УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА К.К. НА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ – НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЙ В НПП КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС Основная цель К.К. – получение высокооктанового бензина из сырья, перегоняющегося в пределах 200-500о С Процесс К.К. можно рассматривать как двустадийный: крекинг сырья (1) и крекинг бензина (2) С аГ + dБ + вГл + сГт + eК (1) Б аГ + вК (2) С – сырье, Г –газ, Б- бензин Гл –легкий газойль, Гт – тяжелый газоиль, К – кокс а,в,d – стехиометрич. Коэф.
Температура При заданных катализаторе, сырье и пр. параметрах с повышением температуры обе стадии переходят из кинетической области в диффузионную и затем во внешнедиффузионную А) Обе стадии протекают в кинетической области Б) (1) в диффузионной, (2) в кинетической В) обе стадии в диффузионной Г) первая стадия во внешнедиффузионной (2) – в кинетической Д) (1) – во внешнедиффузионной, (2) – во внутридиффузионной области Е) обе стадии – во внешнедиффузионной области Повышение температуры влияет на кинетику процесса по схеме а б в г д е е - бензин полностью распадается, т.к. скорость диффузии усредненной молекулы бензина от внешней поверхности частиц катализатора значительно меньше скорости ее распада Максимально допустимые Т – случай д) 1
Влияние Т усиливается при переходе от а) к б) Максимально допустимые Т – случай д) Повышать Т крекинга имеет смысл до перехода первой стадии реакции во внешнедиффузионную область. Дальнейшее повышение Т не ускоряет (1), но ускоряет (2), следовательно выход бензина снижается Оптимальный случай г) первая стадия тормозится диффузией, а (2) не тормозится ею вообще (протекает в кинетической области). Повышать температуру крекинга необходимо до перехода первой стадии во внешнедиффузионную область
Оптимальная температура зависит от свойств сырья и катализатора : А) задан катализатор. утяжеление сырья Повышает скорость реакции Снижает скорость диффузии уменьшает Т перехода Б) задано сырье Чем меньше диаметр пор катализатора тем ниже температура ПРИМЕР Сырье, перегоняющееся в пределах 300-500 оС, внешнедиффузионная область достигается при 540-560оС на микросферическом катализаторе А на шариковом катализаторе (зернение 3-5 мм) – при 450-510оС При прочих равных параметрах с увеличением Т Крекинга Выход газа и кокса возрастает, выход бензина проходит через максимум Октановое число бензина, вследствие увеличения в не алкенов - возрастает Вывод : Процесс К..К. целесообразно вести при максимальной температуре , соответствующей началу внешнедиффузионной области крекинга
ВРЕМЯ РЕАКЦИИ Связь между скоростью подачи сырья (Uo, моль/час) и степенью его превращения Х(%): UX = -Uo ln(1-X)-a - a - величина пропорциональная константе скорости реакции скорость подачи сырья (Uo) пропорциональна объемной скорости V -кол-ву объемов жидкого сырья, подаваемого на единицу реакционного объема в единицу времени Х = A V 1/2 Степень превращения сырья обратно пропорциональна корню кв. из объемной скорости Увеличение объемн. Скорости снижает степень превращения сырья и выходы газа, бензина и кокса час -1 2
Сильное снижение объемной скорости приводит в результате разложения бензина к уменьшению его выхода Октановое число бензина при увеличении объемной скорости несколько возрастает ввиду повышения содержания в нем алкенов Современные установки, высокоактивные микросферические кат. (крекинг производится в катализаторопроводе в режиме идеального вытеснения) время реакции ~ 10 сек Крекинг в кипящем слое при прочих равных условиях больше Крекинг на шариковом катализаторе – время реакции еще выше, т.к. температура ниже
Кратность циркуляции катализатора (C) Это отношение массы катализатора к массе сырья, поступающих в реактор С увеличением превращения сырья на единицу массы катализатора , растет содержание в нем кокса, следоват. Снижается активность Характеризуется при прочих равных условиях подачей сырья, перерабатываемого на ед. массы катализатора Степень отработки катализатора (S) =1/C Глубина крекинга растет при увеличении кратности катализатора При этом выход кокса в сырье растет, однако на катализаторе, выходящем из реактора уменьшается Процесс его регенерации облегчается 3
С увеличением кратности циркуляции (С) растет истирание шарикового катализатора Растет расход кат-ра (С) шар. Кат. = ~ 4 кг/кг С в процессе с псевдоожиженным слоем катализатора = 7-15 кг/кг Давление 4 С увеличением давления повышается адсорбция на катализаторе высококипящих компонентов сырья и продуктов крекинга и интенсифицируется образование кокса В промышленной практике давление в реакторе обычно не превышает 0,2-),25 МПа
5 Сырье При утяжелении фракций нефти выход бензина снижается Кокса - увеличивается 2. Высокопарафинистая нефть (а) Нефти с высоким содержанием аренов и циклоалканов (б) При прочих равных условиях крекинга для нефти(а) выход бензина выше, чем для (б). Однако для бензина из (б) выше октановое число, т.к. в нем выше содержание аренов Выход кокса при крекинге нефти (а) ниже, чем для (б) Качество сырья существенновлияет на выходы продуктов и качество бензина Каталитического Крекинга.
3. Смолы и полиарены дают при крекинге мало бензина и много кокса 4. Легкие и средние арены крекируются примерно с такими же выходами бензина и кокса, как алканы и циклоалканы. Низкий выход бензина объясняется не только химией процесса, но и вследствие ухудшения адсорбции других УВ на активных центрах катализатора. 5. Асфальтены ввиду высокой адсорбируемости на кат. и нелетучести практически полностью превращеются в кокс 6. Азотсодержащие соединения в сырье – высокая основность – адсорбируются на кислотных центрах катализатора и блокируют их. Катализаторные яды. S-, O-содержащие соединения сырья на активность алюмосиликатных катализаторов не влияют
6 Регенерация катализатора Стадии: Отпарка кат от адсорбированных на нем углеводородов (Необходима для снижения нагрузки на регенератор) 2) Выжиг кокса кислородом воздуха 3) Обработка регенерированного катализатора водяным паром (необходима для гидратации катализатора, т.к. при дегидратации в условиях крекинга снижается его активность) Регенерация катализатора осуществляется легче, когда установки каталитического крекинга работают с высокой кратностью циркуляции катализатора (С)
ВРЕМЯ РЕАКЦИИ
