Коррозионные отказы на установках каталитического крекинга

Каталитический крекинг является основным процессом, позволяющим значительно повысить производство моторных топлив за счет превращения вакуумных дистиллятов. Процесс проводят с использованием катализаторов, существенно увеличивающих скорость реакций образования целевых продуктов при температуре 450—550°С и давлении 0,1—0,3 МПа. В процессе крекинга на катализаторе возникают коксовые отложения, снижающие его активность. Регенерацию катализатора осуществляют путем выжига кокса при температуре 600—650°С. В настоящее время в России эксплуатируются установки каталитического крекинга трех поколений:

• первого поколения — с циркулирующим шариковым алюмосиликатным катализатором;

• второго поколения — с «кипящим» слоем микросферического цеолитсодержащего катализатора;

• третьего поколения — с лифтреактором.

На рис. 2.4 принципиальная схема одного из вариантов установки каталитического крекинга с «кипящим» слоем катализатора. Сырье нагревают сначала в теплообменнике I, затем в трубчатой печи 2 до температуры 400°С и направляют в узел смешения реактора. Здесь его подхватывает горячий катализатор. Сырье при контакте с ним испаряется и в виде потока нефтяных паров вместе с катализатором через транспортную линию и распределительное устройство поступает в реакционную зону реактора 3, где поддерживается определенная высота взвешенного слоя катализатора — «кипящий» слой. Пары продуктов крекинга проходят верхнюю отстойную зону реактора и циклоны (на схеме не показаны), где освобождаются от мелких частиц катализатора и направляются в ректификационную колонну 4. Здесь реакционная смесь разделяется с выделением фракций легкого и тяжелого каталитического газойля, бензина и газа. Газ и бензин охлаждают в конденсаторе-холодильнике 5 и отделяют друг от друга в газосепараторе 6. Далее газ направляют на разделение на газофракционирующую установку. Легкий и тяжелый газойли собирают в резервуары, причем тяжелый газойль частично используется в качестве рециркулята. Закоксованный катализатор из реактора 3 поступает в узел смешения регенератора, смешивается с воздухом и пневмотранспортом по трубопроводу подается в регенератор 7, где при температуре 580—650°С происходит выжиг кокса кислородом воздуха. Регенерированный катализатор через стояк регенератора поступает в узел смешения реактора и снова участвует в процессе.

Наиболее часто разрушение оборудования установок каталитического крекинга связано с одновременным воздействием на него при высоких температурах сероводорода, продукта превращения серосодержащих компонентов сырья установки, и абразива — частиц катализатора. Износу способствует как высокая абразивная способность частиц катализатора, так и большие скорости технологических потоков, характерные для установок каталитического крекинга. Поэтому наибольшее количество разрушений оборудования связано с коррозионно-абразивным износом. Образующиеся продукты коррозии при этом сбиваются струей абразива, и процесс разрушения развивается со скоростью более 5—10 мм/год.

Змеевики печей установок каталитического крекинга, подобно змеевикам печей термического крекинга, страдают главным образом от высокотемпературной сероводородной коррозии (внутренняя поверхность змеевика) и от воздействия кислого электролита, появляющегося на внешней поверхности змеевика при остановках аппарата.

Условия эксплуатации реакторов установок каталитического крекинга оказываются более жесткими, чем реакторов термокрекинга. Это связано с тем, что используемые в процессе катализаторы не только вызывают увеличение скорости протекания целевого процесса, но и способствуют быстрому разложению присутствующих в сырье аппарата (вакуумном газойле) серо-, азот-, кислород- и хлорсодержащих соединений с образованием соответственно сероводорода, аммиака, хлороводорода, циановодорода и паров воды. Существенные количества этих соединений появляются уже при температуре 480°С. Содержание их в рабочей среде при температуре 600—650°С делает эту среду агрессивной. Наибольшую опасность представляет сероводород, особенно в присутствии в среде абразива. Циклоны и шлемовая часть реактора подвержены коррозионно-абразивному износу. Скорость поражения этих элементов оборудования порой достигает 10 мм/год.

Регенератор работает при более высокой температуре, чем реактор и, следовательно, в более жестких условиях. Так же, как и реактор, он подвержен коррозионно-абразивному износу под действием сероводорода и катализатора. То же относится к транспортным линиям реактора и регенератора и к газоходам дымовых газов регенератора.

В весьма сложных условиях работают сильфонные компенсаторы, установленные на катализаторопроводах. Как правило, их изготавливают из стали 08Х18Н10Т. Такие компенсаторы могут успешно эксплуатироваться в течение всего проектного срока службы (5 лет) в случае, если удается исключить появление влаги на гибком элементе. Если же влага появляется, срок службы компенсатора может сократиться до нескольких суток. Кислые газы, присутствующие в рабочей среде, растворяются во влаге и образуют кислоты. В условиях действия знакопеременных нагрузок такие среды вызывают коррозионное растрескивание гибкого элемента.

Для ректификационных колонн опасность представляет высокотемпературная сероводородная коррозия нижней части аппарата, работающей при температуре выше 260°С. Верхняя часть этих аппаратов, включающая верхнее днище, верхние тарелки и др., подвержена существенной общей и язвенной коррозии под действием сероводорода и хлороводорода, образующихся в результате каталитического превращения серо- и хлорсодержащих компонентов сырья. Растворяясь в конденсирующейся при остановках аппарата влаге, они образуют кислоты, вызывающие общую коррозию и существенно повышающие агрессивность рабочих сред конденсационно-холодильного оборудования, выполненного из углеродистых сталей.

На установках каталитического крекинга иногда используют конденсаторы-холодильники с латунными трубами. Такие трубы хорошо работают в нейтральных и слабокислых средах. Если же среда имеет щелочной характер, наблюдается их коррозионное растрескивание. Использование аппаратов с трубами из аустенитных хромоникелевых сталей приводит к отказам в случае наличия в среде хлоридов и цианидов.

Газосепараторы изготавливают из углеродистых сталей. Нижняя часть этих аппаратов, контактирующая с водными растворами сероводорода при температуре 40—80°С, подвержена общей коррозии. При высоком содержании в среде сероводорода они страдают от наводороживания и блистеринга.

Таким образом, появление в средах установок каталитического крекинга сероводорода и ряда других продуктов каталитического превращения компонентов сырья делает проблему коррозии оборудования установок существенной. Абразивный износ аппаратов и трубопроводов под действием частиц катализатора значительно усугубляет эту проблему.