Термокаталитические процессы переработки нефтяного сырья

На нефтеперерабатывающих заводах России функционируют cлeдующие основные установки каталитических процессов:

- каталитического крекинга;

- каталитического риформинга;

- гидроочистки нефтяных фракций;

- гидрокрекинга;

- сернокислотного алкилирования;

- каталитической изомеризации.

- 4.2.1. Каталитический крекинг

Каталитический крекинг на алюмосиликатных катализаторах являе одним из наиболее распространенных процессов в нефтеперерабатывающе промышленности и способствует значительному углублению переработки нефти.

Целевым назначением процесса является получение высокока­чественного бензина с октановым числом 90-92 и.м. При каталитическом крекинге образуется значительное количество газа, богатого бутан-бутиленовой фракцией (сырье для производства высокооктанового компонента бензина-алкилата). Установки каталитического крекинга являются также постав­щиком сырья для химической промышленности: из газойлей каталитиче­ского крекинга получают сажевое сырье и нафталин; тяжелый газойль может служить сырьем для производства высококачественного «игольчатого» кокса.

Промышленный каталитический крекинг, достигший современного уровня развития, основан на использовании алюмосиликатных катализато­ров.

Алюмосиликатные катализаторы как природные, так и синтетические, являются высокопористыми веществами с удельной поверхностью от 100 до 600 м² /г.

Требования, предъявляемые к промышленным катализаторам крекинга, могут быть сформулированы следующим образом:

- высокая удельная производительность, способная сохраняться достаточно продолжительное время при эксплуатации установки;

- высокая селективность по бензину;

- высокая термическая стабильность, поскольку катализатор подверга­ется регенерации при высоких температурах;

- высокая механическая прочность, так как катализатор непрерывно перемещается в системе реакторного блока, испытывая истирание и удары о твердую поверхность;

-стойкость к отравлению сернистыми, азотистыми и металлооргническими соединениями, содержащимися в сырье.

Следует напомнить, что наличие катализатора не вызывает каких-то принципиально новых, термодинамически не оправданных реакций. Темпе­ратурный режим промышленного каталитического крекинга не мягче, чем для соответствующего термического процесса, но продолжительность реак­ции неизмеримо меньше. Так, средняя температура в реакторе каталитиче­ского крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора равна»500°С (а в реакторах лифтного типа - еще выше и достигает «640°С). Однако если про­должительность пребывания сырья в реакционной зоне печи термического крекинга измеряется минутами, то время контакта сырья с катализатором в современных реакторах каталитического крекинга равно всего 2-4 с.

Химический состав продуктов каталитического крекинга имеет харак­терные особенности:

- бензин содержит много изопарафинов и ароматических углеводородов; \

- газ получается «тяжелый», с высокой концентрацией изобутана и олефинов Сз - C4j

- газойлевые фракции богаты полициклическими ароматическими углеводородами.

Это своеобразие состава обусловливают следующие причины:

- различие механизма термического и каталитического крекинга: термический крекинг протекает по радикально-цепному механизму, а каталитический по ионному;

- способность активной поверхности катализатора селективно ускорять некоторые реакции, например изомеризацию олефинов, скорость которой при термическом процессе крайне мала.

Каталитический крекинг - типичный пример гетерогенного катализа. Реакции протекают на границе двух фаз: твердой (катализатор) и паровой или жидкой (сырье), поэтому решающее значение имеют структура и по­верхность катализатора.

Применительно к каталитическому крекингу необходимо рас­сматривать не только химизм целевого процесса, но и сопровождающие его физико-химические явления. В зависимости от режима процесса, качества сырья и степени дисперсности катализатора роль диффузионных и адсорб­ционных процессов может быть больше или меньше.

Наиболее распространенной теорией механизма каталитического кре­кинга является карбоний-ионная. Карбоний-ионный механизм каталитиче­ского крекинга исходит из кислотного характера алюмосиликатного катали­затора, имеющего условную формулу nAJ^CMmSiCb^xHaO.

На поверхности катализатора имеются каталитические центры двух видов:

- протонные, где каталитическая функция принадлежит протонам (ки­слоты Бренстеда);

- апротонные (кислоты Льюиса), где координационно ненасыщенный атом алюминия служит акцептором электронов.

Парафиновые углеводороды являются наиболее типичными компонен­тами промышленного сырья каталитического крекинга. Низкомолекулярные парафины довольно стабильны. С увеличением молекулярной массы относи­тельная скорость крекинга по сравнению со скоростью чисто термического процесса быстро возрастает.

Нафтеновые углеводороды считаются идеальным сырьем ката­литического крекинга, так как крекинг нафтенового сырья идет с большими скоростями, получаются более высокие выходы бензина и образуется меньше газов, чем при крекинге парафинового сырья.

Большое значение для технологии каталитического крекинга имеют превращения ароматических углеводородов. Голоядерные полициклические углеводороды обладают значительной склонностью к адсорбции на активной поверхности катализатора. Блокируя активные центры, они тормозят общее разложение. Полициклические соединения являются источником отложенш кокса на катализаторе.

При каталитическом крекинге алкилароматических углеводородов, отличие от термического крекинга, алкильная цепь не разрывается, а проис­ходит деалкилирование с образованием соответствующего ароматического углеводорода и олефина. Так, из н-пропилбензола при каталитическом кинге образуются бензол и пропилен, а при термическом - толуол и этилен.

Исключением являются метилароматические углеводороды, которые в присутствии катализатора склонны к перераспределению метальных групп, например, при крекинге ксилола получаются толуол и триметилбензол. Как и при термическом крекинге, теплота каталитического крекинга расценивается как итоговый тепловой эффект совокупности реакций разло­жения и уплотнения. Цеолитсодержащему катализатору больше присущи ре­акции изомеризации, протекающие с выделением тепла и в меньшей мере свойственные катализаторам старого типа. Кроме того, цеолитовые катализа­торы значительно активнее и селективнее.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: