автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса каталитического крекинга в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез"

На правах рукописи

ИШМИЯРОВ МАРАТ ХАФИЗОВИЧ

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ И АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА в ОАО "САЛАВАТНЕФТЕОРГСИНТЕЗ"

Специальность: 05.17.08 "Процессы и аппараты химических технологий"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

¿«У

Москва- 2005

Работа выполнена в Российском Государственном Университете нефти и газа им. И.М. Губкина и ОАО "Салаватнефтеоргсинтез".

Научный руководитель: доктор химических наук,

профессор Мельников В.Б.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор, академик РАЕН

Хайрудинов И.Р. доктор технических наук, профессор Глаголева О.Ф.

Ведущая организация: ОАО "ВНИИ НП"

Защита состоится

" ¿О " 2005 г. в /У" часов в аудитории

на заседании диссертационного совета К212.200.01 в Российском Государственном Университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский пр-т, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Автореферат разослан "2.0 " И1Я/1Я 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук,

доцент

Глебова Е.В.

ЙН5

!М 56946"

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы.

В принятой Минэнерго РФ программе "О стратегии развития нефтеперерабатывающей промышленности до 2020 г." поставлена задача обеспечить повышение глубины переработки нефти до 75 % к 2010 г. и до 85 % -

За последние десять лет в России глубина переработки нефти увеличилась с 63 до 71 %. По мере становления нефтяных компаний российские НПЗ освобождались от устаревших избыточных мощностей первичной переработки и совершенствовали технологическую структуру вторичных процессов. Тем не менее, Россия в развитии процессов, углубляющих переработку нефти, отстает от среднемирового и европейского уровня в 2 раза, от уровня США - более чем в 3 раза, а в развитии важнейших из этих процессов - каталитического крекинга и гидрокрекинга - в 4—7 раз.

В промышленной практике одним из основных вторичных процессов переработки углеводородного сырья, позволяющих углубить переработку нефти и получать высокооктановые компоненты автомобильных бензинов и дизельных топлив, является каталитический крекинг различных видов дистиллятного и остаточного сырья.

В настоящее время каталитический крекинг является наиболее крупнотоннажным и важным среди каталитических процессов переработки нефти. Широкое развитие получил этот процесс в США и в странах Западной Европы. Суммарная мощность установок каталитического крекинга достигла в США порядка 35 % от мощности первичной переработки нефти 13,9 % - в Западной Европе и 6,0 % - в России.

В связи с изложенным дальнейший прогресс процесса каталитического крекинга связан с вовлечением в качестве сырья для получения высокооктановых бензиновых фракций тяжелых вакуумных дистиллятов мазутов и других нефтяных остатков. ___

2020 г.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

СМКЛИвТСКА

Пель работы. Целью настоящей работы является разработка способов, направленных на модернизацию процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга типа 43-102 в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", для увеличения производительности установок при одновременной переработке тяжелого вакуумного дистиллята с концом кипения не менее 520°С.

Для этого было необходимо решить следующие основные задачи:

1. Провести стендовые лабораторные и опытно-промышленные испытания на существующем алюмосиликатном цеолитсодержащем катализаторе типа Ц-100 и аппаратурном оформлении, с использованием в качестве сырья тяжелого сернистого вакуумного дистиллята, с целью установления оптимальных условий процесса и путей модернизации установки.

2. Разработать, с учетом полученных результатов и проведенного анализа, основные требования к модернизации реактора, регенератора, пневмотранспортной линии движения потока катализатора в системе "реактор-регенератор", качественным характеристикам применяемого катализатора.

3. Разработать требования к качественным показателям катализатора крекинга и осуществить наработку опытно-промышленной партии нового катализатора.

4. Ввиду более жестких гидродинамических условий работы катализатора в системе "реактор-регенератор" разработать новую методику оценки физико-механических свойств катализатора с учетом мировых достижений.

5. Разработать комплексный подход к модернизации процесса и аппаратурного оформления установки каталитического крекинга 43-102 с учетом эксплуатационных свойств катализатора и возможностей по реконструкции аппаратов реакторно-регенераторного блока, для увеличения производительности установки ~ в 1,5 раза при переработке тяжелого сернистого вакуумного дистиллята с к.к. 520°С и более, для чего получить экспериментальные данные по условиям оптимизации процесса каталитического крекинга (обоснование рабочего объема реактора, необходимости реконструкции регенератора и технологии нродосса'регенерации катализатора от коксовых отложений).

6. С учетом разработанных требований по модернизации аппаратурного оформления процесса каталитического крекинга осуществить диагностику технического состояния оборудования существующей установки типа 43-102 для принятия решения о возможном объеме модернизации.

Научная новизна работы заключается:

- в комплексном подходе к модернизации процесса и аппаратурного оформления установки каталитического крекинга типа 43-102 на основе совместного учета эксплуатационных характеристик катализатора и возможностей действующих аппаратов для увеличения производительности установки и переработки более тяжелого сернистого вакуумного дистиллята позволившем разработать требования к показателям качества катализатора, определить оптимальные условия проведения процесса крекинга, обосновать рабочий объем реактора, конструкцию регенератора и технологию процесса регенерации катализатора от кокса;

- в создании методики для оценки регенерационных характеристик катализатора и кинетических зависимостей процесса окислительной регенерации катализатора от коксовых отложений;

- в разработке методики для оценки физико-механических свойств катализатора при его использовании в более жестких гидродинамических условиях;

- в обосновании эксплуатационных характеристик катализатора для применения на установках каталитического крекинга 43-102 при их модернизации для работы с использованием более тяжелого вакуумного дистиллята с одновременным увеличением их производительности.

Практическая ценность работы заключается в разработке научного и инженерного решений и подходов для повышения эффективности действующих установок процесса каталитического крекинга типа 43-102 при минимальных затратах на модернизацию для увеличения их производительности и перевода на переработку более тяжелого вакуумного дистиллята. Кроме того, практическое значение имеют методики оценки физико-механических и регенерационных

характеристик катализатора для совершенствования регенератора и технологии процесса окислительной регенерации катализатора от кокса.

Методы исследования. При выполнении работы для достижения поставленной цели были использованы экспериментальные методы с применением стандартизованных стендовых установок и условий испытания катализаторов и анализа продуктов крекинга.

Также разработаны методики оценки регенерационных характеристик и физико-механических свойств катализаторов крекинга.

Достоверность полученных результатов, правомерность их использования подтверждена хорошим совпадением результатов стендовых исследований с данными опытно-промышленных работ, а также проведением оценки ошибки эксперимента.

На защиту выносятся:

- результаты стендовых лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний, позволяющие обосновать модернизацию процесса каталитического крекинга на установках типа 43-102, направленную на увеличение производительности установок с применением в качестве сырья более тяжелого вакуумного дисгиллята при уменьшении содержания легкого газойля до 5-10 %;

- комплексный подход к модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталигического крекинга типа 43-102, основанный на сочетании необходимых эксплуатационных характеристик катализатора и возможностей действующего оборудования реакторно-регенераторного блока;

- результаты оптимизации процесса каталитического крекинга тяжелого вакуумного дистиллята с применением нового разработанного цеолитсодержащего катализатора (Ц-600) для модернизированного процесса на установках 43-102;

- разработанные требования к эксплуатационным показателям катализатора крекинга, необходимые для модернизации процесса и оборудования установки 43-102;

результаты модернизации аппаратов реакторно-регенераторного блока установки каталитического крекинга 43-102;

- результаты исследований регенерационных характеристик и физико-механических свойств катализаторов крекинга в соответствии с разработанными методиками.

Реализация работы.

Результаты диссертационной работы внедрены на нефтеперерабатывающем заводе и заводе катализаторов ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", при разработке метода испытаний физико-механических свойств катализаторов крекинга (метод "Прокат"), а также использованы при написании учебника: Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Верёвкин А.П., Докучаев Е.С., Малышев Ю.М. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа. М.: - Химия, 2005,-735 с.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты диссертации докладывались на заседании кафедры оборудования нефтегазопереработки Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина, научно-техническом совете ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", научно-практической конференции (19 мая 2004 г., г. Уфа), конференции "Научные основы приготовления и технологии катализаторов" (6-9 сентября 2004 г., г. Омск), 3-ем международном форуме "Топливно-энергетического комплекса России: региональные аспекты" (8-11 апреля 2003 г., г. Санкт-Петербург), VI кошрессе нефгегазопромышленников России "Нефтепереработка и нефтехимия" (24-27 мая, 2005 г.). По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в т.ч. 1 книга, _3_ патента, _3_ статьи, 6 тезисов докладов.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов но диссертации, списка использованной литературы, включающих 76 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов и 6 приложений.

