Процестің теориялық негіздері

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 24 бет
Таңдаулыға:

КІРІСПЕ

Каталитикалық крекинг өндірістік масштабы АҚШ-та ең көп тараған процесс, оның үлес салмағы мұнайды алғашқы өңдеу көлеміне есептегенде 1986 жылы 38,1 пайыз, ал кейбір МӨЗ ол 50 пайыздан жоғары құрады. Бұл процестің дамыған Батыс Европа елдері МӨЗ үлесі 10-14 пайыз, ал бұрынғы КСРО-да бар болғаны 4 пайыз.
Каталитикалық крекингтің қазіргі өндірістік қондырғыларының мынадай типтері болады:
Ірі түйірлі катализатордың қозғалушы қабатымен (түйірдйң орта мөлшері 2-5 мм);
Ұнтақ катализатордың жалған сұйылушы қабатымен (түйірдің максималды диаметрі 120-150 мкм);
Тура қозғалушы (лифт) типтес реактормен.
Ауысу-айналу типтес қондырғылар - катализатордың қозғалмайтын қабатымен қазіргі кезде өндіріс көлемінде жұмыс стемейді.
Жалған сұйылушы қабатты жүйелерде активті цеолитті катализаторларды пайдаланғанда шикі заттын көп бөлігі реакциялық аумаққа жетпей-ақ пневмотасымалдау желісінде крекингтеледі. Осындай катализаторға сәйкес реактордың конструкциясын өзгерту қажеттігі туындайды, жалған сұйылушы қабатты әдетті аппаратты лифт типтес аппаратқа ауыстырады. Мұндай қондырғылар қазір көп қолдануда, бұған ескі қондырғылардың реакторын жаңа жабдықтаудың оңай іске ауысуды да көмесктеседі. Ірі түйірлі қозғалушы қабатты цеолитті катализаторды қолдану, олардың активтігін толық пайдалануға катализаторды қолдану, олардың активтігін толық пайдалануға мүмкіндік береді.

1 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1.1 Процестің теориялық негіздері

