Каталитикалық крекинг процесі мен аппараты

Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

Каталитикалық крекинг
1.1 Катализаторлар мен каталитикалық процестерді жетілдіру ... ... ... ..
1.2 Крекинг катализаторлары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.3 Крекинг катализаторының активсізденуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.4 Өндірістік крекинг катализаторлары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

Каталитикалық крекинг процесі мен аппараты
2.1 Каталитикалық крекинг шикізаты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Каталитикалық крекингтің техникалық сызбасы ... ... ... ... ... ... ... ... .

Есептік бөлім
3.1 Процестің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2 Процесстің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

4. Мұнай және газ кен орындарындағы қауіпсіздік ережелері ... ... ... ... ... .
5.Мұнай мен газ өндеудегі басты экологиялық мәселелері,қоршаған ортаны қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6. Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
7. Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

КІРІСПЕ
Қазіргі заманғы дүниежүзілік экономикада мүнай мен газдың алатын орны ерекше. Бүгінгі таңда миллиартаған адамдар есептеп жатпастан мұнай мен газды күн сайын, сағат сайын қолданады. Күнделікті тіршілігіміздің өзінде қаншама мүлай мен газды пайда-ланымыз десеңші. Үйімізде шам жанып, ыстық суымыз ағып тұрады; машинамен, қоғамдық көлікпен, үлпақпен, кемелерімен жүреміз. Тіпті ракеталарды алсак осылардың барлығы да мұнай мен газды пайда-ланады. Әлемнің ірі кен орындарында бүгінгі таңда мың жэне бес мың метр тереңдікке дейін мыңдаған, он мыңдаған мұнайдың сква-жиналары бүрғыланған. Миллиондаған бүрғылаушы жэне компрес-сорлық станциялар жер қыртысындағы мүнай мен газды жер астынан тартып, сорып, мұнай өнімдерінің қу-бырлары мен газ құбырлары дамыған елдер территориясына еніп тірі организмдегі қан тамырлары сияқты эртүрлі мемлекеттер мен континенттерді біріктіре байланыс-тыруда. Көмірсутек шикізаттары тиелген танкерлер қазіргі заманғы жүк таситын көліктің қатаң графигінде Дүниежүзілік мүхит аквато-риясында бағыт алуда. Үшінші мыңжылдыққа аяқ баса отырып, адам-зат қазір де мүнай мен газдың көмегімен өзінің ең қажетті жер бетін-дегі жэне космостағы проблемаларын шешуге тырысуда. Бір жарым ғасыр бүрынғыдай «ақылды адам» планета миллиард жылдар бойы тұрғызып, сақтаған мүнай мен газ қорын тоқтаусыз қолдануда, мұнай мен газ дүниежүзілік жылу энергетикалық шаруашылығында алдыңғы орындарды алады.

Қолданылған әдебиеттер
Сарданашвили А.Г., Львова А.И.
«Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа», М.,Химия, 1980.
Кузнецов А.А., Судаков Е.Н.
«Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов», Справочное пособие, М., Химия, 1983
Эмирджанов Р.Т., Лемберанский Р.А.
«Основы технических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии», Учеб.пособие для вузов, М.,Химия, 1989
Сериков Т.П., Оразбаев Б.Б., Джигитчеева К.М.
«Технические схемы переработки нефти и газа в Казахстане», Учеб.пособие для вузов, Атырау, 1994
Мановян А.К.
«Технология первичной переработки нефти и природного газа», Учеб.пособие для вузов, М., Химия, 2001
Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г.
«Химия и технология нефти и газа»,М., Химия, 1985
Ахметов С.А.
«Технология глубокой переработки нефти и газа», Уфа, Гилем, 2002
«Безопастность труда в нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих производствах. Правила и нормы», М., Недра, 1989
Серіков Т.П., Ахметов С.А.
«Мұнай және газды терең өңдеу технологиясы», 3 томды, Атырау, 2005
Омарәлиев Т.О.
«Мұнай мен газдан отын өндіру арнайы технологиясы», Астана, Фолиант, 2005
Бишімбаева Г.Қ., Букетова А.Е.
«Мұнай және газ химиясы мен технологиясы», Алматы, Бастау, 2007

Пән: Мұнай, Газ
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 38 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Каталитикалық крекинг
0.1 Катализаторлар мен каталитикалық процестерді жетілдіру ... ... ... ..
0.2 Крекинг катализаторлары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
0.3 Крекинг катализаторының активсізденуі ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .
0.4 Өндірістік крекинг катализаторлары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

Каталитикалық крекинг процесі мен аппараты
2.1 Каталитикалық крекинг шикізаты ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2 Каталитикалық крекингтің техникалық сызбасы ... ... ... ... ... ... ... ... .

