Добавки ККФ для повышения переработки тяжёлого сырья и

Добавки ККФ для повышения переработки
тяжёлого сырья и глубины крекинга остатка
Крюков Илья Олегович
Менеджер по продажам и техническому сервису
Промышленные технологии – Интеркат
Джонсон Матти
Общая информация
•
Оценить потенциал конверсии
• Влияние качества сырья
• Анализ гистограмм
• Выявление причин повышения
выхода шлама
•
Оптимизация глубины крекинга
• Увеличение циркуляции
катализатора
• Оптимизация расхода
катализатора
• Оптимизация рецептуры
катализатора
• Проблемы чрезмерного крекинга
шлама
•
Применение добавок
• Поглощение азота и металлов
ядов
• Оптимизация соотношения
цеолит/матрица
•
Заключение
2
Влияние сырья
•
Выход шлама зависит в большой
мере от плотности сырья
• Выход шлама растет по мере
увеличения плотности сырья
• Более высокая плотность
предполагает наличие большего
количества асфальтеновых молекул
•
Выход шлама растет по мере
увеличения содержания азота в
сырье
• Азот действует, как временный яд на
катализаторы крекинга, снижающий
активность катализатора
• Снижение или поглощение азота
эффективно повышает глубину
конверсии шлама
3
Влияние сырья
•
Выход шлама увеличивается по
мере уменьшения UOP К-фактора
• UOP К-фактор - способ оценки
содержания парафинов в сырье и,
соответственно, его крекируемости
• Более низкое значение UOP Кфактора подразумевает более высокую степень ароматичности сырья
•
Качество сырья – наиболее
существенный фактор,
определяющий выход шлама
• Анализ плотности шлама – наиболее
надежный способ оценки эффективности крекирования шлама
4
Оценка потенциала конверсии шлама
• Анализ гистограммы
определяет эксплуатацию
• Целевое значение: 1.10 – 1.12
• Пример:
• Типовая плотность: 0.99 – 1.04
• Частота:
• При типовой: 76%
• Выше типовой: 22%
• Ниже типовой: 2%
• Выход шлама по отношению к
плотности шлама определяет
потенциал конверсии
• В данном примере потенциальная
выгода составляет 4,0 об.%
выхода шлама
5
Выявление причин позволяет
увеличить выхода
• Выявление проблем со шламом
требует мониторинга плотности
шлама
Вариант A
Вариант B
• Увеличение выходов может быть
вызвано изменением качества
сырья (Вариант A)
• Увеличение выходов может
указывать на увеличение глубины
крекинга (Вариант B)
• Высокие выхода шлама не
подразумевают напрямую, что
основной катализатор подобран
неверно
6
Общая информация
•
Оценить потенциал конверсии
• Влияние качества сырья
• Анализ гистограмм
• Выявление причин повышения
выхода шлама
•
Оптимизация глубины крекинга
• Увеличение циркуляции
катализатора
• Оптимизация расхода
катализатора
• Оптимизация рецептуры
катализатора
• Проблемы чрезмерного крекинга
шлама
•
Применение добавок
• Поглощение азота и металлов
ядов
• Оптимизация соотношения
цеолит/матрица
•
Заключение
7
Конверсия определяет выхода шлама
•
Снижение выхода шлама
следует непосредственно за
увеличением конверсии
Факторы, влияющие на конверсию,
будут определять выхода шлама
• Тем не менее, конверсия – это
зависимая переменная…
•
Крекирование шлама главным
образом определяется
следующими параметрами:
• Кратность циркуляции
катализатора
• Состав катализатора
• Расход катализатора
8
Максимальная циркуляция катализатора
•
Увеличение кратности циркуляции
(отношения катализатор/сырье):
•
•
•
-1,4% по выходу шлама при изменении
отношения катализатор/сырье на +1
Тем не менее, кратность циркуляции
катализатора – это зависимая
переменная
Как увеличить кратность
циркуляции катализатора?
• повышение температура на выходе
из райзера
• снижение температура подогрева
сырья
• оптимизация подачи пара
• снижение дельта-кокса и т.п.
•
Увеличение температуры райзера
•
-1,0% по выходу шлама при +5 град.C
9
Максимальная циркуляция катализатора
• Оптимизация расхода пара на
распыл сырья
• -0,75% по выходу шлама при
+1% пара на распыл
• Пар оказывает механическое
воздействие на распыление
сырья, повышая дисперсность
• Повышение дисперсности
сырья ведет к увеличению
конверсии и снижению дельтакокса
• Снижение температуры в
регенераторе
• -0,5% по выходу шлама при -5
град.C
10
Максимальная циркуляция катализатора
•
Почему температура регенератора
влияет на выход шлама
•
•
•
•
Дельта-кокс повышает температуру
регенерации
Повышение температуры регенерации
снижает циркуляцию катализатора
Снижение кратности циркуляции
катализатора уменьшает глубину
крекинга сырья
Дельта кокс – один из основных
параметров, влияющих на
циркуляцию катализатора
•
•
•
Использование катализаторов, с
улучшенной селективностью по коксу
Оптимизация диспергирование сырья
Пассивация металлов на равновесном
катализаторе (Ecat)
11
Оптимизация расхода катализатора
• Увеличение расхода
катализатора повышает
глубину крекинга шлама
• Рекомендуются пошаговые
изменения для определения
места изгиба кривой линии
• Рекомендуется расчет
экономической эффективности
12
Оптимизация рецептуры катализатора
• Увеличение содержания
оксида алюминия в
равновесном катализаторе
• Требуется оптимальный
баланс, так как повышение
концентрации Al2O3 также
увеличивает дельта-кокс
• Увеличение площади
поверхности равновесного
катализатора
• Площадь поверхности цеолита
минимально влияет на
конверсию шлама
• Площадь поверхности матрицы
играет важнейшую роль
13
Оптимизация рецептуры катализатора
•
Превращение шлама зависит от
величины площади мезоповерхности (ПМП)
• ПМП – индикатор объема мезопор в частицах катализатора
• Мезо-поры имеют диаметр пор,
достаточный для диффузии
молекул шлама в катализаторе,
что позволяет осуществлять
реакции крекинга
•
Увеличение соотношения
цеолит/матрица увеличивает
выход шлама
• Увеличение соотношения Ц/М
зачастую подразумевает большее
количество цеолита и меньшее
матрицы
14
Проблемы чрезмерного крекинга шлама
•
Негативное влияние слишком глубокого крекинга:
• Чрезмерное снижение скорости течения шлама в парогенераторе
• Слишком низкая скорость в трубках может привести к их загрязнению или
закупорке
• Чрезмерное повышение вязкость шлама
• Возможное ограничение скорости циркуляции шлама
• Лучше разбавить высокую вязкость с помощью дизельной фракцией, чем
уменьшить конверсию
• Возможное отложение асфальтенов
• Имеет место довольно редко и только в случае особого вида сырья
• Уменьшение конверсии шлама может быть единственным решением
•
Коксование кубовой части главной фракционирующей колонны
• Обеспечение скорости циркуляции шлама в размере минимум 1,5 раз от
скорости подачи сырья
• Проследить за тем, чтобы температура в кубовой части колонны не была
слишком высокой
• Предотвращение полимеризацию при помощи самой передовой
технологии крекинга
•
Испытание на полимеризацию: шлам 90% < сырье 90%
15
Резюме
• Основные параметры,
влияющие на глубину
крекинга шлама:
• Максимальная кратность
циркуляции катализатора
• Оптимальный расход свежего
катализатора
• Оптимальный состав
катализатора для крекинга
шлама
• Компания Intercat предлагает
дополнительный независимый параметр для крекинга
шлама…
16
Общая информация
•
Оценить потенциал конверсии
• Влияние качества сырья
• Анализ гистограмм
• Выявление причин повышения
выхода шлама
•
Оптимизация глубины крекинга
• Увеличение циркуляции
катализатора
• Оптимизация расхода
катализатора
• Оптимизация рецептуры
катализатора
• Проблемы чрезмерного крекинга
шлама
•
Применение добавок
• Поглощение азота и металлов
ядов
• Оптимизация соотношения
цеолит/матрица
•
Заключение
17
Добавка Cat-Aid: поглощение азота и
металлов-ядов
•
Cat-Aid захватывает загрязняющие вещества
сырья ФКК (азот, ванадий, железо и др.)
