A modern FCC-egységek mind folyamatos folyamatok, amelyek a nap 24 órájában működnek, akár 3-5 évig is a rutinszerű karbantartás céljából tervezett leállások között.
A modern FCC-egységekhez számos különböző szabadalmaztatott konstrukciót fejlesztettek ki. Mindegyik tervezet licenc alapján kapható, amelyet a tervezet fejlesztőjétől kell megvásárolnia minden olyan kőolaj-finomító vállalatnak, amely egy adott tervezetű FCC-t kíván építeni és üzemeltetni.
Az FCC-egység két különböző kialakítású: az “egymásra helyezett” típus, ahol a reaktor és a katalizátor-regenerátor két különálló edényben van, a reaktor a regenerátor felett van, az edények között pedig egy szegély van, amely lehetővé teszi, hogy a regenerátor levezető gázvezetéke a regenerátor edény tetejéhez csatlakozzon, és az “egymás melletti” típus, ahol a reaktor és a katalizátor-regenerátor két különálló edényben van. Az egymásra helyezett konfiguráció kevesebb helyet foglal el a finomító területén. Ezek a főbb FCC tervezők és engedélyesek:
Side-by-side konfiguráció:
- CB&I
- ExxonMobil Research and Engineering (EMRE)
- Shell Global Solutions
- Axens / Stone & Webster Process Technology – jelenleg a Technip tulajdonában
- Universal Oil Products (UOP) – jelenleg a Honeywell teljes tulajdonú leányvállalata
Stacked konfiguráció:
- Kellogg Brown & Root (KBR)
A szabadalmaztatott konstrukciók licencadóinak mindegyike azt állítja, hogy egyedi jellemzőkkel és előnyökkel rendelkezik. Az egyes eljárások relatív előnyeinek teljes körű tárgyalása meghaladja e cikk kereteit.
Reaktor és regenerátorSzerkesztés
A reaktor és a regenerátor a fluid katalitikus krakkoló egység szívének tekinthető. Az alábbi 1. ábrán látható, egy tipikus modern FCC-egység sematikus áramlási diagramja az “egymás melletti” konfiguráción alapul. A hosszú szénhidrogénláncú szénhidrogénmolekulákból álló, előmelegített, magas forrásponton (kb. 315-430 °C-on) lévő kőolaj-alapanyagot a desztillációs oszlop aljáról visszavezetett iszapolajjal egyesítik, és a katalizátoros felszállóvezetékbe fecskendezik, ahol a regenerátorból származó, nagyon forró, por alakú katalizátorral érintkezve és azt összekeverve kisebb gőzmolekulákká párologtatják és krakkolják. Az összes krakkolási reakció 2-4 másodperc alatt játszódik le a katalizátoros felszállócsőben. A szénhidrogéngőzök “fluidizálják” a porított katalizátort, és a szénhidrogéngőzök és a katalizátor keveréke felfelé áramlik, hogy körülbelül 535 °C hőmérsékleten és körülbelül 1,72 bar nyomáson belépjen a reaktorba.
A reaktor egy tartály, amelyben a krakkolt termékgőzök vannak: (a) elválasztják a kiégett katalizátortól azáltal, hogy a reaktoron belül kétlépcsős ciklonokon keresztül áramlik, és (b) a kiégett katalizátor lefelé áramlik egy gőztelenítő szakaszon keresztül, hogy eltávolítsa a szénhidrogéngőzöket, mielőtt a kiégett katalizátor visszatér a katalizátor-regenerátorba. A kiégett katalizátor regenerátorba történő áramlását a kiégett katalizátor vezetékben lévő tolózárral szabályozzák.
Mivel a krakkolási reakciók során némi széntartalmú anyag (a továbbiakban katalizátorkoksz) keletkezik, amely lerakódik a katalizátoron és nagyon gyorsan csökkenti a katalizátor reaktivitását, a katalizátort a lerakódott koksznak a regenerátorba fújt levegővel történő elégetésével regenerálják. A regenerátor körülbelül 715 °C hőmérsékleten és körülbelül 2,41 bar nyomáson működik, így a regenerátor körülbelül 0,7 barral magasabb nyomáson működik, mint a reaktor. A koksz elégetése exoterm, és nagy mennyiségű hőt termel, amelyet a regenerált katalizátor részben elnyel, és biztosítja az alapanyag elpárologtatásához és a katalizátoros felszállócsőben lejátszódó endoterm krakkolási reakciókhoz szükséges hőt. Emiatt az FCC-egységeket gyakran “hőegyensúlyosnak” nevezik.
A regenerátorból kilépő forró katalizátor (kb. 715 °C-on) egy katalizátor-elvezető kútba áramlik, ahol a magával vitt égési füstgázok távozhatnak és visszaáramolhatnak a regenerátor felső részébe. A regenerált katalizátor áramlását a katalizátor-emelőcső alatti alapanyag-befecskendezési ponthoz a regenerált katalizátorvezetékben lévő tolózárral szabályozzák. A forró füstgáz a regenerátorból több kétfokozatú ciklonkészleten való áthaladás után lép ki, amelyek eltávolítják a füstgázból a magával ragadt katalizátort.
A regenerátor és a reaktor között keringő katalizátor mennyisége körülbelül 5 kg/kilogramm alapanyag, ami körülbelül 4,66 kg/liter alapanyagnak felel meg. Így egy napi 75 000 hordót (11 900 m3/d) feldolgozó FCC egységben naponta körülbelül 55 900 tonna katalizátor kering.
