11.9. Каталитический крекинг

Среди процессов вторичной переработки нефти каталитический кре­кинг занимает, безусловно, ведущее место в мировой нефтепереработке. На начало 2002 г. на его долю приходилось 18,2 % (740 млн. т) всей перерабаты­ваемой в мире нефти (4057 млн. т). При этом имеется тенденция к увеличе­нию этой доли. Уча­стие каталитического крекинга в ведущих нефтепере­ра-батывающих странах еще выше: в США – 36 %, Канаде – 26,7 %, Великобри­тании – 25,7 %. Доля каткрекинга в нефтепереработке России намного скромнее: всего 6,5 %.

Такое положение каталитического крекинга объясняется тем, что он по­з­­воляет получать как высокооктановый бензин (ОЧ 85–93 по ИМ), так и пропан-пропиленовую и бутан-бутиленовую фракции, являющиеся сырьем для производства других высокооктановых компонентов товарных бензинов: (эфиров, алкилатов и др.). Кроме того, каталитический крекинг является ис­точ­ником производства компонента дизельных топлив, сырья для получения технического углерода, высококачественного «игольчатого» кокса и т. д.

Промышленная реализации технологии каткрекинга была осуществле­на в 1936 г. (процесс Гудри) с целью получения бензина и керосино-газойле-вых фракций в стационарном слое катализатора (природных глин). В даль­нейшем технология каталитического крекинга непрерывно совершенство­ва-лась как в отношении способа контакта сырья (в стационарном слое, в дви­жу­щемся слое шарикового катализатора, в кипящем слое микросферичес­кого катализатора), так и в отношении самих катализаторов (таблети­рованные природные глины, шариковые синтетические алюмосиликаты, микросфе­рические цеолитсодержащие алюмосиликаты). Эти усовершенствования при­вели к коренным изменениям в технологии процесса в целом, что позволило поднять выход основного целевого продукта – бензина – с 30–40 до 50–70 %.

Одновременно технический прогресс в технологии каталитического кре­кинга позволил вовлекать в производство все более тяжелые нефтяные фракции. Начало промышленности каталитического крекинга связано с при­менением в качестве сырья керосино-газойлевых фракций (атмосферный га-зойль), затем вакуумных газойлей. В последнее время все большее примене­ние находят остаточные продукты: мазуты, крекинг-остатки, деасфальтизаты и их смеси с вакуумными дистиллятами.

В настоящее время наиболее распространенными в мире являются тех­но­логии каталитического крекинга «флюид» (ККФ) с кипящим слоем микро­сфе­рического цеолитсодержащего катализатора. В ограниченном количестве еще находятся в эксплуатации установки с движущимся слоем катализатора.

11.9.1. Катализаторы процесса. Каталитический крекинг является ти-пичным примером гетерогенного катализа. Как в любом подобном примере, взаимодействие реагентов происходит на границе раздела фаз: твердой (ката­лизатора) и паровой или жидкой (сырье). Именно поэтому решающим факто­ром эффективности процесса является химическая природа и структура по-верх­ности катализатора.

Активность катализаторов каткрекинга связана с его кислотной фун­кцией. Сильные льюисовские кислоты присутствуют в нем либо в виде ак­тивных центров, либо как адсорбированные положительные ионы Н⁺ или R⁺.

Первыми катализаторами каталитического крекинга были кислые гли­ны (монтмориллониты). Затем на смену им пришли более активные и селек­тив­ные аморфные алюмосиликаты. Следующим шагом в совершенствовании катализаторов стало вовлечение в процесс в 60-е г.г. цеолитов в качестве ком­понента каталитической системы каталитического крекинга.

Алюмосиликаты. Условная химическая формула природных алюмоси-ли­катов такова: mAl₂O₃ ^. nSiO₂ ^. хН₂О. В последнее время считается, что носи­телями активности алюмосиликатов являются соединения типа (НAlSiO₄)_х⁺ и хН⁺. Таким образом, реакции каталитического крекинга протекают по ионно­му цепному механизму. Схематически структуру алюмосиликата можно пред­ставить в виде трехмерной решетки из тетраэдрических атомов кремния, связанных через кислород (силоксанными связями). В этой решетки некото­рые атомы кремния замещены атомами алюминия, что создает нарушения в кристаллической решетке. На рис. 10.6 и 10.7 приведены структуры трех­мерных решеток силиката и алюмосиликата.

