ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

СУТНІСТЬ Технологічних процесів глибокої переробки нафти та нафтопродуктів

Розділ 3. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА НА ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНИХ ВИРОБНИЦТВАХ.

ТЕМА 15. Пожежна безпека процесів добутку і переробки нафти, нафтопродуктів та ГОРЮЧИХ ГАЗІВ.

ЛЕКЦІЯ 15

Пожежна БЕзпека установок термічного та каталітичного крекінгу НПЗ

СУТНІСТЬ Технологічних процесів глибокої переробки нафти та нафтопродуктів

При деструктивній переробці нафти відбуваються процеси глибокої зміни будови молекул вихідної сировини (нафти). Ці зміни можна розділити на дві категорії: зміни, за яких молекула вихідної сировини розпадається на більш мілкі молекули, і зміни, за яких з молекул вихідної сировини або з уламків на початку розпаду синтезуються нові молекули, що за своєю будовою відрізняються від вихідних молекул. Тобто при деструктивній переробці нафти відбуваються процеси розпаду та синтезу.

Основне призначення деструктивних процесів – додаткове одержання бензину шляхом розкладання гас–газойлевих фракцій, мазуту або солярової фракції (одного з продуктів вакуумної перегонки).

Крекінг (від англ. дієслова, що означає розбивати, колоти, ламати) – процес глибокої зміни будови молекул нафти та нафтопродуктів.

Розрізняють термічний крекінг – (низькотемпературний та високотемпературний) і каталітичний крекінг.

Найстарішим є термічний крекінг. Вперше у середині 1870 років в Росії було виявлено, що при перегонці масляних фракцій нафти відбувається їх розкладання з утворенням газоподібних, рідких та твердих (кокс) продуктів. Потім дослідженнями в галузі крекінг-процесів займалися Д.І.Мендєлєєв, М.Д.Зелинский, В.Г.Шухов, С.Н.Обрядчиков та інш. Але перша промислова установка для крекінгу була побудована в 1913 році в США Вільямом Бортон, що представляла собою куб, з розміщеною під ним топкою. В куб заливали газойль (приблизно 25-35 т), нагрівали до 400-410⁰С під тиском 10-15 атм. Продукти розпаду відводились по шлемовій трубці в холодильник. Куб працював періодично до закоксування. Тривалість циклу тривала 3 доби.

Після першої світової війни, з появою та зростанням авіації, набуттям великого значення автомобільного транспорту, перед нафтовою промисловістю стояла велика задача дати велику кількість моторного палива, яке неможливо було отримати на простій перегонці нафти. Вихід був знайдений через крекінг-процес.

Розглянемо класифікацію процесів крекінгу, їх параметри та основні технологічні установки крекінгу.

Низькотемпературний крекінг (НТК) (легкий крекінг) -перетворення важких нафтопродуктів (мазуту, солярового масла) в бензин. Параметри процесу – температура 450-490⁰С, тиск 2-7 МПа.

Високотемпературний крекінг (ВТК) (глибокий крекінг)- призначений для крекінгу легкої сировини (лігроїну, гасу, газойля, бензину низької якості) з метою отримання бензинів з більш високим октановим числом. При цьому крекінгу відбувається не тільки отримання більш легко киплячих фракцій, але відбувається і скелету молекули сировини – утворюється ароматика. Температура процесу - 500-550⁰С.

Основна реакція термічного крекінгу – розщеплення вуглеводнів по вуглець-вуглецевим зв’язкам за вільним радикальним механізмом.. В результаті цієї реакції утворюються газоподібні та рідкі суміші насичених та ненасичених вуглеводнів.

С₂₀Н₄₂----СН₄+С₁₉Н₃₈

Розрізняють високотемпературний крекінг при високому тиску і при низькому тиску.

ВТК при низькому тиску (парофазний крекінг) – температура - 550-600⁰С, тиск- 0,2-0,5 МПа. Сировина – різні дистилятні фракції. Отримують бензини. Недоліком процесу є отримання бензинів з меншим виходом, з меншою стабільністю. Отримані цим процесом бензини необхідно очищати. Але в той же час гази та легкі фракції цього крекінгу багаті ненасиченими вуглеводнями і являються сировиною для багатьох хімічних виробництв.

