Основы управления процессом каталитического крекинга. Технологические параметры
Результаты каталитического крекинга определяются в целом такими показателями, как глубина превращения (конверсии) сырья, выход целевых продуктов и их качество.
Под глубиной превращения сырья принято считать суммарный выход продуктов, отличающихся от исходного сырья фракционным составом. При крекинге традиционного сырья — вакуумного газойля (фракция 350…500 °С) — такими продуктами являются газ + бензин + дизельная фракция (легкий газойль) + кокс. Тяжелый газойль, выкипающий при тех же температурных пределах, что и сырье, обычно принимают как непревращенную часть сырья, хотя он отличается от последнего по химическому составу.
Целевыми продуктами процесса, как указывалось ранее, являются бензин и сжиженный газ. Кокс, хотя и фигурирует в материальном балансе процесса (вместе с потерями), но не выводится из установки и полностью сгорает в регенераторе, обеспечивая тепловой баланс реакторного блока.
Требуемые глубина конверсии сырья и качество целевых продуктов каталитического крекинга достигаются управлением технологическим процессом посредством регулирования его оперативными параметрами.
К нерегулируемым параметрам каталитического крекинга можно отнести качество сырья, качество катализатора (например, его индекс активности), тип и конструкцию реакционных аппаратов, обеспечивающие заданный в соответствии с проектом технологический режим и производительность по сырью.
К оперативным, т. е. регулируемым, относят обычно те параметры, которые входят в кинетические уравнения (или математические модели) химико-технологических процессов, т. е. температура T, время
контакта τ и концентрация реактантов. Применительно к рассматриваемому процессу каталитического крекинга оперативными параметрами реактора являются температура в зоне крекинга, время контакта сырья с катализатором, кратность циркуляции катализатора и коэффициент рециркуляции остатка крекинга.
Вместо времени контакта τ на практике более часто употребляется термин «объемная» или «массовая скорость подачи сырья» — отношение количества сырья, подаваемого в реактор в единицу времени, к количеству (объему или массе) катализатора в реакторе. По существу, обратная функция от объемной скорости подачи сырья есть время контакта, правда, фиктивное, поскольку в этих расчетах не учитывается порозность слоя катализатора, иногда и температура.
Кратность циркуляции катализатора Кцк — параметр, употребляемый только к каталитическим процессам, осуществляемым с циркуляцией катализатора между реактором и регенератором. Кцк определяется как отношение количеств катализатора к сырью, подаваемых в реактор в единицу времени. По кинетическому признаку Кцк характеризует концентрацию катализатора в реагирующей системе: чем выше Кцк, тем на большей реакционной поверхности катализатора осуществляется гетерогенная каталитическая реакция. Следует добавить, что величина Кцк влияет и на тепловой баланс реакторного блока.
Процессы каталитического крекинга чаще всего проводят с рециркуляцией газойлевых фракций с блока ректификации продуктов крекинга на установках раннего поколения с применением аморфных алюмосиликатных катализаторов, обладающих невысокой активностью. Рециркуляция продуктов крекинга осуществлялась с целью увеличения конверсии сырья, а также возврата катализатора, вынесенного с парами продуктов из реактора — катализаторного шлама. В качестве рециркулята при этом использовались не только тяжелые, но и легкие газойли.
С переходом на ЦСК резко повысилась глубина конверсии за проход, в связи с чем необходимость рециркуляции газойлей снизилась (с 30 % на АСК до 10…15 % на ЦСК). На современных установках крекинга на ЦСК рециркуляцию тяжелого газойля осуществляют с целью:
- возврата катализаторного шлама;
- регулирования теплового режима работы реакторного блока;
- улучшения качества тяжелых фракций (270…420 °С), используемых в качестве термогазойля — сырья для производства технического углерода. Катализаторный шлам вместе с частью тяжелого газойля рекомендуется возвращать на крекинг не вместе с сырьем, а по отдельной линии в верхнюю часть реактора или зоны десорбции, так как полициклические углеводороды из тяжелого газойля резко снижают активность ЦСК. Имеются даже разновидности каталитического крекинга («двухступенчатый крекинг»), в которых крекинг рециркулята проводится в отдельном реакторе.
Давление в системе реактор — регенератор поддерживается практически постоянным для данного типа установок. Повышение давления несколько ухудшает селективность крекинга и приводит к росту газо- и коксообразования.
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА, С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов, 2006