– Si – O – Si – O – Si – – Si – O – Si – O – Si –

O O O O O O

– Si – O – Si – O – Si – – Si – O – Al H⁺...O-Si –

O O O O O O

– Si – O – Si – O – Si – – Si – O – Si – O – Si –

Рис. 10.6. Трехмерная решетка Рис. 10.7. Трехмерная решетка

силиката алюмосиликата

Сравнение этих структур объясняет, почему ни SiО₂, ни Al₂О₃ порознь неактивны и почему алюмосиликаты обладают кислыми свойствами.

Основным компонентом алюмосиликатных катализаторов является ок­сид кремния SiО₂. Доля оксида алюминия Al₂О₃ обычно 10 %, но не превы­шает 25 %. Химический состав катализатора влияет на его физико-механи­ческие свойства. Повышенное содержание Al₂О₃ увеличи­вает стабильность катали­за­то­ра, т. е. способность сохранять свою актив­ность в течение дли­тель­ного времени. Однако абсолютное значение активности катализатора с повыше­нием содержания Al₂О₃ падает, т. к. сни­жается его кислотность, кото­рая в большей степени опреде­ляется долей в нем оксида кремния. Вместе с тем, отмечено, что на активность катализатора влияют имеющиеся в нем при­меси железа, ванадия, никеля, меди и других элементов, способствующих ре-ак­ци­ям дегидриро­вания, конденсации, коксообразования и др.

Цеолиты. Современные катализаторы крекинга содержат в своем со­ста­ве от 3 до 20 % цеолита, равномерно распределенного в матрице, пред­ставляю­щей собой природные или синтетические алюмосиликаты.

Введение цеолитов в состав алюмосиликатного катализатора сущест­венно повышает его активность, селективность и стабильность, особенно в ус­ло­виях высокотемпературной регенерации паром или воздухом. Кроме то­го, цеолиты придают необходимые размеры входным окнам во внутренние полости, что способствует более эффективному использованию всей пори­стой активной поверхности катализатора.

Подробнее о химическом составе, классификации и строении цеолитов изложено в теме 6.

11.9.2. Сырье процесса. Промышленнocть каталитического кре­кинга используeт разнообразные дистиллятные и остаточные нефтяные фра­кции, от керосино-газойлевых до гудрона. Oсновным сырьем до сих пор явля­ются ат-мосферные и вакуумные дистилляты первичной переработки неф­ти.

По фракционному составу сырье разделяют на четыре группы: легкое, тяжелое дистиллятное, остаточное и промежуточного состава.

К первой группе относят дистилляты первичной перегонки нефти (ке­ро­си­­но-газойлевые фракции и легкие вакуумные погоны). Средняя темпера­тура кипения этих фракций равна 260–280 ^оС, плотность – 830–870 кг/м³, мо-леку­лярная масса – 190–220. Такое сырье позволяет получать высокие выхо­ды высокооктановых бензинов при значительном отборе жирного газа (С₃ – С₄) и низких выходах водорода и кокса.

Вторую группу образует тяжелое дистиллятное сырье. Оно наиболее ра­с­пространено как в России, так и за рубежом. К этой группе относят ваку­умные дистилляты с пределами кипения 300–560 ^оС, или более узкие масля­ные фракции, а также сырье вторичного происхождения, получаемое на уста­новках коксования и термокрекинга. Молекулярная масса такого сырья равна 280–330, и оно имеет плотность 880–920 кг/м³. Это сырье преимущественно используют для производства моторных топлив.