•
Преимущества использования добавки
Cat-Aid:
•
•
Улучшенная стабильность катализатора
•
Улучшенная селективность по коксу
•
Увеличенная конверсия на установке ФКК
•
Снижение выбросов SOx
• Расход свежего катализатора снижается почти
на 50%
• Способность к переработке более тяжелых,
более загрязненных видов сырья
• Добавка Cat-Aid снижает отравляющий эффект
азота
• Вторичная ловушка серы защищает функцию
улавливания загрязняющих веществ
Добавка Cat-Aid связывает азот, который
является ядом для свежего катализатора
•
Сохраняет активные центры для конверсии шлама
18
Промышленный пример использования
добавки Cat-Aid
•
НПЗ на Западном побережье США
применяет добавку Cat-Aid для:
•
•
•
Снижения расхода катализатора ККФ
Улучшения селективности по выходам
Результаты:
•
Эксплуатация
• Увеличение объемов переработки
остатка
• Расход добавки Cat-Aid в объеме 8,4%
• Снижение расхода катализатора на 46%
• Снижение расхода щелочного состава при
мокрой очистке газов на 61%
•
Селективность
• Увеличение конверсия сырья на 2,8%
• Снижение выхода шлама на 1,7%
Базовый
Cat-Aid
0,929
0,926
1,3
1,0
Свойства сырья
Плотность, г/см3
Сера, мас%
Кокс по Конрадсону
1,6
1,9
Основной N,ppm
445
470
6385
5887
Рабочие параметры
Загрузка, т/д
Рецикл шлама, т/ч
0,6
2,7
Подогрев сырья, град.C
191
187
Температура райзера, град.С
522
524
Темп-ра регенератора, град.С
684
679
Расход катализатора, т/д
8,6
4,6
Cat-Aid, %
0,0
8,4
79,5
82,3
Выход, об.%
Конверсия
Сухой газ, ф3/баррель
284
283
СУГ
27,9
28,3
Бензин
52,5
53,7
Дизель
13,4
12,3
Шлам
7,1
5,4
Кокс
8,0
8,4
Соотношение Дизель/Шлам
1,9
2,3
19
Добавка BCA: оптимизация
соотношения Цеолит/Матрица
•
BCA успешно использовалась более
чем на 42 установках ККФ
• Применяется на установках ККФ в
течение 14+ лет
• в 29 случаях с целью увеличения
производства бензина
• в 13 случаях для повышения
производства дизеля
•
Механизм
• Превращает самые проблемные для
крекинга компоненты сырья
• Большой молекулярный вес, стерически
затрудненные молекулы
Общий опыт использования BCA
• Быстро регулирует Ц/М циркулирующей
катализаторной массы
•
Структура выходов продуктов определяется базовым катализатором и
эксплуатационными параметрами
установки ККФ
20
Промышленный опыт использования
добавки BCA
Проектные критерии
Регион
Загрузка
Выход
Установка
Поставщик
катализатора
Европа
A
A
23,1
0.82
6,0
С.Америка
B
C
D
A
22,5
2,28
17,8
26,6
3,7
9,6
8,8
4,5
С.Америка
B
C
D
E
23,3
2,3
4,5
Европа
F
A
20,0
4,7
10,5
С.Америка
G
H
I
J
K
L
M
B
B
C
D
C
B
B
24,4
0,2
Азия
С.Америка
С.Америка
Азия
С.Америка
Азия
Азия
С.Америка
•
API
CCR
24,1
26,3
20,7
0,3
24,7
Остатка
Расход
Кат,
т/сутки
•
•
•
Сухой газ
СУГ
Бензин
Дизель
Шлам
Кокс
6,5
-0,60
0,0
1,0
1,1
-1,5
0,0
10,0
10,0
0,00
0,0
0,0
3,3
-3,3
0,0
7,3
8,0
-0,05
-1,2
-1,2
3,85
-0,5
-0,9
-0,05
0,0
-0,8
2,25
-1,0
-0,4
9,0
0,0
0,0
-0,7
2,7
-2,0
