Основное оборудование на установках вторичной переработки остатков

Принципы действия и устройство реакторов: Учитывая высокие температуры вторичных процессов, необходимо вести предварительный подогрев сырья в трубчатых печах. Для некоторых термических процессов трубчатая печь является одновременно и реактором: в начальной части змеевика проводится нагревание сырья до температуры реакции, а остальной участок труб служит для компенсации затрат тепла на крекинг. Если температура термического процесса умеренная и время реакции измеряется минутами и даже часами, то тепло, аккумулированное частично превращенным сырьем в нагревательно-реакционной печи, используется затем для дальнейшего углубления процесса в выносной реакционной камере без внешнего обогрева. Затраты тепла на реакцию в подобных камерах сопровождаются снижением температуры реакционной смеси, т.е. камера работает в режиме, близком к адиабатическому. Для термокаталитических и термических процессов широко используют принципы передачи тепла сырью посредством прямого контакта сырья с горячим твердым теплоносителем. Для термических процессов применяют также газообразные теплоносители (водяной пар, водород, углеводородные газы). Твердым теплоносителем для термокаталитических процессов является катализатор, для термических – инертный материал (кокс, песок). Частицы твердого теплоносителя имеют разные размеры – от крупных гранул округлой или цилиндрической формы до мелкого порошка размером 10-100 мкм. Виды контакта сырья с частицами теплоносителя могут быть различными: а) теплоноситель неподвижен – его предварительно разогревают, сжигая в отдельном аппарате топливо и подавая в реактор дымовые газы; можно также сжигать в токе воздуха смолисто-коксовые отложения, образующиеся на поверхности теплоносителя в результате процесса, протекающего в реакторе. Для некоторых каталитических процессов необходимое тепло вносится парами сырья, температура которых по мере протекания процесса в слое неподвижного катализатора снижается, и пары продуктов имеют более низкую температуру, чем вводимое сырье. Этот случай относится к процессам, протекающим с поглощением тепла. Если процесс протекает с выделением тепла, можно обеспечить изотермический режим реактора, снимая избыток тепла холодным водородом. Процессы подобного типа относятся к непрерывным, а катализатор уже не является теплоносителем. Если теплоноситель служит и катализатором, то с увеличением размера гранул уменьшается степень использования внутренней поверхности катализатора. Однако, применяя стационарный слой, нельзя брать очень маленькие гранулы, т.к. при этом резко возрастает сопротивление слоя. Если процесс протекает со значительным тепловым эффектом, соблюдение технологического режима затрудняется недостаточно интенсивной теплопередачей от частиц стационарного слоя к сырью, а также плохой теплопроводностью всей массы теплоносителя. Еще один недостаток описываемой системы – необходимость использования легкоиспаряющегося сырья, так как наличие жидкой фазы приведет к неравномерному распределению сырья, к агломерации частиц теплоносителя в результате их слипания и закоксовывания. Примерами реакционных устройств со стационарным слоем твердого каталитически активного материала являются реакторы каталитического риформинга, изомеризации, гидроочистки и гидрокрекинга. Применение стационарного инертного материала в качестве теплоносителя мало распространено; б) реакционное устройство с движущимся теплоносителем – в таком реакторном блоке применяют движущийся сверху вниз под действием силы тяжести сплошной поток твердого теплоносителя. Неразрывность потока создается гидравлическим сопротивлением в нижней части аппарата, переходящей в стояк-трубопровод, который выводит теплоноситель должны быть крупными (не менее 2 мм) и иметь округлую форму; последнее облегчает их перемещение и сокращает потери от истирания. Сырье можно подавать прямотоком или противотоком к теплоносителю. Теплоноситель охладившийся в результате контакта с сырьем, транспортируют в нагреватель (регенератор). Там температура теплоносителя поднимается до первоначальной за счет сгорания кокса, отложившегося на его частицах, или за счет сжигания другого топлива. Теплоноситель нагревается в противотоке воздуха или дымовых газов, поступающих из нижней части нагревателя. Нагретый теплоноситель через второе транспортное устройство возвращают в реактор.

