Каталитические процессы крекинга и риформинга углеводородного сырья. Основные факторы промышленного процесса каталитического крекинга

ГОУ ВПО

«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Ханты-Мансийского автономного  округа – Югры»

 

 

Кафедра химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Тема: «Каталитические  процессы крекинга и риформинга углеводородного  сырья. Основные факторы промышленного  процесса каталитического крекинга».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  Выполнил: студент 23-99 гр. 2 курса

                                                                                         факультета управления

                                                                                  Фамилия: Белоконь

                                                                         Имя: Надежда

                                                                                       Отчество: Анатольевна

 

                                                        Научный руководитель:

                                                                                            Фамилия: Севастьянова

                                                                             Имя: Екатерина

                                                                                         Отчество: Викторовна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сургут 2011

Содержание:

Введение…………………………………………………………………..……..3

1. Каталитический крекинг углеводородного сырья

   1.1 Понятие и сущность крекинга………………………………………..…....5

   1.2 Технологический процесс крекинга углеводородного сырья……….…..8

   1.3 Основные реакции каталитического крекинга ………………………….11

2. Риформинг углеводородного сырья

   2.1 Понятие и сущность риформинга………………………………………...15

   2.2 Технологический процесс риформинга углеводородного сырья ……...18

   2.3 Основные реакции каталитического риформинга ………………………20

3. Основные факторы промышленного процесса каталитического крекинга.25

Заключение…………………..………………………………………………...…28

Список использованной литературы…………………………………………...30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

   Процессы каталитического  крекинга и риформинга являются  основными процессами переработки  углеводородного сырья в настоящее время. Оба процесса образовались около 100 лет назад и до сих пор активно используются в промышленности. В 1919-1920-х гг. академиком Н.Д. Зелинским была предложена идея по осуществлению каталитического крекинга, а первые отечественные промышленные установки крекинга были построены В.Г.Шуховым в 1934 году. Внедрение каталитического крекинга в промышленность США произошло в конце 30-х гг. 20 в. Процесс каталитического риформинга был создан на основе работ российских и зарубежных исследователей, посвященных открытию новых реакций превращения углеводородов в присутствии металлических и оксидных катализаторов. До 30-х гг. 20 в. риформинг представлял собой разновидность термического крекинга и проводился при 540°С для получения бензина с октановым числом 70–72. С 40-х гг. 20 в. риформинг стал каталитическим процессом, научные основы которого разработаны Н.Д.Зелинским, В.И.Каржевым и Б. Л. Молдавским. Впервые этот процесс в промышленном масштабе был осуществлен в 1940 в США [1].

   Объектом данной  курсовой работы являются процессы  крекинга и риформинга углеводородного сырья. Предметом изучения являются химические реакции, а также сырье и целевые продукты, с помощью которых осуществляются эти процессы.      

   Целью данной курсовой работы является изучение и анализ каталитических процессов крекинга и риформинга углеводородного сырья, а также рассмотрение основных факторов промышленного процесса каталитического крекинга. Для достижения этой цели необходимо выполнить следующие задачи: рассмотреть понятие и сущность процессов каталитического крекинга и риформинга, определить назначение данных процессов, проанализировать технологический и химический процессы каталитического крекинга и риформинга. Мною были использованы следующие научные методы: балансовый метод, системный анализ, а именно постановка цели, определение задач для решения поставленной цели и изучение оптимального варианта решения поставленных задач, а также комплексные химические и физико-химические методы анализа.

   Я считаю, что эта тема является актуальной в настоящее время, потому что на данном этапе развития промышленности каталитические процессы крекинга и риформинга углеводородного сырья приобретают особое значение для нефтеперерабатывающей промышленности и, соответственно, для экономики стран в целом. Процесс каталитического крекинга позволяет перерабатывать различные нефтяные фракции, в том числе тяжелые дистилляты, в продукты пригодные для использования в качестве моторных, дизельных, котельных топлив, сырья для нефтехимического производства, технологии резиновых изделий, а так же продукты ароматического строения. Немаловажен и каталитический риформинг, который является важнейшим процессом современной нефтепереработки и нефтехимии. Он служит для одновременного получения высокооктанового базового компонента автомобильных бензинов, ароматических углеводородов - сырья для нефтехимического синтеза - и водородосодержащего газа - технического водорода, используемого в гидрогенизационных процессах нефтепереработки. Установки каталитического крекинга и риформинга используются на многих нефтеперерабатывающих предприятиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ  УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

1.1 Понятие и сущность крекинга

   Назначение – получение дополнительных количеств светлых нефтепродуктов – высокооктанового бензина и дизельного топлива разложением тяжелых нефтяных фракций в присутствии катализатора [2]. Каталитический крекинг протекает в присутствии катализаторов ( , , алюмосиликаты) при температуре 470-500°С и давлении 0,01-0,1 МПа. Каталитическому крекингу подвергают в основном дизельную фракцию. При этом происходит не только разрыв углеводородных цепей в молекуле (как при термическом крекинге), но и процессы изомеризации - превращение неразветвленных углеводородов в разветвленные. Это способствует образованию высокооктанового горючего. Основное достоинство процесса - большая эксплуатационная гибкость: возможность перерабатывать практически любые нефтяные фракции в высококачественные продукты; сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием (введение в молекулы органических и неорганических соединений алкила, например, метила (метилирование), этила (этилирование) ), гидрокрекингом (переработка высоко кипящих нефтяных фракций, мазута, вакуумного газойля или деасфальтизата для получения бензина, дизельного и реактивного топлива), адсорбционной очисткой (метод обеспечения заданного группового состава нефтепродуктов, улучшения физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик), деасфальтизацией (извлечение высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ из остаточных продуктов перегонки нефти для улучшения их качества) [3].

