Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

701

Рис. 6.18. Регенератор установки каталитического крекинга с шариковым катализатором:

1 — коллектор ввода воздуха; 2 — коллектор вывода дымовых газов; 3 — охлаждающие змеевики;

4 — распределительное устройство; 5 — сборное выравнивающее устройство; 6 — колосниковая

решетка; 7 — воздухораспределительный короб; 8 — газосборный короб

702

корпус регенератора опоясывают горизонтальными и вертикальными

ребрами из двутавровых балок или швеллеров.

Все зоны выжигания (или регенерации) снабжены системами для

равномерного распределения воздуха по сечению аппарата, а также

сбора и вывода дымовых газов. Кроме того, они оборудованы охлаж

дающим змеевиком. Поверхность охлаждающих змеевиков зависит

от расположения зоны выжигания. Например, в верхней части реге

нератора, где температура катализатора в начальной стадии процесса

низкая, змеевик отсутствует; внизу же, где регулируется температура

выводимого из аппарата сильно нагретого катализатора, поверхность

змеевика наибольшая.

Конструкция системы распределения воздуха и сбора газов долж

на быть разборной и легко воспринимать температурные деформации.

Воздух подается в регенератор и газы отводятся из него через централь

но расположенные коробчатые коллекторы. В обе стороны от аппарата

отходят подвижно соединенные с ним открытые снизу короба, которые

по периферии опираются на корпус. Короба газосборного устройства

должны быть такими, чтобы вместе с газом через них не уносился ка

тализатор.

Подаваемый в аппарат воздух движется прямотоком или противо

током с катализатором, в зависимости от расположения коллектора по

отношению к газосборному устройству. Весьма ответственным узлом

является соединение воздушного или газосборного коллектора со шту

церами корпуса регенератора, осуществляемое свободным ниппелем,

введенным внутрь центрального коллектора.

Воздухораспределительные и газосборные устройства, состоящие

из коробов с открытым дном и центрального коробчатого коллектора,

имеют следующие недостатки:

— только 40 % площади сечения аппарата используется для сепарации

газа, поэтому скорость его искусственно снижают, чтобы предотвра

тить унос катализатора;

— не обеспечивается достаточно равномерное распределение воздуха

по сечению регенератора;

— трудно достигается необходимая герметичность крепления элемен

тов.

На рис. 6.19 приведены более совершенные конструкции газосбор

ных устройств. Так, на рис. 6.19

а газосборные короба пронизывают все

сечение аппарата и своими открытыми концами собирают газ в кольце

вой камере, откуда он отводится через штуцера. Конструкция, показан

ная на рис. 6.19

б, отличается ложным днищем с переточными трубами.

703

Для распределения воздуха применяют также трубный коллектор

с перфорированными лучами, равномерно распределенными по сече

нию регенератора.

Змеевики для охлаждающей смеси изготовляют в виде бесшовных

труб размерами 60

× 5 мм из сталей марок 1Х18Н9Т или 15Х5М. Трубы

соединяют в змеевики сваркой с помощью гнутых двойников, расстоя-

ние между которыми составляет 150 мм. Зазоры между смежными

элементами в регенераторе должны обеспечивать по всему сечению

равномерное движение катализатора, не нарушаемое местными суже-

ниями. Для этого, в частности, необходимо, чтобы желобы коллекторов

находились на расстоянии не менее 60 мм один от другого.

Змеевики работают при температуре 230 °С и давлении 3 МПа. Что

бы не происходило расслаивания охлаждающей пароводяной смеси,

скорость ее в трубном змеевике должна быть не ниже 0,7 м/с. Ряды змее-

виков самостоятельно соединены с приемным и распределительным

коллекторами смеси. Благодаря этому в случае необходимости можно

выключить из системы тот ряд, в котором обнаружена неплотность.

В корпусе аппарата приварены специальные несущие балки, на которые

опираются ряды змеевиков.

Конструкция и способ изготовления реакционных аппаратов долж

ны обеспечивать прочность катализатора, стенок корпусов и катализа

топроводов. Поверхности, по которым скользит катализатор, должны

быть гладкими, сварные швы — высококачественными и зачищенными.

Футеровку иногда защищают обшивкой из листовой стали. Особенно

опасны участки с крутыми изгибами (переточные трубы и др.).

