Способ каталитического крекинга углеводородного сырья

 

Использование: при нефтепереработке, в частности в способе каталитического крекинга углеводородного сырья. Сущность изобретения: в предлагаемом способе каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов, включающем ударное дробление струи сырья о поверхность, диспергацию сырья высокоскоростным потоком водяного пара, последующее дробление сырья о дополнительную поверхность под воздействием подаваемого на эту поверхность высокомолекулярного потока водяного пара и окончательный распыл диспергированных водяным паром капель сырья в поток нагретого катализатора, ударное дробление струи сырья о поверхность проводят при скорости струи 10 - 30 м/с, по периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 50 - 250 м/с, полученную парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 70 -400 /с. Кроме того, что поток водяного пара на дополнительную поверхность может быть подан в виде отдельных струй с расходом водяного пара в каждую струю 0,5 - 5,0% от суммарного расхода водяного пара в потоке. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности, к способу каталитического крекинга углеводородного сырья.

Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов [1] в котором смешение потоков сырья и водяного пара осуществляется непосредственно при их поступлении в поток нагретого катализатора.

Недостатком способа является крупнодисперсный распыл сырья из-за отсутствия предварительной диспергации сырья водяным паром, что приводит к повышенному коксо- и газообразованию и снижению выхода бензина.

Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов [2] включающий предварительное смешение жидкого углеводородного сырья с водяным паром, распыливание сырья водяным паром в поток нагретого катализатора и контактирование распыленного сырья с нагретым катализатором.

Недостатком способа является низкая эффективность предварительного диспергирования и смешения его с водным паром, что не позволяет достигнуть тонкодисперсного распыла сырья при окончательном диспергировании его в поток нагретого катализатора и приводит, как следствие, к повышению коксо- и газообразования и снижению выхода бензина.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов [3] включающий предварительное диспергирование сырья в потоке водяного пара при ударе высокоскоростной струи жидкого сырья о поверхность, расположенную перпендикулярно струе. Для формирования высокоскоростной струи создают высокий перепад давления (7 12 кг/см²) в отверстии, из которого истекает поток жидкого сырья. После предварительной диспергации поток сырья в смеси с потоком водяного пара подают по камере смешения в сопловое отверстие и распыливают в поток нагретого катализатора.

Недостатками способа являются высокий перепад давления, затрачиваемый на предварительное диспергирование струи жидкого сырья при ударе ее о поверхность; слияние образованных при диспергировании мелких капель сырья в более крупные и расслоение потоков сырья и водяного пара из-за длительного времени пребывания предварительно диспергированного потока в камере смешения форсунки. Применение этого способа обусловливает высокое давление на выкиде сырьевых насосов и, как следствие, повышенный расход электроэнергии и не обеспечивает получение оптимального размера капель сырья при его распыле в поток катализатора, что ухудшает селективность процесса по образованию кокса и сухого газа и снижает выход бензина.

Задача изобретения увеличение выхода целевых продуктов, сокращение выхода кокса и газа, а также снижение энергозатрат в процессе каталитического крекинга углеводородного сырья.

Предлагаемый способ каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов включает ударное дробление струи сырья о поверхность, распыливание образовавшихся капель водяным паром в поток нагретого катализатора и контактирование распыленного сырья с нагретым катализатором. Согласно изобретению ударное дробление струи проводят при скорости струи 10 30 м/с, по периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 50 250 м/с, полученную парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 70 400 м/с. Поток водяного пара на дополнительную поверхность может подаваться в виде отдельных струй с расходом водяного пара в каждую струю 0,5 5,0% от суммарного расхода водяного пара в потоке.

Существенным отличием предлагаемого способа является то, что ударное дробление струи сырья проводят при скорости струи 10 30 м/с, по периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 50 250 м/с; полученную парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 70 400 м/с; в также то, что поток водяного пара на дополнительную поверхность может подаваться в виде отдельных струй с расходом водяного пара в каждую струю 0,5 5,0% от суммарного расхода водяного пара в потоке.

