eng
Выпуск #2/2020
В. А. Лапин, А. В. Астахов
Лабораторные каталитические установки ООО «НПФ «Мета-хром» для нефтехимии
Лабораторные каталитические установки ООО «НПФ «Мета-хром» для нефтехимии
Просмотры: 2160
DOI: 10.22184/2227-572X.2020.10.2.132.139
Описаны различные каталитические установки производства НПФ «Мета-хром», которые предназначены для эксплуатации как в лабораторных, так и в производственных условиях. Представлены их технические характеристики, рассмотрены особенности и сферы применения, диапазоны рабочих параметров и используемые методы. Отмечены компактность модульных конструкций, удобство обслуживания, ремонта и возможность модернизации установки под новые задачи.
Описаны различные каталитические установки производства НПФ «Мета-хром», которые предназначены для эксплуатации как в лабораторных, так и в производственных условиях. Представлены их технические характеристики, рассмотрены особенности и сферы применения, диапазоны рабочих параметров и используемые методы. Отмечены компактность модульных конструкций, удобство обслуживания, ремонта и возможность модернизации установки под новые задачи.
Теги: catalysts catalytic processes coking cracking hydrotreating oil refining reactor equipment гидроочистка катализаторы каталитические процессы коксование крекинг нефтепереработка реакторное оборудование
В. А. Лапин , А. В. Астахов
Статья получена 26.03.2020
Принята к публикации 17.04.2020
Каталитические процессы широко распространены в мире и активно используются в промышленных химических технологиях, в частности нефтепереработке, например, в производстве моторных топлив, спиртов, кислот, альдегидов, фенола, синтетических смол и пластмасс, искусственных каучуков, красителей и т. п.
Использование катализаторов имеет целый ряд преимуществ. Благодаря высокой направленности каталитических превращений уменьшается доля побочных продуктов, а значит, упрощается процесс очистки. Увеличение выхода целевых веществ и протекание процессов в более мягких и менее энергозатратных условиях позволяют значительно снизить расход необходимых энергетических и материальных ресурсов. Катализаторы используются в относительно небольших количествах, практически не расходуются и потому в идеале не требуют возобновления и регенерации.
Постоянное совершенствование каталитических процессов требует первоначальной отработки условий их реализации в небольшом масштабе, далеком от крупнотоннажного производства. Для этого используются лабораторные (пилотные) каталитические установки, на которых можно опробовать новый катализатор, изучить и проверить его свойства, оптимизировать режимы протекания реакций, опробовать новейшие разработки нефтехимии. Незаменимо такое оборудование и для проведения исследовательских работ, разработки процессов нефтепереработки на основе передовых технологий и обучения специалистов. Созданием и внедрением такого оборудования НПФ «Мета-хром» занимается уже около десяти лет. За это время накоплен большой опыт сотрудничества как с крупными предприятиями нефтепереработки («Газпром нефтехим Салават», «Нижнекамскнефтехим», «Ишимбайский специализированный химический завод катализаторов», «Нижегородские катализаторы» и др.), так и с исследовательскими («ВНИИНП», «ГОСНИИХП», ИОФХ им. А. Е. Арбузова КазНЦ РАН, КХТУ КазНЦ РАН) и образовательными учреждениями (МГУ имени М. В. Ломоносова).
Реакторное оборудование для каждой технологической установки конструируется по индивидуальному проекту. Для характеристики реакторов используются следующие показатели: вид химической реакции, производительность, геометрические размеры и форма, расчетные технологические параметры (давление, температура, объемная скорость и др.), материальное исполнение и др. В нефтеперерабатывающей промышленности, как правило, применяются реакторы непрерывного действия. Реакторы периодического действия используются только в малотоннажных и вспомогательных процессах.
Установки, разработанные и изготовленные в НПФ «Мета-хром», выгодно отличаются прежде всего своей ценой, а также возможностью более дешевого технического обслуживания и ремонта, модернизации установки под новые задачи. Разработчики компании детально изучают все тонкости протекания реакции и обеспечивают наиболее полное соответствие установки выбранному процессу. НПФ «Мета-хром» доступна для сотрудничества с момента постановки задачи, в том числе составления технического задания до внедрения установки в производство.
