Министерство  образования и науки Российской Федерации

    Федеральное агентство по образованию

    Иркутский Государственный Технический Университет 

Кафедра химической технологии

^{наименование  кафедры} 
 

Допускаю  к защите

Руководитель  Баяндин В.В.

     ^{И.О.Фамилия} 
 
 
 

Спроектировать лифт-реактора для крекирования вакуумного газойля

     ^{наименование  темы} 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому  проекту по дисциплине 
 

Основы  научных исследований и проектирования   

     1.000.00.00.ПЗ

     ^{обозначение документа} 
 
 
 
 

Выполнил  студент группы    ХТТ-07-1       ________   Мирошниченко Е.А.

     ^{шифр                  подпись              И.О.Фамилия} 

Нормоконтролер                                        ________  Баяндин В.В.

                                                                                                                                 ^{подпись              И.О.Фамилия} 

Курсовой проект защищен с оценкой ____________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Иркутск 2010г

     Министерство образования и науки  Российской Федерации

    Федеральное агентство по образованию 

     ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (КУРСОВУЮ РАБОТУ)

По курсу    Основы научных исследований и проектирования

Студенту    Мирошниченко Е.А.

^{(фамилия, инициалы)}

Тема проекта    Спроектировать лифт-реактора для крекирования вакуумного

  газойля

Исходные данные: Мощности 1500000 т/год, глубина превращения

75 объемн.% на исходное сырье.

Рекомендуемая литература

1)Сарданашвили А.Г. и др. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.

2)Справочник нефтепереработчика - Под ред. Г. А. Ластовкина

3)Кузнецов А.А. Расчет поцессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности Изд. 2-е

Графическая часть на    листах

Дата выдачи задания " 28 "          марта           2011г.

Дата представления проекта руководителю "    "          май              2011г.

Руководитель курсового проектирования (курсовой работы) Сапрыгина В.Н. 
 
 
 
 

    Иркутск 2011г.

     Содержание

    1. Выбор и обоснование метода производства.

    Важнейшей задачей нефтеперерабатывающей промышленности нашей страны является углубление переработки нефти, ускоренное развитие производства автомобильных, дизельных и других видов топлив, сырья для нефтехимии и микробиологии на основе использования новых эффективных катализаторов и адсорбентов, современного высокопроизводительного оборудования, внедрения принципа комбинирования процессов в составе единой установки повышенной мощности. Потребности промышленности в указанных продуктах возрастают значительно быстрее по сравнению с объемом добычи и переработки нефти, в связи с чем необходимо резкое повышение эффективности использования нефти в народном хозяйстве.

    Для глубокой переработки нефти с целью производства высокооктанового бензина решающее значение имеет каталитический крекинг, позволяющий из разнообразного малоценного тяжелого сырья получать высокооктановые бензины, сырье для нефтехимии и алкилирования, производства технического углерода и кокса.

    Разработанный в 1936 г. процесс каталитического крекинга в настоящее время является одним из основных процессов современных и перспективных НПЗ топливного профиля, обеспечивающих выработку больших количеств высокооктанового бензина из тяжелого сырья - атмосферного газойля, дистиллятов вакуумной перегонки и коксования, деасфальтизата.

    Радикальные улучшения процесса каталитического крекинга  связаны с открытием каталитической активности цеолитов и созданием на их основе цеолитсодержащих катализаторов, внедрение которых выявило необходимость применения для крекинга прямоточных реакторов с малым временем контакта катализатора и сырья, специальных приемов регенерации, обеспечивающих снижение содержания остаточного кокса на катализаторе до 0,05% (масс.) и окисление оксида углерода в диоксид.

    Технология каталитического крекинга на цеолитсодержащих катализаторах является весьма гибкой, и при необходимости позволяет в широких пределах варьировать выход продуктов с целью повышения производства наиболее желательного из них.

    Варьирование параметров процесса каталитического крекинга позволяет наряду с изменением выхода целевых продуктов эффективно регулировать их качество.

    Высокая эффективность и гибкость каталитического крекинга, надежность используемого оборудования и возможность создания автоматизированных установок большой мощности (до 4,5 млн. т в год по сырью), решающая роль процесса в углублении переработки нефти с целью увеличения производства высокооктановых бензинов обуславливают его широкое применение в нефтеперерабатывающей промышленности и создают благоприятные условия для дальнейшего использования.

