Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пензенская государственная технологическая академия» (ПГТА)

Профессиональное училище

Курсовой проект

Дисциплина: «Химия и технология нефти и газа»

Тема: «Гидрокрекинг нефтяного сырья»

Выполнил студент:

Емельдяев В.А.

Проверил преподаватель:

Павлова Э.А

г. Пенза 2013г.

• Введение
• 1. Гидрокрекинг нефтяного сырья
• 1.1 Особенность химизма и механизма реакций гидрокрекинга
• 1.2 Катализаторы гидрокрекинга
• 1.3 Основные параметры процессов гидрокрекинга
• 1.4 Гидрокрекинг бензиновых фракций
• 1.5 Процессы селективного гидрокрекинга
• 1.6 Гидрогенизация керосиновых фракций
• 1.7 Гидрокрекинг вакуумного дистиллята при 15 МПа
• 1.7.1 Одноступенчатый процесс гидрокрекинга вакуумных дистиллятов
• 1.7.2 Технологическая схема одноступенчатого гидрокрекинга с получением преимущественно дизельного топлива из вакуумного газойля в стационарном слое катализатора
• Заключение
• Список используемых источников

Введение

Нефтеперерабатывающая отрасль России существенно отстает в своем развитии от промышленно развитых стран мира. Основными проблемами отрасли являются низкая глубина переработки нефти, невысокое качество выпускаемых нефтепродуктов

Российские нефтеперерабатывающие предприятия отличаются низким уровнем конверсии нефтяного сырья в более ценные продукты переработки. В среднем по Российской Федерации выход основных моторных топлив (автобензин, дизельное топливо) уступает показателям нефтепереработки в промышленно развитых странах мира, а доля выработки топочного мазута наиболее высока.

Невысокое качество выпускаемых нефтепродуктов обусловлено отсталой структурой нефтепереработки на большинстве российских НПЗ, в которой низка доля деструктивных углубляющих процессов,

В последнее время наметилась тенденция к улучшению состояния нефтеперерабатывающей промышленности России. Признаками улучшения являются существенное увеличение инвестиций российских нефтяных компаний в нефтепереработку, рост объемов переработки нефти, постепенное улучшение качества выпускаемых моторных топлив за счет отказа от производства этилированных автобензинов, увеличение доли выпуска высокооктановых бензинов и экологически. На ряде российских НПЗ в последние годы активно идет строительство новых комплексов глубокой переработки нефти (КГПН). В 2004 г. осуществлен пуск комплекса гидрокрекинга вакуумного газойля на Пермском НПЗ (ОАО «ЛУКОЙЛ»), в 2005 г. запущены КГПН на Ярославском НПЗ компании «Славнефть», комплекс гидроочистки вакуумного газойля на Рязанском НПЗ, принадлежащем ТНК-ВР. Комплекс каталитического крекинга запущен на Нижнекамском НПЗ компании «ТАИФ». На заводе «Сургутнефтегаза» в Киришах идет строительство комплекса гидрокрекинга вакуумного газойля.

На реконструированных НПЗ стали получать нефтепродукты европейского качества, а в зонах расположения предприятий удалось улучшить экологическую ситуацию.

1. Гидрокрекинг нефтяного сырья

Процесс гидрокрекинга предназначен в основном для получения малосернистых топливных дистиллятов из различного сырья. Обычно гидрокрекингу подвергают вакуумные и атмосферные газойли, газойли термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты и реже мазуты и гудроны с целью производства автомобильных бензинов, реактивных и дизельных топлив, сырья для нефтехимического синтеза, а иногда и сжиженных углеводородных газов (из бензиновых фракций). Водорода при гидрокрекинге расходуется значительно больше, чем при гидроочистке тех же видов сырья.

Гидрокрекинг - каталитический процесс переработки нефтяных дистиллятов и остатков при умеренных температурах и повышенных давлениях водорода на полифункциональных катализаторах, обладающих гидрирующими и кислотными свойствами (а в процессах селективного гидрокрекинга - и ситовым эффектом).

Гидрокрекинг позволяет получать с высокими выходами широкий ассортимент высококачественных нефтепродуктов (сжиженных газов С 3 - С 4 , бензина, реактивного и дизельного топлив, компонентов масел) практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствующих катализаторов и технологических условий, является одним из экономически эффективных, гибких и наиболее углубляющих нефтепереработку процессов.

В современной нефтепереработке реализованы следующие типы промышленных процессов гидрокрекинга:

1) гидрокрекинг бензиновых фракций с целью получения легких изопарафиновых углеводородов, представляющих собой ценное сырье для производства синтетического каучука, высокооктановых добавок к автомобильным бензинам;

2) селективный гидрокрекинг бензинов с целью повышения октанового числа, реактивных и дизельных топлив с целью понижения температуры их застывания;

3) гидродеароматизация прямогонных керосиновых фракций и газойлей каталитического крекинга с целью снижения содержания в них ароматических углеводородов;

4) легкий гидрокрекинг вакуумных газойлей с целью облагораживания сырья каталитического крекинга с одновременным получением дизельных фракций;

5) гидрокрекинг вакуумных дистиллятов с целью получения моторных топлив и основы высокоиндексных масел;

6) гидрокрекинг нефтяных остатков с целью получения моторных топлив, смазочных масел, малосернистых котельных топлив и сырья для каталитического крекинга.

1.1 Особенность химизма и механизма реакций гидрокрекинга

Гидрокрекинг можно рассматривать как совмещенный процесс, в котором одновременно осуществляются реакции как гидрогенолиза (то есть разрыв связей С -S, С -N и С -О) и дегидро-гидрирования, так и крекинга (то есть разрыв связи С -С), но без коксообразования, с получением продуктов более низкомолекулярных по сравнению с исходным сырьем, очищенных от гетероатомов, не содержащих олефинов, но менее ароматизированных, чем при каталитическом крекинге.

Результаты гидрокрекинга (материальный баланс и качество продуктов) нефтяного сырья в сильной степени определяются свойствами катализатора: его гидрирующей и кислотной активностями и их соотношением. В зависимости от целевого назначения могут применяться катализаторы с преобладанием либо гидрирующей, либо крекирующей активностью. В результате будут получаться продукты соответственно легкого или глубокого гидрокрекинга.

В основе каталитических процессов гидрокрекинга нефтяного сырья лежат реакции:

1) гидрогенолиза гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и гидрирование ароматических углеводородов и непредельных соединений (то есть все те реакции, которые протекают при гидрооблагораживании);

2) крекинга парафиновых и нафтеновых углеводородов, деалкилирования циклических структур и изомеризации образующихся низкомолекулярных парафинов.

Реакции ароматизации и поликонденсации до кокса, протекающие при каталитическом крекинге, в процессах гидрокрекинга, проводимых при высоком давлении водорода и пониженных температурах, сильно заторможены из-за термодинамических ограничений и гидрирования коксогенов посредством водорода.

