Расчет реактора установки каталитического крекинга
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к
курсовому проекту
Расчет
реактора установки каталитического крекинга
1. Теоретическая часть
Процесс каталитического крекинга
является одним из наиболее распространенных крупнотоннажных процессов
углубленной переработки нефти и в значительной мере определяет
технико-экономические показатели современных и перспективных НПЗ топливного
профиля.
Процесс каталитического крекинга
предназначен для получения высокооктановых бензинов, газов и газойля. Сырьем
для крекинга являются керосиновые и соляровые дистилляты и остаточные продукты
(мазут и др.). Основан процесс на применении катализаторов, ускоряющих
протекание реакции.
Особенностью каталитического
крекинга является сравнительно быстрое отравление катализатора из-за отложений
на его поверхности кокса и необходимость периодической регенерации катализатора
путем выжига кокса. Проведение химической реакции и регенерации катализатора
может быть осуществлено в одном и том же периодически переключающемся аппарате
или в двух различных аппаратах - реакторе и регенераторе. В первом случае
катализатор неподвижен, а для обеспечения непрерывности работы установки
сооружается два или большее число аппаратов. В то время, как один аппарат
используется как реактор, в другом осуществляется регенерация катализатора;
затем аппараты взаимно переключаются. Во втором случае катализатор непрерывно
перемещается из реактора, где осуществляется нефтехимический процесс, в
регенератор, где с катализатора выжигается кокс. После регенерации катализатор поступает
в реактор. В процессе регенерации температура катализатора повышается, он
аккумулирует часть выделившегося тепла, которое в дальнейшем целиком или
частично используется на осуществление эндотермической реакции, что приводит к
понижению температуры катализатора. В этом случае катализатор одновременно
используется и как теплоноситель. В процессе регенерации выделяется
значительное количество тепла, часть которого отводится и используется,
например, для получения водяного пара.
Реакторные блоки каталитических
процессов с движущимся катализатором, включающие реактор, регенератор и систему
транспорта катализатора, по взаимному расположению аппаратов и схемам
циркуляции катализатора подразделяются на установки с одно - (рисунок 1, а)
и двукратным (рисунок 1, б) подъемом катализатора.
Для схем с однократным подъемом
катализатора используются два варианта - реактор располагают над регенератором
или регенератор над реактором. При прочих равных условиях схемы с однократным
подъемом катализатора отличаются большей высотой установки. Так, для установки
каталитического крекинга с гранулированным катализатором высота реакторного
блока при двукратном подъеме составляет 60-70 м, а при однократном 80-100 м.
Рисунок 1 - Схемы реакторных блоков
с одно (а) и двукратным (б) подъемом катализатора: 1 - реактор; 2 -
регенератор; 3 - пневмоподъемник. Потоки: I - сырье; II - продукты реакции; III
- закоксованный катализатор; IV - регенерированный катализатор; V - воздух; VI
- газы регенерации.
Регенератор представляет собой
аппарат с радиальным потоком реакционных газов, разделенный гидравлически на
три зоны. В верхней зоне при мольном содержании кислорода не менее 1%
происходит выжиг кокса, в средней при содержании кислорода 10 - 20% и подаче
хлорорганических соединений - окислительное хлорирование катализатора. В нижней
зоне катализатор дополнительно прокаливается в потоке сухого воздуха.
Катализатор под действием силы тяжести проходит все зоны. Из регенератора через
систему затворов катализатор поступает в питатель пневмотранспорта и
водородсодержащим газом подается в бункер, расположенный над реактором первой
ступени.
Таким образом без остановки системы
или выключения одного из реакторов на регенерацию катализатора осуществляется
непрерывный процесс платформинга. Возможность постоянно поддерживать свойства
регенерированного катализатора на уровне, близком к свойствам свежего
катализатора, позволяет проводить процесс платформинга под невысоким давлением
и снизить кратность циркуляции газа.
Пневмотранспорт катализатора
осуществляют в разбавленной или плотной фазе. Принципиальные схемы реакторных
блоков с различной концентрацией частиц в пневмостволе при двукратном подъеме
пылевидного катализатора показаны на рисунке 2.
Пневмотранспорт в разбавленной фазе
(рисунок 2, а) характеризуется сравнительно невысокой концентрацией
катализатора в подъемном стояке (порядка 25 - 35 кг/м3) и высокой
порозностью (е > 0,97). Скорость газового потока в подъемном стояке
составляет 7-10 м/с, количество циркулирующего в системе катализатора
регулируется при помощи задвижек-шиберов, установленных в нижней части стояков.
Транспорт катализатора в плотной
фазе (рисунок 2, б) характеризуется высокой концентрацией катализатора:
около 200 - 350 кг/м3. При таком способе транспорта перемещение
катализатора обусловливается различием плотностей катализатора в нисходящей и
восходящей ветвях; в каждой ветви высота столба слоя катализатора учитывается
не только в трубопроводе, но и в аппарате. Количество циркулирующего
катализатора регулируется изменением плотности катализатора в подъемных
стояках, обеспечиваемым изменением количества водяного пара или воздуха,
подаваемого в стояки. Скорость потока в подъемном стояке составляет примерно
1,5 -3,0 м/с.
Широкое распространение в
промышленности получили две основные системы каталитического крекинга с
движущимся катализатором в зависимости от размера твердых частиц.
Рисунок 2 - Схемы пневмотранспорта
пылевидного катализатора в разбавленной (а) и плотной (б) фазах: 1 -
реактор; 2 - циклоны; 3 - распределительная решетка; 4 -
отпарнаи секция; 5 - регенератор. Потоки: 1 - воздух; 11 - сырье;
111 - дымовые газы; IV - продукты крекинга
каталитический крекинг
тепловой нефть
В системах с мелкозернистым (частицы
до 1 мм) или пылевидным (частицы 20-150 мкм) катализатором контактирование его
с парогазовым потоком осуществляется в псевдоожиженном («кипящем») слое.
Широкое внедрение в каталитические процессы высокоэффективных цеолитсодержащих
микросферических катализаторов позволило при разработке реакторных блоков
установок каталитического крекинга перейти от реакторов с псевдоожиженным слоем
катализатора к созданию прямоточных лифт-реакторов с восходящим потоком
катализаторной взвеси.
Эти системы каталитического крекинга
различаются по способу транспорта катализатора, взаимному расположению реактора
и регенератора, методам осуществления секционирования, а также конструктивному
оформлению внутренних узлов аппарата - выравнивающих устройств (предназначены
для обеспечения равномерного по сечению аппарата движения катализатора),
газораспределительных и газосборных устройств, распределителей катализатора,
отпарных секций и др.
Расположение реактора и регенератора
установок каталитического крекинга, используемые метод и система транспорта
катализатора, а также давление в обоих аппаратах являются взаимосвязанными
факторами. В зависимости от расположения реактора и регенератора, организации
между ними транспорта катализатора реакторно-регенераторные блоки различают:
с параллельным разновысотным
расположением реактора и регенератора и напорным транспортом катализатора в
разбавленной фазе;
с параллельным равновысотным
расположением реактора и регенератора и транспортом катализатора в плотной фазе
в U-образных
катализа - торопроводах;
с соосным расположением реактора над
регенератором или регенератора над реактором и напорным транспортом катализатора.