АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА НА НЕФТЕХИМИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ

ANALYSIS OF VARIOUS INDUSTRIAL CATALYTIC CRACKING UNITS AT A PETROCHEMICAL PLANT

Oralgazy Ermek

master's student, Department of Chemistry and Chemical Technologies, NJSC "Toraigyrov University",

Republic of Kazakhstan, Pavlodar

Issabayeva Manar

Scientific supervisor, candidate of Sciences in Chemistry, professor, Department of Chemistry and Chemical Technologies NJSC "Toraigyrov University",

Republic of Kazakhstan, Pavlodar

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены современные тенденции развития процессов глубокой переработки нефти в условиях роста доли тяжёлых нефтей и ужесточения экологических требований. Основное внимание уделено процессу глубокого каталитического крекинга (DCC) как эффективному способу получения лёгких олефинов и компонентов моторных топлив при переработке утяжелённого сырья. Проанализированы технологические особенности процессов FCC и DCC, их режимные параметры и аппаратурное оформление, а также преимущества DCC в повышении выхода пропилена и бутиленов.

ABSTRACT

The paper examines current trends in the development of deep oil refining processes under conditions of increasing shares of heavy crude oils and stricter environmental requirements. Particular attention is given to the deep catalytic cracking (DCC) process as an effective method for producing light olefins and motor fuel components from heavy feedstocks. The technological features of FCC and DCC processes, including operating conditions and process configurations, are analyzed, highlighting the advantages of DCC in increasing propylene and butylene yields.

Ключевые слова: каталитический крекинг, нефтепереработка, катализаторы, углеводороды, FCC.

Keywords: catalytic cracking, oil refining, catalysts, hydrocarbons, FCC.

Современная нефтеперерабатывающая промышленность развивается в условиях роста доли тяжёлых нефтей, ужесточения экологических требований и увеличения спроса на высококачественные моторные топлива. В этих условиях особую актуальность приобретает развитие процессов глубокой переработки нефти, обеспечивающих максимальный выход светлых нефтепродуктов при минимальном образовании остаточных фракций.

Каталитический крекинг является одним из наиболее масштабных и значимых процессов вторичной переработки нефти. Он позволяет эффективно перерабатывать вакуумные дистилляты и нефтяные остатки с получением высокооктановых бензинов, сжиженных углеводородных газов и компонентов дизельного топлива. Вместе с тем традиционные установки каталитического крекинга сталкиваются с ограничениями по переработке утяжелённого сырья и росту единичной производительности.

В связи с этим актуальной научно-технической задачей является модернизация процесса каталитического крекинга и его аппаратурного оформления, а также разработка и внедрение более эффективных катализаторов, обеспечивающих стабильную работу установки при переработке тяжёлых вакуумных газойлей.

Главными источниками получения легких олефинов являются процессы пиролиза прямогонного бензина или компонентов природного газа и каталитический крекинг вакуумных газойлей. Основное количество легких олефинов в мире производится на установках пиролиза [1, 2]. Следует отметить, что технология процесса пиролиза позволяет получать этилен, пропилен и бутилены в определенном соотношении, однако рост спроса на пропилен и бутилены в настоящее время значительно опережает рост спроса на этилен [3]. В отличие от пиролиза, в процессе каталитического крекинга в легких олефинах соотношение смещено в сторону большего количества пропилена и бутиленов, а гибкость процесса позволяет не только увеличить общий выход легких олефинов, но и ориентировать процесс на получение наиболее желательного из них. Так, основными продуктами глубокого каталитического крекинга являются пропилен и бутилены [2–6].

С целью максимального производства легких олефиновых углеводородов с одновременным получением компонентов моторных топлив в Китае начиная с 1990 года интенсивно разрабатывается процесс глубокого каталитического крекинга – DCC. Первая демонстрационная установка DCC была введена в эксплуатацию в ноябре 1990 года на заводе Jinan Refinery. Технология была разработана китайским научно-исследовательским институтом нефтяных процессов и международной инженеринговой компанией Stone & Webster Engineering Corp. В настоящее время в Китае и Тайланде действуют около 20 установок, работающих в режиме глубокого каталитического крекинга [2, 5]. DCC является самостоятельным процессом и в определенном смысле по своим задачам занимает промежуточное положение между FCC (основная задача которого – получение максимального выхода светлых продуктов, таких как бензиновая и дизельная фракции) и пиролизом прямогонного бензина, основными продуктами которого являются, в первую очередь, этилен, затем пропилен и другие углеводороды. Установка DCC аналогична установке FCC и состоит из реактора, в котором происходит контактирование сырья с катализатором при 560–580 °С, и регенератора, в котором происходит окислительная регенерация катализатора от накопившегося на нем кокса при 700–720 °С в токе воздуха. Процесс глубокого каталитического крекинга может быть осуществлен и на установках обычного крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора после недорогой (относительно стоимости строительства новой установки) ее реконструкции. Главной отличительной чертой DCC от FCC является его проведение при повышенных температурах от 550 до 580 °С хотя в патентной литературе по данному вопросу температурный интервал заявляется более широко до 680 °С [7–9]. В таблице 1 приведены основные параметры традиционного процесса каталитического крекинга и глубокого каталитического крекинга [5].

Таблица 1.

Промышленные условия проведенияпроцессов FCC и DCC

Как следует из приведенных данных, процесс глубокого каталитического крекинга отличается большим временем контакта катализатора с сырьем, более высоким соотношением катализатор – сырье и более высоким процентом подаваемого с сырьем водяного пара.