Примеры лабораторных каталитических установок, разработанных НПФ «Мета-хром», и протекающих в них реакций приведены ниже.
Установка для определения стойкости микросферических катализаторов к истиранию согласно ASTM D5757–11
Установка предназначена для автоматизированного определения индекса Дэвисона (соотношение фракций катализатора с размером частиц менее 20 мкм до и после анализа), который характеризует устойчивость к истиранию микросферических катализаторов процесса крекинга типа КПС (FCC) с псевдоожиженным слоем воздушной струей (рис. 1).
Хотя другие порошковые катализаторы также можно анализировать с применением этой установки, следует иметь в виду, что точность метода утверждена только для катализаторов типа КПС (FCC). Метод применяется к частицам сферической или неправильной формы размерами от 10 до 180 мкм, имеющим скелетную плотность 2,4–3,0 г / см3 (2 400–3 000 кг / м3) и не растворимым в воде.
Установка представляет собой модульную конструкцию, предназначенную для эксплуатации в сухом отапливаемом помещении с принудительной вентиляцией. Технические характеристики приведены в табл. 1.
Методика включена в реестр средств испытаний, три установки внедрены на Ишимбайском заводе катализаторов.
Лабораторная установка для моделирования процесса термоконтактного крекинга
Установка предназначена для моделирования процесса термоконтактного крекинга (ТКК) тяжелых нефтяных остатков (ТНО), таких как мазут тяжелых нефтей, гудрон и полугудрон, асфальт процесса деасфальтизации высоковязких нефтей, крекинг-остаток или пек, тяжелый газойль, природный битум и др., с подвижным твердым теплоносителем.
Установка представляет собой стойку с закрепленными на ней узлами установки, размещенную в вентилируемом шкафу со стеклянной запираемой дверью и легкосъемными боковыми стенками (рис. 2). Технические характеристики приведены в табл. 2.
Лабораторная установка для изучения процессов гидрирования и гидроочистки
Установка предназначена для изучения кинетических закономерностей процессов гидрирования и гидроочистки. Представляет собой стойку с закрепленными на ней узлами установки, размещается в вентилируемом шкафу со стеклянной запираемой дверью и легкосъемными боковыми стенками (рис. 3). Технические характеристики представлены в табл. 3.
Лабораторная установка для термоконтактной обработки нефтяных фракций
Установка предназначена для моделирования процессов при термоконтактной обработке нефтяных фракций. Представляет собой компактную модульную конструкцию, рассчитанную на эксплуатацию в сухом отапливаемом помещении с принудительной вентиляцией (рис. 4). Технические характеристики приведены в табл. 4.
Пилотная установка коксования
Пилотная установка предназначена для моделирования и изучения процессов замедления коксования, протекающих при повышенных температуре и давлении в реакторе из нержавеющей стали, выполненном в виде колбы со сферическим дном и съемной крышкой.
Установка позволяет получать экспериментальные данные, осуществлять подбор и оптимизацию параметров технологического процесса, испытывать различные варианты сырьевых смесей, определять материальный баланс процесса, характеристики продуктов процесса.
Установка представляет собой компактную рамную конструкцию, рассчитанную на эксплуатацию в сухом отапливаемом помещении (рис. 5), которая позволяет легко производить техническое обслуживание. Технические характеристики приведены в табл. 5.
Автоклав – лабораторный реактор синтеза РС 10 л
Автоклав предназначен для моделирования различных химических процессов, протекающих при повышенных температурах и давлении. Представляет собой колбу со сферическим дном из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, снабженную рубашкой, по которой циркулирует теплоноситель (рис. 6). Колба герметично закрывается сферической крышкой из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, на которой размещены магнитная муфта привода мешалки, шлюз для загрузки сыпучего, жидкого продукта, предохранительный клапан, датчик давления, вентиль для сброса давления, разборный пробоотборник жидкой фазы и термопара для измерения температуры в реакторе автоклава. Колба с крышкой закреплены на станине, включающей в себя кронштейн крепления привода мешалки, электрический подъемник для облегчения монтажа и демонтажа колбы автоклава и панель с элементами индикации параметров работы автоклава. Автоклав выполнен в виде компактной модульной конструкции, которая позволяет легко производить техническое обслуживание; условия эксплуатации – сухое отапливаемое помещение в диапазоне от 10 до 35 °C. Технические характеристики приведены в табл. 6.
