CCR (Continuous Catalyst Regeneration) — технология непрерывной регенерации катализатора, применяемая прежде всего на установках каталитического риформинга бензиновых фракций (риформинга бензинов). В ходе процесса на катализаторе образуются коксовые отложения, снижающие его активность. В системе CCR катализатор непрерывно выводится из реакционной зоны, проходит стадии регенерации и возвращается в процесс без остановки производства
Для подачи и циркуляции воздуха и технологических газов на различных стадиях CCR применяются специализированные центробежные компрессоры. Их работа напрямую влияет на стабильность газового режима, качество регенерации катализатора и непрерывность технологического процесса.
Какую роль выполняют газодувки в CCR
В контуре регенерации катализатор проходит несколько технологических стадий, включая удаление коксовых отложений, обработку и охлаждение. Для каждой стадии требуется определенный расход, давление, температура и состав газа. Поэтому термин «CCR-газодувка» является общим: в одной установке могут использоваться несколько машин, каждая со своей функцией.
Газодувка в такой системе является не просто источником расхода. Ее характеристики непосредственно влияют на стабильность давления и циркуляции газа, температурный режим, качество регенерации и непрерывность работы установки. Поэтому оборудование подбирается под конкретную функцию в технологической схеме.
Основные типы газодувок в установках CCR
- Газодувка регенерации
Газодувка регенерации обеспечивает циркуляцию или подачу газовой среды, необходимой для восстановления активности катализатора. На стадии окисления кислород обеспечивает контролируемое выжигание коксовых отложений. Расход газа должен поддерживаться в заданном диапазоне: недостаточная подача ухудшает регенерацию, а чрезмерная может нарушить тепловой режим процесса.
- Воздуходувка охлаждения
После высокотемпературных стадий регенерации катализатор необходимо привести к требуемому температурному состоянию перед его возвратом в технологический цикл. Воздуходувка охлаждения обеспечивает необходимую циркуляцию охлаждающего газа (воздуха) в соответствующем теплообменном участке системы.
- Газодувка удаления мелких частиц
При перемещении и регенерации катализатора образуются мелкие частицы и пыль. Газодувка удаления мелких частиц применяется в системе их удаления и обеспечивает требуемый поток газа для транспортирования мелкой фракции из технологического контура.
- Газодувка транспортирующего газа
В некоторых CCR-схемах газ используется для пневматического перемещения катализатора между аппаратами или отдельными зонами установки. Центробежный компрессор транспортирующего газа обеспечивает циркуляцию газа и поддерживает расход и высокое давление, необходимые для устойчивого перемещения катализатора.
Принцип работы центробежной CCR-газодувки
Газ поступает на всасывание газодувки и направляется к вращающемуся импеллеру. Под действием центробежных сил поток перемещается от центра импеллера к периферии и приобретает кинетическую энергию. В проточной части корпуса часть этой энергии преобразуется в статическое давление. Далее газ с требуемыми параметрами направляется в соответствующий участок CCR-системы.
Поскольку установки CCR работают непрерывно, газодувка должна длительно сохранять стабильные аэродинамические характеристики, низкий уровень вибрации и надежность вращающихся узлов.
Условия эксплуатации и конструктивные особенности
CCR-риформинг относится к тяжелым процессным применениям при температурах до 1200 °C. При этом конкретная температура непосредственно на входе каждого вентилятора зависит от ее места в технологической схеме и не должна автоматически приниматься равной температуре внутри регенератора.
- высокая температура газа или оборудования;
- непрерывный режим эксплуатации;
- возможное присутствие коррозионно-активных и абразивных компонентов;
- необходимость стабильного расхода и перепада давления;
- повышенные требования к герметичности;
- требования к надежности и минимизации незапланированных остановок.
Для CCR преимущественно применяются центробежные газодувки специального процессного исполнения. Их конструкция формируется исходя из параметров конкретного газа и рабочей точки. Где необходим совместный подбор корпуса и импеллера, системы уплотнения вала, подшипников и системы смазки.
Для тяжелых условий могут использоваться Duplex и Super Duplex, Hastelloy, Inconel, Incoloy, титан и другие специальные материалы. Для высокотемпературных машин допускается применение никелевых сплавов, включая Inconel, Incoloy и Hastelloy.