Диссертационная работа изложена на 210 страницах, в том числе включает 31 рисунок и 26 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение аргументирует объективные предпосылки для модернизации процесса каталитического крекинга и аппаратов действующих установок типа 43102. Обоснована актуальность диссертационной работы и сформулированы ее цель и задачи.

В первой главе представлен литературный обзор, посвященный современному состоянию проблемы в области процесса каталитического крекинга, связанной с необходимостью углубления переработки нефти, вовлечения в процесс тяжелых нефтяных фракций и остатков для получения высокого выхода высокооктанового бензина и легкого газойля, как компонента дизельного топлива.

На основе обобщения литературных данных по существующим технологиям и аппаратурному оформлению процесса каталитического крекинга определены цель и направления исследований.

Во второй главе описаны существующая технология и оборудование процесса каталитического крекинга на установках 43-102, действующие в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", сырьем которых является смесь гидроочищенного вакуумною газойля с установки JI-16, вакуумного газойля с установки ЭЛОУ-АВТ-4, а также керосино-газойлевой фракции с АВТ в количествах до 15-20 %, конец кипения сырья крекинга 475^85°С.

Принципиальная схема реакторно-регенераторного блока (РРБ) как основного процесса установки каталитического крекинга представлена на рисунке 1, а технологические параметры работы РРБ даны в таблице 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема реакторно-регенераторного блока

установки каталитического крекинга.

Обозначения: Р-1- реактор; Р-2- регенератор; П-1,3,За- печи; Р-4, Р-4а- сепаратор катализатора;

Р-6, Р-ба- дозеры катализатора; В-1,1а, В-2,2а, В-З.За- турбовоздуходувки. Таблица 1. Технологические параметры реакторно-регенераторного блока

установки каталитического крекинга ОАО "Салаватнефтеоргсинтез".

Реактор Р-1

Объём реакционной зоны 35 м3

Производительность 900-910 т/сутки

Температура катализатора в Р-1 а 510-520°С

Температура сырья на входе в Р-1 470-480°С

Циркуляция катализатора 70 т/ч

Расход пара в зону отпарки Р-1 1000-1100 кг/ч

Давление в Р-1 0,64-0,69 ати

Расход пара под купол 160 кг/ч

Регенератор Р-2

Температура по зонам Р-2 700-720°С

Расход воздуха 16000-17500 м'/ч

Температура воздуха в Р-2 250-450°С

Пневмотранспорт

Температура воздуха в Р-6 520-550°С

Температура воздуха в Р-ба 550-580°С

Расход воздуха в Р-6 9000 м3/ч

Расход воздуха в Р-ба 9000-9100 м^/ч

Давление в Р-6 33-34 мм рт сг

Давление в Р-ба 35-37 мм рт ст

Температура топок П-1, П-3, П-За 550-580°С

*-обозначения оборудования на рисунке 1.

Во второй главе также представлены чертежи существующих основных аппаратов реакторно-регенераторного блока.

Также во второй главе проанализирован опыт эксплуатации процесса каталитического крекинга за период 1999-2004 г.г. при использовании цеолитсодержащих катализаторов типа Ц-10 и Ц-100. С целью возможности использования существующего аппаратурного оформления установок каталитического крекинга (№ 601 и № 602) и катализатора Ц-100 для переработки утяжеленного сырья крекинга при максимально возможном увеличении производительности установок в 2003 г. был проведен опытно-промышленный пробег. Было установлено, что при увеличении производительности с 37,5 т/ч до 40 т/ч происходит снижение выходов бензина на 2-3 % мае. и легкого газойля на 2-3 % мае., а октанового числа бензина на 0,9 пунктов.

В третьей главе представлены материалы по технологическому обоснованию модернизации процесса каталитического крекинга на установках типа 43-102 (установки № 601 и № 602 в ОАО "Салаватнефтеоргсингез").

Известно, что увеличение производительности установки крекиш а и использование более утяжеленного сырья крекинга требует повышения кратности циркуляции катализатора при одновременной более высокой скорости его регенерации от коксовых отложений или при более низкой способности катализатора к коксообразованию при крекинге.

Таким образом, для обоснования повышения эффективности процесса каталитического крекинга на действующих установках ОАО "Салаватнефтеоргсингез" необходимым было определение оптимального технологического режима процесса крекинга на более тяжелом вакуумном газойле с применением существующего катализатора Ц-100 с целью возможного его дальнейшего использования и/или с учетом особенностей аппаратурного оформления действующего реакторно-регенераторного блока разработать требования к его реконструкции и показателям качества нового катализатора.

С этой целью на стендовой лабораторной установке были нроведены исследования по оптимизации процесса каталитического крекинга с использова-

нием существующего катализатора Ц-100.

Характеристики катализатора Ц-100 и вакуумного негидроочтценного газойля представлены соответственно в таблицах 2 и 3. Таблица 2. Физико-химические свойства катализатора Ц-100.

Насыпная плотность, кг/м3 648

Удельная поверхность, м2/г 322

Химический состав, % масс.:

А1203 10,4

ОРЗЭ

Ма20 0,35

Стабильная активность 51,5

Таблица 3. Характеристика вакуумного негидроочищеиного газойля.

Плотность при 20°С, кг/м3 899

Фракционный состав, °С: н.к. 340

5% 385

10% 396

20% 407

30% 418

40% 428

50% 442

60% 459

70% 473

80% 490

90% 500

к.к. 520

Содержание серы, % масс. 1,7

Температура застывания, °С +28

Каталитический крекинг проводили при температурах 450-500°С, объемных скоростях подачи сырья 0,75-3,0 ч"1 и отношениях катализатор:сырье 1,5-3,5.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 4. В настоящее время установки каталитического крекинга ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" работают с использованием алюмосиликатного цеолитсодержащего катализатора типа Ц-100 при температуре крекинга- 470°С, объемной скорости подачи сырья- 1,2+1,5 м3/(м3 ч), кратности циркуляции катализатора- 2,2.

Таблица 4. Результаты крекинга вакуумного негидроочищенного газойля на

стендовой установке при использовании катализатора Ц-100.

№ п.п Условия крекинга Выход продуктов крекинга, масс. % Конверсия, %масс.

Температура, °С Объемная скорость, ч 1 Отношение (масс.) катализатор' сырье бензин, С5-200°С фр. диз-топлива, 200-350°С газ кокс

1. 450 0,75 2,2 45,0 22,4 11,9 2,9 82,2

2. 450 1,25 2,2 45,2 22,9 11.1 2,6 81,8

3. 450 1,50 2,2 45,0 23,0 10,2 2,5 80,7

4. 450 1,75 2,2 44,1 22,3 9,9 2,3 78,6

5. 450 2,50 2,2 39,8 19,0 8,5 2,2 69,5

6. 450 3,00 2,2 37,1 16,3 5,3 1,9 60,6

7. 470 0,75 2,2 46,0 21,7 13,9 3,2 84,8

8. 470 1,25 2,2 46,4 22,2 13,1 2,8 84,5

9. 470 1,5 2,2 46,2 22,5 12,6 2,7 84,0

10 470 1,75 2,2 45,5 22,0 11,9 2,6 82,0

11. 470 2,5 2,2 40,1 18,0 8,9 2,4 69,4

12. 470 3,0 2,2 37,7 15,5 6,8 2,2 62,2

13. 470 1,5 1,5 41,8 22,0 11,8 2,2 77,8

14. 470 1.5 2,5 48,5 21,4 13,0 3,0 85,9

15. 470 1.5 3,0 49,4 17,7 13,9 3,4 86,4

16. 470 1,5 3,5 51,4 14,5 15,4 4,2 86,5

17. 490 0,75 2,2 44,9 19,5 17,3 3,7 85,4

18. 490 1,25 2,2 45,4 20,2 16,3 3,1 85,0

19. 490 1,50 2,2 45,5 20,5 15,6 3,0 84,6

20. 490 1,75 2,2 45,3 19,7 14,7 2,8 82,5

21. 490 2,50 2,2 41,2 16,9 12,0 2,6 72,7

22. 490 3,00 2,2 38,2 14,3 9,9 2,4 64,8

23 500 0,75 2,2 44,1 16,7 20,7 4,1 85,6

24. 500 1,25 2,2 45,2 17,1 19,4 3,5 85,2

25. 500 1,50 2,2 45,3 17,0 18,7 3,3 84,3

26. 500 1,75 2,2 45,1 16,6 18,0 3,1 82,8

27. 500 2,50 2,2 42,8 14,5 15,6 _ 2,7 75,6

28. 500 3,00 2,2 38,9 11,4 13,9 2,5 65,7

29. 480 1,5 2,2 45,8 22,0 13,6 2,8 84,2

30. 460 1,5 2,2 45,7 22,8 11,5 2,6 82,6

31. 470 2,2 3,0 47,6 19,9 13,5 3,5 84,5

32. 470 2,2 2,2 43,0 19,8 10,1 2,5 75,4

33. 470 2,5 3,5 47,1 19,5 13,4 3,5 84,5

34. 470 2,5 3,0 46,6 18,9 13,2 3,3 82,0

Планируемая модернизация установок каталитического крекинга связана с

увеличением единичной производительности установок ~ в 1,5 раза и без изменения объема реакционной зоны реактора и кратности циркуляции

катализатора объемная скорость подачи сырья составит 2,2-2,5 м3/(м3-ч). С учетом сохранения того же времени контакта сырья с катализатором для получения наиболее высокого выхода бензиновой фракции кратность циркуляции катализатора должна составить 3,0-3,5.

