Eşleştirme Projesi tr 08 ib en 03

3.9Katalitik kırma

Amaç ve prensipler

Katalitik kırma, daha ağır hidrokarbonları daha değerli daha düşük kaynama noktasına sahip hidrokarbonlara dönüştürmek için en yaygın kullanılan prosesdir. Burada büyük hidrokarbon moleküllerini daha küçük, daha hafif moleküllere kırmak için ısı ve bir katalizör kullanılır. Hidrokraking prosesinin aksine hiç hidrojen kullanılmaz ve sonuç olarak sınırlı miktarda desülfürizasyon gerçekleşir. Diğer ağır yağ katalitik dönüşüm proseslerine kıyasla, akışkan katalitik kırma (AKK) prosesi daha yüksek miktarlarda metaller, sülfür ve asfaltenler işleyebilmesi açısından daha üstündür. Bir dezavantajı ise katalizörlerle ilgili güncel gelişmeler katalizör seçimine bağlı olarak LPG veriminde bir artışı veya dip ürünlerinde daha büyük bir azalmayı mümkün kılsa da ürün verimlerini değiştirmede sağladığı esneklik sınırlıdır.

Şarj ve ürün akımları

Akışkan katalitik kırma üniteleri, vakum distilasyon ünitesinden gelen ağır vakum gazyağlarını (AVGY) veya atmosferik distilasyon ünitesinden gelen dip akımarı, ki buna aynı zamanda ‘uzun kalıntı’(rezid) (UK) denir, işlemek üzere tasarlanabilir. Çoğunlukla, AVGY için tasarlanmış üniteler aynı zamanda bazı dip akınlarını (UK) işlemek için (veya tam tersi) kullanılabilir. Bu iki ünite tipine sırasıyla AKK ünitesi ve RCC ünitesi denecektir.

Atmosferik distilasyon ünitesinden gelen ağır gazyağı, yağlama yağı ünitelerinden gelen koklaştırıcı veya vis-kırılmış gazyağı, asfaltı giderilmiş yağ ve ekstraktlar ve bazen küçük miktarlarda bir atmosferik dip (rezid) gibi diğer proses akımları katalitik kırıcı beslemesine karıştırılabilir. Bu akımlar hidrojen ile muameleden geçirilerek istenen ürün verimi ve özellikleri ayarlanabilir.

Diğer dönüşüm proseslerine kıyasla, katalitik kırıcı prosesi nispeten yüksek bir kaliteli benzin verimi ve nispeten yüksek miktarlarda C3 ve C4 ile karakterize edilir. Her iki ürün de oldukça olefiniktir ve bu yüzden alkilleme, eterleştirme ve petrokimya endüstrisi için ideal besleme stoklarıdır. Bu prosesin bir dezavantajı sülfür, olefinler, aromatikler ve setan indeksi açısından çok düşük kalitede orta destilat ürünleridir. Depolamadan önce ürünlerin büyük çoğunluğunun daha da arıtılması gerekir.

Prosesin açıklaması

Günümüzde dünya çapında sabit yataklı reaktörler, devingen yataklı reaktörler, akışkan yataklı reaktörler ve açık devre üniteleri (sıvının sadece bir kez içerisinden geçtiği üniteler) gibi birkaç farklı katalitik kırma tasarımı kullanılmaktadır. Akışkan ve devingen yataklı reaktörler tüm dünyadaki rafinerilerde en yaygın olanıdır ve bunlar aşağıda açıklanmıştır.

Akışkan katalitik kırma (AKK) üniteleri en yaygın katalitik kırma üniteleridir. AKK ünitesi üç farklı bölümden oluşur: hava üfleyici ve atık ısı kazanını içeren reaktör - rejeneratör bölümü, ıslak gaz kompresörünü içeren ana fraksiyonlayıcı bölümü ve doymamış gaz tesisi bölümü. Basitleştirilmiş bir akış diyagramı bir sonraki şekilde gösterilmiştir.



