СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
METHOD OF CATALYTIC CRACKING OF HYDROCARBONS

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу каталитического крекинга углеводородного сырья.
Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №4434049], включающий предварительное диспергирование жидкого сырья водяным паром и распыление его в восходящий поток регенерированного катализатора через сопловые отверстия, контактирование распыленного сырья и катализатора в прямоточном реакторе, отделение продуктов каталитического крекинга от отработанного катализатора в циклонных сепараторах, размещенных в сепарационной зоне, подачу отработанного катализатора в отпарную зону и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром.
Предварительное диспергирование жидкого сырья осуществляют в потоке водяного пара при ударном дроблении высокоскоростной струи жидкого сырья о поверхность, расположенную перпендикулярно струе. Для формирования высокоскоростной струи создают высокий перепад давления в отверстии, из которого истекает поток жидкого сырья.
Недостатками способа являются слияние образованных при ударном дроблении мелких капель сырья в более крупные и расслоение потоков сырья и водяного пара из-за длительного времени пребывания паросырьевого потока в зоне смешения форсунки и высокий перепад давления, затрачиваемый на создание высокоскоростной струи жидкого сырья. Применение этого способа не позволяет получить мелкие капли сырья при его распылении в восходящий поток регенерированного катализатора. В результате увеличивается время испарения сырья, что приводит к ухудшению селективности процесса по образованию кокса и сухого газа, сокращению выхода целевых продуктов и снижению производительности процесса, а также обусловливает высокое давление на выкиде сырьевых насосов и, как следствие, повышенный расход электроэнергии.
Известен способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №6179997], включающий предварительное диспергирование жидкого сырья водяным паром и распыление его в восходящий поток регенерированного катализатора через щелевые отверстия, контактирование распыленного сырья и катализатора в прямоточном реакторе, отделение продуктов каталитического крекинга от отработанного катализатора в циклонных сепараторах, размещенных в сепарационной зоне, подачу отработанного катализатора в отпарную зону и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром.
Предварительное диспергирование жидкого сырья осуществляют в зоне смешения путем обработки потока сырья, подаваемого из сырьевой линии соосно зоне смешения, высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми в направлении перемещения потока сырья.
Недостатками этого способа являются низкая эффективность дробления сырья на капли под воздействием высокоскоростных струй водяного пара, подаваемых в направлении перемещения потока сырья, и расслоение потоков сырья и водяного пара из-за длительного времени пребывания паросырьевого потока в зоне смешения форсунки. В результате применения этого способа образуются крупные капли сырья при его распылении в восходящий поток регенерированного катализатора, что приводит к увеличению времени испарения сырья, ухудшению селективности процесса по образованию кокса и сухого газа, сокращению выхода целевых продуктов и снижению производительности процесса.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов [патент США №5306418], включающий предварительное и дополнительное диспергирование жидкого сырья водяным паром и распыление его в восходящий поток регенерированного катализатора через щелевые отверстия, контактирование распыленного сырья и катализатора в прямоточном реакторе, отделение продуктов каталитического крекинга от отработанного катализатора в циклонных сепараторах, размещенных в сепарационной зоне, подачу отработанного катализатора в отпарную зону и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром, причем предварительное диспергирование жидкого сырья осуществляют путем обработки в зоне смешения потока сырья, подаваемого из сырьевой линии соосно зоне смешения, высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения радиально поперечному сечению потока сырья.
Обработка потока сырья на стадии предварительного диспергирования высокоскоростными струями водяного пара, направленными радиально его поперечному сечению, обеспечивает повышение эффективности диспергирования сырья. Осуществление последующих стадий дополнительного диспергирования сырья и распыления его в восходящий поток регенерированного катализатора через щелевые отверстия позволяет предотвратить слияние образованных капель и расслоение паросырьевого потока, получить в распыленном сырье капли небольшого среднего размера и благодаря этому сократить время испарения сырья и повысить эффективность его контактирования с катализатором.
Недостаток известного способа заключается в следующем. Согласно способу линейные скорости потока жидкого сырья в сырьевой линии и в зоне смешения одинаковы. Поток сырья на входе в зону смешения распределяется практически равномерно по ее поперечному сечению. Вследствие ограничения диаметра сырьевой линии из-за ее размещения внутри компактной зоны предварительного диспергирования поток сырья подают по этой линии с повышенной линейной скоростью. Соответственно, линейная скорость сырья в пристенной области зоны смешения также является повышенной, что способствует диссипации высокоскоростных струй водяного пара, истекающих из отверстий в цилиндрической стенке зоны смешения и не сформированных в достаточной степени в ее пристенной области. В результате кинетическая энергия струй водяного пара снижается по мере их проникновения вглубь потока, что обусловливает более интенсивное дробление сырья в периферийной части потока, чем в центральной его части. Это приводит к неоднородному диспергированию сырья с образованием более мелких капель в периферийной части и более крупных капель в центральной части паросырьевого потока, выводимого из зоны смешения.