Как видно из экспериментальных данных, представленных в таблице 4, увеличение объемной скорости подачи сырья - в 1,5 раза при сохранении кратности циркуляции 2,2 приводит к снижению выхода основных целевых продуктов крекинга: бензиновой фракции на 6,1 %масс. и дизельной фракции на 4,5 масс.

Таким образом, повышение производительности установки только путем увеличения объемной скорости подачи сырья приводит к снижению выходов бензиновой и дизельной фракций.

Проведенные нами исследования процесса крекинга на стендовой лабораторной установке при кратности циркуляции катализатора на уровне значений 3,0-3,5 и объемных скоростях подачи сырья 2,2-2,5 м3/(м3-ч) указывают на возможность достижения даже более высокого выхода бензиновой фракции (46,6-47,6 %масс.). Однако при этом возрастает выход кокса с 2,7 до 3,3-3,5 %масс. и газа с 12,6 до 13,2-13,5 %масс.

Ввиду более высокого коксообразования на катализаторе Ц-100 и его более высокой кратности циркуляции при осуществлении процесса крекинга в найденных оптимальных технологических режимах необходимым является оценка регенерационных характеристик и физико-механических свойств катализатора.

Изучение регенерационных характеристик катализатора Ц-100 необходимо для установления оптимального режима процесса регенерации и возможной реконструкции регенератора для обеспечения наибольшей регенерации катализатора от коксовых отложений.

Процесс регенерации был изучен в интервале температур регенератора промышленных установок 550-750°С. Закоксовывание проводилось в условиях каталитического крекинга.

По полученным экспериментальным данным были построены зависимости выжига массы кокса на массу катализатора от времени регенерации. Процесс регенерации катализатора оценивали по трем скоростям окисления кокса: начальная, средняя, конечная. Характерная кинетическая кривая регенерации катализатора с проведенными касательными представлена на рисунке 2, а результаты исследований регенерационных характеристик катализатора Ц-100 - в таблице 5.

Рисунок 2. Характерная кинетическая кривая регенерации катализатора.

1,2,3- касательные, соответствующие начальной, средней и конечной скоростям регенерации, соответственно.

Таблица 5. Результаты регенерации катализатора Ц-100.

№ п.п. Температура регенерации Скорость регенерации, КГкпкса/ (КГкэтализэтооа" Час)

начальная средняя конечная

условия крекинга: 470°С, 1,5 ч"1, К=2,2, содержание кокса- 2,7 %масс. на сырье

1. 750 0,1432 0,0516 0,0040

2. 700 0,1147 0,0429 0,0040

3. 650 0,0974 0,0340 0,0035

4. 600 0,0735 0,0296 0,0035

5. 550 0,0505 0,0246 0,0030

условия крекинга: 470°С, 2,2 ч"', К=3,0, содержание кокса- 3,45 %масс. на сырье

1. 750 0,1594 0,0430 0,0038

2. 700 0,1408 0,0424 0,0038

3. 650 0,1359 0,0421 0,0035

4. 600 0,1200 0,0412 0,0035

5. 550 0,1001 0,0408 0,0030

Начальная скорость регенерации характеризует процесс окисления коксовых отложений кислородом воздуха на внешней поверхности катализатора, средняя-во внешнедиффузионной области (на поверхности крупных пор) и конечная скорость- во внутридиффузионной области (на поверхности микропор).

Как видно, с увеличением температуры регенерации катализатора Ц-100 от 550° до 750°С начальная, средняя и конечная скорость регенерации возрастают. При этом наиболее интенсивно увеличивается с повышением температуры процесса регенерации начальная скорость. Это объясняется хорошо известным фактом, что скорость окисления и горения углеводородов, кокса и угля значительно возрастает с повышением температуры. Процесс регенерации катализатора крекинга начинается с окисления коксовых отложений, образовавшихся при крекинге на внешней поверхности, и протеканию процесса не препятствуют такие факторы как размер и структура пор.

Таким образом, анализируя результаты, представленные в таблицах 4 и 5, при применении существующего катализатора Ц-100 для обеспечения высокого выхода основного целевого продукта высокооктанового бензина при переработке тяжелого вакуумного газойля и одновременном увеличении производительности установки ~ в 1,5 раза необходимыми являются следующие возможные основные направления по реконструкции установки:

1. Увеличить объем реакционной зоны реактора ~ в 1,5 раза (с 35 до 52 м3). В этом случае при использовании катализатора Ц-100 сохраняются гидродинамические условия движения потока катализатора в системе реактор-регенератор, а при одновременном увеличении отношения катализатор: сырье и сохранении времени контакта сырья с катализатором потребуется увеличение объема регенератора с 11 зон до 16 зон регенерации для достижения такой же степени регенерации катализатора от кокса.

Вместе с тем данная реконструкция осложняется производственно-техническим состоянием существующего реакторно-регенераторного блока. Объем регенератора возможно увеличить только на 2 зоны без значительного проведения работ по укреплению фундамента. Объем реакционной зоны

15

существующего реактора возможно увеличить максимально до 40 м3 без капитальной его замены.

2. Исходя из вышеизложенного материала в п.1. для повышения производительности установок каталитического крекинга основными и необходимыми являются следующие комплексные научно-технические и производственные работы:

2.1. Увеличить объем реакционной зоны реактора до 40 м3. Это позволит увеличить нагрузку реактора по сырью с 38 т/ч до 55 т/ч.

2.2. Увеличить объем существующего регенератора с И до 13 зон регенерации путем демонтажа верхнего распределительного устройства регенератора и уменьшения объема днища бункера регенератора, что позволит увеличить рабочий объем регенератора со 150 м3 до 180 м3 и продолжительность пребывания катализатора в регенераторе в 1,24 раза.

2.3. Повысить температуру регенерации катализатора от коксовых отложений в первых 3-х зонах с подачей горячего воздуха для ускорения процесса начально1 о периода регенерации катализатора.

2.4. Смонтировать в 1-ой и 2-ой зонах регенератора дополнительные теплообменники с целью охлаждения и предотвращения подъема температуры в реакционной зоне регенератора.

2.5. Предусмотреть дополнительную подачу воздуха в систему пневмотранспорта катализатора для увеличения его циркуляции.

2.6. Предусмотреть для реконструированной установки разработку нового цеолитсодержащего катализатора, обладающего по сравнению с существующим катализатором Ц-100: более высокой активностью по выходу бензина при увеличении объемной скорости подачи сырья в 1,5 раза при крекинге тяжелого вакуумного газойля; более высокой скоростью регенерации от коксовых отложений (~ в 1,3-1,5 раза) для сокращения продолжительности пребывания катализатора в регенераторе; более высокой механической прочностью на износ с целью увеличения кратности циркуляции.

В главе 4 представлены материалы по модернизации процесса каталитического крекинга в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" и ее обоснование.

В связи с изложенным в главе 3 наиболее эффективным направлением модернизации действующих установок каталитического крекинга № 601 и № 602 является комплексное совместное использование возможностей аппаратурного оформления установок крекинга и более высоких эксплуатационных свойств катализатора.

В соответствии с требованиями к необходимым качественным показателям катализатора крекинга применительно к действующим установкам была осуществлена научная и технологическая проработка катализатора, и осуществлена его опытно-промышленная наработка и апробация на установке крекинга № 602. Данному катализатору присвоена марка Ц-600 и на нем осуществлена оптимизация процесса крекинга и проведены кинетические исследования по процессу регенерации на стендовой лабораторной установке с целью уточнения требований к реконструкции аппаратов и устройств реакторно-регенераторного блока установок № 601 и № 602.

Характеристики сырья и катализатора Ц-600 представлены в таблицах 3 и 6.

