Разработка и испытание модели транс-реактора контактно-каталитического экспресс-крекинга

• Автор: Газизов, Марат Хатимович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 132 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА И ЕГО РЕАКТОРОВ

1.1. Краткая историческая справка

1.2. Основы химии процесса

1.3. Основные факторы процесса

1.3.1. Свойства катализатора

1.3.2. Качество сырья.

1.3.3. Температура крекинга

1.3.4. Продолжительность контакта сырья с катализатором

1.3.5. Кратность циркуляции катализатора.

1.4. Продукты каталитического крекинга и их использование

1.5. Промышленная технология каталитического крекинга и конструкции реакторов
1.5.1. Процесс каталитического крекинга в стационарном слое гранулированного катализатора и конст рукция его реакторов
1.5.2. Процесс каталитического крекинга в реакторе с подвижным слоем гранулированного катализатора
1.5.3. Крекинг в реакторах с кипящим слоем п оро ш кообраз ю I о катал и затора
1.5.4. Каталитический крекинг в реакторах лифтного типа
2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ТРАНСРЕАКТОРА ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ ПРИ СВЕРХКРАТКОМ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЭКСПРЕССКРЕКИНГЕ
2.1. Варианты лабораторных установок для исследования каталитического крекинга и их недостатки
2.2. Концепция лабораторного реактора для крекинга вакуумного газойля в сквозном горизонтальном потоке катализатора
2.3. Исследования по определению среднего диаметра и средней скорости витания катализатора в воздухе
2.4. Исследования состояния дисперсной системы катализатор воздух при горизонтальном транспорте
2.5. Выводы
3. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСПРЕСС КРЕКИНГА ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ
3.1. Требования к схеме установки и се рабочим узлам
3.2. Разработка отдельных узлов установки
3.2.1. Сырьевой и водяной насосы
3.2.2. Распылитель сырья форсунка
3.2.3. Узел захвата и смешения катализатора с сырьем
3.2.4.1апорньй стояк с дозировочной шайбой
3.2.5. Циклон сепаратор
3.2.6. Модель трансреактора
3.3. Технологическая схема установки для испытания модели трансреактора
3.4. Порядок проведения опытов на установке
3.4.1. Подготовка установки к пуску в режиме крекинга
3.4.2. Пуск установки
3.4.3.1 рекрацение процесса крекинга и остановка установки
3.4.4. Завершение опыта
3.5. Выводы
4. ИСПЫТАНИЕ МОДЕЛИ ТРАНСРЕАКТОРА В ПРОЦЕССЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ЭКСПРЕСС КРЕКИНГА ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ
4.1. Режимы крекинга вакуумного газойля
4.2. Характеристики сырья и катализатора крекинга
4.3. Методика анализа продуктов крекинга
4.3.1. Разго ка катал изата 7
4.3.2. Анализ отработанного катализатора на содержание адсорбированных углеводородов и кокса
4.3.3. Анализ углеводородного состава и октановых чисел бензинов
4.3.4. Хроматографический анализ состава и плотности газа
4.4. Результаты исследований
4.4.1. Первая серия опытов. Крекинг при длине трубки трансреакгора 0 мм.
4.4.2. Сравнительная серия опытов. Термический крекинг при длине трубки трансреактора 0 мм.
4.4.3. Вторая серия опытов. Крекинг при длине трубки трансреакгора 0 мм.
4.4.4. Третья серия опытов. Крекинг при длине трубки трансреактора 0 мм.
4.5. Обсуждение результатов
4.5.1. Степень и селективность превращения сырья
4.5.2. Селективность образования продуктов превращения
4.5.3. Углеводородные составы и октановые числа бензинов
4.5.4. Углеводородный состав газов
4.6. Рекомендации по использованию разработок в промышленной практике
4.7. Выводы
5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРАНСРЕАКТОРА
5.1. Алгоритм расчета
5.1.1. Расчет диаметра 5 зоны трансреактора
5.1.2. Расчет диаметра 4 зоны трансреактора
5.1.3. Расчет диаметра 3 зоны трансреактора
5.1.4. Расчет основных параметров 2 зоны трансреактора
5.1.5. Определение перепада давления во 2 зоне трансреактора
5.1.6. Расчет основных параметров I зоны трансреактора
5.1.7. Определение перепада давления в 1 зоне трансреактора
5.2. Пример расчета трансреактора установки каталитического крекинга
5.2.1. Расчет диаметра 5 зоны трансреактора 1
5.2.2. Расчет диаметра 4 зоны трансреактора
5.2.3. Расчет диаметра 3 зоны трансреактора
5.2.4. Расчет основных параметров 2 зоны трансреактора