   Сырье и продукция. В качестве сырья чаще всего используется вакуумный дистиллят, получаемый при первичной перегонке нефти, а также газойли коксования, термического крекинга и гидрокрекинга.

Продукцией установки каталитического  крекинга являются:

• Углеводородный газ – содержит 80-90% предельных и непредельных углеводородов - , направляется для разделения на газофракционирующие установки;
• Бензиновая фракция ( ) – используется как компонент автомобильного и авиационного бензина; характеристика: плотность r=0,720-0,770, октановое число 87-93 (исследовательский метод), содержание углеводородов в %: ароматические – 20-30, непредельные – 8-15, нафтеновые – 7-15, парафиновые – 45-50;
• Легкий газойль (фракция ) – применяется как компонент дизельного и газотурбинного топлива; характеристика: плотность r=0,880-0,930, температура застывания от до , цетановое число 40-45, иодное число 7-9;
• Фракция – используется при получении сырья для производства технического углерода; характеристика: плотность r=0,960-0,990, температура застывания от до , коксуемость – ниже 0,1%; йодное число 3-5;
• Тяжелый газойль (фракция выше ) – используется как компонент котельного топлива; характеристика: плотность r=1,040-1,070; температура застывания от до , коксуемость – 7-9% [4].

   Катализаторы. Реакции каталитического крекинга протекают на поверхности катализатора. Направление реакций зависит от свойств катализатора, сырья и условий крекинга. В результате крекинга на поверхности катализатора отлагается кокс, поэтому важной особенностью каталитического крекинга является необходимость частой регенерации катализатора (выжигание кокса).

   Для каталитического крекинга применяются алюмосиликатные катализаторы. Это природные или искусственно полученные твердые высокопористые вещества с сильно развитой внутренней поверхностью.

   В заводской практике применяют алюмосиликатные активированные природные глины и синтетические алюмосиликатные катализаторы в виде порошков, микросферических частиц диаметром 0,04—0,06 мм или таблеток и шариков размером 3—6мм. В массе катализатор представляет собой сыпучий материал, который можно легко транспортировать Потоком воздуха или углеводородных паров.

   На установках крекинга применяются следующие алюмосиликатные катализаторы:

1. Синтетические пылевидные  катализаторы с частицами размеров 1—150 мк.

2. Природные микросферические или пылевидные катализаторы, приготовляемые из природных глин (бентониты, бокситы и некоторые другие) кислотной и термической обработкой или только термической обработкой. Размеры частиц те же, что и у синтетических пылевидных катализаторов. По сравнению с синтетическими, природные катализаторы менее термостойки и имеют пониженную активность.

3. Микросферический формованный  синтетический катализатор с  частицами размером 10-150 мк. По сравнению  с пылевидным, микросферический  катализатор при циркуляции меньше измельчается и в меньшей степени вызывает абразивный износ аппаратуры и катализаторопроводов. Удельный расход его ниже, чем расход пылевидного катализатора.

4. Синтетический катализатор  в виде стекловидных шариков диаметром 3-6 мм.

5. Природные и синтетические катализаторы с частицами размером 3—4мм искаженной цилиндрической. формы. Их часто называют таблетированными, они характеризуются меньшей прочностью, чем шариковые, и используются преимущественно на установках с неподвижным катализатором.

Эти 5 типов катализаторов являются аморфными

6. Синтетические кристаллические  цеолитсодержащие катализаторы, содержащие  окись хрома (что способствует  лучшей регенерации), а также окиси,  редкоземельных металлов (улучшающие  селективность катализатора и  увеличивающие выход бензина с некоторым улучшением его свойств). Они вырабатываются гранулированными—для установок с нисходящим потоком катализатора — и микросферическими — для установок в кипящем слое [5].

 

1.2 Технологический процесс  крекинга углеводородного сырья

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

   Центральной частью  установки каталитического крекинга является реактор (рис.1). Сырье проходит через нагреватель, смешивается с катализатором и поступает в вертикальную трубу (райзер), ведущую в нижнюю часть большого сосуда, похожего на резервуар для воды, который называется реактором.

Рис. 1. Реакторный блок каталитического крекинга

 

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

   Та часть углеводородов, которая во время крекинга превращается в кокс, оседает в виде отложений на катализаторе. Когда поверхность катализатора покрывается отложениями, катализатор становится неактивным. Чтобы удалить эти углеродные отложения, отработанный катализатор подают в сосуд, называемый регенератором (рис.2), где его смешивают с горячим воздухом, нагретым приблизительно до 600°С. В результате происходит следующая химическая реакция:  .

Рис. 2. Регенерация катализатора

 

   Этот процесс называется окислением кокса, углерод соединяется с кислородом, и при этом образуется диоксид углерода ( ), а также выделяется большое количество тепла. Тепло в виде горячего потока обычно используют в какой-либо части процесса, например, чтобы нагреть сырье в теплообменнике. Восстановленный катализатор выходит из нижней части регенератора. Его можно снова смешать с сырьем и направить в реактор. Таким образом, катализатор находится в непрерывном движении, проходя по циклу крекинг—регенерация.

   Тем временем  углеводородная смесь, полученная  в результате крекинга, подается (перекачивается) в ректификационную  колонну, предназначенную для разделения продуктов каталитического крекинга. В колонне смесь обычно разделяется на следующие фракции: углеводородные газы, крекинг-бензин, легкий крекинг-газойль, тяжелый крекинг-газойль и кубовый остаток, который называется рециркулирующий газойль (рис.3). Последний продукт может использоваться разными способами, но чаще всего его смешивают со свежей порцией сырья, с которой он снова поступает в процесс.