Процесс глубокого каталитического крекинга с целью максимального получения легких олефинов с одновременным получением компонентов моторных топлив запатентован такими крупными нефтехимическими компаниями как China Petro-Chemical Corp., Research Institute of Petroleum Processing, Sinopec, Stone & Webster Engineering Corp. Существует процесс с двумя реакторами, так называемый FDFCC, в котором один из реакторов работает в режимах, близких к режимам FCC, а другой – в режимах, близких к DCC [10], также направленный на увеличение выхода легких олефинов. Все это свидетельствует о том, что процессу глубокого крекинга уделяется большое внимание как новому, активно развивающемуся процессу нефтепереработки и нефтехимии.

В процессе глубокого каталитического крекинга на действующих установках применяются специально разработанные для этого процесса катализаторы, существенно отличающиеся от катализаторов традиционного крекинга. Как известно, в качестве катализаторов в FCC используются микросферические цеолитсодержашие катализаторы, в которых цеолит (в большинстве случаев типа фожазит), выступающий в качестве активного компонента, содержит редкоземельные элементы в количестве 2–3 процента (в расчете на оксиды) от массы катализатора [11]. Цеолит, как правило, нанесен на синтетическую или полусннтетическую матрицу (глинозем, бемит. алюмосиликат и т.д.). В настоящее время на мировом рынке существует более 150 катализаторов традиционного крекинга, которые отличаются типом используемого цеолита, составом и типом матрицы, а также различными добавками. Роль добавок заключается в повышении стойкости катализаторов к отравлению тяжелыми металлами при переработке тяжелых видов сырья, увеличении октанового числа получаемых в крекинге бензинов, снижении выхода сухого газа (водорода, монооксида углерода, метана, этана и сероводорода) и т.д. [12].

Заключение

Таким образом, в условиях роста доли тяжёлых нефтей и увеличения спроса на лёгкие олефины особую значимость приобретает развитие процессов глубокой переработки нефти, в частности глубокого каталитического крекинга. Процесс DCC демонстрирует высокую технологическую гибкость и позволяет эффективно перерабатывать утяжелённое сырьё с повышенным выходом пропилена и бутиленов при одновременном получении компонентов моторных топлив. Существенные отличия режимов DCC от традиционного FCC требуют применения специализированных катализаторов с высокой термостойкостью, активностью и устойчивостью к коксообразованию и отравлению металлами. Дальнейшее развитие и промышленное внедрение технологий глубокого каталитического крекинга являются перспективным направлением повышения эффективности и конкурентоспособности современной нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Список литературы:

1. Никкам П. К. Усиление интеграции нефтепереработки и нефтехимии – путь к повышению экономической эффективности // Нефтегазовые технологии / П. К. Никкам, М. Ф. Джилберт, М. Дж. Толлман, К. Р. Сантнер. – 2002. – №2. – С.93–95.
2. Fu A. Deep catalytic cracking plant produces propylene in Thailand // Oil & Gas J / Fu A., Bonilla J.A., Batachari A. – 1998. – V.96. – №2. – P.49–53.
3. Andrew H.C., Fu, Aung Myaing. DCC to convert heavy oil to light olefines // Hydrocarbon Asia / Andrew H.C., Fu, Aung Myaing. Jan/Feb 2002. – P. 43–48.
4. Zaiting Li, Wenyuan Shi. Versatility of petrochemical production by novel refining technology – DCC // Proc.World Petrol.Congress / Zaiting Li, Wenyuan Shi. – 1998. 15th. – V.2. – P.803–805.
5. Hutchinson D. J. Catalytic cracking to maximize light olefins // Petrole et Techniques / Hutchinson D. J., Hood R. S. – 1996. – №400. – P.29–40.
6. Chaogang Xie. Deep catalytic cracking of residue blended feedstock // Shiyou Lianzhi Yu Huagong. / Chaogang Xie. Wenyuan Shi, Youhao Xu, Juncai Gao, Yongxing Zhang, Guohua Jiang, Senzi Cong, Min Hu. – 1996. – V.27. – №7. – P.7-11 /С.А. – V.127. 109213 p.
7. Zaiting Li. A highly productive process for manufacturing of lower olefins by catalytic conversion //PCT INT. Appl. / Zaiting Li, Chaogang Xie, Wenyuan Shi, Fukang Jiang, Shunhua Liu, Pan Rennan. Li Shichun. WO 95 12562 (1995) /С.А. V.123. 339121d.
8. Fujiyama Yuichiro. Process for fluid catalytic cracking //Pat. USA 5904837 (1999) /РЖХим. 19П141П 2000.
9. Chaogang Xie. Rennan Pan. Zaiting Li. Process for catalytic cracking of petroleum hydrocarbons to yield ethylene and propylene //CN 1083092 (1994) /С.А. V.122. 218302j.
10. Logyan Wang. New FCC process minimizes gasoline olefine. increases propylene // Oil & Gas J. Logyan Wang. Bolun Yang, Guoliang Wang, Haitao Tang. Zhanbao Li. Jialu Wei. – Feb. 10. 2003. – P. 52–58.
11. Гончаров С. В. Проблема выбора микросферического катализатора крекинга // Журнал ВХО им. Д. И. Менделеева. / С. В. Гончаров, А. И. Самохвалов, С. А. Лапкин. – 1997. – Т.41. – №1. – С. 51–77.
12. Chang. Catalyst numbers steady; M&A activity hot // Oil & Gas J. – 1999. Sept.27. – P.45.