Материальный баланс процесса

Выход продуктов каталитиче­ского крекинга можно определить по эмпирическим формулам Бондаренко, а также по таблицам и графикам Нельсона.

Фактор жесткости -это отношение кратности циркуляции ка­тализатора к скорости подачи сырья в реактор. По фактору жест­кости и характеризующему фактору сырья, используя график на рис. 2, определяют глубину превращения сырья за однократный пропуск. График составлен для следующих условий процесса: тем­пература 482 °С; активность катализатора 30; остаточное содер­жание кокса на регенерированном катализаторе 0,5%. Если заданные условия крекинга отличаются от вышеприведенных, то необ­ходимо внести поправку на глубину превращения сырья, используя данные табл. 5.

Таблица 5

Влияние различных факторов каталитического крекинга

на глубину превращения сырья

Например, если глубина превращения сырья 60% масс., то при заданных условиях крекинга (см. табл. 5) - температуре 486 °С, активности катализатора 32 и остаточном содержании кокса 0,6% - она составит: Х=60+0,7+1,5—0,7=61,5% масс

По графику на рис. 3 определяют выход продуктов крекинга. Если значение характеризующего фактора сырья отличается от 11,8-12,0, то выход продуктов определяют по рис. 4 и 5. В за­висимости от системы установки каталитического крекинга вносят коррективы в материальный баланс процесса, умножая получен­ные значения выхода продуктов на коэффициенты, приведенные ниже:

Панченков и др., обработав опытные данные о кинетике реакций каталитического крекинга в кипящем слое катализатора, предложили следующее уравнение зависимости выхода бензина (Х_б, % масс.) от глубины превращения сырья:

где Х-глубина превращения сырья, % масс, к -константа скорости реакции.

Рис. 3. Зависимость выхода продуктов каталитического кре­кинга от глубины превращения сырья с характеризующим фак­тором 11,8-12,0.

Цифры на кривых: 47, 55 и 62% масс.-глубина превращения сырья за однократный пропуск; 0,5, 1,0 и 1,5-коэффициенты рециркуля­ции; 1- дебутанизированный бен­зин; 2-бутан-бутиленовая фрак­ция; 3 -сухой газ. Пунктирные линии - сырье прямой перегонки; сплошные линии - сырье вторичного проис­хождения; цифры на кривых - глубина превращения, % масс.

Рис. 4. Влияние природы сырья на выход продуктов каталитического крекинга.

Рис. 5. Выход сухого газа и бутан-бутиленовой фракции при каталитическом крекинге:

1,2 -соответственно выход сухого газа и бутан-бутиленовой фракции при крекинге без рециркуляции; цифры на кривых: 47, 55 и 62% масс. - глубина превращения сырья за однократный пропуск; 0,5, 1,0 и 1,5 - коэффициенты рециркуляции.

Для определения оптимальной глубины превращения Х_опт,со­ответствующей максимальному выходу бензина Х_б.макс, следует продифференцировать уравнение (64) (см. Пример 2)и прирав­нять полученную производную нулю.

Для керосино-газойлевой фракции плотностью (d²⁰₄ = 0,866, мо­лекулярной массы 220, с содержанием ароматических и олефиновых углеводородов 21-28%, нафтеновых 19-30%, парафиновых 40-55% и для алюмосиликатного катализатора состава (в % масс.): 86,3 5SiO₂, 12,7 Аl₂О₃, 0,5 СаО, 0,3SO^2-₄, 0,12Fe₂O₃, 0,35 Na₂O константа k при 450-465 °С равна 0,28-0,30.

Зависимость содержания кокса на катализаторе от продолжительности пребывания послед­него в зоне реакции

где Х^′_k-содержание кокса на катализаторе, % масс.; τ- продолжительность пребывания катализатора в зоне реакции, ч; А, В и D - константы коксообра-зования, зависящие от условий процесса; для крекинга керосино-газойлевой фракции при 450 °С они равны соответственно 0,0075, 1,17 и 0,0955.

Уравнение (65) хорошо описывает процесс в интервале 430-450 °С.

Орочко и Черникова вывели уравнения зависимости вы­хода продуктов (X,массовые доли) от глубины превращения тя­желого газойля на установке каталитического крекинга с реакто­ром ступенчато-противоточного типа

легкого газойля

бензина

кокса

Х_к=0,115Х³

где X - глубина превращения сырья, массовые доли; К' и К^″- макрокинетиче-ские коэффициенты, значения которых приведены ниже в зависимости от тем­пературы в реакторе и числа секций.

Число секции К^′ К^″

и температуры, ^оС

Шесть

520 ………………………… 1,45 0,80

500…………………………. 1,45 0,65

475………………………… 1,25 0,60

450…………………………. 0,95 0,55

Четыре

500………………………… 1,50 0,70

475………………………… 1,25 0,65

Выход газа определяют по разности между глубиной превра­щения сырья и выходом легкого газойля, бензина и кокса.

Пример 1. Определить выход бензина при каталитическом кре­кинге в кипящем слое катализатора, если известно: сырьем служит керосино-газойлевая фракция плотностью d²⁰₄=0,870; глубина пре­вращения сырья X=0,62; температура в реакторе 468 °С.

Решение. Принимают значение константы скорости реакции k=0,28. Определяют выход бензина по уравнению (64).

Пример 2. Определить глубину превращения сырья, при кото­рой выход бензина максимален, если значение константы скоро­сти реакции k=0,30.

Решение. В точке максимума

Приравняв производную находят X_б.мах по Х нулюиз уравнения (64) находят Х_опт

если

то

откуда

После сокращения получают

Решение данного квадратного уравнения следующее:

Поскольку решение Х_опт<0 не имеет физического смысла, для расчетов используют решение, при котором Х_опт>0, т. е.

Определяют оптимальную глубину превращения сырья

Пример 3. На установке каталитического крекинга с шестисекционным реактором ступенчато-противоточного типа при 475 °С перерабатывается вакуумный газойль. Определить выход продук­тов, если глубина превращения сырья составляет 65% масс.

Решение. По уравнениям (66) - (68) выходы составляют (в массовых долях)

легкого газойля

бензина

кокса

газа