Контроль за выбросами частиц катализатора ККФ: Снижение микропыли позволяет нефтепереработчикам контролировать капитальные затраты и сохранять высокие выхода продуктов Конференция по технологии нефтепереработки в России Сентябрь 2007 О. Крюков, К. Дж. Фэрли, Р. Эндрюс, Р. МакЛанг

10/27/ Взгляд на БАСФ BASF – The Chemical Company Продажи в 2006: Прибыль (без налогов и процентов) в 2006: Персонал по состоянию на 31 декабря 2006: чел. Компания – мировой лидер в области химии Наша сфера деятельности простирается от химии, пластических материалов, продуктов промышленного производства, продуктов сельского хозяйства, чистых химикатов, и до сырой нефти и природного газа

10/27/ Факторы, заставляющие снижать выбросы частиц катализатора с установок ККФ Необходимость защиты окружающей понуждает НПЗ исследовать влияние состава катализатора на снижение выбросов пыли В этих случаях, в зависимости от конфигурации ККФ, применение катализаторов, снижающих образование микрочастиц, может использоваться для снижения выбросов пыли Области применения: Уменьшение запыленности –Позволяет использоваться экспандеры, электрофильтры, сепараторы 3-ей ступени, скрубберы для дымовых газов Снижение выброса пыли с реактора Снижение выброса пыли с регенератора

10/27/ Теоретические основы выброса частиц Все установки ККФ имеют потери катализатора из реактора /регенератора в главную фракционирующую колонну и систему дымовых газов после регенерации, соответственно Скорость потерь катализатора зависит от: Используемого оборудования Рабочих условий, прежде всего: –Поверхностных скоростей в аппаратах –Конструкции циклонов –Скоростей в сырьевых форсунках Катализатор и используемые добавки могут влиять на виды и количество выбрасываемой пыли –Основной целью является уменьшение образования микрочастиц размером менее 2.5 микрона

10/27/ Механизмы истирания катализатора на работающей установке ККФ Дробление частиц зависит от скорости на выходе из форсунок и турбулентности в лифт-реакторе Поверхностное истирание определяется гидродинамическими процессами в глубине слоя катализатора и режимом работы циклона Усталостное изменение свойств материала Происходит во время промышленной эксплуатации постепенно, так же как и дробление частиц По мере старения частицы растет тенденция к ее разрушению Считается маловажным фактором для эксплуатационных качеств установки

10/27/ Относительные скорости дробления и поверхностного истирания катализатора определяют размер микрочастиц катализатора k a25 k a40 k f40 k f70 k a70

10/27/ Общие элементы лабораторных испытаний по истиранию катализатора Все лабораторные тесты по истиранию имеют общие элементы Камера истирания – там, где частицы сталкиваются и/или происходит поверхностное истирание Сепарационная камера – возвращает катализатор подходящего размера в процесс (обычно используется +20 ) Улавливание микрочастиц – в испытаниях с использованием воздушной струи включает барабан из целлюлозы, который пропускает воздух, но задерживает микрочастицы Происходящее в камере истирания определяет степень разрушения и поверхностного истирания В испытаниях с использованием воздушной струи скорость на выходе из сопла/диафрагмы находится в пределах м/сек Склонность к разрушению зависит в большей мере от геометрии аппарата (т.е. от характера ударов и столкновений), чем от скорости на выходе из сопла

10/27/ Механизмы истирания катализатора при моделировании процесса в лабораторных условиях Разрушение частиц Моделируется в лабораторных условиях в соответствии с методикой проведения испытаний Поверхностное истирание Моделируется в лаборатории в соответствии с методикой проведения испытаний в кипящем слое катализатора с использованием методики «от частицы к частице» Усталостное изменение свойств материала Не может быть моделировано в лабораторных условиях

10/27/ Промышленный опыт Результаты испытаний промышленных образцов микрочастиц свидетельствуют о наличии процессов разрушения и поверхностного истирания частиц Промышленный опыт, накопленный на сегодняшний день, говорит о преобладании механизма разрушения частиц Распределение частиц по размерам, получаемое в результате испытаний на ударный износ, с большой точностью соответствует фракционному составу катализаторной пыли с промышленной установки

10/27/ Применение катализаторов, снижающих образование микрочастиц Применение катализаторов, снижающих образования микрочастиц (LMF), возможно на большинстве существующих установок ККФ, без изменения выходов продуктов или селективности по коксу Обычно снижение выброса пыли возможно на 20 – 60 % БАСФ Каталистс представляет прогноз для каждого случая, чтобы определить целесообразность применения Названия катализаторов имеют расширение LMF, например: NaphthaMax LMF, Vektor LMF Эффект от снижения выброса пыли может быть существенным в пересчёте на требуемые капиталовложения. Однако, существуют некоторые опасения относительно их потребности в будущем

