разделение;

— Реактора с лифт-реактором. Катализатор вводится в трубу, по которой движется сырье. Далее смесь Катализатора и продуктов крекинга разделяется кипящем слоем см. предыдущий пункт. Время контакта секунды;

Миллисекунда

На данный момент наиболее совершенными являются лифт-реактора. Так выход бензина на них составляет 48−51% с октановым числом 91/92, тогда как у реакторов с кипящим слоем выход бензина 37% с октановым числом 90/91.

Газ каталитического крекинга наполовину состоит из непредельных углеводородов, в основном, пропена и бутенов. Также присутствуют значительные количества изобутана. Благодаря этому C4H10-бутиленовая фракция газа используется как сырье процесса алкилирования с целью получения высокооктанового бензина. Пропан-пропиленовая фракция используется для выделения пропена для производства полипропилена. Ввиду большой суммарной мощности установок каталитического крекинга, доля пропена, вырабатываемый в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан, этен) используется в качестве топлива в печах заводских установок.

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 последних норм Евро союза (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 и потому не может применяться без смешения с другими бензиновыми фракциями.

Легким газойлем каталитического крекинга считается фракция 200−270°С (реже 200−320 или 200−350). В ней содержится большое количество ароматических углеводородов, что приводит к низкому цетановому числу (как правило, не выше 20−25). Кроме того, даже при условии предварительной гидроочистки сырья, в легком газойле содержится значительное количество сернистых соединений (0,1−0,5%).

Из-за этого легкий газойль не может использоваться в больших количествах для приготовления дизтоплива. Рекомендуемое его содержание в дизтопливе — до 20% (в случае, если в топливе имеется запас по содержанию серы и цетановому числу). Другое применение легкого газойля — снижение вязкости котельных топлив, судовое топливо и производство сажи.

Тяжелый газойль каталитического крекинга — это фракция, начинающая кипеть выше 270 °C (реже 320,350). Из-за большого содержания полициклических ароматических углеводородов эта фракция (при определенном содержании серы) является прекрасным сырьем процесса коксования с получением высококачественного игольчатого кокса. При невозможности утилизировать фракцию этим путем, ее используют как компонент котельного топлива.

4. ТЕРМИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ

Термический крекинг, высокотемпературная нефтепереработка и ее фракций с целью получения, как правило, продуктов меньшей молекулярной массы — легких моторных и котельных топлив, непредельных углеводородов, высоко ароматизированного сырья, кокса нефтяного.

Направление термического крекинга зависит от природы углеводородного сырья, его молекулярной массы и условий проведения процесса. Термический крекинг протекает в основном по цепному радикальному механизму с разрывом связей С--С в молекулах парафиновых (С5 и выше), нафтеновых, алкилароматических и высококипящих непредельных углеводородов нефтяного сырья и связи С--H в низкомолекулярных парафиновых и других углеводородах. Одновременно с разрывом связей происходят реакции полимеризации (непредельные и циклопарафиновые углеводороды) и конденсации (циклизации; непредельные, нафтено- и алкилароматические и другие углеводороды), приводящие к образованию смолисто-асфальтенового крекинг-остатка и кокса.

Важнейшими параметрами, определяющими направление и скорость протекания термического крекинга, являются температура, продолжительность и давление. Процесс начинает в заметной степени протекать при 300−350 °С и описывается кинетическим уравнением первого порядка. Температурная зависимость константы скорости подчиняется уравнению Аррениуса. Изменения давления влияют на состав продуктов процесса (например, на выход остаточных фракций и кокса) вследствие изменения скоростей и характера вторичных реакций полимеризации и конденсации, а также объема реакционной смеси.

Схемы промышленных установок. Подбором углеводородного и фракционного состава сырья, а также температуры, давления и продолжительности процесса его направляют в сторону получения заданных целевых продуктов.

К первой группе процессов, проводимых под высоким давлением (0,7−7 МПа), относится собственно термический крекинг, давший название всему направлению термических процессов. В промышленности термический крекинг применяют с 1912 (производство бензина в кубовой установке периодического действия).

В 1920−22 созданы первые установки непрерывного действия, в которых сырье прокачивалось через обогреваемый пламенем прямоточный змеевик и далее поступало в реакционную камеру и на фракционирование. В 1932 пущена двухпечная установка, в которой отдельно крекировалось тяжелое и легкое сырье.

В 1935 внедрена в промышленность первая двухпечная отечественная установка, современный вариант которой представлен на рисунке. При переработке мазута выход продуктов составляет (% по массе): бензина 25−30 (30−40 при переработке газойлей), газов (до С4) 8−10, крекинг-остатка 59−66. Предложены упрощенные формулы для определения выхода бензина (фракция с концом кипения 204 °С) В6 (% по объему) и суммы выхода газов плюс потери Вг+п (% по объему) при термическом крекинге мазута или газойля:

В6 = 25 + 212 (rс-1 -- ro-1)Вг+п = 64 (rс-1-- rо-1),

где rс, ro — плотность сырья и крекинг-остатка при 15,6°С.

Рис. 1. двухпечная отечественная установка: 1, 2 — печи. 3, 4, 5, 6 — реакторы. 7 — ректификационная колона; II, III — Остаток, IV — бензин, V — газойль

Среди процессов, проводимых под низким давлением (0,03−0,6 МПа), особенно широко применяют замедленное коксование, пиролиз и термоконтактный крекинг.

Эти и другие процессы термического крекинга требуют значительных издержек теплоты на нагрев сырья и эндотермической реакции расщепления. Так, суммарный тепловой эффект реакций термического крекинга составляет 1250−1670 кДж/кг получаемого бензина, при висбрекинге 117−234, замедленном коксовании 84−118 кДж/кг сырья.

При создании установок большой мощности из-за повышенного отложения кокса на теплообменных поверхностях передачу теплоты через поверхности трубчатых печей стремятся заменять непосредственно контактом сырья с перегретым паром или нагретыми циркулирующими порошками. При термоконтактном крекинге, называемом по типу установок товар — порошкообразный кокс со средним диаметром частиц около 250 мкм. Теплоноситель циркулирует (установка «флюидкокинг») между реактором и коксонагревателем, где за счет частичного сжигания в псевдосжиженном слое нагревается до 590−600°С. Нагрев и крекинг сырья происходят в тонком слое на поверхности кокса.

Продукты реакций обеспыливаются в циклонных сепараторах и разделяются в парциальном конденсаторе на целевые продукты (выкипают до 500−560°С), направляемые на фракционирование, и тяжелые фракции (рецикл), возвращаемые в реактор. Избыточное кол-во кокса выводится как товарный товар либо поступает в спец. аппарат (на рисунке не показан), где подвергается тирокислородной конверсии с образованием низкокалорийного топливного газа.

Рис. 2. Реактор-газификатор

При необходимости на установках «флексикокинг» устанавливают два реактора-газификатора, причем в первом, куда подается только воздух, протекает газификация кокса, а во втором (в него поступает пар) — паровая конверсия. При снижении выработки топливного газа на 20% обеспечивается производство синтез-газа с молярной долей Н2 50%.

С целью увеличения глубины превращения сырья и выхода светлых нефтепродуктов разработаны новые технологической схемы термического крекинга в присутствии водорода.

5. КАТАЛИЗАТОРЫ

Катализаторы современных крупнотоннажных процессов каталитического крекинга, осуществляемых при высоких температурах (500−800°С) в режиме интенсивного массо- и теплообмена в аппаратах с движущимся или псевдоожиженным слоем Катализатора, должных обладать не только высокими активностью, селективностью и термостабильностью, но и удовлетворять повышенным требованиям к ним по регенерационным, механическим и некоторым другим эксплуатационным свойствам. Промышленные Катализаторы крекинга представляют собой в этой связи сложные многокомпонентные системы, состоящие из:

1) матрицы (носителя);

2) активного компонента -- цеолита;

Рис. 3. Цеолит

3) вспомогательных активных и неактивных добавок.