    2. Физико-химические основы процесса

    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 метилтретбутилового эфира, а также сырья для нефтехимических производств. Получающийся в процессе легкий газойль используется обычно как компонент дизельного топлива, а тяжелый газойль с высоким содержанием полициклической ароматики - как сырье для производства технического углерода или высококачественного электродного кокса (например, игольчатого).

    Сырье для этого процесса оценивается по фракционному составу, по групповому составу и по содержанию примесей.

    По фракционному составу. Установки КК работают на трех видах сырья - прямогонном, смешанном и остаточном.

    Пять типичных вариантов получения сырья для КК показаны на рис. 4.13.

• Вариант 1 - это типовая схема получения прямогонного вакуумного газойля (ВГ) с последующей его гидроочисткой и крекингом. В США по такой схеме работает около 80 установок крекинга,
• Вариант 2 отличается тем, что гудрон после ГВП коксуют и фракцию коксования 350-500 °С смешивают с прямогонным вакуумным газойлем до гидроочистки.
• Вариант 3 - аналог предыдущего, но вместо коксования гудрон подвергают деасфальтизации и полученный деасфальтизат (КК - 350 °С), минуя гидроочистку, подают на крекинг вместе с вакуумным газойлем.
• Вариант 4 - это аналог варианта 1 по основному потоку, но часть мазута (10-20 % от ВГ), минуя ГВП и ГО, подается на крекинг, поэтому этот вариант применим для несернистых и малосернистых мазутов.
• Вариант 5 - крекинг только мазута, прошедшего очистку от серы - гид-родесульфаризацию.

    На рис. 4.13 возле каждого варианта указан выход бензина (в %) с 1 т нефти при работе по данной схеме. Видно, что минимальный выход - при ведении процесса по первой схеме, а максимальный - по последней, т.е. выгоднее перерабатывать остаточное или смешанное сырье, хотя это связано с большими трудностями в самом процессе крекинга (увеличение коксования катализатора, отравление его металлами и азотом, рост расхода и т.д.).

    Показатели, характеризующие качество сырья, по степени влияния на процесс каталитического крекинга условно можно подразделить на следующие 3 группы:

1. показатели, влияющие на выход (то есть на материальный баланс) и качество продуктов крекинга: фракционный и групповой химический состав и содержание гетероорганических соединений;
2. показатели, влияющие на обратимую дезактивацию катали затора, такие, как плотность, коксуемость и содержание сернокислотных смол;
3. показатели, влияющие на необратимую дезактивацию катализатора: содержание металлов, прежде всего ванадия и никеля.

    1. По фракционному составу к сырью процесса предъявляются следующие требования:

• практически полное отсутствие бензинолигроиновых фракций, поскольку в условиях крекинга они претерпевают незначительные превращения, к тому же нерационально загружают реакционный аппарат и отрицательно влияют на октановое число бензина;
• ограниченное (до 10 %) содержание фракций, выкипающих до 350 °С;
• ограниченная температура конца кипения (500 - 620 °С), что обусловливается концентрированием в высококипящих фракциях коксогенных компонентов сырья (смол и асфальтенов) и гетероорганических соединений и металлов.

    Групповой химический состав сырья более значительно влияет на выход и качество продуктов крекинга. В большинстве вакуумных газойлей, направляемых на каталитический крекинг, в зависимости от типа исходной нефти содержание в них групповых компонентов колеблется в довольно широких пределах: парафиновых 15-35 %, нафтеновых 20 - 40 % и ароматических 15-60 %.

    Наилучшим для каталитического крекинга по выходу целевых продуктов (бензина и сжиженных газов) является сырье с преобладанием парафиновых и нафтеновых углеводородов. Полициклические ароматические углеводороды и смолы сырья в условиях крекинга дают мало бензина и много тяжелых фракций и кокса. Сернистые и кислородные соединения однотипного по химическому составу сырья не оказывают существенного влияния на материальный баланс каталитического крекинга, но ухудшают качество продуктов. С увеличением содержания гетероорганических соединений в сырье одновременно повышается содержание в нем полициклических углеводородов и смол.

    2. К компонентам, обратимо дезактивирующим катализаторы крекинга, относятся полициклические ароматические углеводороды, смолы, асфальтены и азотистые соединения сырья. Об обратимой дезактивирующей способности сырья можно судить: косвенно по плотности, а количественно - по коксуемости. Чем выше коксуемость сырья, тем больше выход кокса на катализаторе.

    Обычно на установках каталитического крекинга преимущественно перерабатывают типовое сырье (вакуумный газойль 350 — 500 °С) с коксуемостью не более 0,3-0,5 % масс. Если регенератор имеет запас мощности по массе сжигаемого кокса, то может быть использовано сырье с коксуемостью до 2-3 % масс. На специальных установках, предназначенных для крекинга остаточного сырья и имеющих системы отвода тепла из регенератора, допускается коксуемость сырья до 5 % масс.