Гидрогенолиз серо-, азот-и кислородсодержащих соединений протекает по механизму так же, как в процессах гидроочистки, и завершается образованием сероводорода, аммиака, воды и соответствующего углеводорода. гидрокрекинг катализатор вакуумный дистиллятор

Гидрирование ароматических углеводородов осуществляется последовательным насыщением ароматических колец с возможным сопутствующим разрывом образующихся нафтеновых колец и деалкилированием.

Гидрокрекинг высокомолекулярных парафинов на катализаторах с высокой кислотной активностью осуществляется по карбений-ионному механизму преимущественно с разрывом в средней части с наименьшей энергией связи С-С. Как и при каталитическом крекинге, вначале на металлических центрах катализатора происходит дегидрирование парафинов с образованием алкенов. Затем алкены на кислотных центрах легко превращаются в карбкатионы и инициируют цепной карбений-ионный процесс. Скорость гидрокрекинга при этом также возрастает с увеличением молекулярной массы алканов. Изопарафины с третичными углеродными атомами подвергаются крекингу со значительно большей скоростью, чем нормальные алканы. Так как распад карбений-ионов с отщеплением фрагментов, содержащих менее трех атомов углерода, сильно эндотермичен, при гидрокрекинге почти не образуется метан и этан и высок выход изобутана и изопентанов (больше равновесного). На катализаторах с высокой гидрирующей и умеренной кислотной активностями происходит интенсивное насыщение карбений-ионов, в результате образуются парафины с большим числом атомов углерода в молекуле, но менее изомеризованные, чем на катализаторах с высокой кислотностью.

Основные отличия гидрокрекинга от каталитического крекинга заключаются в том, что общая конверсия парафинов выше в первом процессе, чем во втором. Это обусловлено легкостью образования алкенов на гидро-дегидрирующих центрах катализаторов гидрокрекинга. В результате наиболее медленная и энергоемкая стадия цепного механизма - инициирование цепи - при гидрокрекинге протекает быстрее, чем при каталитическом крекинге без водорода. Катализаторы гидрокрекинга практически не закоксовываются, так как алкены подвергаются быстрому гидрированию и не успевают вступать в дальнейшие превращения с образованием продуктов полимеризации и уплотнения.

Нафтены с длинными алкильными цепями при гидрокрекинге на катализаторах с высокой кислотной активностью подвергаются изомеризации и распаду цепей, как парафиновые углеводороды. Расщепление кольца происходит в небольшой степени. Интенсивно протекают реакции изомеризации шестичленных в пятичленные нафтены. Бициклические нафтены превращаются преимущественно в моноциклические, с высоким выходом производных циклопентана. На катализаторах с низкой кислотной активностью протекает в основном гидрогенолиз - расщепление кольца с последующим насыщением образовавшегося углеводорода.

1.2 Катализаторы гидрокрекинга

Ассортимент современных катализаторов гидрокрекинга достаточно обширен, что объясняется разнообразием назначений процесса. Обычно они состоят из следующих трех компонентов: кислотного, дегидро-гидрирующего и связующего, обеспечивающего механическую прочность и пористую структуру.

В качестве кислотного компонента, выполняющего крекирующую и изомеризующую функции, используют твердые кислоты, входящие в состав катализаторов крекинга: цеолиты, алюмосиликаты и оксид алюминия. Для усиления кислотности в катализатор иногда вводят галоген.

Гидрирующим компонентом обычно служат те металлы, которые входят в состав катализаторов гидроочистки: металлы VIII группы (Ni, Со, иногда Pt или Pd) и VI групп (Мо или W). Для активирования катализаторов гидрокрекинга используют также разнообразные промоторы: рений, родий, иридий, редкоземельные элементы и др. Функции связующего часто выполняет кислотный компонент (оксид алюминия, алюмосиликаты), а также оксиды кремния, титана, циркония, магний- и цирконийсиликаты.

Значительно лучшие результаты гидрокрекинга достигаются при использовании катализаторов с высокой кислотной и оптимальной гидрирующей активностями, достоинства которых применительно к промышленным видам сырья заключаются в следующем:

низок выход парафинов С, - С 3 и особенно метана и этана;

бутановая фракция содержит 60 - 80 % изобутана;

пентановая и гексановая фракции на 90 - 96 % состоят из изомеров. Циклопарафины С 6 содержат около 90 % метилциклопента-на. В результате легкий бензин (до 85 °С), содержащий 80-90 % парафинов, до 5 % бензола и 10 - 20 % нафтенов, имеет достаточно высокие антидетонационные характеристики: ОЧИМ составляют 85--88;

бензины С 7 и выше содержат 40-50 % нафтенов, 0-20 % ароматических и являются исключительно качественным сырьем риформинга;

керосиновые фракции ввиду высокого содержания изопарафинов и низкого - бициклических ароматических углеводородов являются высококачественным топливом для реактивных двигателей;

дизельные фракции содержат мало ароматических углеводородов и преимущественно состоят из производных циклопентана ициклогексана, имеют высокие цетановые числа и относительно низкие температуры застывания;

Большое значение уделяется в настоящее время катализаторам на цеолитной основе. Они обладают высокой гидрокрекирующей активностью и хорошей избирательностью. Кроме того, они позволяют проводить процесс иногда без предварительной очистки сырья от азотсодержащих соединений. Содержание в сырье до 0,2 % азота практически не влияет на их активность.

В случае переработки тяжелого сырья наибольшую опасность для дезактивации катализаторов гидрокрекинга представляют, кроме азотистых оснований, асфальтены и прежде всего содержащиеся в них металлы, такие, как никель и ванадий. Поэтому гидрокрекинг сырья, содержащего значительное количество гетеро- и металлорганических соединений, вынужденно проводят в две и более ступеней. На первой ступени в основном проходит гидроочистка и неглубокий гидрокрекинг полициклических ароматических углеводородов (а также деметаллизация). Катализаторы этой ступени идентичны катализаторам гидроочистки. На второй ступени облагороженное сырье перерабатывают на катализаторе с высокой кислотной и умеренной гидрирующей активностями.

При гидрокрекинге нефтяных остатков исходное сырье целесообразно подвергнуть предварительной деметаллизации и гидрообессериванию (как в процессе «Хайвал» и др.) на серо- и азотостойких катализаторах с высокой металлоемкостью и достаточно высокой гидрирующей, но низкой крекирующей активностями.

В процессе селективного гидрокрекинга в качестве катализаторов применяют модифицированные цеолиты (морденит, эрионит и др.) со специфическим молекулярно-ситовым действием: поры цеолитов доступны только для молекул нормальных парафинов. Дегидро-гидрирующие функции в таких катализаторах выполняют те же металлы и соединения, что и в процессах гидроочистки.

1.3 Основные параметры процессов гидрокрекинга

Температура. Оптимальный интервал температур для процессов гидрокрекинга составляет 360 - 440°С с постепенным их повышением от нижней границы к верхней по мере падения активности катализатора. При более низкой температуре реакции крекинга протекают с малой скоростью, но при этом более благоприятен химический состав продуктов: большее содержание нафтенов и соотношение изопарафин: н-парафин. Чрезмерное повышение температуры ограничивается термодинамическими факторами (реакций гидрирования полициклической ароматики) и усилением роли реакций газо- и коксообразования.