Мұнай көмірсутектерінің тәжрибелік маңызы бар химиялық ауысуыларының көбісі катализаторлардың қатысуымен жүреді. Катализаторлар химиялық реакциялардың активтеу реакциясын төмендетіп, нәтижессінде олардың жылдамдығын өсіреді. Катализдің жалпы мәні мен мәнісі осында. Реакцияларды катализаторлардың қатысуымен жүргізу, сонымен қабат процестің температурасын күрт төмендетіге мүмкіндік береді. Жылу эффектісі оң реакциялары үшін (полимерлеу, гидрлеу, алкилдеу және т.б.) бұл өте маңызды, себебі термодинамикалық көзқарас бойынша, жоғарғы температура оларға кері әсер етеді. Катализатордың кез - келген түрі бастапқы реагенттермен активті түрде әрекеттеседі, бірақ оның процеске қатынасуы ауысудың тек бастапқы сатысымен шектеледі. Келесі сатыларда ол толық регенерацияланады да, реакциялаушы заттардың молекулалармен қайтадан әрекеттесу мүмкін. Осымен катализатордың аз мөлшерін реакцияның соңғы өнімдерін өте көп мөлшерде алуға болатынын түсіндіреді. Катализатордың қатысуымен аралық жүйеге түзелу себебімен химиялық реакцияның активтеу энергиясының кемуі дәлелденген факт. Бірақ катализатормен мұндай әрекеттесудің сипаты әрқилы болуы мүмкін.
Катализ гомогенді және гетерогенді болып бөлінеді.Гомогенді катализде катализатор мен реакциялаушы заттар біртекті жүйе түзеді, мысалы, газ қоспасын немесе сұйық ерітіндіні. Гетерогенді катализде катализатор көбісіне қатты фазада болады, ал реакциялаушы заттар - газ немесе бу қалпында, яғни басқа фазаны құрайды. Катализатор мен реагенттер бір-бірімен араласпайтын сұйық болуы да мүмкін. Мұндай өңдеу өндірісінде отын өндірудің каталитикалық процестерінің ең көп тараған - каталитикалық крекинг, изомерлеу, алкилдеу, гидрокрекинг. Жаңа процестер арасында 90 % астамы катализаторларды қолдануға негізделген.
Сонғы кездері катализ тетігін қарауда барлық каталитикалық реакцияларды қышқыл-негіздігі және тотығу - тотықтыруға бөлу көп тараған.
Қышқыл - негізді немесе иодды (гетеролитикалық) реакциялар деп сутегі ионын қосумен немесе бөлумен, сонымен қатар, комплекстік қосылыста координациялық байланыс түзу арқылы, реакцияласушы заттар немесе катализатордың бас жұп электрондарының бөлінуінсіз жүретін реакцияларды атайды. Льюс теориясы юойынша, қышқыл деп молекаласы жұп электронды қосып алу қабілетті қосылыстарды, яғни, оны өз атомдарының біреуінің электрондық қабатына қосып ала алатынды атайды.
Негіз деп молекуласында бөлінген жұп электрондары бар, қышқылдың электрондық қабатына енуге қабілетті қосылыстарды атайды. Бұл қышқылдар мен негіздердің өте жалпы түсініктері. Осы көзқарас бойынша қышқылдар тобына, кәдімгі қышқылдардан бөлек, құрамында сутегі жоқ мынадай қосылыстар AlCl3, FeCl3, BF3 жатады.
Қышқыл-негізді каталитикалық реакцияларға каталитикалық крекинг, полимерлеу, изомерлеу, көмірсутектерді гидротациялау және басқа бірнеше ауысулар жатады.
Тотығу-тотықсыздану (гоиолитикалық) реакциялар деп электрондардың ауысуымен бацланысты, яғни валенттік байланыстың үзілуінде электрон жұбының бөлінуімен жүретін реакцияларды атайды. Оларға көптеген тотығу, гидрлеу, дегидрлеу және т.б. реакциялар жатады.
