مجموعه دانش مربوط به کاتالیزورهای تأخیری فرآیند کاک‌سازی، ارزش ذخیره کردن دارد!

Thread Content

کوکینگ به تأخیر افتاده: یک روش فرآوری حرارتی است. هدف اصلی آن، تبدیل نفت با میزان کربن بالا به نفت سبک است. دستگاه مورد استفاده قابلیت عملکرد چرخشی را دارد؛ یعنی فراورده‌های سنگین‌تر حاصل از کاتالیزاسیون نفت سنگین، به عنوان روغن چرخشی استفاده شده و مدت زمان بیشتری در دستگاه باقی می‌مانند. ۱. معرفی فناوری: کاتالیزاسیون با تأخیر، یک فناوری فرآوری ثانویه نفت است که به معنای استفاده از نفت سنگین فقیر به هیدروژن، در دمای بالا (حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) برای انجام واکنش‌های شکست حرارتی عمیق و واکنش‌های انضمام، جهت تولید گاز غنی، بنزین خام، دیزل، روغن مومی و کک است. این یکی از روش‌های اصلی فرآوری عمیق نفت خام جهان است و ظرفیت پردازش آن یک سوم ظرفیت کل پردازش نفت خام را تشکیل می‌دهد. آنچه که به عنوان تأخیر شناخته می‌شود، به این معناست که روغن کاتالیزوری (روغن خام و روغن چرخشی) از طریق کوره گرمایشی، به سرعت به دمای لازم برای واکنش کاتالیزوری رسانده می‌شود؛ در نتیجه، در لوله‌های کوره واکنش، کک تشکیل نمی‌شود. سپس محلول به برج کک منتقل شده تا در آنجا واکنش کاتالیزوری ادامه یابد. به همین دلیل، این روش را فناوری کاتالیزوری با تأخیر می‌نامند. معمولاً از یک کوره (کوره گرمایشی) و دو برج (برج‌های کوک‌سازی) یا دو کوره و چهار برج استفاده می‌شود؛ کوره گرمایشی به طور مداوم مواد را وارد می‌کند، در حالی که برج‌های کوک‌سازی به صورت چرخشی کار می‌کنند. این یک فرآیند نیمه‌مداوم است. نفت خام (رزین فشارکاهی یا سایر نفت‌های سنگین مانند اسفالت بدون روغن، نفت شفاف یا حتی نفت آلوده) با گرم شدن تا دمای ۴۹۵ تا ۵۰۵ درجه سانتی‌گراد وارد برج کک‌سازی می‌شود. نفت خام گرم در داخل برج کک‌سازی تحت واکنش کک‌سازی قرار می‌گیرد و محصولات سبک تولیدشده از بالای برج خارج شده و وارد برج تقطیر می‌شوند؛ در این برج، گاز غنی، بنزین خام، دیزل و فرآورده‌های سنگین تقطیر می‌گردند. نفت با فراکسیون سنگین می‌تواند برای فرآوری بیشتر (مانند ماده خام برای کاتالیتیک فراکشن یا هیدروژن فراکشن) ارسال شود و همچنین می‌توان آن را به طور کامل یا جزئی دوباره به سیستم نفت خام بازگرداند. پس از پر شدن تدریجی برج کک (با حفظ فضایی خالی)، مواد خام وارد برج کک دیگری می‌شوند و کک باقی‌مانده در برج کک، از طریق روش خارج‌سازی کک به صورت هیدرولیکی خارج می‌گردد. پس از بازگشت برج کک به حالت خالی، مواد خام گرم وارد می‌شوند. در این فرآیند، بازده کک معمولاً با تغییر میزان کربن باقی‌مانده کانسپت (CCR) در نفت خام تغییر می‌کند؛ میزان گاز تولید شده حدود ۱۰٪ (از نظر جرمی) است (نسبت تولید گاز = ۷.۸ + ۰.