Şekil X.Akışkan katalitik kırıcı için basitleştirilmiş proses akış diyagramı

AKK prosesinde, önısıtmayla sıcaklığı 250 - 425 °C'ye çıkarılan yağ ve yağ buharı rizer (riser) reaktördeki yaklaşık 680 – 730°C sıcaklıktaki sıcak katalizörle temasa geçer. Buharlaşmayı ve ardından kırmayı arttırmak için besleme buharla atomize edilir. Kırma prosesi 500 ile 540 °C arasındaki sıcaklıklarda ve 1.5 – 2.0 barg arasındaki basınçlarda gerçekleşir. Katalitik kırmada kullanılan katalizörlerin çoğu farklı alümina ve kil tipleriyle desteklenen zeolitler (zeolitler hakkında daha detaylı bilgi için bkz. METReferans Dokümanı, Ek 9.7), metaller ve eser toprak elementleri içerir. Katalizör, buharlaşmış beslemeyle iyice karışan ince tanecikli bir şekildedir. Akışkan katalizör ve reaksiyona girmiş hidrokarbon buharı (iki aşamalı) bir siklon sisteminde mekanik olarak ayrılır ve katalizörde kalan hidrokarbonlar buhar sıyırma yoluyla giderilir. Reaktörde ve rejeneratör siklonlarında ince tanecikler olarak kaybolan katalizör miktarı taze katalizör eklenerek dengelenir.

Katalitik kırma prosesleri, katalizör yüzeyinde toplanan ve katalitik özelliklerini körelten kok üretir. Bu yüzden, temel olarak katalizördeki kokun yüksek sıcaklıklarda yakılarak katalizörün sürekli geri kazanılması gerekir. Katalizörlerin geri kazanılma yöntem ve sıklığı katalitik kırma ünitelerinin tasarımında önemli bir faktördür. Katalizör, kok çöküntülerinin havayla yakıldığı tek veya iki aşamalı geri kazanım için ayrı tank(lar)a akar. Ancak, yüksek sıcaklığa maruz kalma ve metal zehirlenmesi (daha çok vanadyum) nedeniyle zamanla katalizörün aktifliği giderek tersinmez bir şekilde azalır. Geri kazanılmış sıcak katalizör reaktör rizer (riser) tabanına geri akarak burada beslemenin buharlaşması ve kırma reaksiyonları için gereken ısı absorpsiyonu yoluyla soğutulur.

Sonra kırılmış hidrokarbon buharları istenen çeşitli fraksiyonların ayrılıp toplandığı bir fraksiyonlama kolonuna gönderilir. Soğutmadan ve depolamadan önce uçucu hidrokarbonları gidermek için akımlar buharla sıyrılır. Çamurlu yağ kolonun dibinden alınır ve reaktör besleme stoğuyla ısı değişimi ve buhar üretimi yoluyla soğutulur ve sonra kolona geri gönderilir. Geri dönüştürülen çamurlu yağ(slurry oil), ikincil kırılmayı önlemek amacıyla bir yıkama yağı ve sıcak reaktör üst buharları için bir soğutucu (quench) olarak kullanılır. Çamurlu yağın geri kalanı katalizörün ince taneciklerini gidermek için filtrelenir veya dekante edilir, soğutulur ve depolamaya gönderilir. Fraksiyonlayıcı üst gazı kısmen yoğunlaşır ve üst dramda birikerek üç faza ayrılır: gaz, sıvı ve kirli su akımları. Hem sıvı hem de gaz akıntıları daha fazla ayırma için gaz tesisine (Bölüm 2.6) gönderilir ve kirli su akımı da saflaştırma için kirli su sıyırıcıya gönderilir (Bölüm 2.17.5 Emisyon azaltma teknikleri).

Bu proseste enerji geri kazanımı için genellikle çeşitli ekipman tipleri kullanılır. Rejeneratörden gelen sıcak baca gazları bir atık ısı kazanında veya kısmi CO yanması durumunda bir CO kazanında buhar üretimi yoluyla soğutulur. Buhar üretiminden önce, aynı zamanda baca gazlarının bir turbo genişletici içinde genleşmesiyle elektrik de üretilebilir. Ve özellikle büyük miktarlarda rezid işleyen ünitelerde, buhar üretimi amaçlı katalizör soğutucularıyla rejeneratörden daha fazla ısı uzaklaştırılabilir.

Devingen yataklı proseste, yağ 400 – 700 ºC'ye ısıtılarak basınç altında reaktörden geçer ve burada boncuk veya pelet şeklindeki bir katalizör akışıyla temasa geçer. Sonra kırılmış ürünler çeşitli bileşiklerin ayrıldığı bir fraksiyonlama kolonuna gider. Katalizör bir sürekli prosesle geri kazanılır. Bazı üniteler aynı zamanda katalizör yağ akıntısına geri gönderilmeden önce geriye kalan hidrokarbonları ve oksijeni katalizörden buhar kullanarak ayırır. Son yıllarda devingen yataklı reaktörler büyük ölçüde yerlerini akışkan yataklı reaktörlere bırakmıştır.

(Daha fazla bilgi için bkz. METReferans Dokümanı, Bölüm 2.5)