Для компенсации этого недостатка в известном способе осуществляют дополнительное диспергирование сырья путем дробления преимущественно центральной части паросырьевого потока при ударе о торцевую поверхность цилиндрического отражателя, расположенного соосно зоне смешения, с последующим выводом потока в кольцевую расширенную зону. Однако линейная скорость паросырьевого потока на выходе из зоны смешения недостаточна для его эффективного ударного дробления о поверхность, поскольку для создания требуемой скорости потока его необходимо пропускать через сопловое отверстие с размером, существенно меньшим, чем поперечное сечение зоны смешения.
Таким образом, неоднородное диспергирование сырья, полученное на стадии предварительного диспергирования, сохраняется и на стадиях дополнительного диспергирования и распыления сырья в восходящий поток регенерированного катализатора, что обусловливает присутствие крупных капель (крупнее 200 мкм) в распыленном сырье, характеризующихся продолжительным временем испарения. Это приводит к повышению вклада нежелательных реакций термического крекинга, протекающих при жидкофазном состоянии сырья, и, как следствие, к ухудшению селективности процесса по образованию кокса и сухого газа, снижению выхода целевых продуктов и производительности процесса.
Целью изобретения является улучшение селективности процесса по образованию кокса и сухого газа и увеличение выхода целевых продуктов и производительности процесса за счет обеспечения более однородного и тонкого диспергирования сырья.
Поставленная цель достигается предлагаемым способом каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе с получением целевых продуктов, включающим предварительное и дополнительное диспергирование жидкого сырья водяным паром и распыление его в восходящий поток регенерированного катализатора через щелевые отверстия, контактирование распыленного сырья и катализатора в прямоточном реакторе, отделение продуктов каталитического крекинга от отработанного катализатора в циклонных сепараторах, размещенных в сепарационной зоне, подачу отработанного катализатора в отпарную зону и отделение от него увлеченных углеводородов путем обработки водяным паром, причем предварительное диспергирование жидкого сырья осуществляют путем обработки в зоне смешения потока сырья, подаваемого из сырьевой линии соосно зоне смешения, высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения радиально поперечному сечению потока сырья. Согласно изобретению поток сырья в зоне смешения предварительно обрабатывают высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения, причем отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,1-0,4.
Существенным отличием предлагаемого способа является то, что поток сырья в зоне смешения предварительно обрабатывают высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения, причем отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,1-0,4.
Указанные отличия позволяют обеспечить более однородное и тонкое диспергирование сырья и благодаря этому улучшить селективность процесса по образованию кокса и сухого газа, увеличить выход целевых продуктов и производительность процесса.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Предварительное диспергирование жидкого сырья осуществляют путем обработки в зоне смешения потока сырья, подаваемого из сырьевой линии соосно зоне смешения, высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения радиально поперечному сечению потока сырья, что обеспечивает повышение эффективности диспергирования сырья за счет взаимного дробления капель во встречных радиально ориентированных струях. Поток сырья в зоне смешения предварительно обрабатывают высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения, отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,1-0,4.
При вышеописанных условиях происходит тангенциальный сдув пограничного слоя потока сырья с резким падением его линейной скорости в пристенной области зоны смешения непосредственно перед местом ввода радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара, что существенно снижает диссипацию последних в пристенной области под воздействием потока сырья и способствует их формированию с аккумулированием максимальной кинетической энергии. Благодаря этому кинетическая энергия радиально ориентированных струй водяного пара по мере их проникновения в поток жидкого сырья изменяется незначительно, что обеспечивает однородное и тонкое диспергирование сырья по всему поперечному сечению потока в зоне смешения, исключая тем самым образование крупных капель в центральной его части. Дополнительное диспергирование сырья проводят в сопле Вентури, что позволяет измельчить образованные на стадии предварительного диспергирования капли и предотвратить расслоение паросырьевого потока. Окончательное распыление сырья в восходящий поток регенерированного катализатора осуществляют через щелевые отверстия, что способствует получению в распыленном сырье близких по размеру капель минимального среднего диаметра. В результате достигается более быстрое испарение сырья в прямоточном реакторе, что позволяет свести к минимуму вклад нежелательных жидкофазных реакций термического крекинга и благодаря этому улучшить селективность процесса по образованию кокса и сухого газа, увеличить выход целевых продуктов и производительность процесса.
