واحد کت کراکر چیست و چه نقشی در پالایشگاه ها بازی می کند؟

واحد کت کراکر چیست و چه نقشی در پالایشگاه ها بازی می کند؟

واحد کت کراکر (Catalytic Cracking Unit) یک واحد مهم در پالایشگاه‌های نفت است. وظیفه اصلی این واحد، شکستن مولکول‌های سنگین هیدروکربنی (مانند نفت سنگین) به مولکول‌های سبک‌تر و با ارزش‌تر (مانند بنزین و پروپیلن) است. این فرایند با استفاده از کاتالیزور انجام می‌شود.

به طور خلاصه، نقش واحد کت کراکر در پالایشگاه‌ها به شرح زیر است:

• افزایش تولید بنزین: با شکستن هیدروکربن‌های سنگین، مقدار بنزین تولیدی افزایش می‌یابد.
• تولید مواد اولیه پتروشیمی: موادی مانند پروپیلن که در فرایند کت کراکینگ تولید می‌شوند، می‌توانند به عنوان مواد اولیه برای تولید محصولات پتروشیمی استفاده شوند.
• بهبود کیفیت فرآورده‌های نفتی: این فرایند به بهبود کیفیت فرآورده‌های نفتی کمک می‌کند، به عنوان مثال عدد اکتان بنزین تولیدی را افزایش می‌دهد.

• اجازه دهید جزئیات بیشتری در مورد واحد کت کراکر و جنبه‌های مختلف آن ارائه دهم:

  1. اصول عملکرد:

  • خوراک: واحد کت کراکر معمولاً از برش‌های نفتی سنگین مانند نفت گاز (Gas Oil) یا وکیوم گاز اویل (Vacuum Gas Oil – VGO) به عنوان خوراک استفاده می‌کند. این برش‌ها دارای مولکول‌های بزرگ و سنگین هیدروکربنی هستند.
  • کاتالیزور: کاتالیزورهای مورد استفاده معمولاً از نوع زئولیت (Zeolite) هستند که دارای ساختار متخلخل و سطح فعال بالایی هستند. این کاتالیزورها باعث تسریع واکنش شکستن مولکول‌های هیدروکربنی می‌شوند.
  • شرایط عملیاتی: فرایند کت کراکینگ در دما و فشار بالا (معمولاً 450-550 درجه سانتیگراد و 1-2 بار) انجام می‌شود.
  • محصولات: محصولات اصلی این واحد شامل بنزین، پروپیلن، بوتان، بوتن و گازهای سبک‌تر (مانند متان و اتان) است. همچنین، کک (Coke) نیز به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود که بر روی سطح کاتالیزور رسوب می‌کند و باعث کاهش فعالیت آن می‌شود.

  2. انواع واحدهای کت کراکر:

  • Fluid Catalytic Cracking (FCC): این نوع واحد، رایج‌ترین نوع کت کراکر است. در این واحد، کاتالیزور به صورت ذرات ریز (سیال) در جریان خوراک معلق است و به طور مداوم بین راکتور و احیاگر (Regenerator) در گردش است. کک رسوب کرده بر روی کاتالیزور در احیاگر سوزانده می‌شود تا کاتالیزور دوباره فعال شود.
  • Thermal Catalytic Cracking (TCC): این نوع واحد قدیمی‌تر است و کمتر استفاده می‌شود. در این واحد، کاتالیزور به صورت گرانول‌های بزرگتر است و به صورت دوره‌ای بین راکتور و احیاگر جابجا می‌شود.

  3. فرآیند کلی:

  1. پیش‌گرمایش خوراک: ابتدا خوراک ورودی تا دمای مناسب پیش‌گرم می‌شود.
  2. ورود به راکتور: خوراک پیش‌گرم شده وارد راکتور می‌شود و با کاتالیزور مخلوط می‌شود. در این مرحله، واکنش شکستن مولکول‌های هیدروکربنی آغاز می‌شود.
  3. جداسازی محصولات: مخلوط خروجی از راکتور وارد برج تقطیر می‌شود و محصولات مختلف (بنزین، پروپیلن، بوتان و …) بر اساس نقطه جوششان از هم جدا می‌شوند.
  4. احیای کاتالیزور: کاتالیزور حاوی کک رسوب کرده به احیاگر فرستاده می‌شود و در آنجا کک سوزانده می‌شود. کاتالیزور احیا شده دوباره به راکتور بازگردانده می‌شود.