۱۴۴ × CCR). سایر موارد نیز بسته به نسبت چرخش متفاوت است، اما نسبت چوب به بنزین بیشتر از ۱ است. مواد اولیه برای کاتالیزوردهی تأخیری می‌تواند نفت سنگین، نفت خام، و حتی اسفالت باشد. محصولات فرآیند کوکینگ با تأخیر، به گاز، بنزین، دیزل، روغن مومی و کک تقسیم می‌شوند. برای نفت خام داخلی، میزان گاز حاصل‌شده بین ۷.۰ تا ۱۰٪، میزان بنزین خام بین ۸.۲ تا ۱۶.۰٪، میزان دیزل بین ۲۲.۰ تا ۲۸.۶۶٪، میزان روغن مومی بین ۲۳.۰ تا ۳۳.۰٪، میزان کک بین ۱۵.۰ تا ۲۴.۶٪ و میزان روغن باقی‌مانده بین ۱ تا ۳.۰٪ است. بنزین کاتالیزی و دیزل کاتالیزی محصولات اصلی فرآیند کاتالیزی تأخیری هستند، اما کیفیت آن‌ها پایین است. اکتان‌سن بنزین کاتالیزی شده بسیار پایین است و معمولاً بین ۵۱ تا ۶۴ (MON) می‌باشد، در حالی که اکتان‌سن دیزل بالاتر است و معمولاً بین ۵۰ تا ۵۸ است. اما این دو نوع روغن، دارای میزان بالایی از الکن‌ها و همچنین مواد ناخالصی مانند گوگرد، نیتروژن و اکسیژن هستند؛ پایداری آن‌ها پایین است و تنها می‌توانند به عنوان محصولات نیمه‌فرآوری‌شده یا محصولات واسطه استفاده شوند. پس از فرآیند تصفیه، می‌توان از آن‌ها به عنوان اجزای ترکیبی برای بنزین و دیزل استفاده کرد. روغن مومی کاتالیزی شده، به دلیل محتوای بالای ترکیبات گوگردی و نیتروژنی، ژلاتین‌ها و کربن باقی‌مانده، نوعی روغن مومی با کیفیت پایین برای فرآوری ثانویه است؛ تا سال ۲۰۱۴، معمولاً به عنوان ماده اولیه در فرآیندهای کاتالیزی یا هیدروکراکینگ استفاده می‌شد. کوک نفتی یکی از محصولات مهم فرآیند کوکینگ به تأخیر افتاده است و بسته به کیفیتش، می‌توان از آن به عنوان الکترود، در صنایع فلزکاری و به عنوان سوخت استفاده کرد. گازهای کاتالیزوری پس از تصفیه برای حذف گوگرد، می‌توانند به عنوان ماده خام برای تولید هیدروژن یا به عنوان سوخت در شبکه‌های توزیع سوخت مورد استفاده قرار گیرند. ۲. مزایا و معایب: کاتالیزاسیون به تأخیرافتاده می‌تواند مواد خام با کیفیت پایین و دارای محتوای بالای کربن و فلزات را پردازش کند و باعث افزایش بازده نفت‌های سبک و کارایی فرآیند حذف کربن شود؛ این روش دارای مزایایی مانند عملیات پیوسته، ظرفیت پردازش بالا، انعطاف‌پذیری زیاد، کارایی بالا در حذف کربن، و هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی کم است. معایب آن، بازده بالای تولید کک که یک محصول کم‌ارزش است، و ویژگی‌های ضعیف محصولات مایع است. سوم، فرآیند کوکینگ به تأخیر انداخته‌شده: کوکینگ به تأخیر انداخته‌شده مشابه فرآیند شکست حرارتی است، با این تفاوت که ماده خام در مدت زمان کوتاهی به دمای لازم برای واکنش کوکینگ گرم می‌شود؛ در نتیجه، واکنش شکست در لوله‌های کوره تقریباً رخ نمی‌دهد و این واکنش در برج‌های مخصوص کوک انجام می‌شود. از همین روست که به آن «کوکینگ به تأخیر انداخته‌شده» گفته می‌شود. دستگاه کاتالیزوری تأخیری عمدتاً از ۸ بخش تشکیل شده است: ۱. بخش کاتالیزاسیون؛ تجهیزات اصلی آن، کوره‌های گرمایشی و برج‌های کک هستند. نوعی با یک کوره و دو برج، نوعی با دو کوره و چهار برج وجود دارد، و همچنین نوعی که مستقیماً با سایر تجهیزات ادغام می‌شود. ۲. بخش فراوری تقطیر: تجهیزات اصلی در این بخش، توربین‌های تقطیر هستند؛ در فرآیند کوکینگ به تأخیرافتاده، معمولاً نیاز به استفاده از مواد شیمیایی مانند مواد ضدحباب، مواد مهارکننده کوکینگ و مواد افزایش‌دهنده بازیابی مایعات وجود دارد. ۳. بازیابی گازهای کاتالیزوری و حذف گوگرد؛ تجهیزات اصلی شامل برج جذب، برج آزادسازی، برج تثبیت و برج جذب مجدد است. ۴. بخش حذف کک به دلیل نسبت هیدروکربنی بالای روغن‌های باقی‌مانده سنگین و ویژگی آن‌ها در تشکیل کک، روغن خام را به سرعت تا دمای بالایی (۴۸۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) گرم می‌کند؛ به طوری که روغن سنگین قبل از اینکه فرصت واکنش پیدا کند، به یک محفظه توخالی (که «برج کک» نامیده می‌شود) منتقل می‌شود. در این محفظه، روغن گرم شده دچار واکنش‌های شکستن و انجماد می‌شود. از آنجایی که گرم شدن و تشکیل کک همزمان رخ نمی‌دهد، به آن کک‌سازی به تأخیر اطلاق می‌شود. گاز و روغن با دمای بالای ۴۱۵ درجه سانتی‌گراد که از واکنش تجزیه در برج کک به دست می‌آید، از بالای برج کک خارج شده و وارد بخش ورودی قسمت پایینی برج تقطیر اصلی می‌شود. پس از شستشوی ذرات کک موجود در این گاز و روغن توسط صفحات شستشو، این محلول به بخش تبخیر منتقل شده و در آنجا جهت تقطیر و جداسازی، گاز غنی، بنزین، دیزل و فراورده‌های روغنی سبک و سنگین تولید می‌شوند. کک حاصل از واکنش همجوشی در برج کک، در همان برج باقی می‌ماند. هنگامی که میزان کک‌زایی در برج کک به حد مشخصی برسد، فرآیند کک‌سازی به برج کک دیگری منتقل می‌شود و برج کک قبلی برای پاکسازی کک مورد استفاده قرار می‌گیرد. معمولاً در یک واحد کوک‌سازی، از ۲ تا ۴ برج کوک استفاده می‌شود. برای تمیز کردن زغال، از روش حذف زغال با استفاده از آب بهره گرفته می‌شود؛ ابتدا در مرکز لایه زغال، با استفاده از دستگاه حفاری، سوراخی ایجاد می‌شود؛ سپس آب با فشار ۱۲ تا ۳۰ مگاپاسکال از بالا به پایین هدایت می‌شود. با استفاده از نیروی ضربه‌ای آب، زغال از بالا پایین آورده شده و از پایین خارج می‌گردد. آب با فشار بالا که توسط پمپ آب با فشار بالا تأمین می‌شود، از طریق لوله‌های انتقال آب، شلنگ‌ها و میله‌های حفاری به سمت نازل دستگاه برش کک هدایت می‌گردد. آب با فشار بالا که از نازل دستگاه بیرون می‌آید، یک جریان با فشار بالا تشکیل می‌دهد؛ از طریق نیروی شدید این جریان، کک نفتی بریده می‌شود. میله حفاری به طور مداوم بالا و پایین می‌رود و می‌چرخد تا تمام کک از بین برود. ۵. تجهیزات اصلی برای حذف زغال از طریق نیروی آب: پمپ‌های آب با فشار بالا، شیرهای کنترل حذف زغال، سیستم روغنکاری، شیرهای پنوماتیک، جک و مجموعه چرخ‌دنده‌ها، لوله‌های پلاستیکی نوین