Способ каталитического крекинга углеводородного сырья на мелкодисперсном катализаторе осуществляют следующим образом. Согласно фиг.1-3 углеводородное сырье 1 пропускают через радиальные форсунки 2, направляя сначала в зону предварительного диспергирования 3, где из сырьевой линии 4 его подают в зону смешения 5 соосно ей. Водяной пар 6 направляют в кольцевое пространство 7 вокруг зоны смешения, откуда подают в виде высокоскоростных струй в зону смешения. Основную часть водяного пара направляют радиально поперечному сечению потока сырья через несколько рядов радиально ориентированных отверстий 8. Число рядов отверстий составляет 1-4, число отверстий в каждом ряду - 5-15. Другую часть водяного пара вводят перед радиально ориентированными струями и направляют ее в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения (угол α) через несколько рядов соответственно ориентированных отверстий 9. Число рядов отверстий составляет 1-3, число отверстий в ряду - 3-9. Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,1-0,4. Это отношение регулируют путем варьирования отношения площади отверстий, направленных под углом 50-70° к радиусу поперечного сечения зоны смешения, к площади радиально ориентированных отверстий.
Благодаря подаче высокоскоростных струй водяного пара, направленных в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения, при отношении расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, равном 0,1-0,4, происходит тангенциальный сдув пограничного слоя потока сырья с резким снижением линейной скорости потока в пристенной области зоны смешения непосредственно перед местом ввода радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара. В результате существенно ограничивается диссипация радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара в пристенной области под воздействием потока жидкости и обеспечивается их формирование с аккумулированием максимальной кинетической энергии, что способствует однородному и тонкому диспергированию сырья.
Из зоны смешения паросырьевой поток 10 направляют в сопло Вентури 11 для дополнительного диспергирования, обеспечивая тем самым измельчение образованных капель сырья и предотвращение расслоения паросырьевого потока. Далее паросырьевой поток подают в щелевое отверстие 12, через которое его распыляют в восходящий поток регенерированного катализатора 13 с формированием плоского веерообразного факела 14, способствующего более равномерному распределению сырья. Трехстадийное диспергирование сырья согласно предлагаемому способу обеспечивает получение в распыленном сырье близких по размеру капель минимального среднего диаметра.
Распыленное сырье и катализатор контактируют в прямоточном реакторе 15 с образованием парообразных продуктов 16 в результате протекания реакций каталитического крекинга. Парообразные продукты отделяют на выходе из прямоточного реактора от основной массы отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой ступени 17 и направляют в сепарационную зону 18. Отработанный катализатор 19 направляют на отпарку от увлеченных углеводородов в отпарную зону 20, где его обрабатывают водяным паром 21, подаваемым через парораспределительные устройства 22, в ступенчато-противоточных условиях с применением конических перегородок 23. Образованные в отпарной зоне газы 24, состоящие из смеси отпаренных углеводородов и водяного пара, выводят в сепарационную зону. Отпаренный от увлеченных углеводородов отработанный катализатор 25 направляют снизу отпарной зоны на стадию окислительной регенерации (не показана). Поток парообразных продуктов и газов 26 доочищают от мелких фракций катализатора в циклонных сепараторах второй ступени 27, размещенных в сепарационной зоне, и подают в ректификационную колонну (не показана) на разделение.
Предлагаемый способ может также осуществляться в соответствии с вариантом, представленным на фиг.4, в котором углеводородное сырье 1 подают из сырьевой линии 4 в зону смешения 5 по расширяющемуся коническому каналу 28 с углом расширения 24-55°. Благодаря этому обеспечивается отрыв потока жидкого сырья от стенок конического канала на входе в зону смешения, что позволяет дополнительно снизить линейную скорость потока сырья в пристенной области зоны смешения, способствуя тем самым усилению эффекта от тангенциального сдува его пограничного слоя под воздействием высокоскоростных струй водяного пара, направляемых в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения. В результате дополнительно снижается диссипация радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара в пристенной области зоны смешения, что влечет за собой более эффективное дробление капель сырья в этих струях.