Тепловой гидрокрекинга определяется соотношением реакций гидрирования и расщепления. Обычно отрицательный тепловой эффект расщепления перекрывается положительным тепловым эффектом гидрирования. Естественно, экзотермический тепловой эффект суммарного процесса тем больше, чем выше глубина гидрокрекинга. Поэтому при его аппаратурном оформлении обычно предусматривается возможность отвода избыточного тепла из зоны реакции, чтобы не допустить перегрева реакционной смеси. При использовании реакторов со стационарным катализатором последний насыпают несколькими слоями так, чтобы между ними можно было осуществить охлаждение потока (обычно частью холодного ВСГ).

Давление. Установлено, что лимитирующей стадией суммарного процесса гидрокрекинга является гидрирование ненасыщенных соединений сырья, особенно полициклических ароматических углеводородов. Поэтому катализаторы глубокого гидрокрекинга должны обладать, кроме высокой кислотной активности, и достаточной гидрирующей активностью.

На скорость реакций гидрирования существенное влияние оказывает фазовое состояние (Г + Ж+Т) реакционной смеси, которое является функцией от давления, температуры, концентрации водорода, глубины конверсии и фракционного состава исходного сырья. В целом на катализаторах гидрирующего типа с повышением давления возрастают как скорость реакций, так и глубина гидрокрекинга. Минимально приемлемое давление тем выше, чем менее активен катализатор и чем тяжелее сырье гидрокрекинга.

Большинство промышленных установок гидрокрекинга работает под давлением 15--17 МПа. Для гидрокрекинга нефтяных остатков с использованием относительно дорогостоящих катализаторов применяют давление 20 МПа. Гидрокрекинг прямогонных легких газойлей с низким содержанием азота можно проводить при относительно низких давлениях - около 7 МПа.

Объемная скорость подачи сырья при гидрокрекинге вследствие предпочтительности проведения процесса при минимальных температурах обычно низка (0,2 - 0,5 ч -1). При ведении процесса в режиме

мягкого гидрокрекинга она выше и достигает до 1 ч -1 . Для повышения конверсии сырья используют рециркуляцию фракций, выкипающих выше целевого продукта.

Кратность циркуляции водородсодержашего газа по отношению к перерабатываемому сырью колеблется в зависимости от назначения процесса в пределах 800 - 2000 м 3 /м 3 .

Расход водорода зависит от назначения процесса, используемого сырья, катализатора, режима процесса, глубины гидрокрекинга и других факторов. Чем легче продукты гидрокрекинга и тяжелее гидрокрекируемое сырье, тем больше расход водорода и тем выше должно быть соотношение водород:сырьё

1.4 Гидрокрекинг бензиновых фракций

Целевым назначением процесса гидрокрекинга бензиновых фракций является получение изопарафиновых углеводородов С 5 -- С 6 - ценного сырья для производства синтетических каучуков. В современной мировой нефтепереработке этот процесс не получил широкого распространения (эксплуатируются всего около 10 установок), тем не менее имеет перспективу промышленного развития в связи с необходимостью перерабатывать низкооктановые рафинаты процессов каталитического риформинга нефтехимического профиля и бензиновых фракций газоконденсатов. Значение этого процесса должно возрасти при принятии ограничений на содержание ароматических углеводородов в автобензинах.

Из многочисленных катализаторов, предложенных для этого процесса, промышленное применение получили цеолитсодержащие биметаллические катализаторы, стойкие к каталитическим ядам.

В процессе гидрокрекинга бензиновых фракций 85 - 180 °С, проводимого при температуре 350 °С, давлении 4 МПа и объемной скорости сырья 0,5-1,5 ч с рециркуляцией остатка, можно получить 31 % изобутана, 16 % изопентанов и 10 % изогексанов при незначительном выходе сухого газа (С,-С 2).

Для комплексной переработки низкооктановых бензинов разработан (во ВНИИНП) комбинированный процесс изориформинга, представляющий собой комбинацию гидрокрекинга (в начале процесса) и каталитического риформинга продукта гидрокрекинга после отделения изокомпонентов (фракции н.к. -85 °С). Промышленный катализатор для стадии гидрокрекинга ГКБ-ЗМ получают введением в суспензию гидроксида алюминия соединений молибдена, затем никеля и цеолита P33Y с содержанием натрия менее 0,1%. Материальный баланс комбинированного процесса изориформинга, проведенного на реконструированной промышленной установке Л-35-11/300, приведен в табл.1.

Таблица 1. Материальный баланс процесса изориформинга

Недостатком процесса является короткий цикл (3-4 мес.) работы секции гидрокрекинга (в то время как межрегенерационный пробег второй ступени составляет около 1 года) и большой выход газа - соотношение изокомпонент:газ примерно равно 1:1.

1.5 Процессы селективного гидрокрекинга

Предназначены для улучшения эксплуатационных, прежде всего низкотемпературных свойств моторных топлив и масел. Снижение температуры их застывания достигается селективным расщеплением нормальных парафинов, содержащихся в перерабатываемом сырье.

Селективность каталитического действия в процессах селективного гидрокрекинга (СГК) достигается применением специальных катализаторов на основе модифицированных высококремнеземных цеолитов, обладающих молекулярно-ситовым свойством. Катализаторы СГК имеют трубчатую пористую структуру с размерами входных окон 0,5 - 0,55 нм, доступными для проникновения и реагирования там только молекулам парафинов нормального строения. Для гидрирования образующихся продуктов крекинга в цеолит вводят обычные гидрирующие компоненты (металлы VIII и VI групп).

Селективный гидрокрекинг, называемый и как гидродепарафинизация, проводят на почти аналогичных по аппаратурному оформлению и технологическим режимам процессам гидроочистки установках.

Таблица 2. Характеристики процесса гидродепарафинизации различных фракций на катализаторе СГК-1

Во ВНИИ НП разработан также бифункциональный катализатор БФК, обеспечивающий одновременную гидроочистку и гидродепарафинизацию парафинистых и сернистых топливных дистиллятов и получение в одну стадию реактивных и дизельных топлив с требуемой температурой застывания и серы. В процессе одновременной гидроде-парафинизации и гидроочистки дизельных фракций западно-сибирских нефтей на катализаторе БФК можно получать арктические или зимние сорта дизельного топлива с выходом 74… 85 %.

На установке Л-24-7 ОАО «Уфанефтехим» внедрен процесс каталитической гидродепарафинизации прямогонной дизельной фракции товарной западно-сибирской нефти на смеси катализаторов: гидроочистки Г9-168Ш (ОАО «Омскнефтеоргсинтез») и гидродепарафинизации ГКД-5н (Новокуйбышевской катализаторной фабрики), предварительно обработанных дисульфидами и анилином. При температуре 350…360°С, давлении 3,5 МПа, объемной скорости 2,25… 2,5 ч- 1 и кратности циркуляции ВСГ 800 нм 3 /м 3 из сырья с содержанием серы 0,7… 0,9% мас. и температурой застывания от -17 до -20 °С получен стабильный гидрогенизат с температурой застывания -35 °С.