Применение движущегося теплоносителя по сравнению со стационарным весьма целесообразно. Функции реактора и нагревателя распределяются между двумя аппаратами, что позволяет спроектировать и эксплуатировать каждый из них наиболее эффективно. Принцип движущегося слоя крупногранулированного теплоносителя используют в процессах каталитического крекинга, пиролиза и др. в) в реакторных устройствах, работающих по принципу «кипящего» или псевдоожиженного слоя, твердый теплоноситель находится в виде более или менее тонкого порошка; для каталитического крекинга используют катализатор с частицами от 10 до 120 мкм. Под действием потока газа или паров, мелкие частицы теплоносителя приходят в движение, образуя интенсивно перемешиваемый слой, в котором и протекает процесс. Псевдоожиженный слой твердых частиц напоминает жидкость не только по внешнему виду, но и по способности легко перемещаться из одного аппарата в другой по трубопроводам: вниз под действием силы тяжести и вверх с потоком газа или паров. Псевдоожиженный слой характеризуется высокой интенсивностью перемешивания частиц и значительной теплопередачей от слоя к газу или наоборот. Процессы с псевдоожиженным слоем теплоносителя широко применяют в нефтеперерабатывающей промышленности. По этому принципу работают реакционные устройства установок каталитического дегидрирования бутана, гидрокрекинга. Из родственных нефтепереработке процессов следует назвать газификацию угля, синтезы на основе водяного газа. Погоноразделительная аппаратура: Продукты термических и термокаталитических процессов направляют обычно в систему погоноразделения. В зависимости от вида процесса последовательность и тип погоноразделительных аппаратов различны. Если требуется выделить из продуктов реакции наиболее тяжелые компоненты, то после реактора устанавливают полый цилиндрический аппарат – эвапоратор, в котором происходят конденсация и отделение тяжелого остатка. Иногда, для того чтобы обеспечить эту конденсацию, в линию, соединяющую реактор с эвапоратором, подают насосом заданное количество охлаждающего нефтепродукта. Колонны крекинг–установок в основном не отличаются от колонн атмосферной перегонки нефти по типу тарелок, способу подачи орошения, устройству отпарных секций для боковых погонов. Однако крекинг–колонны обладают и некоторыми особенностями, вызванными спецификой деструктивных процессов. К этим особенностям принадлежит, в первую очередь, значительный избыток тепла, вносимый в колонну парами из реактора или из эвапоратора. Например, на установках каталитического крекинга в колонну входят пары продуктов, нагретые до 500-520⁰С; при замедленном коксовании – пары из коксовых камер с температурой ≈450⁰С; на установках термического крекинга под давлением применяют комбинированные колонны. Их нижняя часть служит аккумулятором для смеси тяжелого сырья и рециркулята, со сборной тарелки отбирают легкую газойлевую фракцию, а сверху уходит смесь паров бензина и газа. Если в колонну сырье не подают, нерационально снимать избыток тепла только верхним орошением колонны, и практикуется подача промежуточного циркуляционного орошения в нескольких сечениях колонны. Тепло, отнимаемое циркуляционным орошением, используют для подогрева сырья в теплообменниках или для получения водяного пара. Для крекинг- колонны характерно также отсутствие отпарной секции для остатка, т.к. последний либо направляют на крекинг, либо отводят как побочный продукт, не требующий четкой ректификации.

Все процессы деструктивной переработки нефтяного сырья сопровождаются газовыделением, поэтому для многих термических и термокаталитических процессов характерны газосепараторы. Их назначение – отделить жидкий продукт, чаще всего бензин, от газа. В зависимости от назначения давление в газосепараторах бывает различным. Чем выше давление в газосепараторе, тем легче газ, отделяющийся от жидкой фазы, и тем больше растворено в жидкости более тяжелых газообразных компонентов. Например, в системах каталитического риформинга, гидроочистки, гидрокрекинга, протекающих в атмосфере циркулирующего водорода, первый по ходу газожидкостной смеси газосепаратор служит для отделения водородсодержащего газа, в котором концентрация водорода достигает 90%, а остальные 10% - в основном метан и этан. Катализат, содержащий растворенный углеводородный газ, перепускают во второй газосепаратор, где давление ниже и где за счет перепада давления из катализата выделяется большая часть растворенного газа.

Давление в первом газосепараторе обычно близко к давлению в реакторе, отличаясь от него только на величину гидравлических потерь в системе теплообмена и конденсации паров. Так, избыточное давление в газосепараторе на установке каталитического крекинга не превышает 0,1-0,15 МПа, поэтому для вывода жирного газа из системы на разделение приходится использовать компрессор. В противоположность этому, на установке гидрокрекинга водородсодержащий газ из сепаратора уходит при 15-17 МПа.