  4. کاربردهای محصولات:

  • بنزین: به عنوان سوخت خودروها استفاده می‌شود.
  • پروپیلن: به عنوان ماده اولیه برای تولید پلی‌پروپیلن (نوعی پلاستیک) و سایر مواد پتروشیمی استفاده می‌شود.
  • بوتان و بوتن: به عنوان سوخت و ماده اولیه برای تولید مواد شیمیایی استفاده می‌شوند.
  • گازهای سبک‌تر: به عنوان سوخت گازی در پالایشگاه و صنایع دیگر استفاده می‌شوند.

  5. نکات مهم:

  • بهینه‌سازی عملکرد: عملکرد واحد کت کراکر به عوامل مختلفی مانند نوع خوراک، نوع کاتالیزور، شرایط عملیاتی و طراحی واحد بستگی دارد. بهینه‌سازی این عوامل می‌تواند به افزایش تولید محصولات با ارزش و کاهش تولید محصولات جانبی نامطلوب کمک کند.
  • کنترل آلودگی: واحد کت کراکر می‌تواند باعث تولید آلاینده‌هایی مانند اکسیدهای نیتروژن (NOx)، اکسیدهای گوگرد (SOx) و ذرات معلق شود. برای کاهش آلودگی، از تجهیزات و فناوری‌های مختلفی مانند سیستم‌های کنترل NOx و SOx و فیلترهای هوا استفاده می‌شود.

• • 

  • برای درک بهتر نحوه عملکرد یک واحد کت کراکر در پالایشگاه، مراحل عملیاتی آن را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم:

    1. آماده‌سازی خوراک:

    • تامین خوراک: خوراک واحد کت کراکر معمولاً از واحدهای تقطیر اتمسفری و یا تقطیر در خلاء پالایشگاه تامین می‌شود. این خوراک می‌تواند شامل نفت گاز (Gas Oil)، وکیوم گاز اویل (Vacuum Gas Oil – VGO) یا ترکیبی از این دو باشد.
    • پیش‌تصفیه: قبل از ورود خوراک به راکتور، ممکن است نیاز به پیش‌تصفیه برای حذف ناخالصی‌هایی مانند ترکیبات گوگردی، نیتروژنی و فلزات سنگین باشد. این ناخالصی‌ها می‌توانند باعث مسمومیت کاتالیزور و کاهش فعالیت آن شوند. فرآیندهای پیش‌تصفیه معمولاً شامل هیدروتریتینگ (Hydrotreating) با استفاده از کاتالیزورهای نیکل-مولیبدن یا کبالت-مولیبدن است.
    • پیش‌گرمایش: خوراک پیش‌تصفیه شده تا دمای مناسب (حدود 200-400 درجه سانتیگراد) پیش‌گرم می‌شود. این کار معمولاً با استفاده از مبدل‌های حرارتی انجام می‌شود که از حرارت محصولات خروجی و یا بخار داغ استفاده می‌کنند.

    2. واکنش در راکتور:

    • ورود به راکتور: خوراک پیش‌گرم شده به همراه کاتالیزور وارد راکتور می‌شود. در واحدهای FCC (Fluid Catalytic Cracking)، کاتالیزور به صورت ذرات ریز (پودری) در جریان خوراک معلق است و مخلوطی از خوراک و کاتالیزور تشکیل می‌دهد.
    • واکنش شکست: در راکتور، مولکول‌های سنگین هیدروکربنی در حضور کاتالیزور شکسته شده و به مولکول‌های سبک‌تر تبدیل می‌شوند. این واکنش‌ها شامل شکست پیوندهای کربن-کربن، ایزومریزاسیون (تغییر ساختار مولکولی) و هیدروژن‌زدایی (Dehydrogenation) هستند.
    • شرایط واکنش: شرایط واکنش در راکتور (دما، فشار، نسبت کاتالیزور به خوراک و زمان ماند) به نوع خوراک، نوع کاتالیزور و محصولات مورد نظر بستگی دارد. به طور معمول، دما بین 450 تا 550 درجه سانتیگراد و فشار نزدیک به اتمسفر است.
    • تشکیل کک: در طی واکنش، مقداری کک (Coke) بر روی سطح کاتالیزور رسوب می‌کند. کک یک ماده جامد کربنی است که باعث کاهش فعالیت کاتالیزور می‌شود.