Гидродепарафинизацию используют и для производства низко-застывающих масел из масляных фракций и их рафинатов. Процесс проводят при температуре 300… 430 °С, давлении 2…10 МПа, объемной скорости сырья 0,5… 2 ч- 1 Выход масел составляет 80… 87 %. По качеству гидродепарафинизат близок к маслам, получаемым низкотемпературной депарафинизацией растворителями. Температура застывания масел может быть понижена с +6°С до (40… 50) °С.

1.6 Гидрогенизация керосиновых фракций

Гидродеароматизация -- каталитический процесс обратного действия по отношению к каталитическому риформингу, который предназначен для получения из керосиновых фракций (преимущественно пря-могонных) высококачественных реактивных топлив с ограниченным содержанием ароматических углеводородов (например, менее 10 % у Т-6).

< 0,2 % и азота < 0,001 %. Технологическое оформление одноступенчатого варианта близко к типовым процессам гидроочистки реактивных топлив (типа Л-24-9РТ и секций ГО РТ комбинированных установок ЛК-6у). В двухступенчатом процессе предусмотрена стадия предварительной гидроочистки с промежуточной очисткой ВСГ от сероводорода и аммиака.

Содержание последних в прямогонных керосиновых фракциях в зависимости от происхождения нефти составляет 14… 35 %, а в легком газойле каталитического крекинга -- до 70 %. Гидродеароматизация сырья достигается каталитическим гидрированием ароматических углеводородов в соответствующие нафтены. При этом у реактивных топлив улучшаются такие показатели, как высота некоптящего пламени, люмино-метрическое число, склонность к нагарообразованию и др.

Для реакций гидрирования термодинамически более благоприятны повышенное давление и низкая температура. Большинство промышленных процессов гидродеароматизации реактивных топлив осуществляют в сравнительно мягких условиях: при температуре 200…350°С и давлении 5… 10 МПа. В зависимости от содержания гетеропримесей в сырье и стойкости катализатора к ядам процессы проводят в одну или две ступени.

В двухступенчатых установках на первой ступени осуществляют глубокий гидрогенолиз сернистых и азотистых соединений сырья на типичных катализаторах гидроочистки, а на второй ступени -- гидрирование аренов на активных гидрирующих катализаторах, например на платиноцеолитсодержащем. Последний позволяет перерабатывать без предварительной гидроочистки сырье с содержанием серы < 0,2 % и азота < 0,001 %. Технологическое оформление одноступенчатого варианта близко к типовым процессам гидроочистки реактивных топлив (типа Л-24-9РТ и секций ГО РТ комбинированных установок ЛК-6у). В двухступенчатом процессе предусмотрена стадия предварительной гидроочистки с промежуточной очисткой ВСГ от сероводорода и аммиака.

В табл.3 приведены основные показатели отечественных процессов гидродеароматизации реактивных топлив.

Таблица 3. Показатели отечественных процессов гидродеароматизации реактивных топлив

1.7 Гидрокрекинг вакуумного дистиллята при 15 МПа

Гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким каталитическим процессом, позволяющим комплексно решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов (ГКВД) с получением широкого ассортимента моторных топлив в соответствии с современными требованиями и потребностями в тех или иных топливах.

За рубежом, особенно на НПЗ США, Западной Европы и Японии, получили широкое развитие процессы ГКВД при давлении 15-17 МПа, направленные на получение бензина (разработанные следующими четырьмя фирмами: «ЮОП», ФИН, «Шелл» и «Юнион Ойл»). Оценка экономической эффективности процесса ГКВД в нашей стране свидетельствует о целесообразности реализации этого процесса с получением преимущественно дизельных топлив при давлении 10-12 МПа и реактивных топлив при давлении 15 МПа. Технология двух отечественных модификаций: одно- и двухступенчатых процессов ГКВД (соответственно процессы 68-2к и 68-Зк) разработана во ВНИИ НП. Одноступенчатый процесс ГКВД реализован на нескольких НПЗ России применительно к переработке вакуумных газойлей 350 - 500 °С с содержанием металлов не более 2 млн - 1.

1.7.1 Одноступенчатый процесс гидрокрекинга вакуумных дистиллятов

Одноступенчатый процесс гидрокрекинга вакуумных дистиллятов проводится в многослойном (до пяти слоев) реакторе с несколькими типами катализаторов. Для того, чтобы градиент температур в каждом слое не превышал 25 °С, между отдельными слоями катализатора предусмотрен ввод охлаждающего ВСГ (квенчинг) и установ лены контактно-распределительные устройства, обеспечивающие тепло- и массообмен между газом и реагирующим потоком и равномерное распределение газожидкостного потока над слоем катализатора. Верхняя часть реактора оборудована гасителями кинетической энергии потока, сетчатыми коробками и фильтрами для улавливания продуктов коррозии.

На рис.1 приведена принципиальная технологическая схема одной из двух параллельно работающих секций установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного дистиллята 68-2к (производительностью 1 млн т/год по дизельному варианту или 0,63 млн т/год при получении реактивного топлива).

Рис. 1 Принципиальная технологическая схема установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля; I - сырье; II - ВСГ; III - дизельное топливо; IV - легкий бензин; V - тяжелый бензин; VI - тяжелый газойль; VII - углеводородные газы на ГФУ; VIII - газы отдува; IX - регенерированный раствор МЭА; X - раствор МЭА на регенерацию; XI - водяной пар

Сырье (350 - 500 °С) и рециркулируемый гидрокрекинг-остаток смешиваются с ВСГ, нагреваются сначала в теплообменниках, затем в печи П-1 до температуры реакции и поступают в реакторы Р-1 (Р-2 и т.д.). Реакционная смесь охлаждается в сырьевых теплообменниках, далее в воздушных холодильниках и с температурой 45 - 55 °С поступает в сепаратор высокого давления С-1, где происходит разделение на ВСГ и нестабильный гидроге-низат. ВСГ после очистки от H 2 S в абсорбере К-4 компрессором направляется на циркуляцию. Нестабильный гидрогенизат через редукционный клапан поступает в сепаратор низкого давления С-2, где выделяется часть углеводородных газов, а жидкий поток подается через теплообменники в стабилизационную колонну К-1 для отгонки углеводородных газов и легкого бензина. Стабильный гидрогенизат далее резделяется в атмосферной колонне К-2 на тяжелый бензин, дизельное топливо (через отпарную колонну К-3) и фракцию >360 °С, часть которой может служить как рециркулят, а балансовое количество - как сырье для пиролиза, основа смазочных масел и т.д.

В табл.5 представлен материальный баланс одно- и двухступенчатого ГКВД с рециркуляцией гидрокрекинг-остатка (режим процесса: давление 15 МПа, температура 405--410°С, объемная скорость сырья 0,7 ч-1, кратность циркуляции ВСГ 1500 м3/м3).