Таблица 6. Характеристика промышленного образца катализатора Ц-600.

№ п.п. Показатели Значения

1. Насыпная плотность, кг/м3 768

2. Фракционный состав, % масс. фр. 3-6 мм 94

3. Целые и механически прочные шарики, % масс. 92

4. Механическая прочность по эрлифту, % масс. 99

5. Механическая прочность по 50 % износу (метод ПРОКАТ, 750 об/мин), сек 1000

6. Удельная поверхность, м2/г 292

7. Стабильная активность по бензину (ОСТ- 38.0117679), % масс. 54

Результаты проведенных исследований процесса каталитического крекинга

вакуумного негидроочищенного газойля при использовании кагализатора Ц-600 и его регенерации представлены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7. Результаты крекинга вакуумного негидроочищенного газойля

при использовании катализатора Ц-600 на стендовой установке.

№ Условия крекинга Выход продуктов крекинга, % масс.

п.п. Темпе- Объемная Отношение бензин, фр. диз- газ кокс

ратура, °С скорость, ч"1 (масс.) катализатор: сырье С5-200°С топлива, 200-350°С

1. 470 1,25 2,2 47,5 22,4 13,5 2,8

2. 470 1,5 2,2 47,0 22,5 13,1 2,7

3. 470 1,75 2,2 46,1 22,2 12,2 2,6

4. 470 2,5 2,2 41,8 18,5 9,1 2,5

5. 470 3,0 2,2 39,6 16,3 7,0 2,1

6. 470 1,5 1,5 43,1 22,2 12,0 2,2

7. 470 1,5 2,5 50,7 21,5 13,6 3,1

8. 470 1,5 3,0 53,2 18,0 14,0 3,4

9. 470 1,5 3,5 54,3 15,0 15,7 4,2

10. 450 1,25 2,2 47,0 23,2 11,4 2,6

11. 490 1,25 2,2 46,9 19,6 16,8 3,2

12. 450 1,5 2,2 46,8 23,4 10,5 2,5

13. 490 1,5 2,2 46,7 20,8 15,4 3,1

14. 450 1,75 2,2 46,2 22,6 10,1 2,4

15. 490 1,75 2,2 46,0 19,9 14,6 2,8

16. 500 1,75 2,2 45,6 16,7 18,5 3,0

17. 450 2,5 2,2 42,0 18,2 8,7 2,1

18. 490 2,5 2,2 41,8 17,0 12,5 2,5

19. 500 2,5 2,2 41,5 14,0 15,5 2,7

20. 450 2,5 3,0 44,9 16,6 12,9 3,3

21. 470 2,5 3,0 49,7 19,0 13,1 3,4

22. 480 2,5 3,0 49,4 18,1 16,8 3,5

23. 490 2,5 3,0 49,2 17,4 19,1 3,9

24. 500 2,5 3,0 45,8 16,9 22,4 4,4

25. 450 2,2 3,0 49,9 20,5 10,7 3,6

26. 460 2,2 3,0 50,2 20,6 12,5 3,6

27. 470 2,2 3,0 50,4 20,0 13,1 3,7

28. 480 2,2 3,0 49,6 18,2 14,0 3,9

29. 470 2,5 3,5 49,8 20,3 13,5 3,6

Из полученных экспериментальных данных видно, что для получения

максимального выхода бензиновой фракции при заданном повышении единичной производительности установки крекинга - в 1,5 раза, оптимальными технологическими условиями процесса крекинга являются следующие:

температура крекинга- 450+470°С; объемная скорость подачи сырья- 2,2-4-2,5 м3/(м3-ч); кратность циркуляции- 3,0ч-3,5.

При данных параметрах осуществления процесса каталитического крекинга выходы продуктов составляют: бензиновая фракция- 49,7-50,4 % масс.; дизельная фракция- 19,0-20,6 % масс.; газ- 10,7-13,1 % масс.; кокс- 3,4-3,7 масс.

Из представленных результатов кинетических исследований процесса регенерации катализатора Ц-600 (таблица 8) можно отметить, что с увеличением температуры регенерации возрастают начальные, средние, конечные скорости регенерации катализатора от коксовых отложений и при этом данные скорости регенерации в 1,5-3,0 раза выше соответствующих скоростей регенерации катализатора Ц-100 (см. таблицу 5).

Таблица 8 Результаты регенерации катализатора Ц-600.

№ п.п. Температура регенерации Скорость регенерации, кгк0кса/(кгкатализет00а'час)

начальная средняя конечная

существующие условия крекинга: 470 °С, 1,5 ч"1,10=2,2, содержание кокса- 2,7 % масс, на сырье

1. 750 0,2105 0,0595 0,0060

2. 700 0,2080 0,0595 0,0060

3. 650 0,2060 0,0590 0,0055

4. 600 0,1976 0,0580 0,0055

5. 550 0,1901 0,0570 0,0050

перспективные условия крекинга: 470 °С, 2,2 ч"1, К=3,0, содержание кокса- 3,45 % масс, на сырье

1. 750 0,2218 0,0615 0,0060

2. 700 0,2185 0,0610 0,0060

3. 650 0,2167 0,0595 0,0055

4. 600 0,2135 0,0585 0,0055

5. 550 0,2088 0,0575 0,0050

Это позволяет считать, что в случае применения катализатора Ц-600 при

модернизации процесса крекинга можно обойтись без увеличения обьема регенератора за счет его высоты, которая должна быть обязательной при использовании катализатора Ц-100.

Результаты сравнительных исследований процесса крекинга на катализаторах Ц-100 и Ц-600 для обоснования технологических условий процесса

19

окислительном регенерации катализатора от коксовых отложений на установках № 601 и № 602 при их переходе на более высокую единичную производительность с использованием в качестве сырья тяжелого вакуумного газойля, имеющего конец кипения 520°С и содержащего не более 5-10 % фракций, выкипающих до 360°С (см. таблицы 4 и 7), показывают, что, например, выходы бензина и светлых фракций с к.к. 360°С при температуре крекинга 470°С, объемной скорости подачи сырья равной 2,2 ч"1 и кратности циркуляции катализатора 3,0 при использовании катализатора Ц-600 на 1,9 % масс, и 2,9 % масс, выше, чем на катализаторе Ц-100. Преимущество использования в процессе каталитического крекинга катализатора Ц-600 в сравнении с Ц-100 наблюдается также при других технологических условиях.

На установках крекинга с движущимся слоем шарикового катализатора в системе "реактор-регенератор" за счет движения плотного слоя катализатора происходит его исгарание и ударное разрушение. Это приводит к повышенному расходу катализатора, износу циклонов, осаждению катализаторной пыли на внутренней поверхности оборудования и попаданию ее в продукты крекинга, нарушению процесса смешения катализатора с сырьем, гидродинамики потока катализатора и сырья в реакторе и загрязнению атмосферы катализаторной пылью.

Как видно из рисунка 3, катализатор Ц-600 значительно превосходит катализатор Ц-100 по механической прочности: через 700 сек. катализатор Ц-100 разрушился полностью, а Ц-600 только на 28 %.

с

I»

О

£ 3

•— i Ь i i

i - т -fiflí 1

1 к k

-t

i

1

- ц- 1U0

<

Рисунок 3. Механическая прочность

катализаторов Ц-100 и Ц-600 в динамических ударных условиях по методу "Прокат" (п=1000 об/мин).

21Ю W0 4СС 500 600 700 КС 9СО №00

Время испытаний, сек

На основе проведенных исследований и испытаний существующего и перспективного процесса каталитического крекинга, были разработаны следующие основные необходимые мероприятия, направленные на модернизацию и аппаратурного оформления процесса и утвержденные научно-техническим советом ОАО "Салаватнефтеоргсинтез":

1. Работы по регенератору Увеличить объем регенератора с 11 до 13 зон при возможности использования катализатора Ц-100. Для решения данной задачи демонтировать верхнее распределительное устройство регенератора, срезать днище бункера регенератора и дорастить две зоны регенератора, что позволит увеличить объем со 150 м3 до 180 м3.

Для ускорения начала процесса регенерации катализатора подать в первые 3 зоны регенератора горячий воздух и смонтировать дополнительные змеевики охлаждения в 1 и 2 зонах.

2. Работы по реактору. Увеличить объем реакционной зоны реактора до 40 м3 путем поднятия "паука" (узла смешения сырья и катализатора), а также добавить ряд колпачков в гирляндном устройстве реактора Р-1 (общее количество 6 шт. на одной гирлянде) с целью увеличения проходимости паров из реакционной зоны реактора.

