Установки промысловой подготовки нефти

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

 

                                                                                                                                 Кафедра ПНГ

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Химическая технология природных  энергоносителей и углеродных материалов»

на тему: «Установки промысловой подготовки нефти».

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Выполнила студентка гр.ХТТ-08

Галингер Елена 

Проверила: Трушкова Л.В

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2012

 

 

 

 

       При регенерации в псевдоожиженном слое катализатора практически устраняется возможность локальных перегревов, что позволяет проводить регенерацию при более высокой t, тем самым ввести в реактор более высокопотенциальное тепло и при необходимости сократить кратность рециркуляции катализатора. На установках КК сырья с высокой коксуемостью регенерацию катализатора осуществляют в двухступенчатых регенераторах, снабжённых холодильником для снятия избыточного тепла. Это позволяет раздельно регулировать температурный режим как в регенераторе, так и в реакторе.

 

 

                                                        1. Введение

     Увеличение  объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и  улучшение качества - основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей  промышленностью в настоящее  время. Решение этих задач в  условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки нефти. Большое значение приобрели вторичные и, особенно, каталитические процессы. Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения каталитического крекинга

      

       Каталитический крекинг представляет собой современный процесс превращения высококипящих нефтяных фракций в базовые компоненты высококачественных авиационных и автомобильных бензинов и в средние дистиллятные фракции - газойли. Промышленные процессы основаны на контактировании сырья с активным катализатором в соответствующих условиях, когда 40-50 вес % исходного сырья без рециркуляции превращается в бензин и другие легкие продукты. В процессе крекинга на катализаторе образуются углистые отложения, резко снижающие его активность, в данном случае крекирующую способность. Для восстановления активности катализатор регенерируют. Наибольшее распространение получили установки с циркулирующим катализатором в движущемся потоке и псевдоожиженном, или кипящем, слое.

 

 

 

 

2. Назначение процесса.

    Основное назначение  каталитического крекинга - получение  высокооктановых компонентов бензина.  Крекинг осуществляется при 420-550°С и является процессом качественного изменения сырья, т.е. процессом образования соединений, отличающихся от первоначальных по своим физико-химическим свойствам. В зависимости от сырья и условий процесса выход бензина при крекинге составляет 7-50 вес % (на сырье). Наряду с бензином образуются и другие продукты - газообразные, жидкие и твердые (кокс). В качестве сырья обычно применяют тяжелые дистилляты атмосферной или вакуумной перегонки нефти, а также деасфальтизаты и другие продукты.

       

  При каталитическом крекинге тяжёлые нефтяные фракции при 5ОО °С в значительной части превращаются в компоненты, выкипающие в пределах температур кипения бензина, и газообразные продукты, которые могут использоваться для производства высокооктановых компонентов бензина или как сырье для химических синтезов. В отличие от термического крекинга, каталитический крекинг проводится в специальной аппаратуре с применением специфического оборудования и в присутствии катализаторов.

       

 Главным преимуществом каталитического крекинга перед термическим являет большая ценность получаемых продуктов: меньший выход метана, этана и диенов при более высоком выходе углеводородов С3 и С4 (особенно изобутана), а также ароматических углеводородов, олефинов с разветвленной цепью и изопарафинов. Антидетонационные свойства бензинов каталитического крекинга значительно выше, чем бензинов термического крекинга. Продукты крекинга имеют сложный состав. Так, при каталитическом крекинге цетана С16Н34 образуются (в вес %): водовод, метан, этан и этилен – 5, пропан и пропилен – 23, бутан, изобутан и бутилены – 33, высшие углеводороды, входящие в состав бензина - 36

     

Состав продуктов крекинга керосиновых, соляровых и вакуумных  дистиллятов, т.е. смесей весьма большого числа разных углеводородов, еще более сложен. Результаты каталитического крекинга углеводородных смесей существенно зависят от условий проведения процесса применяемого катализатора.