Сравнительные показатели по выходу продуктов на отечественных и зарубежных установках ГКВД приведены в табл.4

Таблица 4. Показатели процессов гидрокрекинга вакуумного газойля на отечественных и зарубежных установках.

Таблица 5 Характеристики процессов получения средних дистиллятов при одно-и двухступенчатом вариантах процесса ГКВД

1.7.2 Технологическая схема одноступенчатого гидрокрекинга с получением преимущественно дизельного топлива из вакуумного газойля в стационарном слое катализатора

Процесс гидрокрекинга -- экзотермический, и для выравнивания температуры сырьевой смеси по высоте реактора предусмотрен ввод холодного водородсодержащего газа в зоны между слоями катализатора. Движение сырьевой смеси в реакторах нисходящее.

Технологические установки гидрокрекинга состоят обычно из двухосновных блоков: реакционного, включающего один или два реактора, и блока фракционирования, имеющего разное число дистилляционных колонн (стабилизации, фракционирования жидких продуктов, вакуумную колонну, фракционирующий абсорбер и др.). Кроме того, часто имеется блок очистки газов от сероводорода. Мощность установок может достигать 13 000 м3/сут.

Сырье, подаваемое насосом 1, смешивается со свежим водородсодержащим газом и циркуляционным газом, которые нагнетаются компрессором 8. Газосырьевая смесь, пройдя теплообменник 4 и змеевики печи 2, нагревается до температуры реакции и вводится в реактор 3 сверху. Учитывая большое тепловыделение в процессе гидрокрекинга, в реактор в зоны между слоями катализатора вводят холодный водородсодержащий (циркуляционный) газ с целью выравнивания температур по высоте реактора.

Выходящая из реактора смесь продуктов реакции и циркуляционного газа охлаждается в теплообменнике 4, холодильнике 5 и поступает в сепаратор высокого давления 6. Здесь водородсодержащий газ отделяется от жидкости, которая с низа сепаратора через редукционный клапан 9, поступает далее в сепаратор низкого давления 10. В сепараторе 10 выделяется часть углеводородных газов, а жидкий поток направляется в теплообменник 11, расположенный перед промежуточной ректификационной колонной 15. В колонне при небольшом избыточном давлении выделяются углеводородные газы и легкий бензин.

Бензин частично возвращается в колонну 15 в виде острого орошения, а балансовое его количество через систему «защелачивания» откачивается с установки. Остаток колонны /5 разделяется в атмосферной колонне 20 на тяжелый бензин, дизельное топливо и фракцию >360°С.

Бензин атмосферной колонны смешивается с бензином промежуточной колонны и выводится с установки. Дизельное топливо после отпарной колонны 24 охлаждается, «защелачивается» и откачивается с установки. Фракция >360°С используется в виде горячего потока в низу колонны 20, а остальная часть (остаток) выводится с установки. В случае производства масляных фракций блок фракционирования имеет также вакуумную колонну.

Водородсодержащий газ подвергается очистке водным раствором моноэтаноламина и возвращается в систему. Необходимая концентрация водорода в циркуляционном газе обеспечивается подачей свежего водорода {например, с установки каталитического риформинга).

Регенерация катализатора проводится смесью воздуха и инертного газа; срок службы катализатора 4--7 мес.

Таблица 6. Режим процесса гидрокрекинга:

Таблица 7. Материальный баланс одноступенчатого процесса гидрокрекинга сернистого и высокосернистого сырья (при следующих условиях: общее давление 5 МПа, температура 425°С, объемная скорость подачи сырья 1,0 ч -1 , кратность циркуляции водородсодержащего газа 600 м 3 /м 3 сырья) приведен ниже.

Показатели	Вакуумный дистиллят сернистых нефтей (350-500 о С)	Вакуумный дистиллят арланской нефти	Дистиллят коксования гудрона сернистых нефтей (200-450 о С)
		Фракция 200-450 о С II	Фракция 350-450 о С III
Взято, % (масс.) Водород (100 %-ный Н 2)
Получено, % (масс.) Бензин (н.к.-- 180 о С) Дизельное топливо (180--360 о С) Остаток > 360°С Сероводород Углеводородные газы

Таблица 8. Характеристика основных продуктов крекинга, полученных из этого вида сырья (сернистого и высоко-сернистого).

Показатели
		дизельное топливо		дизельное топливо		дизельное топливо		дизельное топливо
Плотность при 20 о С, кг/м 3 Фракционный состав, о С Йодное число, г I/100 г Температура застывания, о С серы, % (масс.) фактических смол, мг/100 мл Вязкость кинематическая, мм 2 /с Октановое (м.м.) или цетановое число

Тяжелый газойль гидрокрекинга рассматривается как хорошее пиролизное сырье для получения этилена, а фракции С5 -- 85 °С и 85--193 °С, богатые нафтеновыми углеводородами, -- как превосходное сырье для каталитического риформинга, направленного на производство ароматических углеводородов. Легкий газойль обычно используется как компонент дизельного топлива.

Заключение

Общей тенденцией нефтяной отрасли является уменьшение запасов лёгкой нефти, практически весь прирост запасов происходит за счет тяжелой вязкой сернистой нефти. Потенциал качественного сырья реализован почти на 80%, сохраняя лишь перспективы небольших открытий. Преобладают запасы тяжелой нефти в России, Казахстане, Китае, Венесуэле, Мексике, Канаде, США.

В период, когда цены на нефть били один рекорд за другим, российские нефтяные компании предпочитали экстенсивное наращивание ресурсной базы активному переходу на путь инновационного развития. Большинство крупных мировых нефтегазовых компаний направляли значительные средства на исследовательские работы, от результатов, проведения которых зависит эффективность их дальнейшего функционирования.

Следует учитывать, что в Российской Федерации после семидесятых годов не было открыто ни одного крупного высокопродуктивного месторождения, а вновь приращиваемые запасы по своим кондициям резко ухудшаются.

Высокопродуктивные запасы крупных месторождений выработаны более чем на половину, и по крупным залежам происходит интенсивное снижение объемов добычи нефти. Начался массовый ввод в разработку мелких, низкопродуктивных месторождений.

Дальнейшее развитие нефтяной и газовой промышленности России в значительной мере зависит от создания новых инновационных технологий.

Новые конкурентные преимущества в современных условиях даёт применение инновационных технологий что является, одним из источников повышения технологического уровня производства нефтяных компаний:

ь разработка эффективной технологии переработки тяжелых нефтяных остатков как переходной технологи от переработки нефтяного сырья к использованию альтернативных сырьевых ресурсов - тяжелых и битуминозных нефтей, сланцев;

ь повышение октановых чисел автомобильных бензинов в условиях отказа от применения свинцовых антидетонаторов;

ь увеличение селективности и снижение энергоемкости процессов переработки нефти за счет внедрения новейших достижений в области катализа, совершенствования схем тепло и массообмена, утилизации тепла отходящих потоков усовершенствования аппаратурного оформления и создания более эффективного энерготехнологического оборудования.