0,0
5,0
12,0
-0,10
0,0
2,0
2,0
-3,9
0,0
14,3
2,0
6,5
0,00
0,4
1,1
2,0
-3,5
0,0
8,8
2,9
-0,90
0,9
-1,0
1,8
-0,6
-0,2
13,0
1,5
-0,05
0,25
-0,2
1,7
-1,7
0,0
5,8
1,4
-0,24
1,5
0,3
0,64
-1,4
-0,8
5,0
6,9
0,00
0,0
0,0
1,3
-1,3
0,0
6,5
0,00
0,0
0,0
1,0
-1,0
0,0
10,0
0,00
0,0
0,0
1,0
-1,0
0,0
21,7
2,39
12,0
20,0
4,9
16,0
22,7
0,29
9,8
3,0
3,0
Применение при эксплуатации:
•
•
ВСА, %
Селективность по выходам, мас%
Почти на каждой установке ККФ
Гидроочищенный вакуумный
газойль
Тяжёлое сырьё с высоким
содержанием N и металлов
Установки с частичным дожигом СО
Установки с полным дожигом СО

Каталитическое применение:
–
Совместима с полностью оптимизированными
системами
–
Совместима со всеми поставщиками
катализаторов и консстркуциями установок
–
Совместима с высокоактивными
катализаторами
–
Совместима с катализаторами с большими
объемами пор
–
Совместима с катализаторами с умеренным и
низким соотношением Ц/М
21
Промышленный опыт использования
добавки BCA
•
BCA снижает выхода шлама
примерно на 1,7 вес.%
• Выход сухого газа, в
большинстве случаях
применения, немного
снижается
• Небольшое уменьшение
дельта-кокса
•
Добавка BCA не оказывает
влияния на базовую загрузку
• Не влияет на выхода сухого
газа и кокса
• Обеспечивает быстрый
переход между дизельным и
бензиновым режим работы
ККФ
•
BCA – вариант с низким
риском для увеличения
конверсии шлама
Значение
Качество сырья
API
Сера, мас%
CCR, мас%
Азот, ppm
Рабочие параметры
Тем-ра в реакторе, град.С
Тем-ра в регенераторе, град.С
Расход катализатора, т/сутки
Концентрация ВСА, %
Равновесный катализатор
МАТ
Ni, ppm
V, ppm
Селективность по выходам
Сухой газ
СУГ
Бензин
Дизель
Шлам
Кокс
Минимальное
Среднее
Максимальное
20,0
0,20
0,20
200
23,1
1,20
2,19
729
26,6
2,30
4,90
1390
493
658
1,4
519
706
4,3
533
738
10,0
3,0
7,8
12,0
61
355
693
67
2287
2396
71
5700
7500
-0,9
-1,2
-1,2
1,0
-3,9
-0,9
-0,2
0,2
0,3
2,3
-1,7
-0,3
0,0
1,5
2,0
3,85
-0,5
0,0
22
Общая информация
•
Оценить потенциал конверсии
• Влияние качества сырья
• Анализ гистограмм
• Выявление причин повышения
выхода шлама
•
Оптимизация глубины крекинга
• Увеличение циркуляции
катализатора
• Оптимизация расхода
катализатора
• Оптимизация рецептуры
катализатора
• Проблемы чрезмерного крекинга
шлама
•
Применение добавок
• Поглощение азота и металлов
ядов
• Оптимизация соотношения
цеолит/матрица
•
Заключение
23
Заключение
•
Конверсия шлама контролируется
тремя переменными, включая:
• Кратность циркуляции катализатора
• Расход свежего катализатора
• Рецептуру катализатора
•
Компания JM предлагает отрасли
две добавки, увеличивающие
степень свободы для глубокой
переработки:
• Cat-Aid для поглощения N
• BCA для контроля соотношения
цеолит/матрица циркулирующей
массы катализатора
•
JM предлагает современные
устройства дозирования
катализаторов и добавок для
проведения промышленного
пробега
24