§ 5. Каталитический крекинг и каталитический риформинг

Процесс расщепления нефтяных фракций при высоких температурах (440—500° С) и невысоких давлениях (до 0,15 МПа) в присутствии алюмосиликатных катализаторов называется к а -талитическим крекингом.

Реакции, протекающие при каталитическом крекинге нефтяного сырья, в основном аналогичны реакциям, протекающим при термическом крекинге. Однако применение катализаторов существенно изменяет характер процесса.

Катализаторы - вещества, ускоряющие химическую реакцию.

Сырьем каталитического крекинга чаще всего являются газойлевые фракции (атмосферной и вакуумной перегонки), иногда — продукты термического крекинга (керосино-газойле-вые фракции) и коксования мазутов и гудронов. В процессе каталитического крекинга получают газ, бензин, легкий газойль, тяжелый газойль и кокс. Качество этих продуктов зависит от качества исходного сырья, применяемого катализатора, технологической схемы и параметров процесса.

Основными компонентами катализаторов крекинга являются высокопористые вещества (глинозем и кремнезем). При взаимодействии их образуются алюмосиликаты, которые способствуют реакции расщепления углеводородов. Такие катализаторы называются алюмосиликатными.

Применяют природные и синтетические катализаторы крекинга. Природные приготовляют из природных глин, но так как они малоактивны, чаще применяют синтетические катализаторы (алюмосиликатные и цеолитные).

По форме частиц катализаторы бывают: 1) шариковые (диаметр шарика —3—6 мм); 2) микросферические (диаметр шарика— 20—150 мкм); 3) пылевидные (размер частиц—1— 150 мкм).

Технологический процесс каталитического крекинга в общем виде заключается в следующем.

Предварительно нагретый катализатор подается в реакционную камеру, куда поступают пары сырья. Здесь происходит процесс крекинга. Катализатор при этом закоксовывается и его выводят из зоны реакции в регенератор. В регенераторе кокс выжигается, катализатор восстанавливает свои первоначальные свойства и одновременно нагревается. После этого его вновь направляют в реакционную камеру.

Различают следующие разновидности установок каталитического крекинга.

1. Установки со стационарным (неподвижным) катализатором.

На таких установках сырье проходит через реакторы, заполненные катализатором. По мере работы катализатор закоксовывается, активность его уменьшается и сырье подают в другой реактор, а в первом реакторе проводится регенерация катализатора. Таким образом, реакторы работают периодически. Эти установки широкого распространения не получили.

2. Установки с подвижным шариковым катализатором.

На таких установках поток сырья вместе с шариковым катализатором поступают в реактор. Закоксованный катализатор выводится из реактора и направляется на регенерацию в другой аппарат-регенератор. Установки с движущимся катализатором наиболее распространены.

3. Установки каталитического крекинга с кипящим слоем мелкодисперсного катализатора.

При этом процессе пылевидный катализатор ведет себя как кипящая жидкость. Сырье смешивается с пылевидным катализатором, на поверхности которого проходит реакция, а после этого закоксованный катализатор подают в регенератор. В данном случае обеспечивается лучший контакт сырья с катализатором.

Каталитический риформинг — это процесс повышения октанового числа бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола и ксилола) из нефтяного сырья под действием высокой температуры, давления водорода и специального катализатора. При этом процессе изменяется структура молекул бензина, понижается температура их кипения.

В промышленных условиях применяют в основном две системы каталитического риформинга:

1) платформинг в неподвижном слое алюмоплатинового катализатора с циркуляцией водорода при температуре 500° С и давлении 2—4 МПа;

2) гидроформинг в кипящем слое алюмомолибденового катализатора при температуре 480—550° С и давлении 1,5—2,5 МПа.

Сырьем каталитического риформинга служат низкооктановые бензиновые фракции прямой перегонки, термического крекинга и коксования. В результате риформинга получают следующие продукты: высокооктановый бензин (целевой продукт), газ, полимеры и кокс (побочные продукты).

Для получения индивидуальных ароматических углеводородов применяют узкие бензиновые фракции.

Бензиновые фракции, применяемые как сырье каталитического риформинга, могут иметь различные пределы выкипания. Так, если используют фракцию 85—180° С или 105—180° С, получают высокооктановый бензин, а если взять фракцию 60— 85° С, получают бензол, при 85—105° С— толуол, при 105— 140° С — ксилол.