Введение к работе
Актуальность проблемы. Постоянно увеличивающийся спрос на моторные топлива требует дальнейшего углубления переработки нефти, разработки и совершенствования вторичных технологических процессов переработки тяжелых вакуумных дистиллятов и остатков. В промышленной практике одним из основных вторичных процессов переработки углеводородного сырья, позволяющих получать высокооктановые компоненты автомобильных бензинов, компоненты дизельного топлива, а также ценные углеводородные газы, является каталитический крекинг.
Изучение кинетики процесса, разработка новых, более активных катализаторов для поиска путей интенсификации существующих мощностей крекинга является важной научной и практической задачей.
Особенностью эксплуатации процесса каталитического крекинга в России является наличие установок (близких по соотношению мощностей) трёх различных поколений с выходами бензиновых фракций соответственно 30,40 и 50% масс. Поэтому интенсификация работы старых установок каталитического крекинга с целью увеличения выхода бензиновых фракций является актуальной задачей. В наибольшей степени это касается установок 43 - 102 с шариковым катализатором (1-е поколение), интенсификацию работы которых необходимо осуществлять с минимальной модернизацией инженерного оформления процесса, что позволит не привлекать значительные инвестиции. Такой путь возможен при использовании в шариковом катализаторе новой модификации цеолита Y (BMY), которая позволяет увеличить выходы бензиновых фракций при низких соотношениях катализатор/сырьё, что соответствует условиям работы установок 43-102 (в отличие от западных установок термофор). Поэтому представляется важным сравнить шариковые катализаторы с несколькими модификациями цеолита Y в модельной реакции крекинга н-гексадекана с добавками соединений различных классов, что позволит более глубоко дифференцировать каталитические свойства данных цеолитов. Это, в свою очередь, поможет интерпретировать выходы целевых продуктов крекинга вакуумного газойля в различных режимах эксплуатации установок 43-102.
Цель и задачи работы. Целью работы являлось дальнейшее исследование каталитических свойств шарикового катализатора крекинга Ц-10 на основе новой модификации цеолита BMY, в сравнении с известными промышленными образцами катализаторов Ц-ЗФЗ и Emcat-100 на основе модификации цеолита типа HY и USY соответственно.
Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи: S исследовать крекинг модельного сырья - н-гексадекана с добавками индивидуальных соединений для расчета кажущейся энергии активации крекинга с целью определения различий в химизме превращений углеводородов на катализаторах с разными модификациями цеолита Y; J определить выход целевых продуктов крекинга вакуумного газойля на исследованных образцах промышленных катализаторов при трёх различных режимах, которые соответствуют режимам эксплуатации как отечественных установок 43-102, так и западных установок термофор с целью модернизации российских установок путем подбора оптимального соотно-. шения катализатор/сырье (с позиций увеличения выхода бензиновых фракций при минимальных инвестициях на реконструкцию установок). Научная новизна. Впервые проведены системные исследования по определению кинетической характеристики крекинга модельного сырья н-гексадекана (кажущейся энергии активации) при вводе добавок индивидуальных соединений в сырье на катализаторах, содержащих различные модификации цеолита Y. В крекинге исходного н-гексадекана кажущаяся энергия активации одинакова на катализаторах, содержащих цеолиты REY и REUSY (Ц-ЗФЗ и Emcat-100); однако, на катализаторе с цеолитом BMY (Ц-Ю) кажущаяся энергия активации меньше, чем на двух других сравниваемых образцах. Добавка бензола в н-гексадекан не изменяет кажущейся энергии активации на всех исследованных образцах катализаторов. Добавка н-гекссна-1 в н-гексадекан снижает кажущуюся энергию активации только для катализатора Emcat-100. Влияние добавок бензола и гексена-1 в крекинге модельного сырья (н-гексадекана) на выходы бензина и величшгу кажущейся энергии активации обусловлено изменением химизма превращения углеводородов на
5 различных модификациях цеолита-Y. Это следует также из экспериментов по определению кажущейся энергии активации и выходов бензина при крекинге н-гексадекана, которые снижаются относительно исходного сырья при добавках в него гексилового спирта на всех исследованных катализаторах. В данном случае, очевидно, протекают реакция превращения н-гексадекана, отличные от крекинга исходного сырья.
Различия в химизме превращения н-гексадекана на всех модификациях цеолита Y обуславливают другое распределение выходов целевых продуктов крекинга вакуумного газойля на катализаторе Ц-10 при одинаковых режимах проведения процесса. На исследованных режимах крекинга вакуумного газойля (температура реакции, объёмная скорость и отношение катализатор/сырьё) было обнаружено, что катализатор Ц-10 имеет преимущество перед катализаторами Emcat-100 и Ц-ЗФЗ по выходу бензиновой фракции.
Практическая ценность. Исследование каталитических свойств промышленных образцов Ц-ЗФЗ, Ц-10 и Emcat-100 показали, что выходы целевых продуктов крекинга на катализаторе Ц-10 больше, чем на Ц-ЗФЗ и Emcat-100, в диапазоне режимов работы российских и западных установок ТСС. На основании этого рекомендована частичная модернизация установок 43-102 по увеличению кратности циркуляции катализатора на них промышленного образца Ц-10, что позволит увеличить выход бензина на 8-10%мас. при росте выходов светлых продуктов на 4-6%мас.
Апробация работы. Отдельные разделы работы доложены на: 0 научно-техническом семинаре "Актуальные проблемы применения нефтепродуктов", М., 1998. И X Международной конференции "Большие химические заводы Европы",
Антверпен, 1998 г.; 0 5-ом международном симпозиуме "Достижения в микросферическом каталитическом крекинге", Новый Орлеан, США, 1999 г.;
Публикации. По результатам диссертации опубликованы 3 печатные работы.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 109 страницах, состоит из введения, четырех глав и выводов, содержит 37 таблиц, 18 рисунков. Список использованной отечественной и зарубежной литературы состоит из 121 наименования.