Установка для испытаний катализаторов КДИ-М в кипящем слое
Установка предназначена для испытаний пробы микросферического алюмохромового катализатора КДИ-М объемом 100 мл в кипящем слое, с размером частиц от 20 до 160 мкм.
Представляет собой стойку с закрепленными на ней узлами установки, размещенную в вентилируемом шкафу со стеклянной запираемой дверью и легкосъемными боковыми стенками для технического обслуживания (рис. 7). Технические характеристики приведены в табл. 7. Установка оснащена автоматизированной системой ускоренного охлаждения реактора, автоматической системой загрузки (без присутствия кислорода) и удаления катализатора.
Установка для тестирования микроактивности и селективности катализаторов ACE
В настоящее время компания разрабатывает автоматизированную пятиканальную установку для тестирования микроактивности и селективности катализаторов ACE (Advanced Cracking Evalution).
При проведении анализа селективности ACE получают кривые взаимодействия сырья с предоставленным деактивированным свежим катализатором каталитического крекинга или равновесным катализатором. Реакционное испытание проводят при нескольких кратностях циркуляции, которые обычно находятся в диапазоне от 3,5 до 7,5, после чего строят графики зависимости итоговых выходов продуктов от конечных конверсий. Для более простого сравнения выходы могут быть интерполированы для одной конверсии (селективность при постоянной конверсии). Эта же методика обычно применяется при постоянном выходе кокса (селективность при постоянном выходе кокса).
Оценка селективности ACE позволяет детально исследовать производительность свежих и равновесных катализаторов каталитического крекинга, а также крекируемость сырья. Для проведения анализа селективности в реактор ACE помещают 5,25–11,25 г катализатора каталитического крекинга. Реактор ACE нагревается потоком азота до выбранной температуры крекинга, а затем в фиксированный кипящий слой катализатора подается 1,5 г сырья с расходом 1,20 г / мин. После введения сырья слой катализатора продувается азотом. Жидкие и газообразные продукты реакции собирают и измеряют их массу и объем соответственно. Газовые и жидкие продукты анализируются на газовых хроматографах HS-RGA, SimDis и PIONA. Выход кокса на отработанном катализаторе определяют по количеству двуокиси углерода, образующейся в результате его сжигания.
Установка обеспечивает автоматическое регулирование и поддержание технологических параметров процесса. Управление осуществляется микропроцессорным блоком, с возможностью дистанционного управления с автоматическим формированием режимных листов и материального баланса. ▪
Статья получена 26.03.2020
Принята к публикации 17.04.2020
Каталитические процессы широко распространены в мире и активно используются в промышленных химических технологиях, в частности нефтепереработке, например, в производстве моторных топлив, спиртов, кислот, альдегидов, фенола, синтетических смол и пластмасс, искусственных каучуков, красителей и т. п.
Использование катализаторов имеет целый ряд преимуществ. Благодаря высокой направленности каталитических превращений уменьшается доля побочных продуктов, а значит, упрощается процесс очистки. Увеличение выхода целевых веществ и протекание процессов в более мягких и менее энергозатратных условиях позволяют значительно снизить расход необходимых энергетических и материальных ресурсов. Катализаторы используются в относительно небольших количествах, практически не расходуются и потому в идеале не требуют возобновления и регенерации.
Постоянное совершенствование каталитических процессов требует первоначальной отработки условий их реализации в небольшом масштабе, далеком от крупнотоннажного производства. Для этого используются лабораторные (пилотные) каталитические установки, на которых можно опробовать новый катализатор, изучить и проверить его свойства, оптимизировать режимы протекания реакций, опробовать новейшие разработки нефтехимии. Незаменимо такое оборудование и для проведения исследовательских работ, разработки процессов нефтепереработки на основе передовых технологий и обучения специалистов. Созданием и внедрением такого оборудования НПФ «Мета-хром» занимается уже около десяти лет. За это время накоплен большой опыт сотрудничества как с крупными предприятиями нефтепереработки («Газпром нефтехим Салават», «Нижнекамскнефтехим», «Ишимбайский специализированный химический завод катализаторов», «Нижегородские катализаторы» и др.), так и с исследовательскими («ВНИИНП», «ГОСНИИХП», ИОФХ им. А. Е. Арбузова КазНЦ РАН, КХТУ КазНЦ РАН) и образовательными учреждениями (МГУ имени М. В. Ломоносова).