Развитие рассматриваемых процессов в схемах переработки нефти вызывает необходимость потребления водорода для повышения соотношения Н: С в получаемых продуктах по сравнению с исходным сырьем, удаления сернистых и азотистых соединений, насыщения олефинов, гидрирования ароматических углеводородов. Различным сочетанием каталитических, гидрогенизационных и термических процессов можно достичь той или иной степени конверсии мазута с изменением объема и структуры производства моторных топлив в соответствии с потребностью в них.

Включением в схему переработки мазута процессов легкого гидрокрекинга с каталитическим крекингом остатка гидрокрекинга и коксованием гудрона можно глубину превращения мазута в моторные топлива повысить до 57%, а с учетом дополнительного производства высокооктановых компонентов на базе переработки фракций Сз-С4 и до 60-61% (масс.) на мазут.

Список используемых источников

1. Химия и технология нефти и газа». Вержинская С.В, 2007г (для среднего профессионального образования)

2. «Технология глубокой переработки нефти газа» Ахметов С. А, 2006г. (для высшего образования)

3. Справочник нефтепереработчика: Справочник /Под ред.Г.А.Ластовкина, Е.Д.Радченко и М. Рудина. - Л.: Химия, 1996.- 648

4. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. - Л.:Химия, 2004.- 328с.

5. Технологические расчеты установок переработки нефти: Учеб.пособие для вузов Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др. - М.: Химия, 1997. - 352 с.

6. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа /Под ред. Б.И.Бондаренко. - М.: Химия, 1998.- 128 с.

7. Лапик В.В. Основные справочные данные для технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии: Учеб.пособие. - Тюмень, ТГУ, 1980. - 124 с.

8. Журналы «Технологии нефти и газа»

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Назначение процесса гидрокрекинга вакуумного газойля, его технологический режим, нормы. Требование к сырью и готовой продукции. Расчет материального баланса установки. Исследование влияния процесса гидрокрекинга на здоровье человека и окружающую среду.

курсовая работа , добавлен 13.06.2014


Автоматизация химической промышленности. Назначение и разработка рабочего проекта установок гидрокрекинга, регенерации катализатора и гидродеароматизации дизельного топлива. Моделирование системы автоматического регулирования. Выбор средств автоматизации.

курсовая работа , добавлен 16.08.2012


История, состав, сырье и продукция завода. Промышленные процессы гидрооблагораживания дистиллятных фракций. Процессы гидрокрекинга нефтяного сырья. Гидроочистка дизельных топлив. Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6.

отчет по практике , добавлен 07.09.2014


Гидрокрекинг: общее понятие, виды катализаторов, главные преимущества и недостатки, сырье. Легкий газойль каталитического крекинга. Прямогонная фракция дизельного топлива. Бензиновые и керосиновые фракции, моторные топлива и масла, вакуумный газойль.

презентация , добавлен 29.01.2013


Назначение, область применения и классификация дизельного топлива. Основные этапы промышленного производства ДТ. Выбор номенклатуры показателей качества дизельного топлива. Зависимость вязкости топлива от температуры, степень чистоты, температура вспышки.

курсовая работа , добавлен 12.10.2011


Знакомство с функциями реактора гидроочистки дизельного топлива Р-1. Гидроочистка как процесс химического превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и температуре. Характеристика проекта установки гидроочистки дизельного топлива.

дипломная работа , добавлен 12.01.2014


Висбрекинг как наиболее мягкая форма термического крекинга, процесс переработки мазутов и гудронов. Основные задачи висбрекинга на современных нефтеперерабатывающих заводах: сокращение производства тяжелого котельного топлива, расширение ресурсов сырья.

курсовая работа , добавлен 04.04.2013


Характеристика вакуумных дистилляторов и их применение. Выбор и обоснование поточной схемы глубокой переработки нефти. Расчет основных аппаратов (реактора, колонны разделения продуктов крекинга, емкости орошения) установки каталитического крекинга.

курсовая работа , добавлен 07.11.2013


Изучение экстракционной технологии производства экологически чистого дизельного топлива. Описание технологической схемы получения очищенного топлива. Расчет реактора гидроочистки дизельной фракции, стабилизационной колонны и дополнительного оборудования.

курсовая работа , добавлен 24.01.2012


Схема переработки нефти. Сущность атмосферно-вакуумной перегонки. Особенности каталитического крекинга. Установка каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора компании Shell. Определение качества бензина и дизельного топлива.

Гидрокрекинг предназначен для получения малосернистых топливных дистил-лятов из различного сырья.

Гидрокрекинг - процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический риформинг, поэтому он более эффективно осуществляет те же задачи, что и эти 2 процесса.

В качестве сырья на установках гидрокрекинга используют вакуумные и атмосферные газойли, га-зойли термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты, мазуты, гудроны.

Технологическая установка гидрокрекинга состоит обычно из 2 х блоков:

Реакционного блока, включающего 1 или 2 реактора,

Блока фракционирования, состоящего из различного числа дистилляционных колонн.

Продуктами гидрокрекинга являются автомобильные бензины, реактивное и дизельное топливо, сырье для нефтехимического синтеза и СУГ (из бензиновых фракций).

Гидрокрекинг позволяет увеличить выход компонентов бензина, обычно за счет превращения сырья типа газойля.

Качество компонентов бензина, которое при этом достигается, недостижимо при повторном прохождении газойля через процесс крекинга, в котором он был получен.

Гидрокрекинг также позволяет превращать тяжелый газойль в легкие дистилляты (реактивное и дизельное топливо). При гидрокрекинге не образуется никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кокса, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.

Преимущества гидрокрекинга

Наличие установки гидрокрекинга позволяет переключать мощности НПЗ с выпуска больших количеств бензина (когда установка гидрокрекинга работает) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).

Гидрокрекинг повышает качество компонентов бензина и дистиллята.

В процессе гидрокрекинга используются худшие из компонентов дистиллята и выдает компонент бензина выше среднего качества.

В процессе гидрокрекинга образуются значительные количества изобутана, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования.

Использование установок гидрокрекинга дает увеличение объема продуктов на 25%.

В настоящее время широко используется около 10 различных типов установок гидрокрекинга, но все они очень похожи на типичную конструкцию.

Катализаторы гидрокрекинга менее дороги, чем катализаторы каталитического крекинга.

Технологический процесс

Слово гидрокрекинг расшифровывается очень просто. Это каталитический крекинг в присутствии водорода.

Ввод холодного водородсодержащего газа в зоны между слоями катали-затора позволяет выравнивать температуры сырьевой смеси по высоте реактора.

Движение сырьевой смеси в реакторах нис-ходящее.

Сочетание водорода, катализатора и соответствующего режима процесса позволяют провести крекинг низкокачественного легкого газойля, который образуется на других крекинг-установках и иногда используется как компонент дизельного топлива.
Установка гидрокрекинга производит высококачественный бензин.