Выполнение работ по регенератору, связанных с увеличением его полезного объема, стало не возможным после проведенной диагностики фундамента регенератора, а также нецелесообразным в связи с положительными результатами по регенерационным характеристикам и проведенных опытно-промышленных испытаний катализатора Ц-600.

В связи с этим реконструкция реакторно-регенераторного блока была направлена также на совершенствование пневмотранспортной системы потока катализатора в связи с увеличением кратности циркуляции катализатора и технологии процесса регенерации.

Усовершенствованная конструкция реакционной зоны реактора каталитического крекинга за счет поднятия узла смешения сырья и катализатора представлена на рисунке 4.

вход катализатора

выход катализатора

Рисунок 4. Разрез реактора Р-1 после модернизации

22

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Разработаны способы и рекомендации по модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга типа 43-102 в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", направленные на увеличение их производительности - в 1,5 раза с использованием в качестве сырья более тяжелого вакуумного дистиллята (к.к. 520°С, содержание фракций, выкипающих до 360°С не более 5-10 %).

2. На основе разработки комплексного подхода, одновременно учитывающего возможности действующего оборудования реакторно-регенераторного блока установки крекинга и эксплуатационных характеристик катализатора, осуществляется разработка технологической и технической документации для модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга.

С этой целью проведены исследования на стендовой установке по оптимизации процесса каталитического крекинга утяжеленного вакуумного сернистого дистиллята с использованием существующего алюмосиликатного цеолитсодсржащего катализатора типа Ц-100 и проведен опытно-промышленный пробег.

В результате опытно-промышленного пробега установлено, что применение катализатора Ц-100 при увеличении производительности установки всего на 11 % происходит снижение выходов бензина и легкого газойля на 2-3 % масс, каждого и уменьшение октанового числа на 0,9 пунктов.

Показано, что увеличение объемной скорости подачи сырья ~ в 1,5 раза при сохранении гидродинамических условий движения потока катализатора, т.е. циркуляции катализатора, приводит при применении катализатора Ц-100 к снижению выходов бензиновой и дизельной фракций на 6,1 и 4,5 % масс, соответственно Увеличение кратности циркуляции катализатора до 3,0-3,5 позволяет достичь высокого выхода бензина (46,6-47,6 % масс.), сравниваемого при действующей производительности, но при этом возрастает выход кокса с 2,7 до 3,3-3,5 % масс.

Устранение перечисленных выше негативных факторов потребует увеличения числа зон регенерации в регенераторе с 11 до 16 и увеличения объема реактора с 35 м3 до 52 м3, что является технически трудновыполнимым.

3. На основе проведенных исследований по оптимизации процесса каталитического крекинга с использованием катализатора Ц-100 с учетом модернизации технологии и аппаратурного оформления, результатов опытно-промышленного пробега и возможностей аппаратов реакторно-регенераторного блока установки крекинга, а также с учетом технической сложности увеличения зоны ре1енератора, из-за необходимости значительного объема работ по усилению существующих фундаментов, разработаны требования к эксплуатационным характеристикам необходимого катализатора.

По сравнению с катализатором Ц-100 новый катализатор должен обладать следующими свойствами при крекинге тяжелого вакуумного дистиллята:

- более высокой активностью по выходу бензина при увеличении объемной скорости подачи сырья в 1,5 раза;

- более высокой скоростью регенерации от коксовых отложений (~ в 1,3-1,5 раза);

более высокой механической прочностью на износ для увели £сния циркуляции катализатора в системе "реактор-регенератор".

Данному катализатору присвоена марка Ц-600.

4. Осуществлена опытно-промышленная проверка технологии производства катализатора Ц-600 с заданными эксплуатационными свойствами и его загрузка в промышленную установку каталитического крекинга.

5 Проведены исследования ira стендовой установке по оптимизации процесса каталитического крекинга тяжелого вакуумною 1азойля с использованием катализатора Ц-600.

Показано, что при оптимальных технологических условиях: температура крекинга 450-470°С, объемная скорость подачи сырья 2,2-2,5 м3/(м3-ч), кратность циркуляции катализатора 3,0-3,5 выходы продуктов крекинга составляют (% масс.).

- высокооктановая бензиновая фракция- 49,7+50,4;

- дизельная фракция-19,0+20,6;

-газ-10,7+13,1;

- кокс- 3,4+3,7.

6. Разработана методика испытаний и исследованы регенерационные характеристики катализаторов Ц-600 и Ц-100.

Показано, что скорость окислительной регенерации катализатора Ц-600 от коксовых отложений в сравнении с используемым в настоящее время катализатором Ц-100 в 1,5-3,0 раза выше. Это позволяет исключить увеличение объема регенератора за счет его высоты, которая должна быть обязательной при использовании катализатора Ц-100.

7. Разработан метод и исследованы физико-механические свойства катализаторов Ц-600 и Ц-100.

Показано, что механическая прочность катализатора Ц-600 в динамических условиях значительно превосходит катализатор Ц-100: при 1000 об/мин кагализатор Ц-600 разрушился через 700 сек только на 28 %, а катализатор Ц-100 полностью.

8. На основе проведенных комплексных исследований и испытаний * существующего и перспективного процессов каталитического крекинга,

включающего стадии реакции крекинга и регенерации катализатора, были разработаны основные необходимые производственные мероприятия, направленные на модернизацию и аппаратурное оформление процесса каталитического крекинга на установках типа 43-102 в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез".

Данные мероприятия утверждены научно-техническим советом ОАО "Салаватнефтеоргсинтез".

Список публикаций по теме диссертационной работы:

1. Ахметов С.А., Ишмияров М.Х., Верёвкин А.П., Докучаев Е.С., Малышев Ю.М. Технология, экономика и автоматизация процессов переработай нефти и газа. М.: - Химия, 2005, - 735 с.

2. Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х, Зидиханов М.Р., Смирнов В.К., Мельников В.Б., Бабаев М.И., Барсуков О.В. Опыт промышленной эксплуатации установок каталитического крекинга с использованием катализатора Ц-100. М: Технологии нефти и газа, № 1,2005, с. 13-16.

3. Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х., Лукьянчиков И.И., Патрикеев В.А., Павлов М.Л., Смирнов В.К.. Синтез и свойства катализатора крекинга углеводородов на основе высокомодульного фожазита. - Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, № 10, с.56-60.

4. Ишмияров М.Х., Смирнов В.К., Мельников В.Б., Лукьянчиков И.И., Вершинин В.И., Макарова Н.П., Патрикеев В.А., Бабаев М.И., Макаров А.Е. Шариковый катализатор крекинга с повышенным насыпным весом и улучшенными регенерационными характеристиками. - Нефтепереработка и нефтехимия, 2005, № 7.

5. Мельников В.Б., Смирнов В.К., Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х., Ирисова К.Н., Лукьянчиков И.И., Павлов М.Л., Патрикеев В.А., Барсуков О.В. Патент РФ № 2233309 "Способ получения моторных топлив".

6. Смирнов В.К., Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х., Лукьянчиков И.И., Ирисова К.Н., Павлов М.Л., Патрикеев В.А., Барсуков О.В. Патент РФ № 2229498 "Способ получения моторных топлив".

7. Смирнов В.К., Мельников В.Б., Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х. и др. Патент РФ № 2252242 "Способ получения моторных топлив".

8. Ишмияров М.Х., Смирнов В.К., Рахимов Х.Х., Рогов М.Н., Зидиханов М.Р., Бабаев М.И., Барсуков О.В. Новые шариковые катализаторы каталитического крекинга и опыт их эксплуатации на установках 43-102. Сборник

тезисов и докладов научно-практической конференции, 19 мая 2004, Уфа: Издательство ИНХП, 2004, с. 127-129.

9. Ишмияров М.Х., Смирнов В.К., Барсуков О.В, Бабаев М.И., Лукьянчиков И.И., Патрикеев В.А. Определение прочности шариковых катализаторов крекинга к ударно-истирающему воздействию на установке "Прокат". Тезисы докладов конференции "Научные основы приготовления и технологии катализаторов", Омск, 6-9 сентября 2004, с. 284-286.

10. Смирнов В.К., Ирисова К.Н., Талисман Е.Л., Ишмияров М.Х. Опыт разработки, производства и эксплуатации новых катализаторов переработки нефтяных фракций. Сборник материалов 3го международного форума "Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты", 8-11 апреля 2003, Санкт-Петербург, с. 122.