Предлагаемый способ обеспечивает однородное и тонкое диспергирование сырья с исключением образования крупных капель при его распылении в восходящий поток регенерированного катализатора, что способствует быстрому испарению всех компонентов сырья в прямоточном реакторе и позволяет свести к минимуму вклад нежелательных жидкофазных реакций термического крекинга. В результате достигается улучшение селективности процесса по образованию кокса и сухого газа и увеличение выхода целевых продуктов и производительности процесса.
Ниже приведены конкретные примеры использования известного и предлагаемого способов каталитического крекинга углеводородного сырья применительно к промышленной установке каталитического крекинга производительностью 188 т/ч.
Сравнительные показатели процесса каталитического крекинга углеводородного сырья по известному и предлагаемому способам представлены в таблице.
Пример 1
3
3
3
2
Каталитическому крекингу подвергают смесь остатка гидрокрекинга (70% масс.) и прямогонного вакуумного газойля (30% масс.) с пределами выкипания 345-540°С. Характеристика углеводородного сырья: плотность 857 кг/м, содержание серы 0,45% масс., содержание основного азота 0,011% масс., коксуемость по Конрадсону 0,07% масс., содержание тяжелых металлов (ванадия и никеля) 0,2 мг/кг. В качестве катализатора используют равновесный микросферический цеолитсодержащий катализатор со следующими характеристиками: насыпная плотность 807 кг/м, удельный объем пор 0,35 см/г, удельная поверхность 197 м/г; гранулометрический состав, % масс.: фракция мельче 40 мкм 10; фракция мельче 60 мкм 34; фракция мельче 80 мкм 66; фракция мельче 100 мкм 91. Химический состав катализатора, % масс.: оксид алюминия 48,0; оксид натрия 0,25; оксиды редкоземельных элементов 1,9. Расход свежего катализатора 0,6 кг/т перерабатываемого сырья. Микроактивность равновесного катализатора 72% масс.
Каталитический крекинг осуществляют в прямоточном реакторе при температуре 530°С, времени контакта углеводородного сырья с катализатором 2,8 с, кратности циркуляции катализатора 7,8 кг/кг перерабатываемого сырья. Расход водяного пара на диспергирование и распыление сырья составляет 2,5% масс. от расхода сырья, температура нагрева сырья 270°С. Сырье вводят в прямоточный реактор через шесть радиальных форсунок, равномерно размещенных по периметру в нижней его части.
В соответствии с предлагаемым способом жидкое сырье направляют в зону предварительного диспергирования форсунок, где из сырьевой линии его подают в зону смешения соосно ей со средней линейной скоростью 7,3 м/с.
Водяной пар направляют в кольцевое пространство вокруг зоны смешения, откуда подают в виде высокоскоростных струй в зону смешения. Основную часть водяного пара направляют радиально поперечному сечению потока сырья через девять радиально ориентированных отверстий диаметром 7,6 мм, равномерно размещенных по периметру зоны смешения в одном ряду. Другую часть водяного пара вводят перед радиально ориентированными струями и направляют в периферийную область потока сырья под углом 60° к радиусу его поперечного сечения через семь соответственно ориентированных отверстий диаметром 4,3 мм, равномерно расположенных в одном ряду. Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,25. При этих условиях имеет место тангенциальный сдув пограничного слоя потока сырья с падением его линейной скорости в пристенной области зоны смешения до 0,5 м/с. Благодаря этому существенно снижается диссипация радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара под воздействием потока жидкости и обеспечивается их формирование с аккумулированием максимальной кинетической энергии, что способствует однородному и тонкому диспергированию сырья с образованием капель со средним диаметром 200 мкм. Из зоны смешения паросырьевой поток направляют в сопло Вентури для дополнительного диспергирования и далее распыляют в восходящий поток регенерированного катализатора через щелевое отверстие наконечника форсунок с получением в распыленном сырье мелких капель со средним диаметром 40 мкм при полном отсутствии крупных капель (крупнее 200 мкм).
Парообразные продукты каталитического крекинга выводят из прямоточного реактора и отделяют от отработанного катализатора в циклонных сепараторах первой и второй ступеней с эффективностью 99,993%. Отработанный катализатор направляют на отпарку от увлеченных углеводородов в отпарную зону и далее выводят на стадию окислительной регенерации.
1
2
3
4
Предлагаемый способ обеспечивает более однородное и тонкое диспергирование сырья, что позволяет ускорить испарение сырья и благодаря этому свести к минимуму вклад нежелательных жидкофазных реакций термического крекинга и в конечном счете снизить величину дельты кокса на 0,10% масс. и выход сухого газа С-С на 0,6% масс., повысить выход сжиженного газа С-С на 1,6% масс., выход бензина на 2,0% масс., производительность по свежему сырью на 17,5% отн.