Матрица Катализаторов крекинга выполняет функции как носителя -- поверхности, на которой затем диспергируют основной активный компонент -- неолит и вспомогательные добавки, так и слабого кислотного Катализатора предварительного (первичного) крекирования высокомолекулярного исходного нефтяного сырья. В качестве материала матрицы современных Катализаторов крекинга преимущественно применяют синтетический аморфный алюмосиликат с высокой удельной поверхностью и оптимальной поровой структурой, обеспечивающей доступ для крупных молекул крекируемого сырья.

Рис. 4. синтетический аморфный алюмосиликат

Аморфные алюмосиликаты являлись основными промышленными Катализаторами крекинга до разработки цеолитсодержащих Катализаторов. Синтезируются они при взаимодействии растворов, содержащих оксиды алюминия и кремния, например жидкого стекла и сернокислого алюминия.

Химический состав аморфного алюмосиликата может быть выражен формулой, где х -- число молей на 1 моль.

Обычно в промышленных аморфных алюмосиликатах содержание оксида алюминия находится в пределах 6−30% мас.

Аморфные алюмосиликаты обладают ионообменными свойствами, а для придания каталитической активности обрабатывают их раствором сернокислого алюминия для замещения катионов на. Высушенные и прокаленные аморфные алюмосиликаты проявляют протонную и апротонную кислотности. При этом по мере повышения температуры прокаливания происходит превращение протонных кислотных центров в апротонные.

Активным компонентом Катализаторов крекинга является цеолит, который позволяет осуществлять вторичные каталитические превращения углеводородов сырья с образованием конечных целевых продуктов.

Цеолиты (от греческого слова цео -- кипящий, литос -- камень) представляют собой алюмосиликаты с трехмерной кристаллической структурой.

Недостатком всех цеолитов является их не очень высокая механическая прочность в чистом виде, и поэтому они в качестве промышленного Катализатора не используются. Обычно их вводят в диспергированном виде в матрицу Катализаторов в количестве 10−20% мас.

Вспомогательные добавки улучшают или придают некоторые специфические физико-химические и механические свойства цеолитсодержащих алюмосиликатных Катализаторов (ЦСК) крекинга. ЦСК без вспомогательных добавок не могут полностью удовлетворять всему комплексу требований, предъявляемых к современным промышленным Катализаторам крекинга.

Так, матрица и активный компонент — цеолит, входящий в состав ЦСК, обладают только кислотной активностью, в то время как для фирмы интенсивной регенерации закоксованного Катализатора требуется наличие металлических центров, катализирующих реакции окислительно-восстановительного типа.

Современные и перспективные процессы каталитического крекинга требуют улучшения и оптимизации дополнительно таких свойств ЦСК, как износостойкость, механическая прочность, текучесть, стойкость к отравляющему воздействию металлов сырья и т. д., а также тех свойств, которые обеспечивают экологическую чистоту газовых выбросов в атмосферу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении моей курсовой работы, я углубился в историю процесса крекинга. Узнал общие сведения о крекинге. Узнал, что есть два типа крекинга и что для него нужны катализаторы. Все что я узнал о процессе крекинга, в дальнейшем мне очень поможет, в работе, например.

В процессе составления работы я нашел много интересных фактов на выбранную тему.

За два года изучения информатики я научился работать с компьютером.

Теперь я без труда можем оформить документ по госту, составить программу на Pascal и тем самым облегчить себе труд в решении какой-либо задачи, посчитать с помощью программы Excel, рисовать с помощью программы Paint и многое другое. В данной работе использовался химический редактор.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой