Направление совершенствования химических производств

Катализаторы этого типа широко применяются в процессах гидрирования. Например в синтезе метанола из СО и водорода по реакции:

3. Кислоты и основания (гомогенные и гетерогенные катализаторы)

На таких катализаторах протекают реакции кислотно-основного катализа, а именно крекинг нефтяных фракций (на алюмосиликатах и цеолитах), дегидратация и гидратация, синтез аминов из спиртов (на Al2O3), этерификация спиртов и кислот, конденсация альдегидов и кетонов.

4. Ферменты (гомогенные и гетерогенные). Ферменты (энзимы) - биологические катализаторы обладают уникальными свойствами: высокой производительностью в расчете на один реакционный центр и селективностью, связанной со специфичностью действия. Работают ферменты в очень мягких условиях, при атмосферном давлении и температуре до 40о. В биологических системах отсутствуют неводные растворители и сильные кислоты и основания ( рН ? 7 ). Например фермент уреаза гидролизует только молекулы мочевины, не обращая внимания на другие амиды, и делает это гораздо эффективнее обычных кислотных катализаторов (табл. ).

60. Отравление катализаторов и их регенерация. Периодические и непрерывные процессы

Тв.кат-ры претерпевают как физ-ие, так и химвоздействия. При длительном воздействии тем-ры происходит рекристаллизация металлов. Что приводит к изменению уд.поверхности кат-ра, т.е. числа активных центров. Для снижения скорости рекристаллизации в состав кат-ра вводят небольшие добавки (структурообразующие промоутеры). Мех. и терм. Воздействия приводят также к постепенному постепенному разрушениюгранул кат-ра. Хим. изменения кат-ра вызываются хемосорбцией на их поверхности примесей (ядов), к-рые содержаться в сырье или в продуктах реакции.

Разрушение структуры катализатора, спекание его отдельных частиц и некоторые другие процессы могут быть вызваны жесткими условиями процесса, в частности, повышенной температурой, воздействием водяного пара и т.д.

Коксоподобные вещества накапливаются на поверхности частиц и в порах катализатора в результате протекания побочных реакций полимеризации, конденсации и уплотнения. Образовавшиеся крупные молекулы полиароматического строения, с одной стороны, прочно адсорбируются на активных центрах, а с другой, имея значительные размеры, превышающие диаметр микропор катализатора, не могут выйти из них. В результате они подвергаются дальнейшему уплотнению, покрывая всю поверхность катализатора и препятствуя протеканию адсорбции и химических превращений углеводородов сырья.

Действие каталитических ядов обусловлено их необратимой адсорбцией наактивных центрах или поверхности пор катализатора. Для разных каталитических систем присущи свои каталитические яды. Так, катализаторы крекинга мало чувствительны к сернистым соединениям, но достаточно быстро теряют свои свойства в присутствии азотсодержащих веществ и некоторых металлов (ванадий, никель, железо, натрий, мышьяк и т.п.).

На установках кат-го крекинга регенерация кат-ра проводится в регенераторах, путем выжига кокса с поверхности кат-ра подаваемым воздухом. На уст-ках кат. риформинга регенерация катализаторов проводится по газовоздушному методу непрерывно и условно разделяется на 3 стадии:

1)выжиг адсорбированных углеводородов при температуре 250--300 С;

2)выжиг кокса при температуре 300--450 СС;

3) прокалка катализатора при температуре 450--500 °С.

После выжига кокса катализаторы АП-64 и серии КР подвергаются оксихлорированию -- обработке хлорсодержащими соединениями при высокой температуре в окислительной среде.

61. Сущность процессов каталитического крекинга нефтяных фракций. Химизм основных реакций, технологические факторы процесса

Каталитический крекинг - важнейший процесс нефтепереработки, существенно влияющий на эффективность НПЗ в целом. Сущность процесса заключается в разложении углеводородов, входящих в состав сырья (вакуумного газойля) под воздействием температуры в присутствии цеолитсодержащего алюмосиликатного катализатора.

Назначение - Предназначен для получения высокооктановогого компонента бензина и ДТ.

Сырье - Вакуумный газойль с пределами выкипания 300-500оС.

Химизм основных реакций.

Крекинг алканов: С14Н20 = С7Н14 + С7Н16

Крекинг алкенов: С10Н20 = С5Н10 + С5Н10

Деалкилирование алкиларенов:

Крекинг циклоалканов с образование алкенов: С6Н12 = С3Н6 + С3Н6

Распад С-С связи является одной из наиболее важных целевых реакций, приводящих к низкомолекулярным топливным фракциям.

Для этой реакции применимы след.правила:

а) разрывается связь, находящаяся в бета-положение по отношению к заряж.иону.

б) образ-ся олефины содержат двойную связь у первого атома углерода.

В) более вероятным бетта-распадом карбонииона явл-ся с образование олефина с меньшей длинной цепи..

Факторы процесса

Качество сырья - Сырье не должно содержать примесей ядов кат-ра, S-, N-, O - кислородсодержащих соед-ий и мех.примесей. Сырье должно иметь как можно низкий показатель коксуемости, меньше смол и асфальтенов. К сырью предъявляются требования по фр.составу. Желательно сырье сортировать по углевод.составу

Температура - Кат.крекинг мене чувствителен к тем-ре. Тем-ра держится в пределах 420-500оС, повышение тем-ры приводит к образованию газа и кокса.

Давление - Влияет на фазовое состояние продуктов и сырья в зоне реакции, влияет на химизм процесса и адсорб. способность кат-ра

Объемная скорость подачи сырья - Отношение кол-ва сырья подаваемого в реактор в ед.времени к кол-ву кат-ра в реакторе. Чем выше объемная скорость подачи сырья, тем больше производ-ть установки.

Кратность циркуляции катализатора - Параметр, употребляемый только к каталитическим процессам, которые осущ-ся с цирк.кат-ра между реактором и регенераторм. Опр-ся как отношение кол-ва кат-ра к сырью:

Кц= Gкат/Gсырья

Зависит от вида кат-ра. Для шарикового 2-6:1, для пылевидного 8-14:1. С увеличением кр. цир. кат-ра увеличивается кол-во активных центров приходящихся на ед.массы сырья.

Тепловой эффект реакции - Суммарный т.э. отриц-ый, т.е. идет с поглощением тепла.

Активность кат-ра - Чем выше акт-ть, тем выше глубина превращения. Уменьшение акт-ти может компенсироваться повышением тем.ры.

62. Факторы процессов каталитического крекинга. Примерный материальный баланс процесса, качество продуктов и их применение

Факторы процесса:

Качество сырья - Сырье не должно содержать примесей ядов кат-ра, S-, N-, O- - кислородсодержащих соед-ий и мех. примесей. Сырье должно иметь как можно низкий показатель коксуемости, меньше смол и асфальтенов. К сырью предъявляются требования по фр. составу. Желательно сырье сортировать по углевод. составу

Тем-ра. - Кат.крекинг мене чувствителен к тем-ре. Тем-ра держится в пределах 420-500, повышение тем-ры приводит к образованию газа и кокса.

Давление. - Влияет на фазовое состояние продуктов и сырья в зоне реакции, влияет на химизм процесса и адсорб. способность кат-ра

Объемная скорость подачи сырья. - Отношение кол-ва сырья подаваемого в реактор в ед. времени к кол-ву кат-ра в реакторе. Чем выше объемная скорость подачи сырья, тем больше производ-ть установки.

Кратность цирк.кат-ра. - Параметр, употребляемый только к кат-им процессам, которые осущ-ся с цирк.кат-ра между реактором и регенераторм. Опр-ся как отношение кол-ва кат-ра к сырью:

Кц= Gкат/Gсырья

Зависит от вида кат-ра. Для шарикового 2-6:1, для пылевидного 8-14:1. С увеличением кр. цир. кат-ра увеличивается кол-во активных центров приходящихся на ед.массы сырья.

Тепловой эффект реакции. - Суммарный т.э. отриц-ый, т.е. идет с поглощением тепла.

Активность кат-ра - Чем выше акт-ть, тем выше глубина превращения. Уменьшение акт-ти может компенсироваться повышением тем.ры.

Мат. Баланс

Качество продуктов и их применение

Процесс каталитического крекинга позволяет получать следующие продукты:

- жирный газ и нестабильный бензин, используемые в качестве сырья в абсорбции и на газофракционировании с целью получения пропан-пропиленовой, бутан-бутиленовой фракций и компонента автобензина АИ-92 (фракция КК-195оС);

- лёгкий газойль каталитического крекинга, используемый в качестве компонента дизельного топлива (фракция 195325оС);

- тяжёлый газойль каталитического крекинга, используемый в качестве компонента котельного топлива, может использоваться в качестве сырья установки висбрекинга для прекращения реакции, а также в качестве сырья для производства технического углерода (фр. 325420оС) или высококачественного электродного кокса (игольчатого);

- остаток каталитического крекинга (фракция 420оС), используется в качестве компонента котельного топлива, может использоваться в качестве сырья установки висбрекинга для прекращения реакции.