Гомогенді катализ. Гомогенді катализдің тетігі аралық химиялық қосылыстар теориясымен түсіндіріледі. Бұл теория бойынша катализатор реакциялаушы заттармен тұрақсыз реакцияға қабілетті аралық қосылыс түзеді. Бұл процестің активтеу энергиясы каталитикалық емес негізгі реакцияның активтеу энергиясынан төмен. Одан әрі аралық қосылыс катализаторды бастапқы қалыпта бөлумен ыдырайды немесе бастапқы заттың жаңа молекуласымен реакцияға түседі. Бұл ауысулар да аз активтеу энергиясымен сипатталады.
Гетерогенді катализ. Гетерогенді катализде реакцияласушы заттардың өзгеруі мен ауысуы катализатордың қатты фазасы мен реакцияласушы заттардың газ (бу) фазасының арасында орын алады және бұл негізінен сорбция құбылысымен байланысты. Жалпы қатты кеуекті катализатордағы катализ мынадай элементарлық сатылардан тұрады:
Реакцияласушы заттардың ағым ортасынан катализатор бөлшегі бетіне эффективті сыртқы диффузиясы;
Катализатор кеуек тесіктеріне эффективті ішкі диффузиясы;
Бір немесе бірнеше реакцияласушы компоненттердің катализатор бетінде беттік химиялық қосылыс түзумен активті (химиялық) адсорбциялануы;
Өнім-катализатор типтес беттік комплекстер түзумен атомдардың орын алмастыруы;
Катализ өнімдерінің десорбциясы (катализатордың активті ортасының регенерациялануы);
Бөлшек бетінен өнімнің диффузифсы;
Катализатор бөлшегінің тесіктеріндегі өнім диффузиясы.
Гетерогенді каталитикалық процестің жалпы жылдамдығы ең аз сатысымен анықталынады. Каталитикалық реакциялардың жүруінде үш шеңбер белгіленеді: кинетикалық, ішкідиффузиялық, сыртқыдиффузиялық. Егер алғашқы және соңғы өнімдер диффузиясы каталитикалық реакциядан жылдам жүрсе, онда процестің жылдамдығы катализатор бетіндегі барлық ауысулардан баяу жүрсе, онда реакцияның жалпы жылдамдығы сыртқы және ішкі диффузия жылдамдығымен анықталанады. Мұндай жағдайда процесс диффузиялық шеңберде жүреді. Гетерогенді каталитикалық реакцияларда активтеу реакциясының азаюы активті адсорбция (хемосорбция) сатысын сипаттайтын күрделі физика-химиялық процестер нәтижесінде орын алады.
Хемосорбция - бұл катализатор бетінде реакцияласушы заттардың берік бірмолекулалы қабат түзуі. Хемосорбция катализатордың валенттік күші есебінен орын алады. Ондай жерлер катализатордың үшкір бұрыштары, қырлары, әртүрлі тегіс емес жерлері, химиялық біркелкі емес бөлшектері, кристалдардың қабырғалары және т.б. Жалпы алғанда, катализатордың беті неғұрлым өсік болған сайын, соғұрлым оның активті орталары көп болады. Сондықтан катализатордың активтігінің өсуі көбінесе оның ұнтақталу дәрежесіне және кеуекті құрылымының жетілуіне байланысты.
Мұнай шикі затын катализаторлар қатысуымен крекингтеу, яғни, каталитикалық крекинг, қазіргі кезде ең көп тараған мұнайды терең өңдеу тәсілдерінің негізгісі, автомобил бензиндерінің базалық компоненттерін өндірудің негізгі әдісі. Крекинг процесінде катализаторды қолдану көмірсутектердің ауысу тетігіне көп өзгерістер еңгізумен қабат, алынатын өнімдер құрамын да өзгертеді. Каталитикалық крекингтің артықшылығы, біріншіден процестің жалпы жылдамдығы біршама азайтуға және процесті төменгі қысымда жүргізуге болатындығы; екіншіден, бұл өте маңызды, катализатордың талғамды әсері крекинг бензині құрамында жоғары октан санды арендердің, изоалкандардың және изоалкендердің жиналуына алып келіп соғатын реакцияларды жылдамдатуы.
Процесті бу фазасында 490-5400С, қысым 0,15 МПа жоғары емес алюмосиликатты (АС), қазіргі кезде негізінен микросфералы цолитті катализатордың қатысуымен жүргізеді.