6.8.1.2. Аппараты установок с кипящим (псевдоожиженным) слоем

пылевидного катализатора

Установки каталитического крекинга с кипящим слоем пылевидного

или микросферического катализатора работают на синтетическом или

естественном активизированном алюмосиликатном катализаторе, раз

мер частиц которого 20…80 мкм.

Рис. 6.19. Газосборные устройства:

а — с кольцевым фартуком; б — с внутренним днищем; 1 — перепускная труба; 2 — кольцевой

фартук; 3 — короб; 4 — внутреннее днище

704

Преимуществами данного вида крекинга по сравнению с крекингом,

в котором используют шариковый катализатор, являются:

— возможность простого регулирования в широких пределах степени

превращения сырья и циркуляции катализатора;

— интенсивное перемешивание в реакторе и регенераторе, исключаю

щее местные перегревы и обеспечивающее высокие коэффициенты

теплопередачи;

— меньшие энергетические затраты на транспорт катализатора;

— более простые конструкции основных аппаратов.

Особенностью процесса является то, что крекинг и регенерация про

текают в кипящем слое катализатора, т. е. в слое взвешенных мелких

частиц его, находящихся в постоянном движении. Кипящий слой об

разуется при пропускании газов через слой катализатора. Если скорость

газов достаточна, частицы катализатора, отрываясь от слоя, начинают

хаотически перемещаться. Интенсивность движения частиц и, следова

тельно, размеры пор между ними определяются скоростью газов. Чем

больше скорость, тем больше высота кипящего слоя при одинаковом

объеме спокойного катализатора. Пылевидный катализатор в слое ста

новится подвижным подобно жидкости, поэтому такой слой называют

также псевдоожиженным.

Дальнейшее увеличение скорости может привести к режиму пнев

мотранспорта, т. е. к уносу катализатора. При снижении скорости плот

ность кипящего слоя увеличивается, объем уменьшается, и катализатор

может прийти в спокойное состояние, при котором пары или газы про

ходят через пустоты между его частицами, не перемещая их и не пере

мешивая слоя (такой режим создается, например, в стояках реакторов

и регенераторов).

Крекинг в псевдоожиженном слое протекает при температуре

460…510 °С и избыточном давлении до 0,18 МПа. Скорость потока ката

лизатора в кипящем слое составляет 0,3…0,75 м/с, причем в 1 м

смеси

содержится 400…660 кг катализатора.

Установки крекинга с кипящим слоем катализатора работают по сле

дующей принципиальной технологической схеме. Нагретое до 400 °С

сырье смешивают с горячим восстановленным катализатором, ссыпаю-

щимся из регенератора через стояк, и направляют смесь в реактор. По

ток катализатора, паров сырья и воды равномерно распределяется по

сечению аппарата, в котором поддерживают определенную высоту

и температуру кипящего слоя. Смесь паров углеводородов, полученных

в результате реакции, водяных паров и уносимых с ними частиц ката

лизатора, не осевших в отстойной зоне реактора (пустотелой части ап

705

парата), поступает в циклонные сепараторы. В циклонах улавливается

катализаторная пыль, возвращаемая по стояку в кипящий слой. Пары

из сепараторов направляют в ректификационную колонну.

Закоксованный катализатор из реактора подают в регенератор,

где также поддерживается кипящий слой соответствующей высоты.

В этом слое происходит выжигание кокса воздухом при температуре

580…650 °С. Температуру регулируют путем отбора избыточного тепла

установленными в кипящем слое змеевиками пароперегревателя. Реге

нерированный катализатор вновь направляют в реактор.

Схема реакторного блока определяется взаимным расположением

реактора и регенератора, а также системой подачи (транспорта) в них

катализатора. От выбранной схемы блока зависит давление в этих ап

паратах. Различают четыре основные схемы реакторного блока.

1. Схема с двукратным подъемом катализатора, когда регенератор рас

положен выше реактора, а катализатор транспортируется в разбав

ленной фазе. Процесс осуществляется при избыточном давлении

0,15…0,3 МПа в реакторе и 0,5…1,0 МПа — в регенераторе. Регенера

тор размещают на такой высоте по отношению к реактору, чтобы вес

катализатора в спускном стояке обеспечивал преодоление давления

в реакторе. При этом условии катализатор транспортируется непре

рывно.

2. Схема с двукратным подъемом катализатора при расположении ре

актора и регенератора на одном уровне. Реакторный блок работает

при одинаковом давлении в обоих аппаратах, что приводит к увели

чению расхода энергии на сжатие воздуха.

3. Схема с расположением реактора и регенератора на одном уровне.

Катализатор транспортируется в плотной фазе под действием раз

ности весов в нисходящей и восходящей ветвях с учетом столба ка

тализатора внутри аппаратов. Количество циркулирующего катали

затора регулируют изменением плотности его в подъемных стояках,

для чего варьируют количество подаваемого в стояки водяного пара

или воздуха.

4. Схема с соосным расположением реактора и регенератора и одно

кратным подъемом катализатора в разбавленной фазе. По этой схе

ме реактор может быть размещен над регенератором или под ним

в одном блоке.

Недостаток крекинга в кипящем слое заключается в том, что из-за

интенсивного перемешивания сырье в реакторе смешивается с про

дуктами реакции, а восстановленный катализатор в регенераторе –

с закоксованным катализатором, т. е. отсутствуют противоток и более

706

полная регенерация и обработка катализатора. Поэтому в реакционных

устройствах кипящий слой разделен на несколько секций с ограничен

ным смешением газовой фазы и катализатора в каждой секции.

Реакторы современных установок крекинга с кипящим слоем ката

лизатора представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты

с коническими или полушаровыми днищами диаметром 2500…12 000 мм,

высотой до 27 000 мм. Температура среды в работающем реакторе обыч

но составляет 450…480 °С. Корпус аппарата изготовляют из углеродис-

той стали или биметалла.

На рис. 6.20 приведена схема реактора, в котором обозначены пять

характерных зон: распределения смеси паров сырья и катализатора,

реакционная, отстаивания, циклонов и отпарки.

На рис. 6.21 представлена конструкция реактора с такими же харак

терными рабочими зонами. Он представляет собой цилиндрический

аппарат, закрытый сверху и снизу коническими днищами. Диаметр

аппарата 5350 мм, высота 26 400 мм. Корпус аппарата внутри изоли

рован шлаковатой и покрыт футеровкой из огнеупорного кирпича,

облицованной листовой сталью. Верхнее днище реактора также фу

теруют огнеупорным кирпичом, подвешиваемым за тавровые балки,

приваренные к корпусу.

Смесь катализатора с сырьем подают под распределительное устрой

ство реактора — равномерно перфорированную решетку с отверстиями

диаметром 35…50 мм. Решетка подвержена интенсивной эрозии и по

этому изготовлена из листовой хромомолибденовой стали толщиной

20…40 мм или из углеродистой стали, а гильзы к отверстиям выполнены

из хромомолибденовых сталей. Решетка служит для равномерного рас

пределения потока сырья и катализатора по всему поперечному сечению

реактора. Площадь перфорации составляет 5…6 %

площади решетки.

Распределительное устройство крепится к ко

нусной опоре и свободно опирается по периферии

на опорное кольцо, приваренное к корпусу аппарата.

Это обеспечивает свободную компенсацию темпе

ратурных деформаций. Смесь из транспортной ли

нии поступает к решетке через коническую воронку

(расширитель), также несколько выравнивающую

поток до решетки.

Рис. 6.20. Схема реактора с пылевидным катализатором:

1 — зона распределения сырья и катализатора; 2 — реакционная зона; 3 – от

стойная зона; 4 — циклоны; 5 — отпарная зона; I — сырье и катализатор;

II — продукты реакции; III — вывод катализатора, IV — водяной пар

707

В нижней части реактора путем

установки над решеткой вертикальной

перегородки образуют отпарную зону

(секцию), в которой отработанный ка

тализатор продувают перегретым водя

ным паром для удаления из него паров

углеводородов. Перегородку снабжают

несколькими рядами горизонтальных

прорезей, через которые катализатор

перетекает в зону отпарки вследствие

большой плотности кипящего слоя

реакционной зоны. Это препятствует

движению отпаренных углеводородов

в реакционную зону или к стоякам.

Пар для продувки катализатора вводят

по штуцеру в нижнем конусном днище

с помощью форсунок. Иногда отпарные

секции выносят за аппарат.

Реакционная зона является пусто

телой частью аппарата. Иногда для

ограничения внутренней циркуляции

сырья и катализатора здесь размещают

трубные решетки.

Высота зоны отстаивания обычно не

менее 4,5 м, чтобы увлеченные парами

мелкие частицы катализатора успе

ли осесть и снова попасть в кипящий

слой, высоту которого поддерживают

в пределах 6…8 м.

Пары вместе с не осевшей в отстой-

ной зоне катализаторной пылью, подни

маясь вверх, поступают в двухступенча

тый батарейный циклонный сепаратор,

состоящий из восьми циклонов (по че

тыре в каждой ступени). В каждом цик-

лоне можно установить самостоятель

ный стояк для возвращения отсепарированного катализатора в кипящий

слой. Учитывая, что в циклонах второй ступени улавливается меньше

катализатора, выходные трубы их объединяют в общий бункер с одним

стояком. Концы стояков, погруженные в кипящий слой, снабжают кла

Рис. 6.21. Реактор установки крекинга

с пылевидным катализатором:

I — ввод сырья и катализатора; II — ввод

продуктов реакции; III - вывод катализа

тора; IV— ввод водяного пара; V — ввод

остатка из колонны; 1 — корпус; 2 — пе

регородка; 3 — распределительная ре

шетка; 4 — опорный столик; 5 — опора;

6 — стояки; 7 — конус; 8 — циклоны

708

панами-хлопушками, предотвращающими прорыв паров из этого слоя

в стояки. Циклонные батареи со стояками подвешивают в верхней части

аппарата за элементы, приваренные к корпусу. Стояки циклонов прикреп-

ляют к нему тягами, не препятствующими свободной компенсации темпе

ратурных деформаций. Пары из циклонов направляют в сборную камеру

реактора и по шлемовым трубам отводят в ректификационную колонну.

Отработанный катализатор, на поверхности которого содержится

1,1…1,3 % кокса, удаляют из аппарата через нижний штуцер и стояк.

Трубопроводы для подвода к реактору и отвода от него сырья, продук

тов реакции и катализатора имеют диаметр до 1 м. Эти трубопроводы

необходимо присоединять к корпусу таким образом, чтобы темпера

турные деформации их не передавались аппарату. На рис. 6.22 показан

вариант такого соединения, предусматривающий установку линзового

компенсатора на штуцеры и гильзовый ввод трубы.

Все внутренние устройства реактора работают в условиях высоких

температур при сильной эрозии потоком катализатора, поэтому их из

готовляют из сталей марок 08X13 и 1Х18Н9Т.

Рабочие параметры. Основными эксплуатационными показателя

ми реактора являются температура и давление. Средняя температура

в реакционной зоне определяется количеством введенных в аппарат сы

рья и катализатора, их температурой и свойствами. Температурный ре

жим работы реактора при постоянных сырье и катализаторе регулируют

изменением температуры предварительного нагрева сырья и кратности

циркуляции катализатора.

Кратностью циркуляции называют от

ношение количества регенерированного

катализатора, введенного в аппарат, к коли-

честву поступающего вместе с ним сырья.

Это отношение регулируют увеличением

скорости подачи катализатора или умень

шением количества поступающего в реактор

сырья. Кратность циркуляции катализатора

обычно принимают в пределах 4…6.

При высокой кратности циркуляции

средняя температура в реакционной зоне

возрастает и осуществляется более глубо

кий крекинг. Вместе с тем высокие кратнос-

ти циркуляции приводят к сильному абра

зивному износу оборудования и некоторым

другим технологическим трудностям.

Рис. 6.22. Соединение

трубопровода большого диаметра

с корпусом аппарата:

1 — корпус; 2 — линзовый компенса

тор; 3 — ввод пара на продувку ката

лизатора; 4 — трубопровод

709

Регенераторы. Корпус ре-

генератора представляет собой

вертикальный цилиндр с верх

ним и нижним коническими

днищами. Основное конструк

тивное отличие регенератора от

реактора — наличие в кипящем

слое зоны, где размещены кол

лекторные трубные змеевики,

предназначенные для отбора

избыточного тепла реакции.

В некоторых регенераторах эту

зону устраивают выносной (вне

аппарата). Тогда катализатор из

регенератора поступает в корпус

теплообменника и вновь возвра

щается в регенератор.

Общий вид регенератора

диаметром 7000 мм, высотой

21 450 мм приведен на рис. 6.23.

Восстановление катализатора

в нем проводят при 580…650 °С,

поэтому корпус аппарата изго

товлен из углеродистой стали

и покрыт изнутри слоем ша

мотной футеровки толщиной

в один кирпич (250 мм). Между

стенкой корпуса и футеровкой —

слой тепловой изоляции (шла

коваты). Для защиты футеро

ванной поверхности от износа

и разрушения ее облицовыва

ют листовой сталью толщиной

6 мм. Футеровка верхнего кони

ческого днища выполнена из подвесных кирпичей. Применяют внут-

реннюю изоляцию корпуса регенератора торкрет-бетоном. Для этого

к корпусу приваривают шпильки, устанавливают сетчатую металличес-

кую арматуру и наносят слой бетона толщиной 175 мм. Бетонный слой

покрывают экранирующей сеткой и слоем торкрет-бетона толщиной

25… 30 мм.

Рис. 6.23. Регенератор установки крекинга

с пылевидным катализатором:

I — ввод катализатора; II — вывод катализатора;

III — вывод дымовых газов; IV — ввод воздуха;

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — защитная облицов

ка; 4 — распределительная решетка; 5 — короб для

распределения воздуха; 6 — топливная форсунка;

7 — охлаждающие змеевики; 8 — стояки; 9 — во

дяная форсунка; 10 — циклоны

710

Все внутренние устройства регенератора выполняют из стали мар-

ки 1Х18Н9Т. Отработанный катализатор поступает в нижнюю часть

аппарата по трубе диаметром 800 мм с коническим диффузором, рас

ширяющимся в сторону распределительной решетки. Воздух подают

в слой катализатора через кольцевые прямоугольные короба, снабжен

ные перфорированными верхними листами (диаметр отверстий 10 мм).

Короба устанавливают в кольцевом участке между корпусом и распре

делительной решеткой.

В течение одного часа в кипящем слое регенератора выжигают

1500…1600 кг кокса. Процесс сопровождается выделением большого

количества тепла, избыток которого (1,4…1,6 кВт) отнимают парово

дяной смесью, прокачиваемой через охлаждающий трубный змеевик.

Этот змеевик, состоящий из нескольких самостоятельно выключаемых

секций, располагают вертикально по периферии корпуса на определен

ном участке (в псевдоожиженном слое).

Размеры кольцевых трубных коллекторов секций — 219

× 8 мм,

теплообменных труб — 60 × 6 мм.

В корпусе регенератора ниже пароводяных коллекторов размеще

ны форсунки для разогрева аппарата и катализатора в начале пуска

установки.

Газы реакции (дымовые газы) вместе с частью увлеченного потоком

катализатора поступают в двухступенчатый циклонный сепаратор, под

вешенный вверху аппарата. Сначала газы направляют в шесть циклонов

первой ступени. Отсепарированный в них катализатор собирают в три

бункера (один бункер на два циклона) и по их стоякам возвращают

в кипящий слой. Далее газы проходят через шесть циклонов второй сту

пени, где доочищаются от катализатора, поступающего в общий бункер,

и также возвращаются по стояку в псевдоожиженный слой.

При правильном подборе режима выжигания кислород воздуха ис

пользуется полностью. Если в газах регенерации содержится свобод

ный кислород, то в верхней части аппарата окись углерода полностью

окисляется до двуокиси углерода и температура среды резко повыша

ется. Чтобы не допустить дезактивации катализатора и предохранить

внутренние устройства от воздействия высокой температуры, в корпусе

регенератора, несколько ниже циклонов, устанавливают по окружности

форсунки, а над циклонами — кольцевой перфорированный коллектор

для подачи охлаждающего конденсата. Следует избегать подачи боль

шого количества воды, чтобы предотвратить увеличение уноса катали

затора и повышение механического износа циклонов.

Газы, очищенные от катализатора, из циклонов поступают в сбор

ную камеру, реактора. Отсюда через котел-утилизатор, где используется