Термокаталитические процессы

Каталитический крекинг

Одно из ведущих мест среди вторичных процес­сов нефтепереработки принадлежит процессу ката­литического крекинга тяжелых дистиллятных фрак­ций на мелкодисперсных катализаторах. Целевым назначением процесса является получение высоко­октанового бензина. Газы, богатые бутан-бутиленовой и пропан-пропиленовой фракциями, находят широкое применение в качестве сырья для производ­ства высокооктанового компонента бензина — алкилата, а также в производстве синтетического кау­чука и в нефтехимии.

Легкий газойль каталитического крекинга ис­пользуют как компонент дизельного топлива. Тя­желый газойль с высоким содержанием полицикли­ческих ароматических соединений имеет широкое применение как сырье для получения дисперсного технического углерода, игольчатого кокса, а также в качестве компонента мазутов.

Основным сырьем крекинга являются вакуумные газойли широкого фракционного состава, например с температурами выкипания от 300 до 500°С. В по­следние годы стали применять утяжеленные вакуум­ные газойли с температурой конца кипения до 550 и даже 590^оС. Для расширения ресурсов сырья ис­пользуют и сырье вторичного происхождения, в ча­стности газойли коксования [1, 2].

Сырье каталитического крекинга должно обла­дать низкой коксуемостью (не более 0,5 % масс.), т. е. содержать немного полициклических аромати­ческих углеводородов и смолистых веществ, вызы­вающих быстрое закоксовьтвание катализатора. Кроме того, в сырье должно быть обеспечено низкое (не более 20—25 г т) содержание металлов, способ­ных дезактивировать (отравлять) катализатор. В на­стоящее время разрабатывают способы предваритель­ной деметаллизации сырья. Зольность сырья кре­кинга обычно находится в пределах 0,006—0,007% (масс.) [3, 4].

Использование сернистого сырья вызывает не­обходимость его гидроочистки. Последние проекты предусматривают оснащение установок каталити­ческого крекинга блоком гидроочистки, в котором соединения серы удаляются в виде сероводорода, а также происходит общее облагораживание сырья - очистка от соединений азота и кислорода. Содержа­ние серы в сырье после гидроочистки снижается до 0,1—0,3% (масс.).

На установках крекинга широко применяют высокоактивные цеолитсодержащие катализаторы, в которых от 10 до 25% (масс.) кристаллических алюмосиликатов в массе аморфной матрицы. Это поз­воляет значительно увеличить выход бензина и по­высить его октановое число до 82—84 (моторный ме­тод) или 92—94 (исследовательский метод), а также уменьшить время контакта. Катализатор должен иметь определенный гранулометрический состав, раз­витую поверхность, высокие пористость и механиче­скую прочность.

Ниже приведены характеристики цеолитсодержащих катализаторов аморфного и марки АШНЦ-3 (числитель — свежий, знаменатель — рав­новесный):

Показатели	Аморфный	АШНЦ-3
Насыпная плотность, г/м3 Индекс активности Индекс стабильности Прочность шарика, Н Удельная поверхность, м2/г Удельный объем пор, см3/г Средний радиус пор, мм	0,700/0,770 37/32 28/- 19/27 365/240 0,555/0,375 4,2/3,2	0,665/0,718 50/47 50/- 18/23 260/195 0,520/0,407 3,3/4,2

Под глубиной каталитического крекинга пони­мается общий выход продуктов (в % масс.), за исклю­чением либо тяжелого газойля, либо суммы легкого и тяжелого газойлей. Крекинг можно проводить с различной глубиной; в одних случаях процесс направлен на получение максимального выхода бен­зина (вариант I), в других — наряду с бензином получают максимальный выход средних дистилля­тов (вариант II) [51]:

Продукты	Вариант I	Вариант II
Сухой газ Пропан Пропилен Изобутан н-Бутан Бутилены Бензин (С5-221оС) Легкий газойль Тяжелый газойль кокс	3,0 1,5 4,1 5,1 0,9 7,5 59,6 7,2 3,5 7,6	1,8 0,6 2,3 2,8 0,5 3,4 38,3 39,3 3,5 7,5
Итого	100,0	100,0

Выходы продуктов каталитического крекинга и их качество весьма существенно зависят от природы сырья — содержания в нем ароматических, нафте­новых и парафиновых углеводородов [6]:

Показатели	Арома­тическое сырье	Нафтеновое сырье	Парафиновое сырье	Деасфальтизат	Гидроочищенный деасфальтизат
Плотность при 20оС, кг/м3 Содержание серы, % (масс.) 50% (об.) выкипает, оС Глубина крекинга, % (об.) Выход, % (об.) бензина ΣС3 ΣС4	934,0 1,8   54,2 7,5 14,8	829,7 1,0   65,0 8,5 17,0	855,0 0,5   68,0 11,0 18,5	970,52 3,5   58,5 7,9 14,2	930,9 0,3   61,0 7,9 13,7

Важным фактором является и температура про­цесса; с ее повышением выход продуктов крекинга меняется следующим образом:

Температура, °С Глубина превращения, % (масс.) Выход, % (масс.) водорода метана этилена этана пропилена пропана бутиленов изобутана н-бутана бензина легкого газойля тяжелого газойли кокса	77,15   0,02 0,31 0,42 0,34 2,72 1,28 3,52 5,17 1,24 57,32 15,51 7,65 4,81	78,35   0,05 0,71 0,59 0,56 4,81 1,14 6,78 3,86 1,11 56,11 15,85 5,85 2,58
Итого	100,0	100,0

Материальный баланс крекинга малосернистых дистиллятов на цеолитсодержащем катализаторе при­веден ниже [7]:

Показатели	Вакуумный дистиллят обычный	Вакуумный дистиллят утяжеленный
Режим процесса
Температура в зоне реакции, °С Массовая скорость подачи сырья, ч-1 Массовое отношение катализатор: сырье	20,5 7:1	22,0 8:1
Материальный баланс
Взято, % (масс.) Сырье	100,0	100,0
Итого	100,0	100,0
Получено, % (масс.) Газ до С4 включительно в том числе пропилен пропан бутилены изобутан н-бутан Автобснзин (С5— 195оС) Фракция 195—270оС Фракция 270—350оС Фракция >350°С Кокс (выжигаемый) Потери	17,4   4,52 0,92 5,28 3,82 0,85 45,8 6,9 12,6 11,8 4,5 1,0	14,1   3,73 0,65 4,71 2,59 0,54 44,5 6,5 13,7 14,7 5,5 1,0
Итого	100,0	100,0