     

 Каталитический крекинг в основном используют для производства высокооктановых компонентов автомобильного и авиационного бензина. При получении автомобильного бензина в качестве сырья обычно используются вакуумные дистилляты первичной переработки нефти, а при производстве авиабензина - керосино-соляровые фракции первичной перегонки нефти.

 

 

3. Характеристика технологии  переработки нефти методом каталитического  крекинга

       Аппаратурное  оформление каталитического крекинга  состоит из трех частей: реактора, регенератора и ректификационной  колонны.

Центральной частью установки каталитического крекинга является реактор

(рис. 1.1)

 

 

Рис.1.1 Реакторный блок каталитического  крекинга.

 

      Сырье  проходит через нагреватель, смешивается  с катализатором и поступает  в вертикальную трубу (райзер), ведущую в нижнюю часть большого  сосуда, который называется реактором.

      

       В момент, когда сырье поступает в реактор, процесс уже идет, поэтому время пребывания сырья в реакторе — всего несколько секунд. В более современных конструкциях крекинг, в основном, происходит уже в райзере. Таким образом, реактор нужен только для отделения углеводородов от катализатора. Это производится с помощью циклона, механического приспособления, использующего центрифугирование. 

Та часть углеводородов, которая во время крекинга превращается в кокс, оседает в виде отложений на катализаторе. Когда поверхность катализатора покрывается отложениями, катализатор становится неактивным (отработанным). Чтобы удалить эти углеродные отложения, отработанный катализатор подают в сосуд, называемый регенератором (рис. 1.2),

 

 

 

Рис1.2. Регенерация катализатора.

 

где его смешивают с горячим  воздухом, нагретым приблизительно до 600°С (1100°F). В Результате происходит следующая химическая реакция:

 

С + 02 à СО и СО2 (в более старых моделях),

С + 02 à СО2 (в более новых моделях).

 

Углерод соединяется  с кислородом, и при этом образуется диоксид углерода (СО2) и иногда монооксид  углерода (СО), а также выделяется большое количество тепла. Тепло  в виде горячего потока СО и СО2 обычно используют в какой-либо части процесса, например, чтобы нагреть сырье в теплообменнике. В более старых моделях поток СО/СО2 отправляют в печь, где СО доокисляется до СО2, прежде чем СО2, наконец, отправляется в атмосферу. Восстановленный катализатор выходит из нижней части регенератора. Его можно снова смешать с сырьем и направить в реактор. Таким образом, катализатор находится в непрерывном движении, проходя по циклу крекинг-регенерация.

 

Тем временем углеводородная смесь, полученная в результате крекинга, подается (перекачивается) в ректификационную колонну (ректификация - это тепломассообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения), предназначенную для разделения продуктов каталитического крекинга.  
В колонне смесь обычно разделяется на следующие фракции: углеводородные газы (С4 и более легкие, то есть С4-), крекинг-бензин, легкий крекинг-газойль, тяжелый крекинг-газойль и кубовый остаток, который называется рециркулирующий газойль.

.

Рис. 1.3. Фракционирование

      Последний продукт может использоваться разными способами, но чаще всего его смешивают со свежей порцией сырья, с которой он снова поступает в процесс. Если число циклов достаточно велико, рециркулирующий газойль может полностью исчезнуть. Такой вариант носит название рециркуляция до уничтожения.

     Все узлы установки каталитического крекинга, соединенные в общую систему, показаны на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 Установка  каталитического крекинга

 

4.  Параметры,  влияющие на совершенствование  процесса каталитического крекинга.

       Каталитический крекинг происходит, как правило, в паровой фазе в системе без притока и отдачи тепла, поэтому его относят к адиабатическим процессам. При адиабатическом процессе внешняя работа полностью затрачивается на изменение внутренней энергии системы.

     В зависимости от характеристик перерабатываемого сырья и системы или типа установки, а также от состава и свойств катализатора устанавливается определенный технологический режим. К основным показателям технологического режима установок каталитического крекинга следует отнести температуру, давление, соотношение количества сырья и катализатора, находящегося в зоне крекинга, а также кратность циркуляции катализатора.