    Обратимыми ядами для алюмосиликатных катализаторов являются азотистые основания: они прочно адсорбируются на кислотных активных центрах и блокируют их. При одинаковых основных свойствах большее дезактивирующее воздействие на катализатор оказывают азотистые соединения большей молекулярной массы. После выжига кокса активность отравленного азотистыми основаниями катализатора полностью восстанавливается. Цеолитсодержащие катализаторы, благодаря молекулярно-ситовым свойствам, отравляются азотом в значительно меньшей степени, чем аморфные алюмосиликатные.

    3. Металлоорганические соединения, содержащиеся преимущественно в высококипящих и особенно остаточных фракциях нефти, относятся к необратимо дезактивирующим компонентам сырья крекинга. Блокируя активные центры катализатора, они отрицательно влияют не только на его активность, но и на селективность. Так, по мере увеличения содержания никеля и ванадия, являющихся, как известно, дегидрирующими металлами, интенсивно возрастает в продуктах крекинга выход водорода и сухих газов, а выход бензина существенно снижается. На установках каталитического крекинга содержание их в сырье нормируется не более 2 г/т.

    Для переработки сырья коксуемостью более 10 % масс, и содержанием металлов 10 - 30 г/т и более требуется обязательная его предварительная подготовка.

    Реакции крекинга. Механизм их до конца неясен, но на основании анализа образующихся продуктов качественно можно выделить следующие реакции. Основные реакции:

• крекинг парафинов (дает парафин и олефин);
• крекинг олефинов (дает олефин + олефин);
• деалкилирование АрУ (отрыв или крекинг алкильных цепей);
• крекинг нафтенов (дает циклогексан + олефин без разрыва кольца). Вторичные реакции (определяют состав конечных продуктов крекинга):
• перенос водорода (нафтен + олефин дают ароматику + алкан);
• изомеризация (алкан дает изоалкан);
• перенос аклильных групп (бензол + ксилол дают два толуола);
• конденсация бензольных колец;
• диспропорционирование олефинов низкой молекулярной массы.

    В схематическом виде основные направления превращения углеводородов при крекинге можно представить следующим образом:

    Катализаторы крекинга. В настоящее время используются только цеолитсодержащие катализаторы (ЦСКК), включающие в свой состав от 3 до 25 % цеолита типа "Y" в РЗЭ-форме (размер входных окон 0,74 нм, а внутренних полостей 1,2 нм). Матрица ЦСКК - аморфный алюмосиликат или оксид алюминия.

    Чистый цеолит не применяется, так как он очень активен, непрочен и дорог, а ввод его в матрицу дает оптимальное распределение кислотных центров (в итоге  лучшую селективность), прочность, термостойкость. 

    Лучшие микросферические цеолитсодержащие катализаторы имеют следующие свойства:

1. Активность - выход бензина в % на стандартном сырье и в стандартных условиях.
2. Равновесная активность - установившаяся в системе в рабочих условиях активность катализатора.
3. Стабильность - это свойство сохранять активность во времени.
4. Индекс стабильности - способность сохранять активность в течение 6 ч в стандартных условиях.
5. Селективность - это отношение выхода бензина к суммарной конверсии сырья, выраженное в процентах (обычно 50-75 %).
6. Термостабильность - свойство сохранять активность при многократном нагреве катализатора (выжиге кокса).
7. Паростабильность - свойство сохранять активность при многократном воздействии водяного пара при 750 °С (крекинг идет в присутствии водяного пара).
8. Прочность на истирание или удар - это потеря массы катализатора в стандартных условиях за определенное время.
9. Регенерационная способность - скорость выжига кокса.

    3. Характеристика сырья, полупродуктов, готовой продукции, вспомогательных материалов.

    3.1 Общая характеристика производства

    3.2. Грозненская комбинированная установка ГК-3 входит в состав цеха 11 Нефтеперерабатывающего завода.

    Установка ГК-3 была введена в действие в сентябре 1968 года.

    3.3. Грозненская комбинированная установка ГК-3 предназначена для переработки обессоленной, обезвоженной нефти и нефтепродуктов, получаемых из нефти с получением полуфабрикатов, сырья для других процессов.

    Блок КК состоит из следующих частей:

    1. Реакторный блок (РБ).

    2. Нагревательно-фракционирующая часть (НФЧ).