FőoszlopSzerkesztés
A reakciótermék gőzei (535 °C-on és 1 nyomáson.72 bar) a reaktor tetejéről a főoszlop alsó részébe áramlanak (általában főfrakcionálónak nevezik, ahol a betáplálási osztás történik), ahol a krakkolt kőolaj-naftából, fűtőolajból és füstgázból álló FCC végtermékekké desztillálódnak. A kénvegyületek eltávolítására irányuló további feldolgozás után a krakkolt nafta a finomító kevert benzinjeinek magas oktánszámú összetevője lesz.
A főfrakcionáló füstgázát egy úgynevezett gázvisszanyerő egységbe küldik, ahol butánokra és butilénekre, propánra és propilénre, valamint alacsonyabb molekulatömegű gázokra (hidrogén, metán, etilén és etán) választják szét. Egyes FCC gázvisszanyerő egységek az etán és az etilén egy részét is leválaszthatják.
Bár a fenti sematikus áramlási diagram úgy ábrázolja a fő frakcionálót, mint amely csak egy oldalsó sztripperrel és egy fűtőolajtermékkel rendelkezik, sok FCC fő frakcionáló két oldalsó sztripperrel rendelkezik, és egy könnyű fűtőolajat és egy nehéz fűtőolajat állít elő. Hasonlóképpen, számos FCC-főfrakcionáló egy könnyű krakkolt benzint és egy nehéz krakkolt benzint állít elő. A könnyű és nehéz terminológia ebben az összefüggésben a termék forrásponttartományára utal, ahol a könnyű termékek forrásponttartománya alacsonyabb, mint a nehéz termékeké.
A főfrakcionálóból származó alsó termékolaj olyan katalizátormaradványokat tartalmaz, amelyeket a reaktor tetején lévő ciklonok nem távolítottak el teljesen. Emiatt az alsó termékolajat iszapolajnak nevezik. Az iszapolaj egy részét visszavezetik a fő frakcionálóba a forró reakciótermék-gőzök belépési pontja fölé, hogy a reakciótermék-gőzöket lehűtsék és részben lecsapolják, amikor azok belépnek a fő frakcionálóba. Az iszapolaj fennmaradó részét egy iszapülepítőn keresztül szivattyúzzák. Az iszapülepítőből származó fenékolaj tartalmazza az iszapolaj katalizátor részecskéinek nagy részét, és az FCC-alapanyagolajjal egyesítve visszakerül a katalizátoros felszállócsatornába. A tisztított iszapolajat vagy dekantált olajat az iszapülepítő felső részéből vonják ki, hogy a finomítóban máshol, nehéz fűtőolaj-keverék komponensként vagy korom alapanyagként használják fel.
Regenerátor füstgázAz FCC kialakításának megválasztásától függően a regenerátorban a kimerült katalizátoron lévő koksz elégetése lehet vagy nem lehet teljes elégetés szén-dioxid CO
2 -re. Az égési levegő áramlását úgy szabályozzák, hogy a szén-monoxid (CO) és a szén-dioxid kívánt arányát biztosítsák az egyes FCC-kialakításoknál.
Az 1. ábrán látható kialakításban a koksz csak részben égett el CO
2 -re. Az égési füstgázt (amely CO-t és CO
2-t tartalmaz) 715 °C-on és 2,41 bar nyomáson egy olyan örvénycsöveket tartalmazó másodlagos katalizátorleválasztón vezetik át, amelyet úgy terveztek, hogy a regenerátort elhagyó füstgázban lévő részecskék 70-90 százalékát eltávolítsa. Erre azért van szükség, hogy megelőzzék a turbó-expanderben lévő lapátok eróziós károsodását, amelyen a füstgáz legközelebb áthalad.
A füstgáznak a turbó-expanderben történő tágulása elegendő energiát biztosít a regenerátor égési levegő kompresszorának meghajtásához. Az elektromos motor-generátor elektromos energiát fogyaszthat vagy termelhet. Ha a füstgáz tágulása nem biztosít elegendő energiát a levegő kompresszor meghajtásához, a villanymotor/generátor biztosítja a szükséges további energiát. Ha a füstgáz tágulása több energiát biztosít, mint amennyi a légkompresszor meghajtásához szükséges, akkor az elektromos motor/generátor a többletenergiát elektromos energiává alakítja és a finomító elektromos rendszerébe továbbítja.
A tágított füstgázt ezután egy gőzfejlesztő kazánon (a továbbiakban CO-kazán) keresztül vezetik, ahol a füstgázban lévő szén-monoxidot tüzelőanyagként elégetik, hogy gőzt biztosítsanak a finomítóban való felhasználásra, valamint hogy megfeleljenek a szén-monoxid-kibocsátásra vonatkozó környezetvédelmi előírásoknak.
A füstgázt végül egy elektrosztatikus szűrőn (ESP) keresztül dolgozzák fel a maradék részecskék eltávolítására, hogy megfeleljenek a részecskekibocsátásra vonatkozó környezetvédelmi előírásoknak. Az ESP a 2 és 20 µm közötti méretű részecskéket távolítja el a füstgázból. A részecskekibocsátási határértékek betartásához néha részecskeszűrő rendszerekre, úgynevezett negyedik fokozatú leválasztókra (FSS) van szükség. Ezek helyettesíthetik az ESP-t, ha a részecskekibocsátás az egyetlen probléma.
A füstgázfeldolgozó rendszer gőzturbinája (a fenti ábrán látható) a regenerátor égési levegő kompresszorának meghajtására szolgál az FCC egység indításakor, amíg nem áll rendelkezésre elegendő égési füstgáz, hogy átvegye ezt a feladatot.