Указанные отличия позволяют повысить эффективность ударного дробления жидкого сырья о поверхность при одновременном снижении энергозатрат, предотвратить последующее слияние капель и расслоение парожидкостного потока, что обеспечивает сокращение размера капель сырья при его распылении в поток нагретого катализатора, способствует тем самым увеличению скорости и глубины испарения сырья и в конечном итоге приводит к снижению выхода кокса и сухого газа и повышению выхода бензина.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Струю жидкого сырья подают через отверстие на ударное дробление о поверхность при скорости струи 10 30 м/с. Заданная скорость истечения струи достигается при низком перепаде давления на отверстии 0,5 4,0 кг/см². Струю жидкого сырья направляют на расположенную перпендикулярно ей поверхность, на периферии которой образуется тонкая пленка жидкости. Для эффективного разрыва этой пленки по периметру поверхности подают поток водяного пара со скоростью 50 - 250 м/с.

При вышеописанных условиях имеет место дробление струи сырья с образованием капель размером 500 1000 мкм, обеспечивающим оптимальные условия для последующего дробления. Указанный диапазон размеров капель сырья обусловливает, с одной стороны, повышенную массу капель, а с другой стороны, позволяет разогнать каплю до высокой скорости потоком водяного пара, что обеспечивает высокую кинетическую энергию при дроблении о поверхность и, как следствие, повышает эффективность предварительного диспергирования.

Полученную парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 70 -400 м/с.

Образованные на первой стадии диспергирования капли сырья подхватываются перекрестным потоком водяного пара и ударяются о дополнительную поверхность, где дробятся на более мелкие капли диаметром 150 300 мкм. Одновременно предотвращается слияние образованных капель сырья в более крупные и расслоение потоков сырья и водяного пара при их течении в камеры смешения форсунки.

Эффективность ударного дробления повышается, если поток водяного пара на дополнительную поверхность подают в виде отдельных струй с расходом водяного пара в каждую струю 0,5 5,0% от суммарного расхода водяного пара в потоке.

После стадии ударного дробления парожидкостный поток немедленно подают в одно или несколько сопловых отверстий на конце форсунки для окончательного распыла в поток нагретого катализатора. Указанные сопловые отверстия могут иметь цилиндрическую, коническую, щелевидную форму, форму трубы Вентури и т. д.

Размер капель сырья при окончательном распылении поток катализатора достигает 30 60 мкм при снижении перепада давления на диспергирование сырья до 2,0 5,0 кг/см².

Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить размер капель, получаемых в результате предварительного ударного дробления за счет повышения эффективности дробления и предотвращения последующего слияния образовавшихся капель, и тем самым обеспечивает повышение скорости и глубины испарения углеводородов, что в конечном итоге сводит к минимуму термические реакции с высоким коксо- и газообразованием и способствует увеличению выхода целевых продуктов в процессе каталитического крекинга.

Способ осуществляют следующим образом. Согласно фиг. 1 и 2, струю жидкого сырья 1 подают на ударную поверхность 2 со скоростью 10 30 м/с. В результате взаимодействия жидкой струи с твердой поверхностью на периферии этой поверхности образуется тонкая пленка жидкости, разрушающаяся на капли при отрыве от края этой поверхности. Для эффективного разрушения пленки на капли по периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара 3 со скоростью 50 250 м/с. В результате ударного дробления образуются капли сырья размером 500 1000 мкм, диспергированные водяным паром, полученную парожидкостную смесь 4 направляют вдоль дополнительной поверхности 5, нормально которой подают поток водяного пара 6 со скоростью 70 400 м/с. В соответствии с представленным на фиг. 1 и 2 вариантом поток водяного пара на дополнительную поверхность подают в виде отдельных струй.

После стадии ударного дробления образованную парожидкостную смесь 7 подают в сопловые отверстия 8 и подвергают окончательному распылу в поток нагретого катализатора 9. В соответствии с вариантом, представленным на фиг. 1 и 2, сопловые отверстия ориентированы таким образом, чтобы факел расплава 10 имел плоскую форму и охватывал все поперечное сечение прямоточного реактора 11. Размер капель сырья при окончательном распыле в поток катализатора составляет 30 60 мкм. Благодаря снижению размера капель сырья имеет место более быстрое и глубокое его испарение.

Улучшение условий начального контактирования обеспечивает повышение выхода целевых продуктов и снижение выхода кокса и сухого газа при последующем крекировании в прямоточном реакторе.