11. Смирнов В.К., Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х., Рогов М.Н., Лукьянчиков И.И., Мельников В.Б., Барсуков О.В., Бабаев М.И. Шариковые бицеолитные катализаторы каталитического крекинга. Конференция РФФИ «Фундаментальная наука в интересах развития критических технологий», 2005, 11-15 сентября,

г. Владимир, с.67-69

12. Смирнов В.К., Ишмияров М.Х., Рахимов Х.Х., Рогов М.Н., Лукьянчиков И.И., Барсуков О.В., Бабаев М.И. Новые катализаторы крекинга и технология их эксплуатации. VI конгресс нефтегазопромышленников России. Нефтепереработка и нефтехимия, 2005,24-27 мая, г. Уфа, с. 52-54.

13. Ишмияров М.Х., Смирнов В.К., Рахимов Х.Х., Рогов М.Н., Патрикеев В.А., Лукьянчиков И.И., Пашенков B.C. Синтез шарикового катализатора крекинга типа Ц-600 на заводе катализаторов ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" VI конгресс нефтегазопромышленников России. Нефтепереработка и нефтехимия, 2005,24-27 мая, г. Уфа, с. 54-55.

14420

РЫБ Русский фонд

2006-4 8945

,г

Подписано в печать 25.05.2005 г. Бумага писчая. Формат 60*84 1/16. Печать трафаретная. Печ. л. 1,75. Тираж 100 экз. Заказ 540Р.

Типография ОАО «Сапаватнефтеоргсинтез», 453256, Республика Башкортостан, г. Салават, ул. Молодогвардейцев, 30.

Введение Ц

1. Глава 1. Каталитический крекинг- базовый процесс нефтеперерабатывающих заводов

1.1. Введение

1.2. Технологические основы процесса каталитического крекинга

2. Глава 2. Существующие технологии и оборудование процесса каталитического крекинга в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез"

2.1. Технология и аппаратурное оформление процесса

2.2. Реакторно-регенераторный блок установки каталитического крекинга

2.3. Опыт эксплуатации процесса и установки каталитического крекинга

3. Глава 3. Технологическое обоснование модернизации процесса каталитического крекинга

3.1. Основные цели модернизации процесса каталитического крекинга

3.2. Исследование процесса крекинга на катализаторе Ц-100 при перспективных условиях

3.2.1. Методики исследования катализатора Ц-100 в процессе крекинга

3.2.2. Методика исследования регенерационных характеристик катализатора

3.2.3. Определение оптимальных условий процесса крекинга тяжелого вакуумного газойля на катализаторе Ц-100 В ^

3.2.4. Регенерационные характеристики катализатора Ц

3.3. Основные направления модернизации процесса каталитического крекинга

4. Глава 4. Модернизация процесса каталитического крекинга в

ОАО "Салаватнефтеоргсинтез"

4.1. Оптимизация процесса крекинга при использовании катализатора Ц

4.2. Сравнение процесса крекинга тяжелого вакуумного газойля на катализаторах Ц-100 и Ц

4.3. Совершенствование реакторно-регенераторного блока установок крекинга № 601 и №602 типа 43

До 1913 года моторный бензин получали путём простой перегонки сырой нефти с тем, чтобы разделить прямогонный бензин от керосина и более тяжёлых фракций. Качество и количество прямогонного бензина было ограничено природой используемого сырья. Качество сырой нефти из разных месторождений сильно различалось, но средний выход бензина был меньше 20 % на сырьё, а антидетонационные качества были эквивалентны октановому числу около 50 [6]. Термический крекинг, впервые внедрённый в 1913 г [7-9], увеличил выход бензина и его антидетонационное качество. Повсеместное применение тетра-этилсвинца в 1925 г. [6] и термический риформинг лёгкой нафты в начале 1930-х годов ещё более улучшил антидетонационные свойства. К 1935 году октановые числа данных сортов серийных бензинов по исследовательскому методу были около 71 и 79, соответственно [6], а потенциал выхода бензина из сырой нефти был около 60 %. Однако, даже после термического риформинга, термического крекинга и добавления тетраэтилсвинца, качество бензина с развитием авто- и авиатранспорта все в меньшей степени удовлетворяло их требованиям. Каталитический крекинг стал наиболее важным из процессов повышения качества моторных топлив.

Первые попытки использования катализаторов в крекинге были предприняты вскоре после первого внедрения термического крекинга. Наиболее значимым из этих ранних попыток был сделан Маккафе. Процесс Маккафе в принципе состоял в кубовой перегонке нефти с добавлением 5 - 10 % безводного хлорида алюминия, при 260-288 °С и давлении чуть выше атмосферного. Длительность каждого цикла зависела от природы сырья и обычно была от 24 до 48 часов. В 1915 году Галф Рифайнинг Компани построила завод с использованием процесса Маккафе в г. Порт-Артур, штат Техас [8]. Этот процесс никогда не представлял промышленной значимости, возможно, из-за трудности выделения хлорида алюминия из продукта реакции. Другие ранние попытки применить катализаторы для крекинга нефтепродуктов (например, Лемон [8, 9]) были ещё более слабыми.

Первым успешным процессом каталитического крекинга был процесс Гуд-ри, разработанный в 1933 г. и внедрённый в промышленность в 1936 году [6,15]. Это был процесс неподвижного слоя с использованием, на данном этапе, в качестве катализатора активированной бентонитовой глины.

В 1933 году Гудри основал «Сан Ойл Компани» и «Гудри Процесс Корпо-рэйшн». Совместно с компанией «Сокони Вакуум» процесс Гудри со стационарным слоем катализатора в 1935 г. был доведён до промышленной стадии.

Работы Гудри и других исследователей дали громадный импульс технологии нефтепереработки. Однако каталитический крекинг с неподвижным слоем катализатора имел ряд недостатков. Процесс проводили в реакторах со стационарным слоем катализатора, который дезактивировался за 10-20 минут из-за отложения кокса. Процесс был периодическим, а его аппаратурное оформление отличалось большой сложностью, так как приходилось в одном аппарате проводить эндотермическую реакцию крекинга и экзотермический выжиг кокса с частым чередованием этих стадий [10]. Эти недостатки были позднее преодолены использованием иного процесса, в котором катализатор непрерывно циркулирует из реактора, где происходит крекинг, - в регенератор, где с поверхности катализатора выжигается кокс, - и снова в реактор.

Данная технология крекинга значительно упростилась после разработки в 1940 г. метода изготовления синтетического аморфного алюмосиликатного катализатора в виде шариков диаметром 3-4 мм. Новые катализаторы имели более высокую износоустойчивость, позволяющую осуществлять процессы крекинга и регенерации в отдельных аппаратах с непрерывной циркуляцией катализатора. Таким образом, природные катализаторы сравнительно быстро уступили первенство синтетическим: сначала - таблетированным и пылевидным, а затем - шариковым и микросферическим.

Уже к 1953 году каталитический крекинг по мощности превзошёл в США термический крекинг [10, 11], - и далее развивался стремительными темпами.

В 60-х годах была открыта высокая активность цеолитов в реакциях крекинга. В связи с этим в процессе крекинга стали применять цеолитсодержащие катализаторы (содержание цеолита не более 20 % масс.), которые обусловили значительный прирост выхода целевых продуктов процесса, особенно при переходе на крекинг тяжелого сырья.

Для использования всех преимуществ цеолитсодержащего катализатора стали применять новые типы реакторно-регенераторных аппаратов: вначале с кипящим слоем катализатора, а затем лифт-реактор.

Таким образом, процесс каталитического крекинга - наиболее динамично развивающийся процесс нефтепереработки.

В таблице 1.1.1, согласно [2], приведены данные о месте процесса каталитического крекинга среди вторичных процессов нефтепереработки в Российской Федерации.

Таблица 1.1.1. Развитие мощности вторичных процессов в Российской Федерации.

Мощность процессов 2001 г. 2002 г. 2005 г. 2010 г. прогноз) (прогноз)

Первичной переработки 273,1 279,0 289,0 289,0 нефти, млн. т/год

Углубляющих переработку 20,1 20,9 30,5 33,7 нефти, % к мощности пер- вичной переработки каталитического крекинга 5,9 6,0 8,1 9,6 гидрокрекинга 0,4 0,4 5,7 7,0 термокрекига+висбрекинга 5,3 5,9 7,7 8,0 коксования 1,9 1,9 2Д 2,2 производства битума 3,7 3,8 3,9 3,9 масел 1,5 1,5 1,4 1,4 прочих 1,4 1,4 1,6 1,6

В настоящее время продолжается работа по интенсификации процесса каталитического крекинга на основе модернизации реактора и регенератора установок каталитического крекинга, упрощения конструкции реакторно-регенераторного блока, создания наиболее эффективных способов контактирования катализатора с сырьём и подготовки сырья с целью увеличения выхода целевых продуктов и повышения их качества [12].

выход продуктов крекинга выход катализатора Рисунок 4.3.1. Разрез реактора Р-1 после модернизации

Заключение и выводы.