Есептік бөлім
3.1 Процестің материалдық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2 Процесстің жылулық балансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

4. Мұнай және газ кен орындарындағы қауіпсіздік ережелері ... ... ... ... ... .
5.Мұнай мен газ өндеудегі басты экологиялық мәселелері,қоршаған ортаны қорғау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
6. Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
7. Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

КІРІСПЕ
Қазіргі заманғы дүниежүзілік экономикада мүнай мен газдың алатын орны ерекше. Бүгінгі таңда миллиартаған адамдар есептеп жатпастан мұнай мен газды күн сайын, сағат сайын қолданады. Күнделікті тіршілігіміздің өзінде қаншама мүлай мен газды пайда-ланымыз десеңші. Үйімізде шам жанып, ыстық суымыз ағып тұрады; машинамен, қоғамдық көлікпен, үлпақпен, кемелерімен жүреміз. Тіпті ракеталарды алсак осылардың барлығы да мұнай мен газды пайда-ланады. Әлемнің ірі кен орындарында бүгінгі таңда мың жэне бес мың метр тереңдікке дейін мыңдаған, он мыңдаған мұнайдың сква-жиналары бүрғыланған. Миллиондаған бүрғылаушы жэне компрес-сорлық станциялар жер қыртысындағы мүнай мен газды жер астынан тартып, сорып, мұнай өнімдерінің қу-бырлары мен газ құбырлары дамыған елдер территориясына еніп тірі организмдегі қан тамырлары сияқты эртүрлі мемлекеттер мен континенттерді біріктіре байланыс-тыруда. Көмірсутек шикізаттары тиелген танкерлер қазіргі заманғы жүк таситын көліктің қатаң графигінде Дүниежүзілік мүхит аквато-риясында бағыт алуда. Үшінші мыңжылдыққа аяқ баса отырып, адам-зат қазір де мүнай мен газдың көмегімен өзінің ең қажетті жер бетін-дегі жэне космостағы проблемаларын шешуге тырысуда. Бір жарым ғасыр бүрынғыдай ақылды адам планета миллиард жылдар бойы тұрғызып, сақтаған мүнай мен газ қорын тоқтаусыз қолдануда, мұнай мен газ дүниежүзілік жылу энергетикалық шаруашылығында алдыңғы орындарды алады.
Алғашқы кен орындары Эмбі өзенінің бассейндерінде 1911 жылы ашылған болатын. Қазақстанның мұнай газ индустриясының даму бастамасы Қарашангүл аймағындағы барлау скважинасьшан мұнай-дың фонтан болып атқылаған уақыты осы кезеңге жатады. Бүгінгі таңда мұнайдың ең үлкен кен орны еліміздің батысында орналасқан. Атырау жэне Маңғыстау облыстарының территория-сында мұнайдың өндірістік қорларынан тұратын 70% қазақстандык кен орындары бар. Анықталған 207 кен орындарының 80-ге жуығы Атырау облысында, Каспий өңірі ойпатының территориясында орна-ласқан (1-ші кесте).
Маңғыстау облысында 54 кен орны, Ақтөбе облысында - 22, Оңтүстік Қазақстанда - 16, Батыс Қазақстанда - 15, Қызылорда облысында -11, Жамбыл облысында - 6 жэне Қараған-дыда - 4 кен орны бар. Мұның өзінде де Қазакстанның мұнай газ саласының потен-циалды мүмкіндіктері орасан зор. Алдын-ала болжаулар бойынша, республикадағы мүнай мен газ қоры 13 миллиард тоннадан асады, олардың жартысынан көбі Каспий теңізіндегі Қазақстан секторының шельфінің шегінде орналасқан. Каспий шельфін терең зерттеу жэне теңіздегі геологиялық барлау жұмыстарының дамуы 2000 жылы оте ірі Кашаган, Оңтүстік-Батыс Қашаған, Ақтоты теңіз кен орындарын табуға мүмкіндік берді. Аналитиктердің пайымдауы бойынша олар-ды игеру республиканың ірі мұнай ондіретін 10 елдің қатарына кіруге мүмкіндік береді. Осы сектордағы табиғи газдың геологиялық қор-лары 3 трлн. куб. м-ге жуық, алынатыны - шамамен 1 трлн. куб. м. Қазақстандағы ең ірі мұнай кен орындары Теңіз (мұнай) кен орны, Өзен (мұнай-газ), Қарашығанақ (мұнай-газ конденсатты), Қаламкас (мұнай-газ) болып табылады.
Қазіргі уақытта Қазақстан Республикасының мұнай өндіретін аймақтарында, әсіресе бұрыннан мұнай өндіретін Кен орындарында,далада мұнайдың және мұнай шламдарының өте көп мөлшері жинақталған.Ресми деректерге сүйенсек, мұнайлы қалдықтар мөлшері 30 млн тоннаға жуық, 2000-нан аса мұнайлы көлдер бар және кеніштердің үлкен аумағы мұнай және мұнай өнімдерімен ластанған. Қазақстанда үш үлкен мұнай өңдейтін зауыттар ( Атырау, Павлодар, Шымкент) тек мұнайды атмосфералық,дистилдеумен ғана шектеліп өте қарапайым сызбанұсқамен жұмыс істейді.Мұнайды қайта өңдеудің екіншілік процестерінің ішінен тек бензинді тікелей айдаудың каталитикалық реформингісінен дизель отынын гидротазалау ғана жұмыс істейді. Атмосфералық қалдықты (мазутты) вакуумде дистилдеу,ауыр газоильдерді каталитикалық және термиялық крекингілеу, гидрокрекинг, бутан және бутилен қоспасын алкилдеу,реформинг,бензиннен ароматты қосылыстарды бөліп алу, газ тәрізді қалдықтарды қайта өңдеу сияқты басқа да көптеген процестер жүзеге асқан жоқ.