Мазуты, деасфальтизаты, экстракты селективной очистки масел, тяже­лые остатки деструктивных процессов – это примеры ресурсов остаточного сырья для процесса каталитического крекинга, относящихся к третьей груп­пе. Такое сырье характеризуется высокими значениями концентраций серы, азота, металлов, смол и асфальтенов. Перед применением на установках ката­литического крекинга оно требует предварительной подготовки.

Наилучшим для каталитического крекинга является дистиллятное сы­рье гидрокрекинга, первичной перегонки нефти, а также легкоплавкие пара­фины. Наименее ценными видами сырья являются вторичные дистилляты и экстрак­­ты очистки масел избирательными растворителями, т. к. они содер­жат большое количество труднокрекируемых ароматических углеводородов.

11.9.3. Механизм реакций каталитического крекинга отличается:

- протеканием по ионному механизму;

- большими скоростями;

- селективным ускорением ряда реакций, например, изомеризации оле-фи­нов.

Протекание отдельных стадий процесса на катализаторе происходит в сле­дующей последовательности:

1) подача сырья к поверхности катализатора (внешняя диффузия);

2) проникновение паров сырья в поры катализатора (внутренняя диф-фузия);

3) хемосорбция молекул сырья на поверхности активных центров ката­лизатора;

4) химические реакции на катализаторе;

5) десорбция реакционной массы из пор к поверхности катализатора;

6) десорбция продуктов реакции с внешней поверхности катализатора в реакционный объем;

7) удаление реакционной массы из зоны реакции.

При высоких температурах, когда скорость реакции достаточно велика, процесс крекинга протекает в диффузионной (внутридиффузионной) облас-ти, т. к. результирующая скорость процесса будет определяться интенсивно­стью поступления свежего сырья к внутренней поверхности катализатора.

Основными реакциями каталитического крекинга являются:

- расщепление высокомолекулярных углеводородов;

- изомеризация;

- дегидрирование циклоалканов в арены.

Эти реакции протекают по карбоний-ионному механизму, предложен­ному Уитмором, в котором определяющим фактором является образование положительно заряженного карбоний-катиона (карбкатиона). Этот механизм обусловлен использованием кислотного алюмосиликатного катализатора. Как известно, на поверхности катализатора имеются активные центры двух видов: протонные, в которых каталитическая функция принадлежит прото­нам (кислоты Бренстеда) и апротонные (кислоты Льюиса), где координа­ци­онно-ненасыщенные атомы алюминия служат акцепторами электронов.

В результате контакта сырья с катализатором образуются карбкатионы:

C_nH_{2n + 2} + L (C_nH_{2n + 1})⁺ + LH^-, (11.20)

где L – кислота Льюиса.

Аналогично из циклопарафинов образуются карбкатионы (C_nH_{2n - 1})⁺.

С наибольшей легкостью образуются карбкатионы из алкенов:

RCH= CH₂ + HA RC⁺ HCH₃ + A^-. (11.21)

Поскольку олефины практически отсутствуют в исходном сырье, то ес­те­ственно предположить, что они образуются в результате первичного распа­да углеводородов сырья, например, алканов:

C_nH_{2n + 2} C_т H_{2т + 2} + C_{n - т}H_2(n-т). (11.22)

Олефины могут быть также получены при деалкилировании замещен1-ных циклоалканов и аренов:

СН₂ – СН₃ + СН₂ = СН₂; (11.23)

СН₂ – СН₂ – СН₃ СН₃ + СН₂ = СН₂. (11.25)

Возможен и непосредственный отрыв Н⁺ от молекулы алкана:

С Н₃ –СН₂ –СН₂ –СН₂ –СН₃ +R⁺ RH + СН₃ –СН₂ – С⁺Н – СН₂ – СН₃. (11.27)

Карбкатионы обладают очень высокой реакционной способностью. Константы скорости ионных реакций на несколько порядков выше аналогич­ных радикальных. В табл. 11.3 приведены значения стандартных теплот об­разования некоторых, наиболее характерных карбкатионов.

Таблица 11.3

Стандартные теплоты образования карбкатионов

Карбкатион	Теплота образования, кДж/моль	Карбкатион	Теплота образования, кДж/моль
^+СН3	1092	СН3СН2СН^+-СН3	765
^+С2Н5	916	(СН3)3С^+	706
СН3СН2СН2^+	869	^+С6Н5	1105
СН3(СН2)2СН2^+	844	^+С6Н5СН2	897

Анализ данных табл. 10.3 показывает, что наибольшей реакционной способностью обладает фенильный карбкатион ⁺С₆Н₅, следовательно, он же имеет наименьшую стабильность. Другой вывод состоит в том, что третич­ные карбкатионы более стабильны, чем вторичные, а те, в свою очередь, ста­бильнее первичных карбкатионов.

Основные реакции карбкатионов, как и радикалов, – мономоле­ку­ляр­ный распад по -правилу и бимолекулярные реакции замещения и присое­ди­нения. Отличие карбкатионов от радикалов – это их способность к реакци­ям изомеризации, что связано со снижением свободной энергии при переходе от первичных к вторичным и третичным карбкатионам.

Реакции карбкатионов. Изомеризация может протекать при переносе как гидрид-иона, так и металл-аниона:

Н

. . ₊

⁺СН₂СНСН₂СН₃ СН₃СНСН₂СН₃ + 79 кДж/моль; (11.28)

+ + +

СН₃СНСН₂ : СН₃ СН₃СНСН₂ СН₃ССН₃ + 59 Дж/моль. (11.29)

СН₃ СН₃

Распад по -связи. Расщепление карбкатионов обычно идет по ослаб­лен­ной -связи С – С. Эта реакция эндотермическая:

+ +

СН₂(СН₂)₆СН₃ СН₂ = СН₂ + СН₂(СН₂)₄СН₃ – 92 кДж/моль. (11.30)

Вероятность распада по -связи С – С снижается при переходе от пер­вичного иона ко вторичному и третичному. Для распада вторичного октиль­ного катиона требуется уже 176 кДж/моль энергии, вместо 92 кДж/моль для первичного. В то же время распад первичных катионов возрастает, когда в процессе образуются вторичные и третичные карбкатионы.

+ +

С Н₃СН₂СНСН₂ССН₂СН₃ СН₂СН=СН₂ +С(СН₃)₂СН₂ – 21 кДж/моль.(11.31)

Н₃С СН₃ СН₃ СН₃

Из сравнения термодинамики распада и изомеризации карбкатионов следует, что в большинстве случаев распаду должна предшествовать изо­ме-ри­зация.

Присоединение карбкатионов к алкенам и аренам. Эти реакции являют­ся обратными распаду карбкатионов:

+ +

(СН₃)₃С + СН₂ = С(СН₃)₂ (СН₃)₃ССН₂С(СН₃)₂ ; (11.32)

Н

(СН₃)₃С⁺ + +. (11.33)

(СН₃)₃С

Реакции (10.28) и (10.29) идут с тепловыми эффектами, равными по абсолютной величине реакциям распада, но противоположными по знаку.

Передача протона молекуле алкена или аниону катализатора осуществ-ля­ется, например, в реакции:

_{+ +}

С Н₂СНСН₃+СН₃СН=СН₂ СН₂=ССН₃+СН₃СНСН₂СН₃+73 кДж/моль.(11.34)

СН₃ СН₃

Термодинамически наиболее вероятны те реакции, в которых протон отщепляется от первичного карбкатиона, а в результате образуется третич­ный карбкатион. При передаче протона катализатору цепь обрывается.

Отрыв гидрид-иона от молекулы углеводорода осуществляется, напри-мер, в реакции:

₊

С Н₃СНСН₂СН₃+СН₃СН(СН₃)₂ СН₃(СН₂)₂СН₃+С(СН₃)₃+41кДж/моль. (11.35)

– Н⁺

Таким путем осуществляется передача цепи. Активность карбкатиона при реакции отрыва гидрид-иона от молекулы меняется следующим образом:

R⁺_перв. > R⁺_втор. > R⁺_трет.

Карбкатионные реакции протекают либо в жидкой фазе, либо на повер­хности твердого катализатора. Сольватация в растворе и адсорбция на повер­х­ности твердого катализатора изменяют тепловые эффекты реакций. При этом теоретические соотношения тепловых эффектов реакций разных карб­катионов реально могут значительно отличаться от расчетных соотно­шений.

Реакции углеводородов различных классов. Алканы. Они подвергаются изомеризации и распаду на алканы и алкены меньшей молекулярной массы, чем исходные алканы. Первая стадия процесса – зарождение цепи – происхо­дит по двум механизмам.

По первому – часть молекул алканов термически крекируется. Образо­вавшиеся алкены отрывают протоны от катализатора и превращаются в карб-ка­тионы:

₊

RCH= CH₂ + HA RCHCH₃ + A^-. (11.36)

По второму – образование карбкатиона происходит непосредственно из алкана путем отщепления от молекулы гидрид-иона под действием протон­ного центра или апротонного катализатора:

RH + H⁺ R⁺ + H₂ (11.37)

или

RH + L R⁺ + LH^– (11.38)

Так как отрыв гидрид-иона от третичного атома легче всего, изоалканы крекируются быстрее, чем н-алканы.

Термодинамика процесса такая, что, превращение например, карбкати­она С₇Н₁₅⁺ состоит в цепи ряда последовательно-параллельных реакций изо-ме­ризации и -распада. Химизм этого процесса представлен схемой:

СН₃(СН₂)₅СН₂⁺

изомеризация

- распад +

С Н₃(СН₂)₄СН⁺СН₃ СН₃ – СН = СН₂ + СН₃(СН₂)₂СН₂

изомеризация - распад +

С Н₃(СН₂)₃СН⁺СН₂СН₃ СН₃ –СН₂ - СН = СН₂ + СН₃СН₂СН₂

изомеризация - распад +

С Н₃(СН₂)₃С⁺(СН₃)₂ СН₂ = С(СН₃)₂ + СН₃СН₂СН₂

Так как распад алкильных карбкатионов с образованием первичных и вторичных ионов С₁–С₃ происходит труднее, чем с образованием третич­ных ионов с большим числом атомов углерода, то скорость крекинга растет с уд-линением цепи. Например, в одинаковых условиях степень превращения со­ста­вит, %: н-С₅Н₁₂ – 1; н-С₇Н₁₆ –3; н-С₁₂Н₂₆ -18; н-С₁₆Н₃₄ – 42.

Легкость распада ионов с отщеплением третичных карбкатионов ведет к накоплению в продуктах распада алканов с семью и более атомами С.

В ыделившиеся низкомолекулярные карбкатионы после изомеризации от­рывают Н⁺-ионы от исходного углеводорода и весь цикл реакций повторя­ется. Обрыв цепи происходит при столкновении карбкатиона с анионом ката­лизатора: R⁺ + LH ^– RH + L.

Циклоалканы. Скорость каталитического крекинга циклоалканов близ-ка к скорости крекинга алканов с одинаковым числом атомов углерода. Для циклоалканов характерны следующие реакции:

- дециклизация с образованием алкенов и диенов;

- дегидрирование, приводящее к получению аренов;

- изомеризация циклов и заместителей.

Глубина крекинга циклоалканов растет с увеличением числа замести-те­лей в кольце.

Возрастание глубины крекинга связано с тем, что отщепление гидрид-иона с образованием одновременно карбкатиона протекает легче с третич-ным атомом углерода. В то же время гемструктуры (1,1-диметилциклогек­сан) отщепляют гидрид-ион от вторичного атома углерода, поэтому степень прев-ращения в этом случае сопоставима со степенью превращения незаме­щен­но­го циклогексана.

Распад циклогексил-иона идет двумя способами: 1) с разрывом связи С – С; 2) с разрывом связи С – Н.