5.2.5. Определение перепада давления во 2 зоне трансреактора
5.2.6. Расчет основных параметров 1 зоны трансреактора
5.2.7. Определение перепада давления в I зоне трансреактора
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, одной из первоначальных задач совершенствования термического крекинга являлась разработка способа снижения температуры процесса при условии максимально возможного сокращения достигнутой степени распада перерабатываемого сырья. В ходе ее решения было обращено внимание на возможность использования хорошо известного к тому времени явления катализа, позволяющего в определенных условиях снижать температуру. Следовательно, для совершенствования процесса крекинга углеводородного сырья необходимо было подобрать соответствующий катализатор. Общеизвестны работы академика Н. Д. Зелинского, который впервые исследовал крекинг с применением в качестве катализатора хлористого алюминия. В те же годы в США хлористый алюминий исследовал МакАффи, работы которого завершились созданием промышленного процесса 3. Хлористый алюминий был весьма активен и позволял проводить крекинг при очень мягком температурном режиме примерно при 0 С. Однако процесс сопровождался большими потерями катализатора вследствие образования комплексных соединений с продуктами крекинга. Кроме того, он характеризовался длительным временем реакции, трудностями осуществления контакта сырья с этим катализатором и отделения его от продуктов реакции, периодичностью процесса и другими сложностями 4, 5, 6. Следующим, определяющим этапом развития термического крекинга, окончательно определившим его превращение в каталитический, является открытие в году реакций распада углеводородов на твердых природных алюмосиликатах глинах и создание на их основе промышленной установки каталитического крекинга. Инициатива и приоритет в этом по праву принадлежит французскому инженеру Е. Гудри 7, 8. В дальнейшем развитие процесса каталитического крекинга шло уже по пути одновременного создания и совершенствования его теоретических основ, катализаторов, техники и технологии процесса. После опубликованных работ Гудри каталитический крекинг стал предметом многочисленных исследований, направленных на выяснение механизма и кинетики протекающих химических процессов в суммарной реакции. Для термического крекинга точно установлено, что процесс протекает по радикальному цепному механизму. При каталитическом же крекинге распределение продуктов совершенно другое, что исключает применение для него радикального механизма. Первым шагом в раскрытии механизма каталитического крекинга совершил Гайер . В г. Участие кислотных центров в каталитической реакции высказал А. Уитмор в своей теории реакций с участием карбениевого иона . На поверхности катализатора имеются два вида каталитических центров протонные, где протоны выполняют каталитическую функцию кислоты Бренсгеда, и аиротонные кислоты Льюиса, где ненасыщенный атом алюминия служит акцептором электронов. Наиболее легко карбонийионы образуются, когда с катализатором взаимодействует олефины. Однако они обычно являются вторичными продуктами реакций, так как в прямогонном сырье их практический нет. Олефины могут образовываться при термическом распаде парафиновых углеводородов по обычной схеме или же из алкилнафтеновых и алкилароматических углеводородов. А уже далее олефин образует карбонийион . В соответствии с выше изложенным, можно предположить, что первичные продукты крекинга парафинистых газойлей не должны содержать водород, метан, этап и этилен, но включать пропилен, бутены, олефины и парафины с более короткой цепью, чем у исходных веществ. Тем нс менее, в них наблюдается присутствие до масс, углеводородов С1 и С2, что можно объяснить другими реакциями, протекающими наряду с реакциями по крбонийионому механизму. Данные 1 по селективности показывают, что пропан, пропилен, нбутан, бутены и бензин являются первичными продуктами крекинга, а метан, этап, этилен и кокс вторичными продуктами. Все эти продукты могут взаимодействовать с кислотными центрами катализатора, тем самым ускоряя образование карбениевых ионов, что приводит к появлению вторичных продуктов. Например, полученный при первичной реакции олефин адсорбируется на поверхности катализатора с выделением водорода.