1.2 Шикізат, реагент және дайын өнім сипаттамасы

Шикізат Прорва кен орнынан беріледі. Прорва мұнай кен орны, Батыс Прорва- Каспий маңы ойпатының оңтүстік-шығыс шетінде, Сарықамыс кентінен оңтүстік батысқа қарай 25 км жерде орналасқан. Іздестіру, бұрғылау жұмыстары 1964-1975жылдары жүргізілді. Кен тұз күмбезді құрылымнан орын алған. Тұз бетіндегі мұнай қабаттарында юра мен триас шөгінділері өнікті болып табылады. 9 өнікті қабатқа бөлінген. Юраның өнікті кабаттары 2179-2320 м, триастікі 3109-3308 м тереңдіктерде орналасқан. Юра қатқабаттарындағы иірімдердің мұнайлы бөлігінің биіктігі 10-28 м, триастікі 36-75 м, газды бөліктері тиісінше 25 -- 56 м. Каталитикалық крекингтің нәтежесі шикізаттың жалпы айналым дәрежесіме, мақсатты өнімдердің шығымы менсапасы мен анықталады.
Айналу тереңдігі деген ұғым - газ, бензин және кокстің қосынды шығымы менсипатталады. Ауыр шикі заттың (б.қ. 300-320С) айналу тереңдігін сипаттағанда осы өнімдерге қоса дизель отынның фракциясының шығымында қоса есептеу қажет.
Каталитикалық крекинг процесінде жоғары октан санды бензин фракциясы мақсатты өнім болып саналады. Бензиннен бөлек бұл процесте тағы көмірсутекті газ, жеңіл газойл, ауыр газойл және кокс түзіледі.Кокс катализатор бетіне отырады да олрегенерация кезінде жоғалып кетеді. Өнімдердің мөлшері және сапасы менпроцес параметрлеріне тікелей байланысты.
Каталитикалық крекингтің ең негізгі шикізаты 200-500 0С арасында қайнайтын фракциялар болып саналады, көбінесе қолданылатыны алғашқы айдаудың вакуум фракциясы (350-500 0С) және кокстеудің, термиялық крекингтің және гидрокрекингтың газойлдары. Жеңіл шикізаттардан базалық ұшақ бензин компонентін алуда, ал ауырлауын автобензин компонентін өңдіруге пайдаланады. Қоспа шикізаттарыда (225-490 0С, 265-500 0С) автобензин өндіруде пайдаланады.
Бастапқы шикізаттың сапасы катализатор жұмысына үлкен әсер етеді. Шикізатта қанықпаған және көп сақиналы арендердің көп болуы немесе фракциялық құрамының ауырлауы кокс түзетілуін үдететіде катализатор тез активтігін жоғалтадв. Осы себептермен кокстеумен термиялық ктекинг газойлдерін (20-25% көп емес) тура айдау мен алынған шикі затқа қарағанда күрделілеу. Шикі затқа шйыр,-күкірт,- азот және металдар қосылыстарының болуы тағы да катализатродың активтігі мен талғамдығын төмендететі. Сондықтан, тіптен тура айдау мен шайырлы және күкірті мұнайлардан алынған газойлдердіде крекингтегенде, шикі заттың соңғы қайнау температурасын 480-490 0С шектеуге тура келеді. Төменде каталитикалық крекинг шикізаты көп қолданылады.
Алдын-ала гидротазалаудан өткен шикі затты крекингтеудің, азоттың және металдардың мөлшері көп төмендейді, сонымен қатар оның кокстенуіде азаяды. Осылай дайындаған шикізатты крекингтеу кокспен газ шығымын азайтып, бензин шығынын өсіреді. Алынған өнімдер сапасы жақсарады,
бензиннің октан саны өседі, сондықтан оларды әрі қарай тазарту қажет болмайды. Қалдық шикізаттан шайыр-асфальтан заттарын бензин мен немесе сұйылтылған пропан мен алдын-ала асфальтсызданзыру оң эффект береді.
Каталитикалық крекингтің өндірістік қондырғыларында шикізаттың катализатормен жанасуын әртүрлі әдістер мен әр мезгілді уақыттарда жүргізіледі:
а) шикізатты тура ағынмен жәй қозғалушы ірі бөлшекті катализатор қабатына берумен;
ә) шикізатты ұнтақ катализатормен бірге жалған сұйылушы қабатқа берумен
б) реакцияны шикі зат буларында катализатор қалқымасы қозғалатын лифт типтес біркелкі ағын ағын реакторда жүргізіледі;
Шикізат пен катализатордың жанасу уақыты көлемтік жылдамдық пен, яғни, реакциялық аумақты алатын сұйық шикі зат шығынының (м³сағ) катализатор көлеміне (м³) қатынасымен анықталады.

1.3 Қондырғының технологиялық сызбасы

Шикі зат 1 пешке беріледі. Онда 350 0С дейін қыздырылған шикі зат 2 ректификациялау колоннасының төменінен түсуші айналушы газойлдерімен араластырылады. Шикі зат пен рециркулят қоспасы катализатор тасымалдағыштың көтеруші тұрағына беріледі, онымен катализатор, шикі зат және рециркулят 10 реакторға көтеріледі.
Каталитикалық крекингтеу тұрақта басталып реактордың қайнаушы қабатында бітеді. Реактордың буландырушы алқабына берілетін реакция өнімдері мен су булары 490-5000С және 0,18 МПа, реактордың жоғарғы штуцері арқылы шығып, 13 ректификациялау колоннасының төменіне түседі. 13 колоннаның жоғарысынан газ, бензин мен су булары конденсатор - тоңазытқышына түседі, ал одан конденсациялаудан кейін - сепаратор, одан су қабатына, бензин қабатына және газға бөлінеді.
Газ 9 компрессормен газ бөлуге беріледі, бензин 13 колоннаның жоғарысына аздап ағын есебінде беріледі, ал балансты мөлшері - тұрақтандыруға жіберіледі. 13 колоннаның бүйірлі айналымдары (195-3500С фракция және 3500С жоғарғы) 14, 15 тиісінше буландырушы секцияларға түседі, онда су буымен буландырылады. 195-3500С фракция сораппен алынап, қондырғыдан шығарылады, 3500С жоғарғы фракция қондырғыдан шығарылады. 13 колоннаның төменінен 10 реакторға шлам-ауыр газойлдың катализатор шаңымен араласқан қоспасы шығарылады.
Реактордың қайнаушы қабатынан катализатор жәй буландыру аумағына түседі, оған су буы беріледі. Катализатор бетінде адсорбцияланған шикі зат булары су буы әсерімен бөлінеді. Одан әрі катализатор катализатортасымалдағышпен ауамен араластыру түйініне түседі. Ауа ағымы катализаторды 6 регенераторға катализатор тасымалдағыштың өрлеуші желісі арқылы көтереді. Регенератордың иірмекқұбырына артық жылуды алу үшін бу немесе су береді. Коксты жағудан түзілегн түтін газы пайдалану - қазандығына түседі, өздерінің жылуын береді және катализатор шаңын ұстау үшін 3 электрофильтрге бағытталады, одан кейін атмосфераға шығарылады. Ауаны қыздыру және қысыммен регенераторға беру үшін 7 оттық қолданады.