При разрыве связи С – С образуются алкены и алкадиены:

R

+

⁺ R CH₂ = C – (CH₂)₃CH₂. (11.39)

Алкенильный ион далее изомеризуется в аллильный:

R R

+ +

CH₂ = C – (CH₂)₃CH₂ CH₂ = C – СН(CH₂)₂CH₃. (11.40)

Далее процесс развивается так:

R R

+ +

CH₂ =C–СН(CH₂)₂CH₃ +R^/H CH₂ = C –СН(CH₂)₃CH₃ + R^/ (11.41)

или происходит передача протона алкену или катализатору:

+

C H₂ =C(R)–СН – (CH₂)₂CH₃ + R^//CH = CH₂

+

CH₂ =C(R)СН =CHCH₂CH₃ + R^//CHCH₃. (11.42)

Распад циклогексил-карбкатиона с расщеплением связи С–Н энергети­чески более выгоден, так как через промежуточные циклоалкены и цикло­ал­кины образуются арены:

₊ R R

С – H (11.43)

– H⁺

Циклоалкены подвергаются крекингу быстрее, чем циклоалканы:

R R R R R^/

– H⁺ – Н⁺ – H⁺ R^/ (11.44)

CH + C + – RH⁺ .

H Н

Выход аренов составляет 25 % и более от суммы продуктов превраще-ния циклогексанов, а газовая фаза содержит повышенное количество водоро-да, по сравнению с газами крекинга алканов.

Происходит также изомеризация циклогексанов в циклопентаны и обратно:

+

НС

С – Н + + (11.45) Н⁺ СН₃ СН₃

Эта реакция протекает через протонированное пропановое кольцо.

Равновесие в этой реакции сильно сдвинуто вправо, так как в условиях каткрекинга циклопентаны более устойчивы, чем циклогексаны. Но цикло-гексаны дегидрируются в арены и тем самым равновесие сдвигается влево. Вероятность превращения циклогексана в тот или иной продукт в итоге зави­сит от катализатора.

Если в молекуле циклоалкана длинные боковые цепи, то возможна изо-меризация боковой цепи и /или деалкилирование.

Бицикланы ароматизируются в большей степени, чем моноциклы. Де­ка­лин превращается в нафталин на 33 % при 500 ^оС, тетралин – на 88 %.

Алкены. Скорость их каткрекинга на 2–3 порядка выше соответству­ю­щих алканов и циклоалканов, что объясняется термоди­намикой образования из них карбкатионов:

+

Н₂С = СНСН₂СН₃ + Н⁺ Н₃ССНСН₂СН₃ + 757 кДж/моль. (11.46)

Вместе со многими общими реакциями с алканами алкены обладают и специфическими реакциями перераспределения водорода и циклизации.

Сущность таких реакций состоит в том, что в присутствии кислых ката-лизаторов часть алкенов теряет водород, и образуются полинена­сыщен­ные углеводороды, а другая часть алкенов гидрируется выделившимся водо­ро­дом и переходит в алканы, например:

2С₈Н₁₆ С₈Н₁₄ + С₈Н₁₈ . (11.47)

При этом сильноненасыщенные углеводороды полимеризуются, дегидрируются и, теряя водород, превращаются в кокс.

Циклизация алкенов может привести к образованию циклопентанов, циклопентенов и аренов по схеме:

СН₃(СН₂)₃СН = СН₂

–Н₂ –2Н₂ –3Н₂

СН₃ СН₃ СН₃

метилциклопентан метициклопентен метилциклопентин бензол

Пятичленные циклы изомеризуются в шестичленные и далее ароматизу­ются.

Арены. Незамещенные арены при каталитическом крекинге стабильны. Монометилзамещенные арены по реакционной способности сравнимы с ал­канами, арены с более длинными алкильными заместителями по ста­биль­но-сти близки к алкенам. Основной реакцией для них является деалкили­рование. Это объясняется тем, что ароматическое кольцо обладает большим срод­ст­вом к протону по сравнению с алкил-ионом:

H

+

(СН₂)₂R + H⁺ (CH₂)₂R +CH₂CH₂R (11.48)

в свою очередь:

+

CH₂CH₂R CH₂ = CHR + Н⁺ (11.49)

Скорость реакции возрастает с увеличением длины алкильного заме-сти­теля, а также в ряду:

С₆Н₅ – R_перв. < С₆Н₅ – R_втор. < С₆Н₅ – R_трет.