1. Разработаны способы и рекомендации по модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга типа 43-102 в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", направленные на увеличение их производительности ~ в 1,5 раза с использованием в качестве сырья более тяжелого вакуумного дистиллята (к.к. 520°С, содержание фракций, выкипающих до 360°С не более 5-10 %).

2. На основе разработки комплексного подхода, одновременно учитывающего возможности действующего оборудования реакторно-регенераторного блока установки крекинга и эксплуатационных характеристик катализатора, осуществляется разработка технологической и технической документации для модернизации процесса и аппаратурного оформления установок каталитического крекинга.

С этой целью проведены исследования на стендовой установке по оптимизации процесса каталитического крекинга утяжеленного вакуумного сернистого дистиллята с использованием существующего алюмосиликатного цеолитсо-держащего катализатора типа Ц-100 и проведен опытно-промышленный пробег.

В результате опытно-промышленного пробега установлено, что применение катализатора Ц-100 при увеличении производительности установки всего на 11 % происходит снижение выходов бензина и легкого газойля на 2-3 % масс, каждого и уменьшение октанового числа на 0,9 пунктов.

Показано, что увеличение объемной скорости подачи сырья - в 1,5 раза при сохранении гидродинамических условий движения потока катализатора, т.е. циркуляции катализатора, приводит при применении катализатора Ц-100 к снижению выходов бензиновой и дизельной фракций на 6,1 и 4,5 % масс, соответственно. Увеличение кратности циркуляции катализатора до 3,0-3,5 позволяет достичь высокого выхода бензина (46,6-47,6 % масс.), сравниваемого при действующей производительности, но при этом возрастает выход кокса с 2,7 до 3,3-3,5 % масс.

Устранение перечисленных выше негативных факторов потребует увеличения числа зон регенерации в регенераторе с 11 до 16 и увеличения объема реактора с 35 м3 до 52 м3, что является технически трудновыполнимым.

3. На основе проведенных исследований по оптимизации процесса каталитического крекинга с использованием катализатора Ц-100 с учетом модернизации технологии и аппаратурного оформления, результатов опытно-промышленного пробега и возможностей аппаратов реакторно-регенераторного блока установки крекинга, а также с учетом технической сложности увеличения зоны регенератора, из-за необходимости значительного объема работ по усилению существующих фундаментов, разработаны требования к эксплуатационным характеристикам необходимого катализатора.

По сравнению с катализатором Ц-100 новый катализатор должен обладать следующими свойствами при крекинге тяжелого вакуумного дистиллята:

- более высокой активностью по выходу бензина при увеличении объемной скорости подачи сырья в 1,5 раза;

- более высокой скоростью регенерации от коксовых отложений в 1,31,5 раза);

- более высокой механической прочностью на износ для увеличения циркуляции катализатора в системе "реактор-регенератор".

Данному катализатору присвоена марка Ц-600.

4. Осуществлена опытно-промышленная проверка технологии производства катализатора Ц-600 с заданными эксплуатационными свойствами и его загрузка в промышленную установку каталитического крекинга.

5. Проведены исследования на стендовой установке по оптимизации процесса каталитического крекинга тяжелого вакуумного газойля с использованием катализатора Ц-600.

Показано, что при оптимальных технологических условиях: температура

1 Л крекинга 450-470°С, объемная скорость подачи сырья 2,2-2,5 м /(м -ч), кратность циркуляции катализатора 3,0-3,5 выходы продуктов крекинга составляют (% масс.):

-высокооктановая бензиновая фракция- 49,7-7-50,4;

-дизельная фракция- 19,0-^20,6; газ- 10,7-г13,1;

-кокс- 3,4-г3,7.

6. Разработана методика испытаний и исследованы регенерационные характеристики катализаторов Ц-600 и Ц-100.

Показано, что скорость окислительной регенерации катализатора Ц-600 от коксовых отложений в сравнении с используемым в настоящее время катализатором Ц-100 в 1,5-3,0 раза выше. Это позволяет исключить увеличение объема регенератора за счет его высоты, которая должна быть обязательной при использовании катализатора Ц-100.

7. Разработан метод и исследованы физико-механические свойства катализаторов Ц-600 и Ц-100.

Показано, что механическая прочность катализатора Ц-600 в динамических условиях значительно превосходит катализатор Ц-100: при 1000 об/мин катализатор Ц-600 разрушился через 700 сек только на 28 %, а катализатор Ц-100 полностью.

8. На основе проведенных комплексных исследований и испытаний существующего и перспективного процессов каталитического крекинга, включающего стадии реакции крекинга и регенерации катализатора, были разработаны основные необходимые производственные мероприятия, направленные на модернизацию и аппаратурное оформление процесса каталитического крекинга на установках типа 43-102 в ОАО "Салаватнефтеоргсинтез".

Данные мероприятия утверждены научно-техническим советом ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" .

1. Баженов В. П. Тенденции развития российской нефтепереработки. Химия и технология топлив и масел, 2002, № 2, с. 3-8.

2. Каминский Э. Ф., Хавкин В. А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.: Техника, 2001, - 384 с.

3. Мастепанов А. М. Перспективы развития нефтегазового комплекса в свете Энергетической отрасли России. Наука и технология углеводородов, 2003, №4. с. 47-55.

4. Левинбук М. И., Каминский Э. Ф., Глаголева О. Ф. О некоторых проблемах российской нефтепереработки Химия и технология топлив и масел, 2000, № 2, с. 6-11.

5. Каминский Э. Ф. Некоторые направления развития нефтеперерабатывающей промышленности России. Наука и технология углеводородов, 1999, № 5, с. 21-40.

6. Barnard D. P.'S.A.E. Quart. Trans. 5, №2, 273 (1951).

7. Burton W. M. Ind. Eng. Chem. 14, 162 (1922).

8. Wilson R. E. Ind. Eng. Chem. 20, 1099 (1928).

9. Wilson R. E. Newcomen Society Address, Chicago, Illinois, October 29,1946.

10. Капустин В. M., Свинухов А. Г., Рубинштейн А. И. Катализаторы переработки нефтяного сырья. М.: ~ МИНГ, 1990, 162 с.

11. Капустин В. М., Кукес С. Г., Бертолусини Р. Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М.: Химия, 1995, - 300 с.

12. Ющенко Н. Л. Философия крекинга. Нефтепереработка и нефтехимия, 2001, № 11, с. 3—6Г.

13. Хаджиев С. Н. Крекинг нефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах. М;: Химия, 1982, - 276 с.

14. Ахметов С.А., Ишмияров М.Х. Технология, экономика и' автоматизация процессов переработки нефти и газа. М.: Химия, 2005, - 735"с.

15. Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа, ч. 2. М.: — Химия, 1966,- 388 с.

16. Владимиров А. И. Каталитический крекинг с кипящим (псевдоожиженным) слоем катализатора. Реакторно-регенераторный блок. М.: Нефть и газ, 1992, -48 с.

17. Левинбук М. И. Комплексное модифицирование цеолитсодержащих катализаторов и модельного сырья для процесса каталитического крекинга. Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. ГАНГ им. И. М. Губкина, Москва;-1998.

18. Хаджиев С. Н., Суманов В. Т., Зиновьев В. Р. Опыт работы и пути интенсификации установок каталитического крекинга. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1978, -79с.

19. Зиновьев В. Р., Хаджиев С. Н. Цеолитные катализаторы и адсорбенты. Сборник трудов ГрозНИИ. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1978, с. 130 - 135.

20. Коган Ю. С., Конь М. Я. Переработка остаточного сырья на установках каталитического крекинга за рубежом. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1988, —75 с.

21. Прокопюк С. Г., Масагутов Р. М. Промышленные установки каталитического крекинга. М.: Химия, 1974, - 174 с.

22. Костромина Т. С., Радченко Е. Д., Гусейнов А. М., Алиев Р. Р. Катализаторы крекинга остаточного сырья. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1991, - 48 с.

23. Князьков А. Л., Овчинникова Т. Ф., Есипко Е. А. Снижение содержания серы в бензиновых фракциях каталитического крекинга. Химия и технология топлив и масел, 2001, № 2, с. 19-20.

24. Шевелев В. Л. Сырье, катализатор и технология процесса каталитического крекинга. Нефтепереработка и нефтехимия, 2001, № 11, с. 22—29.

25. Боголюбов Я. Н. Интенсификация процесса каталитического крекинга смеси вакуумного газойля с мазутом, введением активирующих добавок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ГАНГ им. И. М. Губкина, Москва, 1990, 175 с.

26. Ковальчук Н.А. Интенсификация процесса каталитического крекинга модифицированием сырья и катализатора. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ГАНГ им. И. М. Губкина, Москва, 1988, 196 с.

