8.4. Регенерация катализаторов

Регенерация катализатора состоит из следующих операций: а) отпарка от катализатора адсорбированных на нем углеводоро­дов; б) выжиг кокса кислородом воздуха; в) обработка регенери­рованного катализатора водяным паром.

Первая операция значительно снижает содержание на ката­лизаторе органических продуктов и необходима для снижения нагрузки на регенератор. Цель третьей операции — гидратация катализатора, так как при некоторых условиях в регенераторе катализатор частично дегидратируется, что снижает его актив­ность. Выжиг кокса проходит с выделением большого количества теплоты (25000—31500 кДж·кг^-1 кокса). В кинетической области горения кокса реакция имеет первый порядок по коксу и кисло­роду и энергию активации 147—167 кДж·моль^-1. Скорость горе­ния кокса несколько зависит от условий крекинга; с увеличением содержания в коксе углерода скорость его горения снижается.

При использовании шарикового катализатора кинетическая об­ласть горения кокса осуществляется при температурах ниже 500— 550°С. При более высоких температурах горение кокса идет во внутридиффузионной и внешнедиффузионной областях. Повышать температуру регенерации во внешнедиффузионной области нера­ционально, так как скорость процесса при этом не увеличивается, а возможность местных перегревов частиц катализатора, приводя­щих к необратимой дезактивации, возрастает. Повышение скорости регенерации в этом случае возможно в результате улучшения кон­такта между воздухом и катализатором и увеличения парциаль­ного давления кислорода.

Углерод кокса сгорает до оксидов углерода (II) и (IV), при­чем соотношение их в газах регенерации зависит от химического состава катализатора. При значительной концентрации оксида (II) возможно возникновение его неконтролируемого догорания в га­зах регенерации, что приводит к прогару оборудования. Введение в состав катализатора небольших количеств активных катализато­ров окисления — в частности 0,15% хрома, считая на оксид хрома (III)—устраняет образование оксида углерода (II). ­

При этом возрастает, разумеется, экзотермичность горения кокса, и нужно более интенсивно отводить теплоту из регенератора. В случае ки­пящего слоя микросферического катализатора внешнедиффузионная область достигается при значительно более высоких темпе­ратурах, возможность локальных перегревов практически устра­няется и целесообразно проводить регенерацию при значительно более высоких температурах — до 680—690 °С. При дальнейшем повышении температуры необратимое старение катализатора резко ускоряется.

По мере выгорания кокс обогащается углеродом, так как сго­рание содержащегося в нем водорода идет с большей скоростью, чем сгорание углерода кокса. В результате скорость горения кокса значительно понижается. По-видимому, в результате рез­кого снижения реакционной способности кокса при малых его концентрациях кажущийся порядок реакции его горения стано­вится вторым по содержанию кокса. Поэтому наиболее затруд­нена глубокая регенерация катализатора. Наличие в составе ка­тализатора металла — катализатора окислительно-восстановитель­ных реакций — позволяет значительно снизить содержание кокса в регенерированном катализаторе — до 0,1 % и менее, так как скорость горения остаточного кокса возрастает в этом случае на порядок и более. При высоком содержании кокса на регенерируе­мом катализаторе затруднен отвод из регенератора больших ко­личеств теплоты. Поэтому регенерация катализатора в общем осуществляется значительно легче, когда установки каталитиче­ского крекинга работают с высокой кратностью циркуляции ка­тализатора.