Каталитикалық крекинг
Крекинг - мұнайдың үлкен молекулалы көмірсутектерін бензин фракциясын құрайтын кіші молекулаларға ыдырату. Мұнай өңдеуде бензин фракцияларына үлкен көңіл бөлінеді. Саны жағынан да, сапасы жағынан да жоғары бензин алуға тырысады.
Крекинг мұнай өңдеу процесінің тереңдігін жоғарылатты. Бензин, керосин, дизель отыны алынатын иөлдір фракциялар мөлшері 40-45%-тен 55-60%-ке дейін өсті. Жаңа технологиялар көмегімен май өндірісінде мазуттың шикізат ретінде пайдаланыла бастауы крекингтің ең маңызды жетістігі болып табылады.
1937 жылға дейін мұнай крекингі тек термиялық әдіспен жүзеге асырылды. Каталитикалық крекинг бензин сапасын жоғарлатуға негізделген мұнайшылардың ұзақ, әрі қажырлы күрестерінің нәтижесінде пайда болды. Крекинг процесінде катализаторды қолдану жоғарыоктанды отынның шығу мөлшерін арттырды және технологиялық параметрлерді одан әрі жетілдірді.
Термиялық процеспен салыстырғанда, каталитикалық крекинг тезірек өтеді. Осы процесс барысында көмірсутек молекулаларын ыдыратумен қатар изомеризация жүреді.
Крекинг процесі кезінде көмірсутек сымдары үзіледі және қарапайым шектеулі және шектеусіз көмірсутектер пайда болады. Алкандар үшін катализатор қатысында крекинг реакциялары төмендегі түрде өтеді:

С16Н34 -- С8Н18 + С8Н16
гексадекан октан октен

Пайда болған заттар ары қарай реакцияға түсуі мүмкін:

С8Н18 -- С4Н10 + С4Н8
октан бутан бутен

С4Н10 -- С2Н6 + С2Н4
бутан этан этилен (этен)

Катализдік крекингтің термиялық крекингпен салыстырғандағы негізгі артықшылықтары:
1. Процесті каталитикалық жылдамдатудың нәтижесінде, процесті төменірек температурада және төменірек қысымда жүргізуге болады.
2. Катализатордың селективтік әсері жинақталуға алып келетін процестерді жеделдетеді - хош иісті, изопарафиндік және изоолефиндік үлкен октандық саны бар крекинг - бензиндерде анықталған.
1937 жылы Полсборо қаласындағы Сокони-Мобил компаниясының мұнай тазарту зауытында әлемдегі ең алғаш өндірістік каталитикалық крекинг қондырғысы салынды. Бұл қондырғы катализатор ретінде кремний және алюминий оксидінің қосылыстарын пайдаланады. 1937 жылдан кейін мұнай өндірісіне мұнай өңдеудің каталитикалық әдістері енді.
Бүгінгі таңда катализдік крекингтің әлемдегі ең ірі қондырғысы - АҚШ-тың Нью-Джерси штатындағы, Линден қаласындағы Эксон атты компаниясының мұнай өңдеу зауыты. Ол күніне 19 077 000 литр шикі мұнайды өңдеуді.
Каталитикалық крекингтің негізгі мақсаты тек сапалы отынның қосымша мөлшерін алу ғана емес, сонымен қатар мұнайды пайдалану мүмкіншіліктерін ұлғайту. Каталитикалық крекинг ары қарай химиялық өңдеуге түсетін ароматты көмірсутектер алуға мүмкіндік береді. Бәріміз білетіндей, химиялық өнімнің 25%-тен көбі мұнай өңдеу өндірісінен алынады (1 сурет).