27. Ануфриев В. П. Каталитический крекинг утяжеленного дистиллятного сырья в присутствии активирующих добавок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ГАНГ им. И. М. Губкина, Москва, 1989,169 с.

28. Танашев С. Т. Интенсификация процесса каталитического крекинга вакуумных газойлей Казахстанских нефтей. Диссертация на. соискание ученой степени кандидата технических наук. ГАНГ им. И. М. Губкина, Москва, 1988, 175 с.

29. Аликин А. Г. Интенсификация работы установок каталитического крекинга 43-102 введением в сырье поверхностно-активных веществ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ГАНГ им. И. М.,Губкина, Москва, 1988, 205 с.

30. Белявский О. Г., Фербер А. А., Леошкевич Э. А., Доронин В. П. Опыт использования различных видов сырья на установках каталитического крекинга. -Нефтепереработка и нефтехимия, 2000, № 11, с. 37-42.

31. Сайфуллин А. М., Махов А. Ф., Навалихин П. Г., Набережнев В. В., Теля-шев Г. Г. Опыт применения катализатора Emcat-Extra на установке каталитического крекинга типа 43-102. Нефтепереработка и нефтехимия, 1996, № 7-8, с. 28-30.

32. Радченко Е. Д., Нефедов Б. К., Алиев Р. Р. Промышленные катализаторы гидрогенизационных процессов нефтепереработки. М.: Химия, 1987, — 224 с.

33. Нефедов Б. К., Радченко Е. Д., Алиев Р. Р. Катализаторы процессов углубленной переработки нефти. М.: Химия, 1992, - 266 с.

34. Колесников И. М. Производство катализаторов. М.: МИНГ, 1981, — 94 с.

35. Мельников В. Б., Нефедов Б. К., Чукин Г. Д., Малевич В. И., Куликов A. G. Пористая структура цеолитсодержащих металлосиликатных катализаторов. -Кинетика и катализ, 1985, № 6.

36. Горденко В. И. Формирование эксплуатационных характеристик катализаторов в соответствии с требованиями каталитического крекинга. — Нефтепереработка и нефтехимия, 2001, № 11, с. 12-17.

37. Мельников В. Б. Научные основы регулирования свойств цеолитсодержащих металлосиликатных катализаторов и адсорбентов. Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. МИНГ им. И. М. Губкина, Москва, 1988.

38. Коновалова'©. П., Сорокина Т. П. Контроль и управление эксплуатационными характеристиками качества катализаторов крекинга на стадиях подготовки компонентов. — Нефтепереработка и нефтехимия, 2000, № 11, с. 34—37.

39. Мухленов И. П. Технология катализаторов. Л.: Химия, 1979, - 326 с.

40. Anderson С. D., Breckenridge L. L., Bundens R. G., Paper NAM 87-67 presented at the NPRA Annual Meeting, San-Antonio, March 1987.

41. Стригина Л. P., Косолапова А. П., Мирский Я. В. Цеолитные катализаторы и адсорбенты Сборник трудов ГрозНИИ, М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1978, с. 72 -77.

42. Алиев Р. Р., Лупина М. X. Химия и технология топлив и масел, 1995, № 4, с. 17-19.

43. Материалы московской конференции по технологиям нефтепереработки. Москва, 25-26 июня 2001 г.

44. Абросимов А,.А., Целиди Е. А. Исследование каталитических систем процесса каталитического крекинга нефтяного сырья. Наука и технология углеводородов, 1999, № 3, с. 37-40.

45. Дроздов В. А., Доронин В. П. Формирование пористой структуры катализаторов крекинга и изменение их свойств в ходе эксплуатации. Нефтепереработка и нефтехимия, 2000, № 11, с. 26-30.

46. Мельников В. Б., Нефедов Б. К., Чукин Г. Д. Взаимодействие кристаллов цеолита с окружающей основой в цеолитсодержащих системах. Кинетика и катализ, 1985, № 3 (письмо).

47. Нефедов Б. К., Радченко Е. Д., Алиев Р. Р. Катализаторы процессов углубленной переработки нефти. М.: Химия, 1992, - 265 с.

48. McAuley R., Driess Н. FCC cyclones a vital element in profitability. Petroleum technology quarterly, spring 2001.

49. Справочник современных нефтехимических процессов. Нефтегазовые технологии, 2001, № 3, с. 100-137.

50. Ишмияров М.Х., Смирнов В.К. и др. Новые шариковые катализаторы каталитического крекинга и опыт их эксплуатации на установках 43-102. Материалы научно-практической конференции, 19 мая 2004, Уфа: Издательство ИНХП, 2004, с. 127-129.

51. М.Х. Ишмияров, Х.Х. Рахимов, В.К. Смирнов и др. Синтез и свойства катализатора крекинга углеводородов на основе высокомодульного фожазита. — Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, № 10, с.56-60.

52. Барсуков О. В., Ющенко В. В, Буренкова JI. Н., Ковальчук Н. А., Насиров Р. К. Влияние интенсивности термопарообработки цеолитсодержащих катализаторов крекинга на каталитические и эксплуатационные свойства. Нефтехимия, 1998, т. 38, № 2, с. 115-122.

53. Бочаров А. Без повода для оптимизма. Нефть России, 1999, № 11, с. 2831.

54. Смирнов В. К., Ишмияров М. X. и др. Патент РФ № 2229498.

55. Ишмияров М. X., Смирнов В. К. и др. Опыт промышленной эксплуатации установок каталитического крекинга с использованием катализатора Ц-100. М: Технология нефти и газа, 2005.

56. Мельников В. Б., Смирнов В. К., Ишмияров М. X. и др. Патент РФ Ц-600.

57. Ишмияров М.Х., Смирнов В.К., Мельников В.Б. и др. Шариковый катализатор крекинга с повышенным насыпным весом и улучшенными регенерацион-ными характеристиками. М, 2005.

58. Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. М.: Недра, 2000, — 678 с.

59. Nee J., Diddams P., Paloumbis S. FCC catalyst technology for maximum residue upgrading. Petroleum technology quarterly, summer 2001.

60. Бондаренко Б. И. Установки каталитического крекинга. М.: Гостоптехиз-дат, 1959, - 304 с.

61. Барсуков О. В., Сериков П. Ю., Ковальчук Н. А. Улучшение прочностных и каталитических свойств шарикового катализатора крекинга. Химия и технология топлив и масел, 1995, № 4, с. 32-33.

62. Сомов В. Е., Садчиков И. А., Шуршун В. Г. Стратегические приоритеты российских нефтеперерабатывающих предприятий. М.:-ЦНИИТЭНефтехим, 2002,-292 с.

63. Tamburrano F.-Hydrocarbon Processing, 1994, 73, № 9, с.79-84.

64. Курганов В. М., Соловьев В. Г., Агафонов А. В., Шеин Б. А. Промышленный каталитический крекинг на шариковых цеолитсодержащих катализаторах. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1978, - 114 с.

65. Болгов А. Я., Храпов В. В. Опыт эксплуатации отечественных катализаторов на установке каталитического крекинга. Нефтепереработка и нефтехимия, 2001, № 11, с. 40-41.

66. Карпова Н.-М., Немец Л. Л., Либерзон И. М., Левинбук М. И. Нефть, про цессы и продукты ее углубленной переработки. Труды ВНИИНП, часть 5. М.: -ЦНИИТЭНефтехим, 1993, с. 86 93.

67. Левинбук М. И., Зиновьев В. Р., Магомадова X. К. Производство и приме нение катализаторов и адсорбентов на основе цеолитов. Сборник трудов Гроз НИИ. М.: -ЦНИИТЭНефтехим, 1988, с.180 182.

68. Мельников В.Б., Вершинин В.И., Ходаков Ю.С., Васильева Т.Ю., Макарова Н.П., Левинбук М.И. Авт. Св-во № 1396332 СССР, 1988: Способ приготовления катализатора для крекинга нефтяных фракций и дожига оксида углерода.150

69. Мельников В. Б., Вершинин В. И., Ходаков Ю. С., Васильева Т. Ю., Макарова H.TL, Левинбук М. И. Авт. св-во № 1403435 СССР, 1988. Способ приготовления катализатора для крекинга нефтяных фракций и дожига оксида углерода.

70. ЮКОС: по материалам годового отчета. Нефтегазовая вертикаль, 1999, № 7-8 , с. 80-84.

71. Смирнов В.К., Ишмияров М.Х. и др. Определение прочности шариковых катализаторов крекинга к ударно-истирающему воздействию на установке "Прокат". Омск, конференция, сентябрь 2004.