Парообразные продукты крекинга отделяют на выходе из прямоточного реактора от закоксованного катализатора в сепарационной камере 12, доочищают от катализаторной пыли в циклонах 13 и направляют на разделение по линии 14 в ректификационную колонну (не показано). Закоксованный катализатор 15 отпаривают водяным паром 16 от увеличенных углеводородов в десорбере 17 и направляют по линии 18 на регенерацию (не показано). Регенерированный катализатор 19 вновь возвращают в прямоточный реактор и транспортируют водяным паром на контактирование с распыленным водяным паром 16 углеводородным сырьем 20.

Проведение ударного дробления сырья о поверхность при ограниченной скорости струи, подача по периметру поверхности параллельно оси струи сырья высокоскоростного потока водяного пара, перемещение полученной парожидкостной смеси вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают высокоскоростной поток водяного пара, а также подача водяного пара на дополнительную поверхность в виде отдельных высокоскоростных струй обеспечивают проведение окончательного распыла сырья с получением минимального размера капель 30 60 мкм при пониженных энергозатратах, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность начального контактирования благодаря более быстрому и глубокому испарению сырья и, как следствие, увеличить выход бензина при снижении выхода сухого газа и кокса.

Ниже приведены конкретные примеры применения известного и предлагаемого способов каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов применительно к полупромышленной установке каталитического крекинга производительностью 25 т/сут.

Пример 1 Каталитическому крекингу подвергают фракицю прямоточного вакуумного газойля, в которой 10 об. выкипает до 350^oC, 98 об. до 500^oC. Характеристики сырья: плотность 0,904 г/см³, содержание серы 1,46 мас. содержание азота 0,1 мас. коксуемость по Конрадсону 0,11 мас. содержание металлов 1 мг/г. В качестве катализатора используют микросферический цеолитсодержащий катализатор, имеющий следующие характеристики: насыпная плотность 0,99 г/см³, кажущаяся плотность 1,5 г/см³, удельная поверхность 75 м²/г, износоустойчивость 94 мас. гранулометрический состав, мас. фракция крупнее 200 мкм 0,3; фракция 160 200 мкм 3,3; фракция 100 160 мкм 2,6; фракция 71 100 мкм 45,4; фракция 53 71 мкм 7,1; фракция менее 53 мкм 22,3. Средний эквивалентный диаметр частиц катализатора 65 мкм.

Химсостав катализатора, мас. оксид алюминия 43,0; оксид натрия 0,3; оксид железа 0,8; оксиды редкоземельных элементов 2,6; оксид кремния 53,3. Стабильная активность катализатора 50,0% Каталитический крекинг осуществляют в прямоточном реакторе при температуре 520^oC, времени контактирования 2,5 с и кратности циркуляции катализатора 6 кг/кг перерабатываемого сырья.

Суммарный расход водяного пара на распыл сырья составляет 2,0 мас% от расхода сырья. В соответствии с предлагаемым способом скорость струи сырья, подаваемой на ударное дробление, составляет 20 м/с. По периметру поверхности, параллельно оси струи сырья, подают поток водяного пара со скоростью 150 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья.

В результате ударного дробления и воздействия высокоскоростного потока водяного пара при ограниченной скорости струи сырья размер образующихся капель составляет 600 мкм, что создает благоприятные условия для последующего разрушения капель. Образующийся парожидкостной поток направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 250 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Под воздействием высокоскоростной струи крупные капли сырья дробятся о дополнительную поверхность. При этом размер капель, поступающих на окончательный распыл, снижается с 500 до 180 мкм. После стадии ударного дробления парожидкостный поток немедленно подают на окончательный распыл в поток нагретого катализатора, что исключает возможность слияния образовавшихся капель. В результате размер капель сырья, поступающих на контактирование с частицами катализатора, уменьшается со 100 до 40 мкм.

Благодаря этому достигаются высокая эффективность контактирования сырья с катализатором и повышение селективности, что в конечном итоге обеспечивает улучшение показателей процесса крекинга в целом: выход бензина увеличивается на 2 мас. выход сухого газа C₁-C₂ снижается на 0,3 мас. дельта кокса уменьшается на 0,1 мас. При этом перепад давления при распыле сырья снижается с 8 до 4 кг/см².

Пример 2 Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Скорость струи сырья, подаваемого на поверхность, составляет 10 м/с. По периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 50 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Образующуюся при дроблении о поверхность парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 70 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Средний размер капель, образующихся при ударном дроблении о поверхность, составляет 800 мкм; размер капель, поступающих на окончательный распыл, составляет 250 мкм. В результате размер капель сырья, распыливаемых в поток нагретого катализатора, снижается до 60 мкм.

Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа выход бензина увеличивается на 1,7 мас. выход газа C₁-C₂ снижается на 0,1 мас. дельта кокса уменьшается на 0,07 мас. При этом перепад давления при распыле сырья снижается с 8 до 2 кг/см².

Пример 3 Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Скорость струи сырья, подаваемого на поверхность, составляет 30 м/с. По периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 250 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Образующуюся при дроблении о поверхность парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 400 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Средний размер капель, образующихся при ударном дроблении о поверхность, составляет 600 мкм; размер капель, поступающих на окончательный распыл, составляет 200 мкм; в результате размер капель сырья, распыливаемых в поток нагретого катализатора, снижается до 50 мкм.

Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа выход бензина увеличивается на 1,8 мас. выход газа C₁-C₂ снижается на 0,2 мас. дельта кокса уменьшается на 0,09 мас. При этом перепад давления при распыле сырья снижается с 8 до 5 кг/см².

Пример 4 Данный вариант осуществления предлагаемого способа каталитического крекинга отличается от варианта, представленного в примере 1 тем, что поток водяного пара на дополнительную поверхность подают в виде отдельных струй.

Скорость струи сырья, подаваемого на поверхность, составляет 20 м/с. По периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 150 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Образующуюся при дроблении о поверхность парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 250 м/с в количестве 1,0 мас. от расхода сырья. Указанный поток водяного пара подают в виде отдельных струй с расходом водяного пара в каждую струю 2,0 мас. от расхода водяного пара в потоке. Средний размер капель, образующихся при ударном дроблении о поверхность, составляет 600 мкм; размер капель, поступающих на окончательный распыл, составляет 150 мкм. В результате размер капель сырья, распыливаемых в поток нагретого катализатора, снижается до 30 мкм.

Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа выход бензина увеличивается на 2,4 мас. выход сухого газа C₁-C₂ снижается на 0,3 мас. дельта кокса уменьшается на 0,11 мас. При этом перепад давления при распыле сырья снижается с 8 до 4 кг/см².

Сравнительные показатели процесса каталитического крекинга углеводородного сырья по известному и предлагаемому способам представлены в таблице.

Как следует из представленных в таблице данных, при одинаковых условиях эксплуатации предлагаемый способ каталитического крекинга углеводородного сырья с проведением ударного дробления струи сырья о поверхность при скорости струи 10 30 м/с, подачей по периметру поверхности параллельно оси струи сырья потока водяного пара со скоростью 50 250 м/с, транспортировкой полученной парожидкостной смеси вдоль дополнительной поверхности, подачей нормально дополнительной поверхности потока водяного пара со скоростью 70 - 400 м/с, который может представлять собой отдельные струи с расходом водяного пара в каждую струю 0,5 5,0 от суммарного расхода водяного пара в потоке, обеспечивает уменьшение размера получаемых в результате окончательного распыла капель сырья, поступающих на контактирование с потоком нагретого катализатора, до 30 60 мкм при одновременном снижении перепада давления при распыле до 2,0 5,0 кг/см², что в свою очередь позволяет увеличить выход бензина на 1,7 2,4 мас. снизить выход сухого газа C₁-C₂ на 0,1 0,3 мас. и уменьшить дельта кокса на 0,07 0,11 мас. за счет повышения эффективности контактирования сырья с катализатором.

Формула изобретения

1. Способ каталитического крекинга углеводородного сырья с получением целевых продуктов, включающий ударное дробление струи сырья о поверхность, распыливание образовавшихся капель водяным паром в поток нагретого катализатора и контактирование распыленного сырья с нагретым катализатором, отличающийся тем, что ударное дробление струи сырья проводят при скорости струи 10 30 м/с, по периметру поверхности параллельно оси струи сырья подают поток водяного пара со скоростью 50 250 м/с, полученную парожидкостную смесь направляют вдоль дополнительной поверхности, нормально которой подают поток водяного пара со скоростью 70 400 м/с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток водяного пара на дополнительную поверхность подают в виде отдельных струй с расходом водяного пара в каждую струю 0,5 5,0% от суммарного расхода водяного пара в потоке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4