1 сурет. Каталитикалық крекинг қондырғысы

Крекинг процесінде катализаторлар ретінде алюмосиликаттар, хром, алюминий оксидтері және т.б. сияқты қышқылды функциялы заттар кең қолданылады.
КК катализаторларының ерекшіліктері болып олардың тез дезактивизациясы саналады. Катализатордың қуыстары 10-15 минут жұмыс арасында қортқы көмірмен толтырылып отырады. Сондықтан да крекингті катализатордың регенерация процесімен кезектестіріп отыру қажет. Жұмыс циклын және регенерацияны жиі ауыстырып отыратын катализдік процесстер циклдік деп аталады. Катализаторлардың дәл осы қышқылдық қасиеті оларға каталитикалық белсенділік береді. И.Бренстеда және Т.Лоури теориясы бойынша қышқыл - протон бере алатын қосылыс.
қышқыл = протон + негіз.
Күшті қышқылдар өз протондарын негіздерге оңай береді. Ал Г.Льюистің жұмыстарында қышқылдық Коваленттік байланыс түзу арқылы электрондарды буларды қабылдай алуы деп түсіндірілді. Осы ойлар көмірсутектердің каталитикалық механизміне тағы да бір түсініктеме берді. Бұл карбокатиондар теориясы. Осы теорияға сәйкес, қышқылдардың көмірсутектермен әрекеттескендегі каталитикалық әрекеті олардың катализ процесінде түзілетін карбоний иондары немесе карбокатиондар атты оң зарядталған бөлшектердің түзілуінен тұрады.
Қышқыл (катализатор) протоны өте активті бөлшек бола отырып, олефинмен әрекеттескенде одан да активті радикал - карбокатион (СnН2n+1+) түзеді:
СnН2n + НХ -- СnН2n+1+ + Х-- .
Жоғары қышқылды катализатор карбокатиондары алкандардан және циклоалкандардан түзілуі мүмкін.
Соңғы кезде әдебиеттерде карбокатиондардың, протонның парафинмен әрекеттесуі нәтижесінде және протонның олефинмен әрекеттесуі нәтижесінде түзілетін екі түрі кездесіп жүр. Соңғысын карбений-йондары деп те атайды.
Бөлшектің активтілігі оның тұрақсыз күйінде көрінеді. Сондықтан активті СnН2n+1+ карбоний иондары тұрақсыз және олефин мен карбонийдің жаңа ионына, қысқарақ көміртегілік буын арқылы ыдырауға қабілетті болады:
СН3 -- СН2 -- СН -- СН -- R -- RCH2 + CH2 = CH -- CH2 -- CH3 .
Мұндай ион, жеткілікті оңай түрде, сутегіні гидрид-ион түрінде бастапқы бейтарап молекуладан үзіп алады. Мұндай реакцияның нәтижесінде қысқа буынды көміртегі пайда болады және карбоний ионы регенерацияланады. Сонымен, парафиндердің ыдырауының буынды процесі дамуын алады.
R1H + R+ -- R1+ + R2H,
R1+ + R1H -- R1+ + R2H.
Карбокатиондар - электрондефицитті бөлшектер. Олардың тұрақтылықтың белгілі бір ретімен сипатталады. Тәжірибе көрсеткендей, сутек үштік көміртек атомынан оңай үзіледі
-- CH , екіншілік көміртекке CH2 қарағанда қиын
Біріншілік CH3 тен сутектің үзілуі қиын болып келеді және метаннан CH4 сутек атомы үзілмеуі де мүмкін. Осылайша карбокатиондар тұрақтылығы келесі кезекпен өседі:

Біріншілік екіншілік үшіншілік:
CH3+ CH2+ CH+ C+
сондықтан каталитикалық крекинг газы өз құрамы бойынша термиялық крекинг газынан өзгеше болып келеді. CH3+ және C2H5+ бөлшектерінің төмен тұрақтылығынан катализдік крекинг газдарында C3 - C4 көмірсутектерінің артықшылығы байқалады.
Карбокатион бірдей молекулярлық салмақты және сол құрылымдағы радикалға қарағанда, тұрақтылығы кем байқалады, сондықтан да ол үшін изомерлену реакциясы оңайландырылады:
CH3 · и CH3+ C2H5 · и C2H5+
Олар молекуланың көміртегілік қаңқасының қайта құрылуымен және гидридтік тасымалданумен байланысты. Изомерлеу радикалдар үшін де мүмкін болады, бірақ, бұл жағдайда, өзінің қатысуымен өтетін басқа реакцияларға қарағанда, ол баяурақ жүргізіледі, сол себептен изомерлік көмірсутегінің үлесі катализдік емес деструкция өнімдерінің ішінде кемде-кем болады. Карбокатионның изомерленуі нәтижесінде көбірек тарамдалынған және тиісінше, тұрақтылығы басым бөлшектер пайда болады, мысалы:

Осындай өзгерістер арқылы көмірсутектердің көптеген изомерлері түзіледі, осының есебінен катализдік крекинг жанармайының сапасы термиялық крекинг жанармайымен салыстырғанда анағұрлым жоғары болады. Реакциялық ортадағы олефиндер мен нафтендердің арасында сутегінің катализдік қайта үлесу салдарынан тармақталған парафиндер секілді жанармайлардың октан санын ұлғайтатын арендер түзіледі:

Термиялық крекингте жеке көмірсутектер түрлерінің бірізділік крекингін өзгерістер жылдамдығы арқылы анықтайтын болса, катализдік крекингте - жеке компоненттердің катализатор бетінде адсорбциялау қабілеті. Катализдік крекинг кезінде көмірсутектердің ыдырау бірізділігі белгілі:
ароматты -- шектеусіз -- нафтенді -- парафинді
Парафиндік көмірсутегілер ыдырауға ақырғы кезекте ұшырайды. Сонымен, катализдік крекингке ароматтандыру, изомерлеу, газ тәрізді өнімнің және қортқы көмірдің түзілу процестері тән.
Жоғары адсорбциялық қабілеттілікке ие болатын ароматты көмірсутегілер, бірінші кезекте, катализаторлар бетінде адсорбциялық қабат құрайды және өзгерістерге ұшырайды. Бұл жағдайда алкилденген ароматты көмірсутегілер
Сар -- Сал байланыстары бойынша ыдырап, қарапайым ароматты және шектеусіз көмірсутектерін түзеді:

Шектеусіз көмірсутегілер сутегіні қайта бөлу реакциясына ұшырауы мүмкін, бұл жағдайда катализаторда қортқы көмірді құрайтын қаныққан көмірсутегілер және терең қанықпаған көмірсутегілер пайда болады. Шектеусіз көмірсутегінің өзгеруіне байланысты, катализдік крекингтің жанармайларында олефиндер аз болады.
Нафтендік көмірсутегілерді шығырды ашу, изомерлеу, катализаторларда жартылай қалатын ароматты көмірсутегіні және тығыздау өнімін алу арқылы крекингіне ұшырайды:

циклопентанның циклогексанға изомерленуі және керісінше:

Дегидрлену процесінің нәтижесінде гидрокрекинг, изомерлеу сияқты реакцияларға белсенді қатысатын сутек босап шығады.
Катализатор шикізаттан, ең алдымен, айтарлықтай сутегін жеңіл ыдыратып беруге бейім молекулаларды өзіне тартып алады және сорбциялайды. Бұл жағдайда пайда болатын шектеусіз көмірсутегілер, жоғарғы адсорбциялық қабілетке ие бола отырып, катализатордың белсенді орталығымен байланысқа түседі. Шектеусіздіктің өсуімен (байланыстардың қанықпағандығымен) көмірсутегінің полимерленуі жүреді, қортқы көмірдің ізашары - шәйір пайда болады, содан соң қортқы көмір өзі де туындайды.
Регенерация - катализатор бетінен 540-6800 - ғы ауамен қортқы көмірді және шәйір жинағын жандыру құбылысы. Катализаторды жергілікті қызып кетуден қорғау үшін ауаны инерттік газдармен араластырады.
Катализдік крекингтің вакуум-дистилятта жұмыс атқаруындағы типтік параметрлері (фр. 350-5000С):
* температурасы 450-4800С
* қысымы 0,14-0,18 МПа.
Қорытындылағанда көмірсутегі газдар (200С), жанармай фракциясы (500С), дизель фракциясы (200С) алынады. Қалғандары ауыр газоильға немесе крекинг-қалдыққа, қортқы көмір және шығындарға кетеді. Катализатор бетінде әр 10-15 минут сайын қортқы көмір жиналып отырады. Сондықтан крекингті катализатордың регенерация процесімен алмастырып отырады.
Оған жоғарыдан арнаулы жабдық арқылы 1-2 мм түйіршіктер түріндегі катализатор түседі. Түйіршіктер тығыз қабатталып, төменге түсіріледі және бірте-бірте реакция аумағынан, крекинг өнімін бөліп шығару аумағынан және бумен өңдеу аумағынан өтеді. Катализатор мен шикізат контактінің орташа уақыты 5 секунд.
Жандырылғаннан кейін катализатор пневмокөтергіштің салу жабдығына төгіледі және арнаулы транспортер арқылы бункер сепараторына көтеріледі. Мәселе келесіде - көп мәрте жылжытудан, жағудан, бумен өңдеуден түйіршіктердің бір бөлігі зақымдалады, майда бөлшектер, шаңдар пайда болады және оларды бөліп шығару қажет болады, немесе гидродинамика, реактордағы жылу және көлемді алмастыру шарттары бұзылады. Бұл әрекетті сепараторда атқарады. Регенерацияланған және елеуден өткізілген катализаторға шығындарды толықтыру үшін жаңа түйіршіктер салынады және барлық цикл қайталанады.

2-сурет. Каталитикалық крекингтің схемасы
Бүгінгі таңда шаң тәріздес катализатордың қайнап жатқан қабатындағы крекинг жетілдірілген технологиялардың бірі болып табылады. Арнайы синтезделген цеолиттер негізіндегі микросфералық катализаторлар пайда болуы осы технологияны пайдалануға мүмкіндік берді. Мұндай катализаторлар жоғары белсенділігімен және селективтілігімен ғана емес, сонымен қатар жақсы регенерациялануымен және жоғары механикалық төзімділігімен ерекшеленеді.
Катализаторды реактордан аластату үшін ағызатын жер орналасады, оның үстінде - тұндыратын аумақ болады. Ол катализаторлардың бөлшектерін қосымша бөліп шығару үшін арнаулы циклондармен жабдықталған.
Бұл жердегі негізгі мақсат - катализаторды шығып кетуден қорғау, немесе ол түтін газдарымен бірге атмосфераға шығып кетуі мүмкін. Содан соң катализатор қайтадан реакторға барады және цикл қайталанылады.
Крекингті қайнаған қабатта қолдану - процесті күрт қарқындатуға, қондырғыларды компактілеуге, олардың қуатын өсіруге мүмкндік жасады. Мысалы, Ресейде 2 млн. Тонна шикізатты жылына өңдейтін катализдік кешендер стандартты болып саналады. Жылына 5 млн тоннаға дейін вакуум-газойль шығаратын одан да қуатты қондырғылары бар. 3-суретте біріктірілген каталитикалық крекинг қондырғысының технологиялық схемасы келтірілген.
Гидротазалаудан және II пештері мен жылуалмастырғыштарды алдын-ала қыздырудан өткен шикізат рециркулятпен және су буымен араласып, Р-1 реакторының араласу түйініне өтеді. Осы жерде шикізат регенеризацияланған катализатормен әрекеттеседі. Шикізат буланады, катализденеді және одан әрі Р-1 қайнау қабатының зонасына өтеді. Реакция өнімі катализатордан ажырап, К-1 колоннасының төменгі бөлігіне бөлінуге өтеді. Қортқы көмірмен толтырылған катализатор Р-1 булану зонасынан қортқы көмірді көміртек диоксидына дейін толық жандыру үшін Р-2 регенераторының қайнау қабат зонасына өтеді. Келесі сатыда регенерацияланған катализатор Р-1 реакторының араласу түйініне өтеді. Регенерацияға ауаны ауа үрлегіштер арқылы жібереді. Ауыр және жеңіл газойльдер К-1 колоннасынан бөлінуі К-2 және К-3 бу колонналары арқылы жүзеге асырылады. Ауыр газойльдің бір бөлігі рециркулят ретінде араласу түйініне өтеді. Колоннаның жоғарғы бөлігінен бензин буы, су және крекинг газдарының қоспасы шығады. Бұл қоспа суытылып және конденсацияланғаннан кейін С-1 газосепараторына бағытталады. Мұнда ол ары қарай газофракциялаушы және бензинді тұрақтандырушы блокқа өтетін газға және тұрақсыз бензинге ыдырайды.