1.4 Процестің параметрі

Көрсеткіш
Мәні
Гидротазаланған шикі затқа қуаты, тсағ. (350 0С дейінгі фракция - 18-20 % (көл))
160
Шлам шығыны, % (масс.) шикі затқа
6-7
Температура, 0С:
Шикі затты қыздыру
Лифт-реакторда
Регенераторда

340
500-540
640-650
Қысым, МПа:
Реакторда
Регенераторда

0,21-0,22
0,23-0,24
Катализатордың айналу жылдамдығы, тсағ
900-1100
Катализатордағы кокс мөлшері, % (масс.):
Кокстелген
Регенерацияланған

0,5-0,6
0,05-0,1
Түтін газдарындағы мөлшері, % (көл.):
СО
СО2

0,5
2-4

2 АППАРАТТЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫН ЖӘНЕ ЖҰМЫС ЖАСАУ ПРИНЦИПІН ТҮСІНДІРУ

Қондырғының негізгі аппараты болып реатор таңдалыды. Реактор катализатормен шикізат буларының үздіксіз жанасуын қамтамасыз ету үшін қолданылады реактордың негізгі үш бөлігі болады:
- катализаторға арналған бункер
- орталық - аралық сыйымдылық
- реакциялық аймақ - крекинг реакциялары өтеді
Сонымен қатар реакторда булармен катализаторды бөлуге арналған секция болады. Каталитикалық крекингтің негізгі реакциялары реакторда өтетін болғандықтан негізгі аппараты болып саналады. Реактор процестің үздіксіздігін қамтамасыз етеді.
Каталитикалық крекинг блогында микросфералы циолитті катализатор қолданып 50% дейін жоғары октанды бензин компонентін, дизель отынының фракциясын (жеңіл газойль), ауыр газойлді және көмірсутекті газдар компоненттерін алады. Шикізатты алдын-ала тазалау бензин шығымын 8% өсіреді және өнімге есептегенде кокс шығымын 20% кемітеді.
Химия реакторларының конструкциясы мен жүмыс режимі реакцияласатын заттардың агрегаттық күйіне жөне реакцияның жүру бағытын, жылдамдығын қамтамасыз ететін жағдайға (темп-pa, қысым, реагенттер концент - рациясы т. б.) сай болуы керек. Xимия реакторлары реакция үшін гомогенді жүйө (бір фазалы газ не сұйық) және гетерогенді жүйе (екі не үш фазалы мысалы: газ -- сұйық -- қатты дене) болып бөлінеді. Өнеркәсіпте қолданылатын Xимия реакторларына колоналар, камералар, контакт аппараттары, полимеризаторлар т. б. жатады.
Химиялық реакторлар -- химиялық реакцияларды жүргізуге арналған аппараттар.
Xимия реакторларындағы реакцияны қажетті жылдамдықпен жүргізу үшін реакцияласатын заттардың концентрациясын, температурасын реттеу, гетерогенді фазалардыц жанасу ауданын өзгерту, катализатор активтігін тұрақты күйінде сақтау т. б. әдістер қолданылады. Температуралық режимін жылу алмасу әдістері арқылы реттейді. Заттардың жанасу ауданын ұлғайту үшін қатты заттарды ұсатады. Xимия реакторларының сыртқы және ішкі құрылысы әр түрлі болады, бір өндірістің өзінде бірнеше реактор қолданылады.
Реактордың алдындағы аппараттардың негізгі міндеті шикізатты реакцияға дайындау, ал реактордан кейінгі орналасқан аппараттардың міндеті - реакцияның өнімдерін бөлу, оларды шоғырландыру немесе зиянды қосымшалардан тазарту болып табылады.
Реактордың алдындағы аппараттардың негізгі міндеті шикізатты реакцияға дайындау, ал реактордан кейінгі орналасқан аппараттардың міндеті - реакцияның өнімдерін бөлу, оларды шоғырландыру немесе зиянды қосымшалардан тазарту болып табылады.
Реакторларға қойылатын талаптар:
1) жоғары өнімділік пен қарқындылықты қамтамасыз ету;
2) максималды айналдыру дәрежесімен қамтамасыз етуі;
3) реагенттерді тасымалдау мен араластыруға кететін энергия шығынының төмен болуы;
4) құрылысы жеткілікті түрде қарапайым және бағасы арзан болуы;
5) экзотермиялық реакциялардың жылуы мен эндотермиялық процестерді жүргізу үшін сырттан берілген жылуды түгелдей толық жұмсауы;
6) жұмыс сенімді, мүмкіндігінше толық механикаландырылған және автоматтандырылған болуы қажет.