Катализаторы гидрокрекинга - обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS 2 , NiS) и оксид алюминия.
В отличие от каталитического крекинга, но так же как при каталитическом риформинге, катализатор располагается в виде неподвижного слоя. Как и каталитический риформинг, гидрокрекинг чаще всего проводят в 2-х реакторах.

Сырье, пода-ваемое насосом, смешивается со свежим водородсодержащим газом и циркуляционным газом, ко-торые нагнетаются компрессором.

Газосырьевая смесь, пройдя теплообменник и змеевики печи, нагревается до температуры реакции 290- 400°С (550-750°F) и под давлением 1200- 2000 psi (84-140 атм) вводится в реактор сверху. Учитывая большое тепловыде-ление в процессе гидрокрекинга, в реактор в зоны между слоями катализатора вводят холодный водородсодержащий (циркуляционный) газ с целью выравнивания температур по высоте реактора. Во время прохождения сквозь слой катализатора примерно 40-50% сырья подвергается крекингу с образованием продуктов, соответствующих по температурам кипения бензину (точка выкипания до 200°С (400°F).

Катализатор и водород дополняют друг друга в не-скольких аспектах. Во-первых, на катализаторе идет кре-кинг. Чтобы крекинг продолжался, требуется подвод теп-ла, то есть это - эндотермический процесс. В то же время, водород реагирует с молекулами, которые образуются при крекинге, насыщая их, и при этом выделяется теп-ло. Другими словами, эта реакция, которая называется гидрирование, является экзотермической. Таким образом, водород дает тепло, необходимое для протекания кре-кинга.

Во-вторых - это образование изопарафинов. При крекинге получаются олефины, которые могут соединяться друг с другом, при-водя к нормальным парафинам. За счет гидрирования двой-ные связи быстро насыщаются, при этом часто возникают изопарафины, и таким образом предотвращается повтор-ное получение нежелательных молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов).

Выходящая из реактора смесь продуктов реакции и циркуляционного газа охлаждается в теплооб-меннике, холодильнике и поступает в сепара-тор высокого давления. Здесь водородсодержащий газ для обратного направления в процесс и смешивания с сырьем отделяется от жидкости, которая с низа сепара-тора через редукционный клапан, поступает далее в сепаратор низкого давления. В сепараторе выделяется часть углеводородных газов, а жидкий поток направляется в теплообменник, располо-женный перед промежуточной ректификационной колонной, для дальнейшей перегонки. В колонне при небольшом избыточном давлении выделяются углеводородные газы и лег-кий бензин. Керосиновую фракцию можно выделить, как бо-ковой погон или оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.

Бензин частично возвращается в промежуточную ректификационную колонну в виде острого орошения, а балансовое его количество через систему «защелачивания» откачивается с уста-новки. Остаток из промежуточной ректификационной колонны разделяется в атмосфер-ной колонне на тяжелый бензин, дизельное топ-ливо и фракцию >360°С. Так как сырье на данной операции уже подвергалось гидрированию, крекингу и риформингу в 1-м реакторе, процесс во 2-м реакто-ре идет в более жестком режиме (более высокие температуры и давления). Как и продукты 1-й стадии, смесь, выходящая из 2-го реактора, отделяется от водорода и направляется на фракционирование.

Толщина стенок стального реактора для процесса, проходящего при 2000 psi (140 атм) и 400°С, иногда до-стигает 1 см.

Основная задача - не дать крекингу выйти из-под контроля. Поскольку суммарный процесс эндотермичен, то возможен быстрый подъем температу-ры и опасное увеличение скорости крекинга. Чтобы избе-жать этого, большинство установок гидрокрекинга содержат встроенные приспособления, позволяющие быст-ро остановить реакцию.

Бензин атмосферной колонны смешивается с бен-зином промежуточной колонны и выводится с уста-новки. Дизельное топливо после отпарной колонны охлаждается, «защелачивается» и откачивается с уста-новки. Фракция >360°С используется в виде горя-чего потока внизу атмосферной колонны, а остальная часть (остаток) выводится с установки. В случае произ-водства масляных фракций блок фракционирования имеет также вакуумную колонну.

Регенерация катализатора проводится смесью воздуха и инертного газа; срок службы катализа-тора 4-7 мес.

Продукты и выходы.

Сочетание крекинга и гидрирования дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья.

Ниже приведено типичное распределение выходов продуктов гидро¬крекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга.

Продукты гидрокрекинга - это 2 основные фракции, которые используются как компоненты бензина.

Объемные доли

Газойль коксования 0,60

Светлые фракции с установки каталитического крекинга 0,40

Продукты:

Изобутан 0,02

Н-Бутан 0,08

Легкий продукт гидрокрекинга 0,21

Тяжелый продукт гидрокрекинга 0,73

Керосиновые фракции 0.17

Напомним, что из 1 ед сырья получается около 1,25 ед продукции.

Здесь не указано требуемое количество водорода, которое измеряется в стандартных фт 3 /барр сырья.

Обычный расход составляет 2500 ст.

Тяжелый продукт гидрокрекинга - это лигроин (нафта), содержащий много предшественников ароматики (то есть соединений, которые легко превращаются в ароматику).

Этот продукт часто направляют на установку риформинга для облагораживания.

Керосиновые фракции являются хорошим реактивным топливом или сырьем для дистиллятного (дизельного) топлива, поскольку они содержат мало ароматики (в результате насыщения двойных связей водородом).

Гидрокрекинг остатка.

Существует несколько моделей установок гидрокрекинга, которые были сконструированы специально для переработки остатка или остатка от вакуумной перегонки.

На выходе получается более 90% остаточного (котельного) топлива.

Задачей данного процесса является удаление серы в результате каталитической реакции серосодержащих соединений с водородом с образованием сероводорода.

Таким образом, остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.
Использовать установки гидрокрекинга необходимо в общей схеме переработки нефти.

С одной стороны, установка гидрокрекинга является центральным пунктом, так как она помогает установить баланс между количеством бензина, дизельного топлива и реактивного топлива.
С другой стороны, скорости подачи сырья и режимы работы установок каталитического крекинга и коксования не менее важны.
Кроме того, алкилирование и риформинг также следует учитывать при планировании распределения продуктов гидрокрекинга.

Скорее связь вещей порвется В Шекспир «Макбет»

Гидрокрекинг - процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический рифор - минг, поэтому он более эффективно осуществляет те же задачи, что и эти два процесса. Гидрокрекинг позволяет увеличить выход компонентов бензина, обычно за счет превращения сырья типа газойля. Качество компонентов бензина, которое при этом достигается, недостижимо при повторном прохождении газойля через процесс кре­кинга, в котором он был получен. Гидрокрекинг также позволяет превращать тяжелый газойль в легкие дистил­ляты (реактивное и дизельное топливо). И, вероятно, самое важное - то, что при гидрокрекинге не образует­ся никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кок­са, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.