Важным элементом является уплотнение вала. В зависимости от процесса возможно газоплотное исполнение корпуса и подвод запирающего газа к уплотнениям. Для конкретных применений количество уплотнительных элементов, буферный газ, вакуумный отвод и материалы уплотнения могут адаптироваться под рабочую среду.
Рабочие диапазоны процессных газодувок
В качестве общего диапазона воздуходувок для промышленного газа применяется производительность от 400 до 1 100 000 м³/ч, одноступенчатый перепад давления до 50 кПа на атмосферном воздухе, температуру на входе от −180 до +1200 °C и системное давление от 0,1 до 30 бар абсолютного. Эти значения характеризуют общую линейку процессных газодувок и не являются диапазоном одной конкретной CCR-машины.
При проектировании CCR оборудование рассчитывается непосредственно по параметрам конкретного контура системы.
Регулирование и контроль
Поскольку режим регенерации чувствителен к расходу и давлению газа, CCR-газодувка должна работать совместно с системой автоматического управления. В зависимости от схемы регулирование может выполняться изменением частоты вращения, регулирующей арматурой или комбинацией способов.
Основные контролируемые параметры:
- давление на всасывании и нагнетании;
- расход технологического газа;
- температура газа;
- температура подшипников;
- вибрация;
- частота вращения;
- ток и состояние электродвигателя;
- параметры систем смазки и уплотнений.
Надежность и резервирование
Процессные газодувки относятся к критическому оборудованию: транспортирование и сжатие газа непосредственно связаны с доступностью, безопасностью и эффективностью технологической установки. Для CCR это особенно важно, поскольку нарушение газового режима способно остановить отдельную стадию регенерации и повлиять на весь цикл.
Поэтому в зависимости от требований проекта может применяться резервирование по схеме «рабочая+резервная». Конкретная архитектура резервирования определяется лицензиаром процесса, требованиями заказчика и анализом надежности установки.
Энергоэффективность
Газодувки CCR работают продолжительное время, поэтому даже небольшое повышение КПД дает заметное снижение эксплуатационных затрат. Энергоэффективность обеспечивается правильным выбором рабочей точки, аэродинамически оптимизированным импеллером, минимизацией потерь в проточной части и рациональным способом регулирования.
Что необходимо для подбора CCR-газодувки
- назначение газодувки в CCR-схеме: регенерация, охлаждение, удаление частиц и пыли, транспортирование катализатора и т. д.;
- состав и молекулярная масса газа;
- нормальный и фактический расход;
- давление на всасывании и требуемое давление на нагнетании;
- температура газа на входе и возможные переходные режимы;
- содержание пыли, абразивных или коррозионно-активных компонентов;
- требования к герметичности и запирающему газу;
- диапазон регулирования;
- взрывоопасная зона и требования к Ex-proof исполнению;
- режим работы и требования к резервированию.
На основании этих данных определяются аэродинамика машины, типоразмер, частота вращения, мощность двигателя, материалы проточной части, конструкция уплотнений, подшипников и вспомогательных систем.
Стандарты и специальные исполнения
Для процессных газодувок могут предусматриваться исполнения для эксплуатации во взрывоопасных зонах ATEX Zone 1 и 2, а также газоплотное исполнение и конструкция корпуса, рассчитанная на заданное давление. При проектировании оборудования для нефтегазовой, химической и нефтехимической промышленности также могут учитываться требования API 673.
Необходимость применения конкретных стандартов, требований по взрывозащите и специальных конструктивных исполнений определяется условиями эксплуатации и требованиями конкретного проекта
Решение
Компрессорное оборудование в CCR — это не одна универсальная машина, а группа специализированных процессных центробежных газодувок, каждая из которых выполняет собственную функцию.
Для надежной работы CCR особенно важны точное соответствие газодувки рабочей точке, устойчивость к температуре и составу среды, герметичность, низкая вибрация, эффективная система контроля и возможность длительной непрерывной эксплуатации. Поэтому подбор такой машины должен выполняться на основании параметров конкретного технологического контура, а не только требуемых расхода воздуха и давления.
Мы предлагает подбор и поставку процессных центробежных газодувок для установок CCR с учетом требуемых расхода, давления, температуры, состава газа, материалов исполнения и требований к автоматизации.