10/27/ Примеры промышленного применения катализаторов, снижающих образование микрочастиц Приведены два примера: В первом примере сравниваются NaphthaMax и NaphthaMax LMF –На установке требовалось снизить запыленность Во втором примере сравниваются NaphthaMax LMF с конкурентным катализатором –Содержание механических примесей в шламе представляло проблему

10/27/ Пример 1: Уменьшение запыленности Установка 1 имеет стандартную геометрическую конфигурацию с обычными конструктивными элементами UOP SBS, усовершенствованная технология впрыска и устройство прекращения реакции Замена катализатора была сделана специально для уменьшения запыленности (дымовых газов) Опыт работы установки показал положительный результат: Не произошло ухудшения выходов Значительно меньшее количество катализаторной пыли в аналогичных условиях эксплуатации Диаграмма на следующей странице показывает поток катализатора, поступающего в циклоны –Умножение на величину диаметра сосуда (константа) дает количество поступающего катализатора, фунты/сек

10/27/ Очевидное уменьшение запыленности при использовании NaphthaMax LMF

10/27/ Очевидный сдвиг в размере твердых частиц, покидающих регенератор – Концентрация пыли постоянна Замеры выбросов из трубы проводились регулярно Концентрация пыли постоянна в переводе на массовую концен- рацию и расход Резкий сдвиг в содер- жании микро частиц размером менее 2.5 микрон: было 87%, стало 43%

10/27/ Катализатор показал исключительную селективность в работе Загрузка сырья на установку - постоянна Количество добавляемого катализатора - постоянно NaphthaMaxNaphthaMax LMF Активность (мас. %)Базовый+0.4 от базы Коксовый факторбазовый Площадь поверхностиБазовый+4 м2 / г от базы НикельБазовый115 % от базы ВанадийБазовый98 % от базы соотношение Легкий газойль / Кубовый остаток Базовый

10/27/ Соотношение остатка и кокса близко к наилучшим результатам для обоих случаев - NaphthaMax и NaphthaMax LMF

10/27/ Наилучшая селективность по коксу была сохранена при переходе от NaphthaMax к NaphthaMax LMF

10/27/ Второй промышленный пример применения катализаторов, снижающего образование микрочастиц Установка 2 имеет геометрическое расположение «бок-о-бок» Усовершенствованная технология впрыска, устройство прекращения реакции Проблемы этой установки связаны с содержанием твердых частиц в шламе Влияние на конечные свойства продукта и его хранение БАСФ Каталистс заменил PetroMax на NaphthaMax LMF Затем было проведено испытание конкурентного продукта Использование NaphthaMax LMF уменьшило содержание твердых частиц в шламе на 0.2 мас % при постоянном выходе кубового остатка и выбросах пыли с регенератора по сравнению с PetroMax Конкурентный продукт имел сходное содержание механических примесей в шламе по сравнению с NaphthaMax LMF, но выход кубового остатка был выше Выброс пыли из реактора на конкурентном продукте на ~ 10 % выше

10/27/ Превращение остатка с NaphthaMax LMF лучше, чем на конкурентном продукте Постоянная загрузка по сырью Показатели конкурентного продукта по коксу хуже, чем NaphthaMax LMF Снижение конверсии на установке Другой материал NaphthaMax LMF Мех. примеси в шламе(мас%)База Выход шлама(об%)База90 % от базы Плотность шлама (API)База-2.8 от базы Содержание твердых частиц в шламе 100.0%90.6%

10/27/ Сравнение распределений по размерам твердых частиц в шламе Размер частиц более грубый с NaphthaMax LMF В каждом случае пик эффективности циклона приходится на частицы размером чуть более 20 микрон Сдвиг по размеру в основном в области размера частиц менее 10 микрон

10/27/ Совокупные данные распределения твердых частиц иллюстрируют изменения содержания микрочастиц и их среднего размера Средний размер микрочастиц увеличивается примерно до 2.5 микрона

10/27/ Превращение остатка с NaphthaMax LMF лучше, чем на конкурентном продукте

10/27/ NaphthaMax LMF проявляет лучшую селективность по коксу при сравнении с конкурентным продуктом Сопоставительный анализ равновесн. катализаторов Кокс (ACE, об. %) Конверсия (факт., об.%) Все данные NaphthaMax LMF Другой катализатор

10/27/ Применение катализаторов, снижающих образование микрочастиц. Заключение Рассмотрены проблемы выброса катализаторной пыли в процессе работы установок ККФ Качественное определение механизмов истирания и моделирования в лабораторных условиях Обсуждены вопросы применения катализаторов, снижающих образование микрочастиц Рассмотрены результаты 2-х промышленных испытаний