Пример 2
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Жидкое сырье из сырьевой линии подают в зону смешения со средней линейной скоростью 7,3 м/с. Часть водяного пара вводят в зону смешения перед радиально ориентированными струями и направляют в периферийную область потока сырья под углом 50° к радиусу его поперечного сечения через отверстия диаметром 2,7 мм. Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,1. При этих условиях имеет место тангенциальный сдув пограничного слоя потока сырья с падением его линейной скорости в пристенной области до 0,6 м/с. Благодаря этому существенно снижается диссипация радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара и повышается их кинетическая энергия, что способствует однородному и тонкому диспергированию сырья с образованием капель со средним диаметром 220 мкм после стадии предварительного диспергирования и 45 мкм после распыления в прямоточный реактор при полном отсутствии крупных капель в распыленном сырье.
Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа величина дельты кокса и выход сухого газа снижаются соответственно на 0,08% масс. и 0,5% масс., выход сжиженного газа повышается на 1,5% масс., выход бензина на 1,8% масс., производительность по свежему сырью на 17,5% отн.
Пример 3
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Жидкое сырье из сырьевой линии подают в зону смешения со средней линейной скоростью 7,3 м/с. Часть водяного пара вводят в зону смешения перед радиально ориентированными струями и направляют в периферийную область потока сырья под углом 70° к радиусу его поперечного сечения через отверстия диаметром 5,5 мм. Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,4. При этих условиях имеет место тангенциальный сдув пограничного слоя потока сырья с падением его линейной скорости в пристенной области до 0,6 м/с. Благодаря этому существенно снижается диссипация радиально ориентированных высокоскоростных струй водяного пара и повышается их кинетическая энергия, что способствует однородному и тонкому диспергированию сырья с образованием капель со средним диаметром 220 мкм после стадии предварительного диспергирования и 45 мкм после распыления в прямоточный реактор при полном отсутствии крупных капель в распыленном сырье.
Как видно из таблицы, в результате использования предлагаемого способа величина дельты кокса и выход сухого газа снижаются соответственно на 0,08% масс. и 0,5% масс., выход сжиженного газа повышается на 1,5% масс., выход бензина на 1,8% масс., производительность по свежему сырью на 17,5% отн.
Пример 4
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Жидкое сырье из сырьевой линии подают в зону смешения со средней линейной скоростью 6,8 м/с. Часть водяного пара вводят в зону смешения перед радиально ориентированными струями и направляют в периферийную область потока сырья под углом 40° к радиусу его поперечного сечения через отверстия диаметром 1,9 мм. Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,05.
По сравнению с вариантом использования предлагаемого способа при условиях, соответствующих заявленным пределам количественных характеристик, происходит неполный тангенциальный сдув пограничного слоя потока сырья, что приводит к повышению линейной скорости потока в пристенной области зоны смешения до 0,9 м/с.
Вследствие этого увеличивается диссипация высокоскоростных струй водяного пара под воздействием потока жидкости и снижается их кинетическая энергия, что способствует образованию более крупных капель со средним диаметром 300 мкм после стадии предварительного диспергирования и 60 мкм после распыления в прямоточный реактор, причем в распыленном сырье присутствуют крупные капли в количестве 2% масс. Это приводит к увеличению продолжительности испарения сырья и повышению вклада нежелательных жидкофазных реакций термического крекинга и, как следствие, к ухудшению селективности процесса по образованию сухого газа и кокса.
Как видно из таблицы, по сравнению с осуществлением предлагаемого способа при заявленных пределах количественных характеристик величина дельты кокса и выход сухого газа повышаются соответственно на 0,04-0,06% масс. и 0,2-0,3% масс., выходы сжиженного газа и бензина снижаются соответственно на 0,5-0,6% масс. и 0,7-0,9% масс., производительность по свежему сырью падает на 5,9% отн.
Пример 5 (для сравнения)
Каталитический крекинг углеводородного сырья осуществляют в соответствии с примером 1. Жидкое сырье из сырьевой линии подают в зону смешения со средней линейной скоростью 6,8 м/с.
Часть водяного пара вводят в зону смешения перед радиально ориентированными струями и направляют в периферийную область потока сырья под углом 80° к радиусу его поперечного сечения через отверстия диаметром 6,7 мм. Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, составляет 0,6.