 

Каталитический  крекинг проводят в следующих  условиях:

Температура, °С крекинга - 450-525

регенерации катализатора - 540-680

Давление, ат. в реакторе - 0,6-1,4

в регенераторе - 0,3 - 2,1

 

Рассмотрим  основные закономерности процесса.

     Температура. С повышением температуры увеличивается октановое число бензина, возрастает выход газов С1-С3 и олефинов С4 и выше, снижается выход бензина и кокса, но повышается соотношение бензин: кокс и снижается соотношение выходов легкого и тяжелого газойля.

     Давление. При повышении давления увеличивается выход парафиновых углеводородов и бензина, снижается выход газов С1-С3, олефинов и ароматических углеводородов. Выход кокса в условиях промышленного процесса от давления практически не зависит.

 

 

 

 

Глубина крекинга.

Рециркуляция. Глубину  превращения (или глубину крекинга) принято оценивать количеством  сырья, превращенного в бензин, газ  или кокс. При крекинге в одну ступень (однократный крекинг) глубина  превращения равна 45-60%. Примерный  выход продуктов при однократном каталитическом крекенге керосина - соляровой фракции прямой перегонки нефти приведен ниже (индекс активности катализатора 28-32):

 

Глубина крекинга,% - 50 - 60

Выход, вес.% сухой газ (С3 и легче) -  5-6,5 7-8,5

бутан - бутиленовая фракция - 5,5-9 9-10,5

дебутанизированный бензин (к. к. 205 - 210°С) - 31-32, 36-38

газойль - 50 40

кокс - 3 - 4, 5 - 4, 5-6

    

Когда хотят достигнуть более глубокого превращения, т.е. получить из сырья больше бензина, подвергают крекингу не только исходное сырье, но и образующиеся в процессе газойлевые фракции. На большинстве промышленных установок каталитическому крекингу подвергают именно смесь исходного сырья с газойлем каталитического крекинга или иногда раздельно свежее сырье и газойлевые фракции. Таким образом газойль возвращается в систему для использования его в качестве вторичного сырья - рециркулятор. В зависимости от того, сколько газойля подвергается каталитическому крекингу, глубина крекинга может достигать 80-90%. Отношение массы рециркулирующего газойля к массе свежего сырья называется коэффициентом рециркуляции; оно изменяется от нуля до 2,3 при крекинге с рециркуляцией. Глубина крекинга возрастает с увеличением коэффициента рециркуляции.

        Характерно, что выход жидких  углеводородов, включая фракцию С3-С4, увеличивается до глубины крекинга 80%, а затем снижается. Если же выделить фракцию С3 - С4, то сумма получаемых жидких продуктов по мере увеличения глубины крекинга непрерывно снижается, в данном случае до 62,9 объемн.%. По мере увеличения глубины крекинга выход газойля падает, а при 100% -ной глубине крекинга становится равным нулю.

 

Объемная скорость. Отношение объема сырья, подаваемого в реактор за 1 ч, к объему катализатора, находящегося в зоне крекинга, называется объемной скоростью. Обычно на одну весовую единицу катализатора, находящегося в зоне крекинга, подается от 0,6 до 2,5 вес. ед. сырья в час. Часто объемную скорость выражают в объемных единицах - объем/ (объем*ч) или м3/ (м3*ч) и записывают в виде ч-1 
        Кратность циркуляции катализатора. В системах каталитического крекинга с циркулирующим пылевидным или микросферичёским катализатором на 1 т поступающего в реактор сырья вводится 7-20 т регенерированного катализатора, а на установках каталитического крекинга, где применяются крупнозернистые катализаторы (частицы диаметром 3 - 6мм), - от 2 до 5 - 7 т в зависимости от конструкции установки. Указанное отношение (7 - 20 т/т) называют весовой кратностью циркуляции катализатора. Иногда это соотношение выражают в объемных единицах, тогда оно называется объемной кратностью циркуляции катализатора. Следует различать кратность циркуляции катализатора по свежему сырью и по всей загрузке реактора (свежее сырье плюс рециркулят). В последнем случае при одном и том же количестве катализатора кратность циркуляции будет меньше.