Слід відмітити, що до процесу ВТК при низькому тиску відноситься піроліз , який проводять при атмосферному тиску та високій температурі (до 720⁰С). Основне призначення піролізу – отримання ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу)та газу, який є багатим на ненасичені вуглеводні. Піроліз відрізняється від термічного та каталітичного крекінгу: проводять при атмосферному тиску та при високій температурі, при розпаді високомолекулярних вуглеводнів утворюються низькомолекулярні ненасичені сполуки (наприклад, ацетилен)

Таким чином, термічний крекінг важких нафтових фракцій дозволяє збільшити вихід бензину з розрахунку на вихідну нафту. Але бензини термічного крекінгу мають невисоке октанове число та низьку стабільність при зберіганні.

Подальші дослідження привели до створення процесу каталітичного крекінгу, який і дозволив вирішити ці проблеми.

Каталітичний крекінг (КК) -процес, що протікає на поверхні каталізатора з розщепленням вуглеводневого ланцюга та утворенням ароматичних вуглеводнів та цикличних олефінів.

В КК реакції розщеплення йдуть по іонному механізму.

Найбільше поширення отримали в якості каталізаторів алюмосилікати, що представляють собою або звичайну глину, яка оброблена та збагачена присадками нікелю, кобальту, марганцю та інших металів, або спеціальні синтетичні матеріали – цеоліти або аморфні алюмосилікати.

КК на алюмосилікатних каталізаторах є найбільш поширеним процесом в нафтопереробній галузі. За об’ємом сировини, що переробляється, він займає друге місце після первинної перегонки нафти. В якості сировини в цьому процесі частіше всього використовують нафтові фракції, що википають в інтервалі температур 300 – 500⁰С (газойль – С₁₁-С₂₀, який використовують як дизельне та котельне паливо та вакуумний газойль – газойль з більш високою температурою кипіння, що одержаний вакуумною перегонкою мазуту, застосовують як моторне, машинне та змащувальне масло) .

Параметри процесу каталітичного крекінгу – температура – 300- 500⁰С, тиск – атмосферний або дещо підвищений (0,2-0,3 МПа).

Варіантом КК є гідрокрекінг, який проводять з використанням водню для переробки високо киплячих фракцій нафти (газойля, мазуту, гудрону) з отриманням скраплених газів, бензинів, дизельного палива, авіаційного палива, сировини для змащувальних масел. Параметри процесу : температура -320-420⁰С , тиск – 10-20МПА. Каталізатори – суміші оксиду нікеля і вольфраму або оксиду кобальта і молібдену, що нанесені на цеоліти або аморфні алюмосилікати.

Для отримання високооктанових моторних палив використовується каталітична переробка бензинових фракцій прямої перегонки нафти за допомогою водню під тиском з використанням каталізаторів, яка називається риформінг (платформінг).Так наприклад,збензинової фракції нафти з октановим числом 30-45 в результаті риформінгу одержують бензини з октановим числом 85-95. Процес ведуть при тиску 1-5 МПа, температурі – 500⁰С. Каталізатори – платина з домішками ренію (платформінг) або суміш оксидів молібдену, кобальту та хрому, що нанесені на алюмосилікати. Також за допомогою риформінгу отримують ароматичні вуглеводні (толуол, циклогексан, метил циклогексан тощо).

В промисловості існує три основних способи оформлення процесу КК:

- на стаціонарному шарі каталізатора;

- на рухомому шарі каталізатора;

- в киплячому (псевдоожиженому) шарі каталізатора).

Установка каталітичного крекінгу нескладна, принцип роботи якої полягає в наступному: сировина – нафта, що підігріта в теплообміннику, поступає в атмосферну колону , де відбираються фракції прямої перегонки нафти Знизу колони мазут поступає в трубчасту піч, звідки поступає до вакуумної колони. Гудрон виводиться знизу, а пари направляються в реактори КК. З реакторів КК відбираються продукти крекінгу.

Однією з найважливіших операцій в технологічній схемі КК є процес регенерації каталізатора.

В процесі КК каталізатор швидко дезактивується за допомогою відкладення на ньому вугільного порошку (сажі). Також в процесі КК відбувається закоксування каталізатора. Тому технологічна схема КК повинна містити також апарат, що відповідає за регенерацію каталізатора – регенератор.