3-сурет. Каталитикалық крекинг қондырғысының технологиялық схемасы.
I-шикізат, II-газдар, III-бензин, IV-жеңіл газойль,
V-ауыр газойль, VI-декантат,VII-су буы,
VIII-түтін газдары, IX-су, X-ауа, XI-катализаторлық шаң,
K-колонна, P-реактор, П-пеш.

Каталитикалық крекинг бензиндері термиялық крекинг бензиндерінен ароматты, нафтенді және изопарафинді көмірсутектердің жоғары мөлшерімен және олефиндердің аз мөлшерімен ерекшеленеді. Олар тұрақтылығымен және октан санының жоғарылығымен сипатталады. Каталитикалық крекингтегі бензин шығымы шикізат салмағының 70%-ын алады.
Каталитикалық крекинг газдарының құрамында С1-ден С4-ке дейінгі шектеулі және шектеусіз көмірсутектер болады; газдар шығымы орта есеппен алғанда шикізат салмағының 12-15%-ін құрайды. Катализатордағы қортқы көмір мөлшері орта есеппен алғанда шикізат салмағының 4-6%-ін құрайды.

1.1 Катализаторлар мен каталитикалық процестерді жетілдіру

Мұнай өңдеу өндірісі саласының алдында тұрған маңызды мақсаттары мұнай өңдеуді тереңдетіп жоғары сапалы қозғалтқыш отынының және мұнай химия синтезіне қажетті шикізат шығымын көбейту. Осы проблемаларды тиімді шешуді қамтамасыз ететін, процестердің ішінде ең көп қолданылатыны флюид каталитикалық крекингі (ФКК) болып есептелінеді. Бұл оның мынадай жетістіктерімен байланысты: процесс төменгі қысымда жүргізіледі және пайдалану аппараттарының конструкциясы қарапайым; шикізаттың қоры жеткілікті, оған керосин-газойль фракциясынан бастап гудронға дейін (гудронды қоса) салуға болады; бағалы өнімдер шығымы жоғары (90%-ға дейін): жоғары октанды бензиннің, жеңіл газойльдің - дизель отынының құрастырушысы (компоненті), сұйытылған газдардың - метил-третбутил эфирін (МТБЭ) және алкилаттар өндіру үшін, ауыр газойльдың - техникалық көміртегі өндірісінің, инелік және электрод коксының шикізаты; қондырғының қуатын көтеру және оларды басқа қондырғылармен жалғастыру мүмкіндігі; өнімдер сапасының термиялық крекингпен салыстырғанда едәуір жоғарылығы. ФКК өнімдерінде іс жүзінде құрғақ газдар жоқтың қасы, тығыздану реакциясының аралық өнімдері (мысалы, шайырлар, асфальтендер және карбендер, түзілуші крекинг-қалдықта) қанықпаған қосылыстар аз, изомерлі құрылымды алкандар мен ароматикалық көмірсутектер және сутегіне кедей кокс көп. Бұл ыдырау, изомерлеу және сутегі алмасу реакцияларының тереңдеу жүруін көрсетеді. Бензин орта фракциялардың ароматизациялануының және сутегіне өте кедей кокс түзілу нәтижесінде сутегімен байиды.
Каталитикалық крекинг АҚШ-та ең жоғары дамыған процесс, 1986ж оның үлесі бірінші кезектегі мұнай өңдеумен салыстырғанда 38,1% құрады, тіптен кейбір МӨЗ-да ол 50% артық. Өскен Батыс Еуропа елдеріндегі МӨЗ ФКК улесі 10-14% (мас.) (бұрынғы КСРО - 4%).

1.2 Крекинг катализаторлары.