Реакторное оборудование для каждой технологической установки конструируется по индивидуальному проекту. Для характеристики реакторов используются следующие показатели: вид химической реакции, производительность, геометрические размеры и форма, расчетные технологические параметры (давление, температура, объемная скорость и др.), материальное исполнение и др. В нефтеперерабатывающей промышленности, как правило, применяются реакторы непрерывного действия. Реакторы периодического действия используются только в малотоннажных и вспомогательных процессах.
Установки, разработанные и изготовленные в НПФ «Мета-хром», выгодно отличаются прежде всего своей ценой, а также возможностью более дешевого технического обслуживания и ремонта, модернизации установки под новые задачи. Разработчики компании детально изучают все тонкости протекания реакции и обеспечивают наиболее полное соответствие установки выбранному процессу. НПФ «Мета-хром» доступна для сотрудничества с момента постановки задачи, в том числе составления технического задания до внедрения установки в производство.
Примеры лабораторных каталитических установок, разработанных НПФ «Мета-хром», и протекающих в них реакций приведены ниже.
Установка для определения стойкости микросферических катализаторов к истиранию согласно ASTM D5757–11
Установка предназначена для автоматизированного определения индекса Дэвисона (соотношение фракций катализатора с размером частиц менее 20 мкм до и после анализа), который характеризует устойчивость к истиранию микросферических катализаторов процесса крекинга типа КПС (FCC) с псевдоожиженным слоем воздушной струей (рис. 1).
Хотя другие порошковые катализаторы также можно анализировать с применением этой установки, следует иметь в виду, что точность метода утверждена только для катализаторов типа КПС (FCC). Метод применяется к частицам сферической или неправильной формы размерами от 10 до 180 мкм, имеющим скелетную плотность 2,4–3,0 г / см3 (2 400–3 000 кг / м3) и не растворимым в воде.
Установка представляет собой модульную конструкцию, предназначенную для эксплуатации в сухом отапливаемом помещении с принудительной вентиляцией. Технические характеристики приведены в табл. 1.
Методика включена в реестр средств испытаний, три установки внедрены на Ишимбайском заводе катализаторов.
Лабораторная установка для моделирования процесса термоконтактного крекинга
Установка предназначена для моделирования процесса термоконтактного крекинга (ТКК) тяжелых нефтяных остатков (ТНО), таких как мазут тяжелых нефтей, гудрон и полугудрон, асфальт процесса деасфальтизации высоковязких нефтей, крекинг-остаток или пек, тяжелый газойль, природный битум и др., с подвижным твердым теплоносителем.
Установка представляет собой стойку с закрепленными на ней узлами установки, размещенную в вентилируемом шкафу со стеклянной запираемой дверью и легкосъемными боковыми стенками (рис. 2). Технические характеристики приведены в табл. 2.
Лабораторная установка для изучения процессов гидрирования и гидроочистки
Установка предназначена для изучения кинетических закономерностей процессов гидрирования и гидроочистки. Представляет собой стойку с закрепленными на ней узлами установки, размещается в вентилируемом шкафу со стеклянной запираемой дверью и легкосъемными боковыми стенками (рис. 3). Технические характеристики представлены в табл. 3.
Лабораторная установка для термоконтактной обработки нефтяных фракций
Установка предназначена для моделирования процессов при термоконтактной обработке нефтяных фракций. Представляет собой компактную модульную конструкцию, рассчитанную на эксплуатацию в сухом отапливаемом помещении с принудительной вентиляцией (рис. 4). Технические характеристики приведены в табл. 4.