Основним і найбільш небезпечним апаратом установки КК є реактор. Розглянемо особливості конструктивного оформлення реакторів крекінгу.

Конструкція реакційного апарата визначається типом процесу, що проводиться, а також типом каталізатора. Також на конструкцію апарата впливають умови проведення процесу (в рідкій фазі чи в газовій), тепловий ефект реакції, способи підтримання заданого робочого режиму в зоні реакції.

Типовий реактор КК представляє собою циліндричну судину однакового або різного діаметра, закритий по кінцям днищами (кришками). Усередині корпусу розташовані опорні решітки для каталізатора, розподільчі, направляючі та збірні пристрої, теплообмінні пристрої, сепаратори, пристрої для перемішування та інш.

При проектуванні реакторів КК враховують їх функціональне призначення, розділяючи реакційну зону і зону регенерації каталізатора, так як в цьому випадку безперервність процесу можна забезпечити організацією циркуляції каталізатора між реактором і регенератором).

В тому випадку, коли циркуляцію каталізатора здійснити не вдається, в одному апараті здійснюють і основну реакцію і регенерацію каталізатора або його заміну. Для забезпечення безперервності процесу необхідно мати декілька апаратів.

Для інтенсивного перемішування контактуючих середовищ реактор має пристрій для перемішування спеціальної конструкції. Інколи реактор виконують пустотілим у виді змійовика (наприклад, трубчаста піч для пролізу вуглеводнів) або циліндричної пустотілої судини (для коксування).

Поверхня теплообміну може бути виконана або у вигляді трубних поверхонь, вбудованих в реактор, або у вигляді рубашки на зовнішній поверхні апарата. В деяких випадках для підведення або відведення тепла використовують змішування сировини з каталізаторами або інертними теплоносіями, випаровування в реакційній зоні компонентів сировини тощо.

Слід відзначити, що на установках КК реактор і регенератор розміщаються окремо, а якщо на установці КК однократний підйом каталізатора, тоді реактор і регенератор виконують як один апарат. В цьому випадку реакційна частина частіше всього розташовується зверху , а регенератор внизу.

Розглянемо деякі типи реакторів КК.

Реактор установки КК з рухомим шаром каталізатора.Реактор призначений для крекінгу газойля при 450-500⁰С та тиску 0,1 МПа в присутності гранульованого алюмосилікатного каталізатора. Діаметр корпусу складає 3,9 м, висота – близько -16 м. Усередині корпусу розташовані верхній розподільчий пристрій для рівномірного розподілу каталізатора, реакційна зона, сепараційний пристрій для відділення парів продуктів реакції від каталізатора, зона відпарювання (для видалення легко летючих компонентів з каталізатора) та нижній пристрій –збірник для каталізатора..

Температура в реакторі підтримується на заданому рівні зміною трьох величин: температури регенерованого каталізатора; температури сировини; кратність (швидкість) циркуляції каталізатора.

Регенераторустановки КК з рухомими гранульованим каталізатором призначений для випалювання коксу з каталізатора з метою відновлення його активності і представляє собою вертикальний апарат квадратного перерізу 3,5х3,5 м висотою 24,4м. По висоті мається декілька зон (до 9), кожна з яких містить пристрої для введення повітря та виводу газу. Також є охолоджуючі змійовики. Температура в печі може досягати до 700⁰С і тому для захисту апарата його зсередини захищають футеровкою з вогнетривкої цегли товщиною 250 мм та ізоляцією з листового азбесту.

Слід відзначити, що тип реактора залежить від типу реакційного процесу. Так наприклад, реактор каталітичного риформінгу має діаметр 4,5 м, висота шару каталізатора складає від одного до трьох діаметрів апарата, реактор каталітичного крекінгу з пилоподібним каталізатором має діаметр до 10 м і висоту до 30 м, реактор гідрокрекінгу являє собою вертикальний циліндричний апарат з діаметром 3 м і висотою 38 м, по висоті має 6 реакційних зон і т.д.

Таким чином, процеси термічного та каталітичного крекінгу характеризуються складністю апаратурного оформлення, жорсткими умовами проведення процесів, наявністю великої кількості горючих речовин, нагрітих до високих температур, що часто перевищують температуру самоспалахування, а також наявністю різноманітних систем обігріву.