Цеолитті крекинг катализаторлары. Соңғы онжылдықтардағы крекинг технологиясының улкен жетістігінің бірі цеолиті бар катализаторларды пайдалану болып саналады.
Цеолитті катализаторлардың басым түрі катализатордың қайнаушы қабатты қондырғылар (КҚҚҚ-ККФ) үшін орта диаметрі 60 мкм микрошеңберлі бөлшектер және қозғалушы қабатты қондырғылар үшін бөлшектер шеңберінің диаметрі 2-4 мм. Цеолитті катализаторлар (ЦК) құрамында 5-20% (мас.) кристалдарының мөлшері 1-10 мкм аралығында төсегішке біркелкі отырғызылған цеолит болады. Олардың адсорбциялық қабілетімен сыбағалы беті жоғары және қыщқыл орталарының күші әртүрлі болып келеді.
Цеолиттер - үш өлшемді кристалды құрылымды алюмосиликаттардан тұрады, олардың жалпы формуласы мынадай:
Me2nO·Al2O3· xSiO2· yH2O
Мұнда, n - металл катионының валенттігі; x - силикат модулі деп аталатын SiO2 Al2O3 молекулалық қатынасы; y- су моль саны.
Цеолиттің каталитикалық қасиеті оның аммоний түрін сирек кездесетін элементтердің (СКЭ) үш валентті катионына алмастырудан жақсарады. Ион алмасудың толық жүруі бұл гидротальді сатыны жоғары температурада (2300С) автоклавта қысыммен жүргізуге бейімдейді. Алюминийден және одан әрі гидроксилден айыру 200-6000С жүреді. Аммиак пен су буының қатысуымен 7000С жоғары температурада активтеу тұрақты цеолит береді. Оны ультратұрақты цеолиттер дейді.
4-суретте көрініп тұрғандай, Ү типтес катионынан айырылған (декатиондалған) цеолитте 300-5000С дейін қатты қыздырғанда протондық ортаның саны өседі, ал 5000С жоғары температурада ол кемиді де, 8000С түгел жойылады. Соған сәйкес Льюс апротонды қышқыл орталардың саны өседі, тағы да екі протондық орталардан бір апротонды орта түзіледі.
Сирек кездесетін элементтермен (СКЭ) алмасу формасындағы цеолитке СКЭNҮ (5-сурет) қышқылдық орталар сызығында екі максимум бар, олар бірінші және екінші су молекуласының диссоциациясына, алмасу катионының гидратталуына сәйкес келеді. Әрі, алюминий атомдарының саны көп болған сайын, қышқылдық орталардың күші аз болады. Қыздырудан, әсіресе бумен қыздырғанда қышқылдық орталардың саны елеулі кемиді және көп валентті катиондарды енгізу қышқылды ОН- топтарды тұрақтандырады.
4-сурет. Қышқыл орталардың концентрациясының (құз бетінің катализатордың салыстырмалық массасына қатынасы) С катионынан айрылған Ү типтес цеолиттің оны күшті қыздыру температурасына байланысы:
1-протонды орталар;
2-апротонды (протонсыз) орталар.

5-сурет. Цеолиттің сан алмасу формасының γ қуыстарындағы қышқылдық ОН- топтың мөлшерінің күшті қыздыру температурасына байланысы: 1-NH4Ү; 2-HY; 3-REHY (CKЭNY).

Себебі, Ү типтес берілген құрылымдағы цеолиттер мынадай сақиналар Si3Al3O6, Si5Al2O6 көмегімен булардағы кремний, алюминий және оттегі атомдарының кристалдағы орындары және соған байланысты, олардың қышқыл орталарының күші әртүрлі болғандықтан десорбция активтеу энергиясы 147 кДжмоль (күшті қышқылды орталар) 20 кДжмоль (әлсіз қышқылды орталар) дейін өзгереді. SiAl қатынасының Ү цеолитте өсуімен қышқылдық орталардың энергетикалық спектрі кеңиді және қышқылдығы едәуір өседі.
Катионсыздану дәрежесі өсуімен әуелі әлсіз қышқылды орталар түзіледі, ал одан кейін күшті қышқылдық орталардың саны күшті өседі. Әлсіз қышқылдық оның жалпы санына есептегенде 30% құрайды және алюминий иондарынан құрылымды деалюминдегенде қышқылдық азаяды.
Ү цеолиттердің сирек кездесетін элементтерді қосқан түрі декатиондалғанмен салыстырғанда олардың қышқыл орталарының спектрі өте алшақ шеңберде жататыны белгілі. Күшті қышқылды орталар оң зарядты натрийды үш оң зарядты лантанға (La+3) алмасу дәрежесі жоғары болғанда пайда болады және сондықтан 70-тен 90%-ға дейін алмасуды көбейту өте күшті қышқыл орталардың негізінен өсуіне алып кеп соғады. Кейбір СКЭ катионымен алмасқан цеолит түрлерінде өте жоғары қышқылдық орталар (Н0 12,8) байқалады.
Цеолитті қыздыру күшті орталардың спектрін тарылтады, сонымен бірге әлсіз қыщқыл орталар санын азайтады. Бумен қыздыру будан бөлек бірінші кезекте күшті қышқыл орталарға әсер етеді. Мұнай фракцияларын крекингтегенде олардың конверсиясы жалпы қышқылдыққа байланысты. Күшті қышқыл үлесінің өсуі газ және кокс шығымын көтереді, орта қышқыл орталар үлесінің өсуі, керісінше, бензин шығымының және катализатор талғамдығының көбеюіне жәрдемдеседі.
Процестің талғамдығын көбейту үшін LaY, ReHY типтес жаңа цеолиттерді катализатор өндірісінде өте күшті активті орталарда уландыру үшін бумен қыздырып әрекеттейді. Кейбір каталитикалық крекинг қондырғыларында пайдаланылған немесе оның жаңа катализатормен қоспасын немесе аздап пайдаланған катализаторды қолданады.
ЦК активтігі С6 - С10 жеке парафин көмірсутектерін крекингтегенде аморфты алюмосиликат катализаторымен (АСК) салыстырғанда бірнеше дәреже жоғары. Мұнайдың алшақ фракцияларына құрамында парафин-нафтенді текті көмірсутектері басым ауысқанда ЦК активтігі 1,5-2,0 есе жоғары болады. Фракциялық құрам ауырлаған сайын, ароматикалық дәрежесі өскен сайын ЦК мен АСК активтік айырмашылығы азаяды, бірақ ЦК активтігі әрдайым жоғары. Бұл оларда актив орталардың санының әрі көптігінен, әрі цеолиттер тесіктеріндегі көмірсутек концентрациясының жоғарылығынан (50 есе). ЦК ең маңызды басымдылығы олардың крекинг процестеріндегі талғамдығы, құрғақ газ және кокстің АСК қарағанда шығымының аздығы. Тағы да бензин шығымы, талғамдығы шикізаттың конверсиясының өсуімен Н-алмасудың тұрақтандырушы әсерінің нәтижесінде (К3) көбейеді, сондықтан тұрақсыз олефинді аралық өнімдер крекингке түспей тұрақты көмірсутектеріне айналады.