    3. Газофракционирующая часть (ГФЧ).

    Таблица 3 – Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, готовой продукции, обращающихся в технологическом процессе

    Таблица 3 – Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, готовой продукции, обращающихся в технологическом процессе

4. Технологическая схема установки каталитического крекинга с прямоточным лифт-реактором 

    Каталитический крекинг протекает при температуре 450-550⁰С в присутствии синтетического алюмосиликатного или цеолитсодержащего катализатора с поглощением тепла.

    При  каталитическом крекинге используется сырье фр. 350-500⁰С (вакуум погон) и протекают следующие основные реакции:

    1. Расщепление углеводородов

    С₁₀Н₁₄ ® С₆Н₆ + С₄Н₈

    2. Дегидрогенизации

    С₇Н₁₄ ®С₇Н₈ + 3Н₂

    3. Изомеризации

                                                          СН₃

    СН₃ - СН₂  - СН₂ - СН₂ - СН₃ ® СН - СН₂  - СН₂

                                                           СН₃

    4. Гидрогенизации (в слабой форме )

    С₈Н₁₆ + Н₂ ®С₈Н₁₈

    5. Полимеризации

    С₂Н₄ + С₂Н₄ ®С₄Н₈ 

     Технологическая схема установки каталитического  крекинга с прямоточным лифт-реактором

     Промышленные  установки каталитического крекинга имеют однотипную схему по фракционированию продуктов крекинга и различаются в основном конструктивным оформлением и принципом реакционного блока. В отечественной нефтепереработке эксплуатируются установки разных поколений: типа 43-102 с циркулирующим шариковым катализатором; типа 43-103, 1А/1М и ГК-3 - с кипящим слоем микросферического катализатора и типа Г-43-107 с лифт-реактором. Основное развитие в перспективе получат комбинированные установки каталитического крекинга Г-43-107 и их модификации. В их состав входят, кроме собственно установки каталитического крекинга, блок гидроочистки сырья крекинга производительностью 2 млн т/год и блок газофракционирования и стабилизации бензина.

     Технологическая схема секций крекинга и ректификации установки Г-43-107 представлена на рис. 8.9. Гидроочищенное сырье после предварительного подогрева в теплообменниках и печи П смешивается с рециркуля- том и водяным паром и вводится в узел смешения прямоточного лифт-реактора P-I (рис. 8.10). Контактируя с регенерированным горячим цео- литсо держащим катализатором, сырье испаряется, подвергается катализу в лифт-реакторе и далее поступает в зону форсированного кипящего слоя P-I. Продукты реакции отделяются от катализаторной пыли в двухступенчатых циклонах и поступают в нижнюю часть ректификационной колонны K-I на разделение.

     Закоксованный катализатор из отпарной зоны P-I по наклонному катач лизаторопроводу поступает в зону кипящего слоя регенератора Р-2, где осуществляется выжиг кокса в режиме полного окисления оксида углерода в диоксид. Регенерированный катализатор по нижнему наклонному ка- тализаторопроводу далее поступает в узел смешения лифт-реактора. Воздух на регенерацию нагнетается воздуходувкой. При необходимости он может нагреваться в топке под давлением. Дымовые газы через внутренние двухступенчатые циклоны направляются на утилизацию теплоты (на электрофильтры и котел-утилизатор).

     BK-I для регулирования температурного режима предусмотрены верхнее острое и промежуточные циркуляционные (в средней и нижней частях) орошения. Отбор легкого и тяжелого газойля осуществляется через отпарные колонны К-2 и К-3. Нижняя часть колонны является отстойником (скруббером) катали- заторного шлама, который возвращается в отпарную зону P-1. Часть тяжелого газойля подается в узел смешения лифт-реактора как рецирку- лят. С верха колонны выводится смесь паров бензина, воды и газов крекинга, которая после охлаждения и конденсации разделяется в газосепараторе С-1 на газ, нестабильный бензин, направляемые в блок газофракционирования и стабилизации бензина. Водный конденсат после очистки от сернистых соединений выводится с установки.

     Качество  сырья крекинга, технологический  режим и материальный баланс установки Г-43-107 приведены соответственно в табл. 8.6, 8.7 и 8.8. 

    Нагревательно-фракционирующая часть

    Продукты крекинга в паровой фазе из реактора направляются под нижнюю каскадную тарелку колонны К-8, где происходит их ректификация.

    С верха колонны К-8 выводится жирный непредельный газ, водяной пар и пары бензиновой фракции НК-195°С.

    Боковыми погонами выводятся: