Реакторно-регенерационный блок каталитического крекинга.

На установках каталитического крекинга с микросферическим ка-

тализатором последний непрерывно циркулирует между реактором и регенератором. Интенсивность циркуляции катализатора характеризуется кратностью циркуляции катализатора ( ):

, ( 23 ),

где G_ц - поток циркулирующего (регенерированного) катализатора, поступающего в реактор, кг/ч; L + R – суммарная загрузка реактора свежим L и рециркулирующим R сырьем, кг/ч.

Количество циркулирующего в системе катализатора ,а следовательно, и кратность циркуляции его не могут приниматься произвольно. Величина , избыток теплоты в регенераторе и удельная энтальпия I_L сырья, поступающего в реактор, должны быть увязаны с помощью тепловых балансов реактора и регенератора. Если, например, задаться значениемI_L , то из теплового баланса реактора можно найти количество циркулирующего катализатора , а из баланса регенератора – избыточную теплоту

С другой стороны, можно составить материальный баланс по сжигаемому коксу (К, кг/ч) :

, ( 24),

где - содержание кокса на отработанном катализаторе, % (масс); - то же, на регенерированном катализаторе, - количество циркулирующего катализатора, кг/ч.

Из последнего уравнения при найденном значении можно определить содержание кокса на отработанном катализаторе:

, (25).

Для эффективной работы реактора величина не должна быть выше рекомендуемых значений.

Ниже приводятся практические данные о средних показателях работы установок каталитического крекинга с микросферическим цеолитсодержащим катализатором [9-12 ] :

1. Температура °С

в реакторе 480 – 510

в регенераторе 580 – 620

ввода сырья в реактор 200 – 360

ввод перегретого пара в реактор 350 – 400

2. Давление в реакторе и регенераторе, МПа 0,15 – 0,30

3. Массовая скорость подачи сырья, кг/(кг *ч) :

в лифт – реакторе 55 – 130

общая (лифт – реактор плюс форсированный

«кипящий» слой) 20 – 22

4. Кратность циркуляции катализатора 2 – 15

5. Коксосъём, кг/ч на 1 т катализатора, находящегося в

регенераторе 20 – 45

6. Содержание кокса, % (масс.) :

на регенерированном катализате 0,2 – 0,4

на отработанном катализаторе 0,8 – 1,8

7. Насыпная плотность катализатора, кг/м³ 720 – 800

8. Концентрация катализатора во взвеси, кг/м³

в «кипящем» слое 240 – 550

в стояках 240 – 600

в линиях пневмотранспорта 20 – 80

в лифте – реакторе 40 – 80

в отпарной секции реактора 330 – 460

9. Скорость (фиктивная) паров и газов, м/с:

в зонах «кипящего» слоя 0,4 – 0,75

в зоне отпаривания реактора 0,2 – 0,4

на входе в лифт – реактор 6 – 10

на выходе из лифт – реактор 15 – 25

10. Линейная скорость потока взвеси, м/с:

в пневмотранспортных линиях 5 – 12

в стояках 0,6 – 2,1

11. Линейная скорость паров и газов в шлемовых трубах реактора и регенератора, м/с 25 – 40

12. Время пребывания катализатора:

в лифт – реакторе, с 3 – 4

в отпарной секции, мин. 1 – 3

в регенераторе, мин 4 – 20

13. Расход воздуха на сжигание кокса, кг/кг 11 – 13

14. Расход водяного пара на отпарку, % (масс.),

на циркулирующий катализатор 0,25 – 1,0

15. Количество теплоты, кДж:

реакции на 1 кг свежего сырья 210 – 275

сгорания 1 кг кокса (низшая) 25000 – 32000

16. Средняя теплоемкость, кДж / (кг*К):

кокса 1, 65 – 2,51

катализатора 1,05 – 1,13

Тепловой баланс реактора. Составляется с целью определения температур поступающего сырья или уходящих продуктов крекинга.

Тепловой баланс выражается уравнением

(26),

где - левая часть уравнения – количество теплоты (килоджоулях), поступающей в реактор с сырьем - , регенерированным катализатором - , рециркулирующей фракцией - , водяным паром - ;

правая часть уравнения – количество теплоты (килоджоулях) с уходящими продуктами крекинга - , отработанным катализатором - , тепловыми потерями, тепловой эффект процесса .

Для расчета энтальпии катализатора и кокса, отложенного на катализаторе, их теплоемкости принимают равными соответственно 1,13 кДж/(кг*К) и 2,09 кДж/(кг*К). Умножая теплоемкость на температуру, получают их энтальпию. Энтальпию продуктов реакции определяют по правилу аддитивности. Удельный тепловой эффект процесса ( , кДж/кг) зависит от глубины превращения сырья и для цеолитсодержажего катализатора может быть определен по формуле:

(27).

Для алюмосиликатного катализатора удельный тепловой эффект выше на 85 – 105 кДж/кг. Если крекингу подвергаются малосернистые или гидроочищенное сырье, тепловой эффект, полученный по формуле (27) рекомендуется уменьшить на 65 – 75 кДж/кг.

Водяной пар подается в реактор для отпарки адсорбированных на катализаторе углеводородов (3 – 8 кг на 1000 кг циркулирующего катализатора), а также для распыливания сырья (1 кг на 100 кг сырья). Параметры подаваемого водяного пара (температура – (300 – 520)°С, давление – (0,4 – 1,0) МПа).

Пример 2.2. Рассчитать количество циркулирующего (регенерированного) катализатора на установке каталитического крекинга с микросферическим цеолитсодержащим катализатором с равновесной активностью 44 % (масс.), производительностью по сырью L = 2400 т/сут., коэффициент рециркуляции 1,1. Сырьё – вакуумный отгон (фракция 350 - 500°С по ИТК), плотность = 0,897. Давление в реакторе и регенераторе Р = 180 кПа. Температуры: уходящих продуктов крекинга - 490°С; отработанного катализатора - 480°С; в регенераторе 600°С.

Решение. При указанных условиях выходы отдельных продуктов крекинга и их характеристики приведены в таблице 2.1.

В связи с непрерывной циркуляцией катализатора между реактором и регенератором величины удельной энтальпии (I_L, кДж /кг) сырья на в ходе в реактор, кратность циркуляции ( , кДж/ч) должны быть взаимно увязаны с помощью соответствующих тепловых балансов.

Очевидно, порядок технологического расчета реакционно – регенерационного узла будет зависеть от того, какой из указанных параметров (I_L, или ) выбран в качестве исходной величины. Ниже расчет произведен в предложении, что сырье поступает в реактор в жидком состоянии при температуре = 300°С. При этой температуре I_L= 694,9 кДж/кг.

Тепловой баланс реактора представлен в таблице 2.2.

Таблица 2.1.

Материальный баланс реактора (Р-1)

Материальный поток	Обозначение		М	Количество
кг/ч	% (масс.) на сырье
Приход Сырье Рециркулят	L R	0,897 0,937		100 000 10 000	100,0 10,0
ВСЕГО Расход Газ (фр. С1 – С4) Бензин (фр. С5 - 195°С) Легкий газойль Тяжелый газойль Кокс Потери Рециркулят	Г Б Л Т К - R	-   - 0,735 0,898 0,937 - - 0,937	-   - -	110 000   15 000 43 300 24 000 11 100 6 000 10 000	110,0   15,0 43,3 24,0 11,1 6,0 0,6 10,0
ВСЕГО	-	-	-	110 000	110,0

Неизвестной величиной является количество циркулирующего (регенерированного) катализатора . Общий приход тепла в реактор составляет:

, МДж/ч.

Расход тепла: , МДж/ч.

Приравнивая и , находим: = 762 500 кг/ч.

Кратность циркуляции катализатора:

.

Примем содержание кокса на регенерированном катализаторе = 0,3 %. По формуле находим:

% (масс.).

Значение не превышает допустимого значения (0,8 – 1,8 %).