По сравнению с вариантом использования предлагаемого способа при условиях, соответствующих заявленным пределам количественных характеристик, происходит завихрение пограничного слоя потока сырья с неполным его сдувом из пристенной области, что приводит к повышению линейной скорости потока в этой области до 0,9 м/с.
Вследствие этого увеличивается диссипация высокоскоростных струй водяного пара под воздействием потока жидкости и снижается их кинетическая энергия, что способствует образованию более крупных капель со средним диаметром 300 мкм после стадии предварительного диспергирования и 60 мкм после распыления в прямоточный реактор, причем в распыленном сырье присутствуют крупные капли в количестве 2% масс. Это приводит к увеличению продолжительности испарения сырья и повышению вклада нежелательных жидкофазных реакций термического крекинга и, как следствие, к ухудшению селективности процесса по образованию сухого газа и кокса.
Как видно из таблицы, по сравнению с осуществлением предлагаемого способа при заявленных пределах количественных характеристик величина дельты кокса и выход сухого газа повышаются соответственно на 0,04-0,06% масс. и 0,2-0,3% масс., выходы сжиженного газа и бензина снижаются соответственно на 0,5-0,6% масс. и 0,7-0,9% масс., производительность по свежему сырью падает на 5,9% отн.
1
2
3
4
Как следует из представленных в примерах данных, при одинаковых условиях эксплуатации предлагаемый способ каталитического крекинга углеводородного сырья с предварительной обработкой потока сырья в зоне смешения высокоскоростными струями водяного пара, подаваемыми из кольцевого пространства вокруг зоны смешения в периферийную область потока сырья под углом 50-70° к радиусу его поперечного сечения, при отношении расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья, равном 0,1-0,4, обеспечивают более однородное и тонкое диспергирование сырья при его обработке радиально ориентированными высокоскоростными струями водяного пара в зоне смешения за счет повышения кинетической энергии этих струй благодаря снижению их диссипации под воздействием потока жидкости при формировании струй на выходе из отверстий в зоне смешения вследствие тангенциального сдува пограничного слоя потока сырья с резким падением его линейной скорости в пристенной области зоны смешения. В результате при распылении сырья в прямоточный реактор обеспечивается получение близких по размеру капель минимального диаметра, что позволяет ускорить испарение сырья и свести к минимуму вклад нежелательных жидкофазных реакций термического крекинга и, в конечном счете, снизить величину дельты кокса на 0,08-0,10% масс. и выход сухого газа C-C на 0,5-0,6% масс., увеличить выходы сжиженного газа С-С на 1,5-1,6% масс. и бензина на 1,8-2,0% масс., повысить производительность по свежему сырью на 17,5% отн.
Таблица
Сравнение показателей процесса каталитического крекинга по известному и предлагаемому способам
№
Известный способ
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4 (для сравнения)
Пример 5 (для сравнения)
1
2
3
4
5
6
7
8
1.
Угол между направлением высокоскоростной струи водяного пара, ориентированной в периферийную область потока сырья, и радиусом его поперечного сечения, град
-
60
50
70
40
80
2.
Отношение расхода водяного пара, подаваемого в периферийную область потока сырья, к расходу водяного пара, подаваемого радиально поперечному сечению потока сырья
-
0,25
0,1
0,4
0,05
0,6
3.
Средняя линейная скорость потока сырья в зоне смешения, м/с
6,2
7,3
7,3
7,3
6,8
6,8
4.
Линейная скорость потока сырья в пристенной области зоны смешения, м/с
5,0
0,5
0,6
0,6
0,9
0,9
5.
Средний диаметр капель, мкм:
- после предварительного диспергирования сырья;
450
200
220
220
300
300
- после распыления сырья в прямоточный реактор
75
40
45
45
60
60
6.
Содержание крупных капель (крупнее 200 мкм) в распыленном сырье, % масс.
10
0
0
0
2
2
7.
Дельта кокса, % масс.
0,72
0,62
0,64
0,64
0,68
0,68
8.
Выход сухого газа C<sub>1</sub>-C<sub>2</sub>, % масс.
2,2
1,6
1,7
1,7
1,9
1,9
9.
Выход сжиженного газа С<sub>3</sub>-С<sub>4</sub>, % масс.
22,7
24,3
24,2
24,2
23,7
23,7
10.
Выход бензина (С<sub>5</sub> - 205°С), % масс.
57,5
59,5
59,3
59,3
58,6
58,6
11.
Производительность по свежему сырью, т/ч
160
188
188
188
177
177