    3. جداسازی محصولات:

    • جداسازی کاتالیزور: مخلوط خروجی از راکتور (شامل محصولات گازی و مایع و کاتالیزور) وارد یک جداکننده (Separator) می‌شود تا کاتالیزور از محصولات جدا شود. در واحدهای FCC، این کار معمولاً با استفاده از سیکلون‌ها انجام می‌شود.
    • تقطیر: محصولات گازی و مایع پس از جداسازی کاتالیزور وارد برج تقطیر می‌شوند. در این برج، محصولات مختلف (بنزین، LPG، نفت سبک، نفت سنگین و غیره) بر اساس نقطه جوششان از هم جدا می‌شوند.
    • بازیافت گازهای سبک: گازهای سبک تولید شده در واحد کت کراکر (مانند متان، اتان و پروپان) معمولاً به عنوان سوخت در پالایشگاه استفاده می‌شوند یا به واحدهای پتروشیمی برای تولید مواد شیمیایی ارسال می‌شوند.

    4. احیای کاتالیزور:

    • انتقال به احیاگر: کاتالیزور حاوی کک رسوب کرده به احیاگر (Regenerator) فرستاده می‌شود.
    • سوزاندن کک: در احیاگر، کک رسوب کرده بر روی سطح کاتالیزور با استفاده از هوا یا اکسیژن سوزانده می‌شود. این فرآیند باعث تولید دی‌اکسید کربن و حرارت می‌شود.
    • بازگشت به راکتور: کاتالیزور احیا شده و گرم شده دوباره به راکتور بازگردانده می‌شود تا چرخه واکنش تکرار شود. حرارت تولید شده در احیاگر به عنوان بخشی از انرژی مورد نیاز برای پیش‌گرمایش خوراک استفاده می‌شود.

    5. ملاحظات مهم:

    • بهینه‌سازی شرایط عملیاتی: برای دستیابی به حداکثر بازدهی و تولید محصولات با کیفیت، شرایط عملیاتی واحد کت کراکر باید به طور مداوم بهینه‌سازی شوند. این شامل تنظیم دما، فشار، نسبت کاتالیزور به خوراک، سرعت جریان و سایر پارامترها است.
    • کنترل کیفیت کاتالیزور: کیفیت کاتالیزور نقش مهمی در عملکرد واحد کت کراکر دارد. کاتالیزور باید دارای فعالیت، گزینش‌پذیری و پایداری مناسب باشد. همچنین، باید از آلودگی کاتالیزور با مواد مسموم کننده جلوگیری شود.
    • ایمنی: واحد کت کراکر به دلیل استفاده از دما و فشار بالا و مواد قابل اشتعال، دارای خطرات ایمنی خاصی است. رعایت دقیق دستورالعمل‌های ایمنی و استفاده از تجهیزات ایمنی مناسب ضروری است.
    • محیط زیست: واحد کت کراکر می‌تواند باعث انتشار آلاینده‌هایی مانند اکسیدهای نیتروژن (NOx)، اکسیدهای گوگرد (SOx) و ذرات معلق شود. برای کاهش آلودگی، از تجهیزات و فناوری‌های کنترل آلودگی استفاده می‌شود.

مطلب قبلی

اسکرابر گازی چیست و در صنعت گاز چه کاربردی دارد؟

مطلب بعدی

فین تیوب چیست و چه کاربردی در صنایع مختلف دارد؟