Кей жағдайда, көмекші операциялар (жылыту, ұнтақтау, еріту, буландыру, сұйық күйге айналдыру және т.б.) мен химиялық айналдыру, бір аппаратта жүруі мүмкін.
Реактордың құрылысы, жасауға қолданған материалы, автоматтау құралдарының жетілділігі, қолданудағы ыңғайлылығы мен қауіпсіздігі технологиялық процестің нәтижелік дәрежесіне әжептеуір әсер етеді.
Бірақта, атап өтілген талаптар бір-біріне қарама-қайшы сипаттамада болуы мүмкін. Мысалы, айналдыру дәрежесінің жоғарылауы аппараттың өнімділігін төмендетеді, ал жоғары дәрежеде механикаландыру мен автоматтау оның кымбаттауына әкеледі. Сондыктан, реактор жұмысының экономикалық нәтижелігі неғұрлым жоғары болуы үшін, орьндалатын шарттардың соған байланысты жиынтығын қамтамасыз ету кажет. Ол үшін әрбір көрсеткіштің аппарат жұмысының жалпы экономикалық нәтижесіне әсері ескеріледі.
Химия реакторларының конструкциясы мен жұмыс режимі реакцияласатын заттардың агрегаттық күйіне және реакцияның жүру бағытын, жылдамдығын қамтамасыз ететін жағдайға (температура, қысым, реагенттер концентрациясы т. б.) сай болуы керек
Химиялық реакторлардың жіктелуі
Атқаратын міндеттеріне сай және өтетін реакторлардың ерекшеліктеріне байланысты реакторлардың конструкциялары да алуан түрлі болады. Жұмыс атқару ерекшеліктеріне байланысты реакторлар әр түрлі жікке бөлінеді.
Реагенттерді әкелу және шығару әдістері
Мерзімді (периодты)
Үздіксіз
Жартылай үздіксіз
Реагенттердің қозғалу және араласу тәртібі
Идеалды ығыстыру
Идеалды араластыру
Реакциялық аймақтағы температурасы
Адибаттық
Изотермалық
Политроптық (аралық)
Конструктивті ерекшеліктеріне байланысты:
Xимия реакторлары реакция үшін гомогенді жүйе (бір фазалы газ не сұйық)
гетерогенді жүйе (екі не үш фазалы мысалы: газ -- сұйық -- қатты дене)
Конструктивті ерекшеліктеріне байланысты:
Сыйымдылықты (емкостные) реакторлар:
Колонналы реакторлар (барботажды және насадкалы колонналар);
Жылу алмастырғыш типті реакторлар.
Реактордың жұмыс ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.