برای حذف زغال، گیربکس‌های توربینی، دستگاه‌های خودکار برای حفاری و حذف زغال، دستگاه‌های خودکار برای بارگیری و تخلیه درب بالای برج، دستگاه‌های بارگیری و تخلیه درب پایین برج، آسانسور، مجموعه‌های میله‌های حفاری و جرثقیل‌های گراب. ۶. خشک‌سازی و ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل کک. خشک‌سازی و ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل کک. ۷. سیستم تخلیه با فشار هوا. سیستم تخلیه با فشار هوا. ۸. بخش تولید بخار: منبع گرمایی برای تولید بخار، معمولاً دیزل، روغن موم سنگین و روغن چرخشی پایه برج تقطیر است. ۹. بخش برشته‌سازی کک: بخش مربوط به برشته‌سازی کک. دمای خروجی کوره در داخل کشور بر روی ۴۹۵ تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد تنظیم شده است و فشار در بالای برج کک‌سازی نیز بین ۰.۱۵ تا ۰.۲ مگاپاسکال است. چهارم، رشد سریع: دقیقاً به دلیل مزایای ذکر شده برای کاتالیزاسیون تأخیری است که این فرآیند در چین با سرعت رشد کرده است؛ این امر عمدتاً به دلایل زیر است: ۱) کاتالیزاسیون تأخیری روشی مؤثر برای حل تناقض بین عرضه و تقاضا برای سوخت است. دلیل این امر، سنگین بودن کلی نفت خام چین و میزان بالای موم موجود در آن است؛ در نتیجه، بازدهی تولید دیزل پایین می‌آید. بازدهی بخش دیزلی نفت خام داخلی، ۵ تا ۷ درصد کمتر از میانگین نفت خام‌های خارجی است. بنابراین تاکنون، در سال ۲۰۱۴، چین حدود ۸۰×۱۰ تن دیزل وارد کرده است و در عین حال برای برقراری تعادل بین عرضه و تقاضا در کشور، مجبور به صادرات ۳۰×۱۰ تن بنزین شده است. دوم اینکه، از آنجایی که فرآوری ثانویه در شرکت‌های پالایش نفت چین عمدتاً با روش کاتالیتیک فراوری صورت می‌گیرد، نسبت دیزل به بنزین پایین است (برای فرآیند کراکینگ تأخیری ۱.۹۴ و برای فرآیند کاتالیتیک فراوری ۰.۵۶). بنابراین، توسعه فرآیند کراکینگ تأخیری روشی مؤثر برای حل تناقض عرضه و تقاضا در نسبت دیزل به بنزین و افزایش تولید دیزل است. ⑵در مقایسه با هیدروکراکینگ، کاتالیزوری شدن با تأخیر، علیرغم پایداری ضعیف محصولات نفتی سبک و هزینه‌های عملیاتی پایین (هزینه فرآوری حدود ۱/۲ تا ۱/۳ هزینه عملیات هیدروکراکینگ)، دارای رقابت‌پذیری بالاتری است. به دلیل مزایایی مانند سرمایه‌گذاری کم، هزینه‌های عملیاتی پایین و درصد تبدیل بالا، فرآیند کاتالیزوری تأخیری به یکی از روش‌های اصلی برای سبک‌سازی نفت خام تبدیل شده است. بنابراین، تا سال ۲۰۱۴ چین با کمبود منابع مالی روبرو بود و در شرایطی که تضاد بین عرضه و تقاضا برای محصولات نفتی سبک، به‌ویژه سوخت‌های دیزلی و گازوئیل، بسیار آشکار بود، کاتالیزوری کردن فرآیند تقطیر، یکی از روش‌های مناسب برای حل این مشکل بود. مطالب این متن از اینترنت گرفته شده است؛ در صورت وجود خطا، لطفاً آن را تصحیح کنید. (تدوین شده توسط شیهوا یوان؛ برای بازنشر، لطفاً منبع را ذکر کنید.)