Именно такой ряд обусловлен различной устойчивостью образующих­ся карбкатионов.

Для метилзамещенных аренов отщепление карбкатиона затруднено, и протекают в основном реакции диспропорционирования:

2С₆Н₅СН₃ С₆Н₆ + С₆Н₄(СН₃)₂ (11.50)

и изомеризация по положению заместителя: СН₃ Н₃С СН₃ Н₃С (11.51) .

СН₃ СН₃

Полициклоарены сорбируются на катализаторе и подвергаются по­­сте­пенной деструкции и перераспределению водорода с образованием кокса.

11.9.4. Промышленная установка каталитического крекинга Г-43-107 с псевдоожиженным слоем микросферического алюмосиликатного катализатора является наиболее совершенной в России. Она включает блоки гидроочистки сырья, крекинга гидроочищенного сырья и ректификации про­дук­тов, абсорбции и газофракционирования, утилизации тепла, очистки газов и регенерации абсорбента, очистки газов регенерации от катализаторной пы-ли в электрофильтрах.

Установка Г-43-107 предназначена для работы на вакуумном дистил­ляте (фракция 350–550 ^оС). Продуктами установки являются высокооктано­вый бензин с температурой конца кипения не выше 195 ^оС, пропан-пропиле-новая и бутан-бутиленовая фракции, компонент дизельного топлива (фрак­ция 195–270 ^оС) и сырье для производства техуглерода (фракция 270–420 ^оС).

Отличительными достоинствами установки Г-43-107 являются:

- крекинг сырья в лифт-реакторе при высокой температуре и малом вре­мени контакта;

- крекинг свежего сырья и рециркулята в одном лифт-реакторе с не­большим коэффициентом рециркуляции или полным исключением вторич­ного сырья, не прошедшего гидроочистку;

- высокоэффективное отпаривание закоксованного катализатора при мини­мальном его объеме в отпарной зоне и малом расходе водяного пара;

- обеспечение минимального объема катализатора в системе «реактор-регенератор»;

На рис. 11.8 представлена схема реакторного блока с циркуляцией ка-та­лизатора микросферического цеолитсодержащего с редкоземельными эле-мен­тами (КМЦР) в системе «реактор-регенератор» установки Г-43-107.

реактор

шиберная

задвижка

регенератор

пар

«треугольник

UOP»

подача сырья

воздух

шиберная задвижка

сырье или

пар разгонный агент

Рис. 11.8. Схема ракторного блока с циркуляцией

катализатора установки Г-43-107

Параметры процесса и материальный баланс установки Г-43-107.

Реактор:

Температура крекинга, ^оС 515–530

Кратность циркуляции катализатора, кг/кг 11–12

Массовая скорость подачи сырья, ч^-1 20–22

Количество рециркулята, % масс. от сырья 15–20

Время пребывания сырья в прямоточном лифт-реакторе, с 2,5–3,5

Время пребывания катализатора в десорбере реактора, с 90–120

Расход водяного пара на распыл сырья, % масс. от сырья 1,0

Давление наверху реактора, МПа 0,176–0,196

Содержание кокса в закоксованном катализаторе, % масс. 0,7–1,0

Регенератор:

Температура в слое катализатора, ^оС 600–700

Давление наверху регенератора, МПа 0,235

Расход катализатора, % масс. от сырья 0,15

Содержание кокса в регенерированном катализаторе, % масс. 0,05–0,20

Содержание кислорода в дымовых газах, % об. 0,5

При указанных параметрах на катализаторе КМЦР выходы продуктов процесса составляют, % масс. на сырье:

Бензин (фракция н.к.–195 ^оС) 48

Газ (до С₄), 19,2

в т. ч. пропан-пропиленовая и бутан-бутиленовая фракции 18

Дизельная фракция (195–270 ^оС) 9,75

Сырье для технического углерода (фракция 270–420 ^оС) 11

Фракции выше 420 ^оС 5,3

Выжигаемый кокс 5,1