The results of numerical studies to determine the yield of light fractions and coke from a catalytic cracking unit are carried out in this research. The yields of gasoline fraction, light gas oil and coke are forecasted using a mathematical model of catalytic cracking taking into account the feedstock composition and the cracking temperature

Ивашкина, Елена Николаевна

Назарова, Галина Юрьевна

Шафран, Т. А.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

216 XV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ»  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 24-27 ɚɩɪеɥя 2018 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КРЕКИНГА И СОСТАВА ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОГО СЫРЬЯ  НА ВЫХОД СВЕТЛЫХ ФРАКЦИЙ И КОКСА  Г. Ю. Назарова, Т.А. Шафран, Е.Н. Ивашкина  Научный руководитель: профессор, д.т.н. Е.Н. Ивашкина Национальный исследовательский Томский политехнический университет,  Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, 634050 E-mail: silko@tpu.ru  IMPACT OF THE CRACKING TEMPERATURE AND FEEDSTOCK COMPOSITION  ON THE LIGHT FRACTION AND COKE YIELD G. Y. Nazarova, Т.А. Shafran, E.N. Ivashkina  Scientific Supervisor: Prof., Dr. E.N. Ivashkina National Research Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, 634050 E-mail: silko@tpu.ru   Abstract. The results of numerical studies to determine the yield of light fractions and coke from a catalytic cracking unit are carried out in this research. The yields of gasoline fraction, light gas oil and coke are forecasted using a mathematical model of catalytic cracking taking into account the feedstock composition and the cracking temperature.  Введение. В технологии каталитического крекинга перерабатывают различные виды сырья, включая остатки вторичных процессов нефтепереработки. Вовлечение тяжелого остатка в качестве сырья процесса обусловлено увеличением нагрузки по коксу для обеспечения теплового баланса системы «реактор-регенератор». Эффективность технологии в значительной степени зависит от температуры процесса, структурно-селективных свойств катализатора и состава перерабатываемого сырья [1]. С увеличением температуры кипения фракции увеличивается склонность сырья к коксообразованию в виду увеличения ароматических углеводородов и тяжелых металлов в сырье крекинга. Анализ данных с промышленной установки каталитического крекинга показал, что показатель преломления фракции и фракционный состав изменяются в диапазоне 1,4984-1,5200, 423-442 ºС – по температуре 50 % выкипания и 506-544 °С – по температуре конца кипения фракции, что свидетельствует о значительном изменении группового состава сырья процесса и увеличении содержания ароматических углеводородов и смол во фракции, во многом определяющих выход и качество продуктов крекинга, содержание кокса и степень дезактивации катализатора.  Целью работы является прогнозирование выхода светлых фракций и кокса с установки каталитического крекинга в зависимости от состава перерабатываемого сырья и температуры крекинга с применением математической модели процесса. Объект и методы исследования. Объектом исследования является установка каталитического крекинга смеси вакуумного дистиллята и остатков вторичных процессов нефтепереработки. Фракционный состав сырья – 258-560  °С, содержание серы в вакуумном дистилляте – 0,69-0,90 % мас. Для исследования характеристик сырья процесса каталитического крекинга были использованы методы, XV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 217  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 24-27 ɚɩɪеɥя 2018 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  представленные в таблице 1. Таблица 1 Методы анализа для исследования сырья каталитического крекинга  Метод анализа  Аппаратура, материалы Точность Жидкостно-адсорбционный хроматографический силикагель марки АСКГ (размер зерен 0,2-0,5 мм) ±5% – (50÷70) % мас. определяемого компонента; ±10 % – (15÷50) % мас. то же; ±20 % – менее 15 % мас. то же. Оптический  ГОСТ 18995.2-73 рефрактометр Atago NAR-3T ±0,0001 nD – (1,3÷1,7) nD. Криоскопический КРИОН-1 ± 9% – температурные измерения 0,001°С. ГОСТ 3900-85 пикнометр, весы аналитические ± 0,0001 г, ± 0,1°С.  n-d-m, метод Хазельвуда - воспроизводимость при определении распределения углерода – 1,5 %, числа колец – 0.1 ед.  Прогнозные расчеты выполнены с использованием математической модели, в основе которой положена формализованная схема превращений углеводородов [2]. Модель ориентирована на прогнозирование суммарного отбора газа и рефлюкса, стабильного бензина, легкого газойля, тяжелого газойля, кокса, группового состава стабильного бензина, содержания пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракций в суммарном потоке газ + рефлюкс.  Экспериментальная часть. Расчеты, направленные на прогнозирование отбора светлых фракций и кокса с установки в зависимости от состава перерабатываемого сырья и температуры крекинга выполнены при постоянных параметрах технологического режима: расход сырья к прямоточному реактору 166,65 м3/ч, расход водяного пара в первый и во второй контуры аэрации J-образного перехода – 244,11 и 180,22 кг/ч соответственно, температура сырья на входе реактор 273,4 °С, кратность циркуляции катализатора изменяли в интервале 6,5 – 12,5 тнкат/тнсырья.  Результаты и их обсуждение.  Лабораторные исследования показали, что групповой состав сырья процесса каталитического крекинга изменяется, даже при незначительном изменении плотности и молекулярной массы фракции (таблица 2).  Таблица 2 Результаты лабораторных исследований двух образцов сырья процесса каталитического крекинга  Показатель Сырье №1 Сырье №2 Насыщенные ув / ароматические ув / смолы, % мас. 65,3 / 28,1 / 6,6 60,2 / 32,6 / 7,2 Молекулярная масса, г/моль / плотность при 20°С, кг/м³ 382,2 / 0,911 389,5 / 0,913 Показатель преломления при 50°С для насыщенных ув / ароматических ув 1,4689 / 1,5534 1,4750 / 1,5778 Высокое содержание ароматических углеводородов и смол являются существенным с точки зрения образования кокса на поверхности катализатора, поскольку тяжелая ароматика и смолистые соединения при высоких температурах крекинга практически полностью конденсируются с образованием кокса и обратимо дезактивируют катализатор, активность которого восстанавливается в процессе регенерации. На рисунке 1 показано влияние группового состава сырья  и температуры каталитического крекинга на отбор стабильного бензина, легкого газойля  и кокса. 218 XV ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ»  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 24-27 ɚɩɪеɥя 2018 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия   Рис. 1. Влияние состава перерабатываемого  и температуры крекинга на отбор бензина и легкого газойля и кокса с применением математической модели процесса  Расчеты по модели показали, что при увеличении кратности циркуляции катализатора с 6,5 по 12,5 тнкат/тнсырья при постоянной температуре катализаторного потока после регенерации (651,6 °С), температуре сырья (273,4 °С) и прочих равных условиях, температура крекинга возрастает с 500,0 до 535,0 °С, что оказывает существенное влияние на отбор светлых фракций с промышленной установки. Отбор бензиновой фракции при увеличении температуры крекинга проходит через максимум, при этом при переработке высокоароматизированного сырья (сырье №2) максимум выхода бензина сдвигается в область более высоких температур. Так, при переработке сырья №1 максимальный отбор бензиновой фракции выше и составляет – 44,7 % мас. при температуре крекинга 521,8 °С и кратности циркуляции катализатора 9,5 тнкат/тнсырья. При переработке сырье №2 с большим содержанием ароматических углеводородов и смол максимальный выход бензиновой фракции ниже 44,0 % мас., но выше температура максимума по бензину составляет 524,83 °С. Отбор легкого газойля на всем интервале температур для двух типов сырья интенсивно снижается с 26,47 по 11,56 % мас. при переработке сырья №2 и с 25,61 по 11,1 % мас. при переработке сырья №1 соответственно в технологии каталитического крекинга.   Кроме того, групповой состав сырья оказывает значительное влияние на выход кокса, а значит и степень дезактивации катализатора. Так, при переработке сырья с большим содержанием ароматических углеводородов  выход кокса возрастает с 4,27 до 5,64 % мас.– для сырья №2 и с 3,93 до 5,18 % мас. – для сырья №1, которое характеризуется большим содержанием насыщенных углеводородов.  Заключение. Прогнозные расчеты с применением математической модели позволяют определить температуру крекинга, необходимую для достижения максимального отбора целевого продукта с учетом состава перерабатываемого сырья.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Доронин В.П., Липин П.В., Сорокина Т.П. Влияние условий проведения процесса на состав продуктов при традиционном и глубоком каталитическом крекинге нефтяных фракций. // Катализ в промышленности. – 2012. №1. – С. 27–32. 2. Иванчина Э.Д., Ивашкина Е.Н., Назарова Г.Ю., Стебенева В.И., Шафран Т.А., Киселева С.В., Храпов Д.В., Короткова Н.В., Есипенко Р.В. Разработка кинетической модели процесса каталитического крекинга // Катализ в промышленности. – 2017. – Т. 17. –  №6. – С. 477–486.  

Impact of the cracking temperature and feedstock composition on the light fraction and coke yield

http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/50769/1/conference_tpu-2018-C21_V2_p216-218.pdf

Impact of the cracking temperature and feedstock composition on the light fraction and coke yield

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University