К1 К2
Шикізат -- -- -- -- -- ► тұрақсыз бензин -- -- -- -- -- ► газ + кокс

ЦК сутегінің қайта алмасу реакциясын мынадай жүйемен интенсивтендіреді:

олефиндер+нафтендер--изо-парафинде р+ароматикалық көмірсутектері

Бұдан түзілуші изо-парафин және ароматикалық көмірсутектері олефин және нафтен көмірсутектеріне қарағанда реакциялық қабілеті төмен. Осымен цеолиттерде бензинді екінші крекингтеу реакциясының үлесінің азаюын түсіндіріледі. ЦК Н-алмасу реакциясын жылдамдату қабілеті цеолит тесігінің жоғары адсорбциялық потенциалымен байланысты және ондағы қышқыл орталардың АСК салыстырғанда үлкен концентрациясымен байланысты. Сонымен қатар ЦК ерекше қышқыл орталар, Н-алмасу реакциясын интенсивтендіретін болуы мүмкін.
Крекинг катализаторларының қыздыруға тұрақтылығы. Катализатордың тең салмақтық активтігіне көп параметрлер әсер етеді. Мұндай параметрлерге мыналар жатады: шикізат пен катализатор сапасы, температура, су буының сыбағалы қысымы, органикалық улар қоспасы. Үш секцияны өткеннен соң: реактор, регенератор және буланушы секциялардан, катализатордың негізгі бөлігі реакторға қайтып оралады. Орташа катализатор бөлшектері оны жаңамен ауыстырғанша 150 мың қайтара пайдалануға болады.
АСК 8000С су буы жоқ ауада қатты қыздырғаннан оның аздап тесік көлемі және сыбағалы беті азаяды.

6-сурет. Х және Ү типтес цеолиттің натрий формасының қыздыруға тұрақтылығының SiO2 Al2O3 шын қатынасына байланысы.

Бірақ егер мұндай су буының қатысуымен әрекеттесу салыстырмалы төмен температурада (~6000С) жүргізілсе, сыбағалы бет әжептәуір азаяды, тесіктің орта радиусы көп артады және тесіктердің диапазон мөлшері бойынша бөлінуі кеңиді. Сыбағалы беттің күрт азаюы катализаторды жоғарыда келтірілген жағдайда көп уақыт ұстап тұрудан болса керек деген болжамнан туындайды, нәтижесінде балқыған, тесіксіз және іс жүзінде активсіз материал түзіледі. Катализаторды будың қатысуынсыз қатты қыздырғанда бастапқы кезде оның сыбағалы бетінің азаюы байқалады. Бұның себебі бастапқы катализатор бетінен гидроксил тобының бөлінуінен, соның нәтижесінде шамалы су буы түзіледі. Бұл активтікті төмендетуге алып кеп соғады, себебі гидроксил тобы катализге қатысушы қышқыл сутегінің көзі болады.
Цеолитті катализаторлар қыздыруға және су буымен әрекеттеуге тұрақты келеді. Олардың құрылымы тіптен 1100 С қыздырғанда да деформацияға
түспейді. Жоғары тұрақтылық цеолит кристалдық торының геометриялық құрылымының біріктігінен деп есептелінеді. Оған сонымен қатар ауысушы катион табиғаты, ауысу дәрежесі, кремний және алюминий оксидтерінің қатынасы әсер етеді. Соңғы ойды 6-сурет дәлелдейді. Ауысушы катион табиғаты цеолиттер тұрақтылығына күшті әсер етеді.
Цеолит катализаторының тұрақтылығына тағы да ион алмасу процестері де әсер етеді. Ү типтес цеолиттерге жоғары температуралық тұрақтылық тән. Олар жоғары температураның және су буының әсеріне өте төзімді келеді. Мұндай цеолиттер ультратұрақты делінеді. Ультратұрақты құрылымдардың бірлік ячейка мөлшері 1,0-1,5% аз болады және бұл алюминий атомдарының кристалдық тордан бөлініп олардың катион есебінде ион алмасуға қатысуынан болса керек. ең жоғарғы эффект 30% алюминийді бөлгенде байқалады. Цеолитті әрбір әрекеттеу сатысында, активті орталардың саны мен сапасын бастапқы қалыпқа келтіру өте маңызды. НҮ типтес цеолитті 500 С жоғары қыздыру нәтижесінде, ол гидроксил топтарын алюминий атомдарымен байланысты жоғалтады. Соның нәтижесінде үш ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.