63. Каталитический крекинг на шариковом катализаторе. Технологическая схема установок 43-102

В реакторах с движущимся слоем шарикового кат-ра катализ, массо- и теплообмен осуществляется прямотоком.

Недостатки: 1. при прямотоке в отличие от противотока завершающие стадии катализа осущ-ся на поверхности закоксованного кат-ра после потери первоначальной активности. 2. катализ проводится на поверхности крупнозернистого кат-ра. 3. большое время контакта ( десятки минут) приводит к ухудшению селективности крекинга в результате интенсивного протекания побочных реакций. Все это приводит к снижению выхода целевых продуктов ( выход бензина примерно 28%).

Установка 43-102 подвергалась реконструкции. Усовершенствовано внутреннее устройство регенератора, увеличены зоны регенерации. Совместили реактор и регенератор, что позволило в 2 раза сократить путь катализатора и улучшить технико-экономические показатели работы установки.

Поскольку катализатор поступает из реактора в регенератор самотеком, упрощена система пневмотранспорта, представленная одним подъемником, имеющим плавно расширяющийся ствол. В соответствии с этим, бункер-сепаратор тоже всего один. При работе на аморфном алюмосиликатном катализаторе пропускная способность установки возросла в 1,5 раза, а производство бензина увеличилось в 2 раза. Повышенная кратность циркуляции и реконструкция регенератора обеспечили большую равновесную активность катализатора и низкий процент остаточного кокса на катализаторе.

Достоинством каталитического крекинга с крупногранулированным катализатором является равномерное контактирование всех катализаторных частиц с углеводородными парами в зоне реакции и с воздухом в зоне регенерации, что приводит к одинаковой закоксованности всей массы катализатора после реактора и к одинаковому содержанию остаточного кокса на катализаторе после регенерации. В результате продолжительного пребывания катализатора в реакторе и регенераторе температурный режим реакторного блока стабилен, и его регулирование облегчается.

На рис. 48 изображена технологическая схема установки 43-102 в ее первоначальном исполнении. Поскольку блок ректификации почти одинаков для всех установок каталитического крекинга, остановимся только на ходе сырья и работе реакторного блока. Сырье (газойль) подают насосом //-/ через серию теплообменннков Т-1 и Т-2, обогреваемых соответственно легким и тяжелым газойлем каталитического крекинга, поступающими из ректификационной колонны К-1. Нагретое до 200--220 °С сырье направляют в нагревательную трубчатую печь П-1, а оттуда в реактор Р-1. Пары продуктов крекинга выводятся в ректификационную колонну К-1, где разделяются на газобензиновый погон (уходящий сверху) и два газойлевых дистиллята. Отработанный катализатор ссыпается в дозер Л-2 пнев. моподъемника и поднимается в сепаратор С-3 потоком горячего воздуха из топки П-2 под давлением. Из сепаратора через дозер Л-2 катализатор непрерывно поступает в регенератор Р-2.

Регенерация происходит путем контакта медленно движущегося катализатора с воздухом, подаваемым воздуходувкой ПК-2 в восемь точек по высоте регенератора. Продукты сгорания выводят с девяти сечений регенератора в дымовую трубу. Во избежание перегрева катализатора в секции регенератора (между коллекторами воздуха и дымовых газов) вмонтированы змеевики водяного охлаждения, объединенные в системе из котла-утилизатора С-5 и водяного насоса Н-7. Регенерированный катализатор попадает в дозер А-1, проходит через пневмоподъемник в потоке горячего воздуха, выходящего из топки П-2, и поступает в сепаратор С-2, а оттуда снова в реактор Р-1 через стояк, соединяющий реактор с бункером и являющийся затвором для углеводородной фазы реакционного объема.

Предусмотрена циркуляция некоторого количества катализатора через систему отвеивания пыли, образующейся при его истирании. Эта система состоит из отвеивателя, циклонного сепаратора С-4 и бункера для пыли.

Размещено на Allbest.ru