Proiectarea tehnologică a blocului reactor-regenerator al unei instalații de cracare tip riser

INTRODUCERE

Dintre procesele catalitice folosite în industria de prelucrare a ţiţeiului, primul loc din punct de vedere a extinderii îl ocupă cracarea catalitică.

Destinat fabricării de benzine ca produs principal, procesul de cracare catalitica a fost realizat pentru prima data in instalaţii cu reactoare in strat fix, urmate, la scurt timp, de instalaţii cu catalizator in strat mobil in reactor si regenerator de tip termofor. Înca din anii 1941 au apărut instalaţii de cracare catalitica cu strat fluidizat atât in reactor cat si in regenerator.

Utilizarea preferenţială a hidrocarburilor naturale şi în special a hidrocarburilor superioare care formează ţiţeiul nu a constituit însă o soluţie întâmplătoare, ci o decizie sigură, pentru dezvoltarea rapidă prevăzută şi analizată cu multe decenii în urmă şi chiar în secolul precedent. Utilizarea eficientă a ţiţeiului a devenit necesară ca urmare a creşterii continue a preţului acestuia.

Măsurile pentru economisirea energiei în prelucrarea ţiţeiului vizează în primul rând reducerea consumului de ţiţei pentru obţinerea unor cantităţi de produse dorite şi reducerea consumurilor energetice, cunoscut fiind faptul că rafinăriile şi procesele de prelucrare sunt mari consumatoare de energie.

În ţara noastră pentru a se asigura chimizarea petrolului în perioada 1976-1980 s-a trecut la mărirea rafinăriilor existente, dotarea lor cu instalaţii moderne de prelucrare, cu instalaţii de reformare catalitică şi hidrofinare a benzinei şi motorinei, de desorbţie şi fracţionare gaze, etc care pe lângă obţinerea de benzină cu cifră octanică ridicară furnizează şi materii prime pentru petrochimie.

După utilizarea catalizatorilor sintetici amorfi cu 10-25% Al2O3, prin 1960 apar catalizatorii zeolitici, care conţin 10-25% site moleculare încorporate într-o matrice de alumo-silicat. Ei se caracterizează printr-o activitate mult mai mare decât cei amorfi, selectivitate superioara şi o rezistenţa hidrotermica ridicata.

Aceste caracteristici au determinat schimbarea tehnologiei procesului, apărând instalaţii în care reacţia se realizează în faza diluata chiar în conducta de transport a materiei prime, numita „riser” într-un timp de reacţie de 4-6 s sau chiar mai scurt o data cu creşterea activităţii catalizatorilor. Astfel s-au obţinut conversii ridicate de 70-80 % volum, ce au permis diminuarea recirculării, randamente mai mari de benzina de 50 % volum, depuneri mai mici de cocs pe catalizator, temperaturi mai ridicate in reactor

(„riser”) de circa 520-540°C şi temperaturi mai mari în regenerator (700-730°C) , toate cu efecte tehnice şi economice favorabile. De asemenea s-a realizat o extindere a bazei de materii prime trecându-se de la prelucrarea motorinelor grele la prelucrarea distilatelor de vid cu finaluri pana la 550°C, iar în ultimul timp exista tendinţa de a se utiliza chiar reziduuri de DA, integral sau în amestec, în diverse proporţii cu distilatul in vid.

Materia prima de baza utilizata în prezent pentru cracarea catalitică este distilatul de vid cu limite de distilare de 350-540°C. De asemenea se folosesc motorine grele de DA, distilate grele de la cocsare, de la reducerea de viscozitate şi chiar reziduul de DA. Distilatul de vid conţine hidrocarburi cu un număr mare de atomi de carbon între 12-35.

Compoziţia chimică a materiei prime influenţează stabilitatea termică respectiv viteza reacţiilor de cracare catalitică, în sensul: aromatice nesubstituite < n-parafine < izoparafine < alchilciclopentani şi alchilaromatice cu mai mult de 3 atomi de carbon in catenă sau cu structura izo a catenei.

Catalizatorii zeolitici de cracare catalitică conţin mai mulţi componenţi:

zeolitul Y, tratat de obicei cu pământuri rare;

matriţa care poate fi inertă sau catalitc activă;

promotorii şi aditivii care îmbunătăţesc performantele catalizatorului şi care pot fi introduşi eventual înca în cursul fabricării zeolitului sau a matriţei.

Zeolitul este principalul responsabil pentru activitatea, selectivitatea şi stabilitatea catalizatorului

Pentru cracarea catalitică folosirea catalizatorilor zeolitici cu stabilitate termică mare permite operarea instalaţiei la temperaturi mai ridicate, asigură creşterea randamentului de produse lichide şi reducerea formării de cocs comparativ cu catalizatorii amorfi.

GENERALITĂŢI PRIVIND PROCESUL DE CRACARE TERMICĂ

Cracarea catalitică constituie unul din principalele procese pentru producerea benzilor cu cifră octanică ridicată şi stabilitate mare, precum şi a hidrocarburilor olefinice gazoase necesare petrochimiei.

Instalaţia de cracare catalitică în strat fluidizat sunt de mai multe tipuri datorită modernizării intense efectuate în ultimii ani.

Instalaţia de cracare catalitică reprezintă 20-25% din instalaţiile de prelucrare a petrolului în România, cca 7% în Europa şi aproape 40% în SUA.

Procesele catalitice în strat fluidizat, introduse industrial în 1942, s-au impus şi ocupă o poziţie dominantă faţă de toate celelalte procese de cracare industrială datorită aplicării următoarelor condiţii:

raport mare de catalizator-materie primă;

regenerarea continuă a catalizatorului şi utilizarea efectivă a căldurii degajate prin regenerarea catalizatorului;

consum redus de catalizator;

randamente mari de benzină;

cicluri lungi de funcţionare.

Catalizatorii folosiţi în prezent au o eficacitate ridicata şi îşi păstrează timp îndelungat activitatea. La o folosire relativ îndelungata a acestor catalizatori, direcţia reacţiei şi produsele acesteia nu se schimbă.

Principala cauza a aplicării într-o mare măsură a cracării catalitice, constă în aceea ca permite obţinerea de randamente mari de benzină cu cifra octanica ridicată, mai mare decât în orice proces termic.