Пилотная установка коксования
Пилотная установка предназначена для моделирования и изучения процессов замедления коксования, протекающих при повышенных температуре и давлении в реакторе из нержавеющей стали, выполненном в виде колбы со сферическим дном и съемной крышкой.
Установка позволяет получать экспериментальные данные, осуществлять подбор и оптимизацию параметров технологического процесса, испытывать различные варианты сырьевых смесей, определять материальный баланс процесса, характеристики продуктов процесса.
Установка представляет собой компактную рамную конструкцию, рассчитанную на эксплуатацию в сухом отапливаемом помещении (рис. 5), которая позволяет легко производить техническое обслуживание. Технические характеристики приведены в табл. 5.
Автоклав – лабораторный реактор синтеза РС 10 л
Автоклав предназначен для моделирования различных химических процессов, протекающих при повышенных температурах и давлении. Представляет собой колбу со сферическим дном из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, снабженную рубашкой, по которой циркулирует теплоноситель (рис. 6). Колба герметично закрывается сферической крышкой из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, на которой размещены магнитная муфта привода мешалки, шлюз для загрузки сыпучего, жидкого продукта, предохранительный клапан, датчик давления, вентиль для сброса давления, разборный пробоотборник жидкой фазы и термопара для измерения температуры в реакторе автоклава. Колба с крышкой закреплены на станине, включающей в себя кронштейн крепления привода мешалки, электрический подъемник для облегчения монтажа и демонтажа колбы автоклава и панель с элементами индикации параметров работы автоклава. Автоклав выполнен в виде компактной модульной конструкции, которая позволяет легко производить техническое обслуживание; условия эксплуатации – сухое отапливаемое помещение в диапазоне от 10 до 35 °C. Технические характеристики приведены в табл. 6.
Установка для испытаний катализаторов КДИ-М в кипящем слое
Установка предназначена для испытаний пробы микросферического алюмохромового катализатора КДИ-М объемом 100 мл в кипящем слое, с размером частиц от 20 до 160 мкм.
Представляет собой стойку с закрепленными на ней узлами установки, размещенную в вентилируемом шкафу со стеклянной запираемой дверью и легкосъемными боковыми стенками для технического обслуживания (рис. 7). Технические характеристики приведены в табл. 7. Установка оснащена автоматизированной системой ускоренного охлаждения реактора, автоматической системой загрузки (без присутствия кислорода) и удаления катализатора.
Установка для тестирования микроактивности и селективности катализаторов ACE
В настоящее время компания разрабатывает автоматизированную пятиканальную установку для тестирования микроактивности и селективности катализаторов ACE (Advanced Cracking Evalution).
При проведении анализа селективности ACE получают кривые взаимодействия сырья с предоставленным деактивированным свежим катализатором каталитического крекинга или равновесным катализатором. Реакционное испытание проводят при нескольких кратностях циркуляции, которые обычно находятся в диапазоне от 3,5 до 7,5, после чего строят графики зависимости итоговых выходов продуктов от конечных конверсий. Для более простого сравнения выходы могут быть интерполированы для одной конверсии (селективность при постоянной конверсии). Эта же методика обычно применяется при постоянном выходе кокса (селективность при постоянном выходе кокса).
Оценка селективности ACE позволяет детально исследовать производительность свежих и равновесных катализаторов каталитического крекинга, а также крекируемость сырья. Для проведения анализа селективности в реактор ACE помещают 5,25–11,25 г катализатора каталитического крекинга. Реактор ACE нагревается потоком азота до выбранной температуры крекинга, а затем в фиксированный кипящий слой катализатора подается 1,5 г сырья с расходом 1,20 г / мин. После введения сырья слой катализатора продувается азотом. Жидкие и газообразные продукты реакции собирают и измеряют их массу и объем соответственно. Газовые и жидкие продукты анализируются на газовых хроматографах HS-RGA, SimDis и PIONA. Выход кокса на отработанном катализаторе определяют по количеству двуокиси углерода, образующейся в результате его сжигания.
Установка обеспечивает автоматическое регулирование и поддержание технологических параметров процесса. Управление осуществляется микропроцессорным блоком, с возможностью дистанционного управления с автоматическим формированием режимных листов и материального баланса. ▪
Отзывы читателей