Технологический процесс

Слово гидрокрекинг расшифровывается очень просто. Это каталитический крекинг в присутствии водорода. Со­четание водорода, катализатора и соответствующего ре­жима процесса позволяют провести крекинг низкокаче­ственного легкого газойля, который образуется на других крекинг-установках и иногда используется как компо­нент дизельного топлива. Установка гидрокрекинга про­изводит высококачественный бензин.

Задумайтесь на минуту, насколько полезным может оказаться процесс гидрокрекинга. Его самое важное пре­имущество - это способность переключать мощности нефтеперерабатывающего завода с выпуска больших ко­личеств бензина (когда установка гидрокрекинга работа­ет) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).

К гидрокрекингу во многом применима известная шутка спортивного тренера, пренебрежительно заявляю­щего по поводу перехода его игрока в команду соперни­ков: «полагаю, это усилит обе команды». Гидрокрекинг повышает качество как компонентов бензина, так и дис­тиллята. Он потребляет худшие из компонентов дистил­лята и выдает компонент бензина выше среднего каче­ства.

Следует отметить еще один момент: в процессе гидро­крекинга образуются значительные количества изобута - на, что оказывается полезным для управления количе­ством сырья в процессе алкилирования.

В настоящее время широко используется около десяти различных типов гидрокрекинг-установок, но все они очень похожи на типичную конструкцию, описанную в следующем разделе.

Катализаторы гидрокрекинга, к счастью, менее цен­ны и дороги, чем катализаторы Обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия. (Наверное, Вас давно интересовало, для чего вообще нужны эти метал­лы.) В отличие от каталитического крекинга, но так же как при каталитическом риформинге, катализатор рас­полагается в виде неподвижного слоя. Как и каталитичес­кий риформинг, гидрокрекинг чаще всего проводят в двух реакторах, как показано на рисунке

Сырье смешивается с водородом, нагретым до 290- 400°С (550-750°F) и находящимся под давлением 1200- 2000 psi (84-140 атм), и направляют в первый реактор. Во время прохождения сквозь слой катализатора примерно 40-50% сырья подвергается крекингу с образованием

Продуктов, соответствующих по температурам кипения бензину (точка выкипания до 200°С (400°F)).

Катализатор и водород дополняют друг друга в не­скольких аспектах. Во-первых, на катализаторе идет кре­кинг. Чтобы крекинг продолжался, требуется подвод теп­ла, то есть это - эндотермический процесс. В то же время, водород реагирует с молекулами, которые образуются при крекинге, насыщая их, и при этом выделяется теп­ло. Другими словами, эта реакция, которая называется гидрирование, является экзотермической. Таким образом, водород дает тепло, необходимое для протекания кре­кинга.

Другой аспект, в котором они дополняют друг друга, - это образование изопарафинов. При крекинге получаются олефины, которые могут соединяться друг с другом, при­водя к нормальным парафинам. За счет гидрирования двой­ные связи быстро насыщаются, при этом часто возникают изопарафины, и таким образом предотвращается повтор­ное получение нежелательных молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов).

Когда углеводородная смесь выходит из первого реак­тора, ее охлаждают, сжижают и пропускают через сепа­ратор для отделения водорода. Водород снова смешивают с сырьем и направляют в процесс, а жидкость подают на перегонку. Продукты, полученные в первом реакторе, разделяются в ректификационной колонне, и в зависи­мости от того, что требуется в результате (компоненты бензина, реактивное топливо или газойль), отделяется их часть. Керосиновую фракцию можно выделить как бо­ковой погон или оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.

Остаток от перегонки снова смешивают с током водо­рода и запускают во второй реактор. Так как это веще­ство уже подвергалось гидрированию, крекингу и ри - формингу в первом реакторе, процесс во втором реакто­ре идет в более жестком режиме (более высокие темпе­ратуры и давления). Как и продукты первой стадии, смесь, выходящая из второго реактора, отделяется от водорода и направляется на фракционирование.

Представьте себе, какое оборудование потребуется для процесса, проходящего при 2000 psi (140 атм) и 400°С Толщина стенок стального реактора иногда до­стигает см. Основная проблема - это не дать крекингу выйти из-под контроля. Поскольку суммарный процесс эндотермичен, то возможен быстрый подъем температу­ры и опасное увеличение скорости крекинга. Чтобы избе­жать этого, большинство установок гидрокрекинга со­держат встроенные приспособления, позволяющие быст­ро остановить реакцию.

Продукты и выходы. Еще одним замечательным свой­ством процесса гидрокрекинга является увеличение объе­ма продуктов на 25%. Сочетание крекинга и гидрирова­ния дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья. Ниже приведе­но типичное распределение выходов продуктов гидро­крекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга. Продукты гидрокрекинга - это две основные фракции, которые используются как ком­поненты бензина.

Объемные доли

Газойль коксования 0,60 Светлые фракции с установки кат. крекинга 0.40

Продукты:

Изобутан 0,02

Н-Бутан 0,08

Легкий продукт гидрокрекинга 0,21

Тяжелый продукт гидрокрекинга 0,73

Керосиновые фракции 0.17

В таблице не указано требуемое количество водоро­да, которое измеряется в стандартных кубических фу­тах на баррель сырья. Обычный расход составляет 2500 ст. Тяжелый продукт гидрокрекинга -

Это лигроин (нафта), содержащий много предшественни­ков ароматики (то есть соединений, которые легко пре­вращаются в ароматику). Этот продукт часто направляют на установку риформинга для облагораживания. Кероси­новые фракции являются хорошим реактивным топливом или сырьем для дистиллятного (дизельного) топлива, по­скольку они содержат мало ароматики (в результате насы­щения двойных связей водородом). Более подробная ин­формация на эту тему содержится в главе XIII «Дистил- лятные топлива» и в главе XIV «Нефтяной битум и оста­точное

Гидрокрекинг остатка. Существует несколько моделей установок гидрокрекинга, которые были сконструирова­ны специально для переработки остатка или остатка от вакуумной перегонки. Большинство из них работает по типу установок гидроочистки, как опи­сано в главе XV. На выходе получается более 90% оста­точного (котельного) топлива. Задачей данного процесса является удаление серы в результате каталитической ре­акции серосодержащих соединений с водородом с обра­зованием сероводорода Таким образом остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.

Резюме. Теперь, когда мы можем включить установку гидрокрекинга в общую схему переработки нефти, необ­ходимость согласованных операций становится очевид­ной. С одной стороны, установка гидрокрекинга является центральным пунктом, так как она помогает установить баланс между количеством бензина, дизельного топлива и реактивного топлива. С другой стороны, скорости пода­чи сырья и режимы работы установок каталитического крекинга и коксования не менее важны. Кроме того, ал- килирование и риформинг также следует учитывать при планировании распределения продуктов гидрокрекинга.

УПРАЖНЕНИЯ

Проанализируйте различия между гидрокрекингом, каталитическим и термическим крекингом с точки зрения сырья, движущей силы процесса и группового состава продуктов.

Как взаимодополняют друг друга гидрокрекинг и ка­талитический крекинг? Риформинг и гидрокрекинг?

Изобразите технологическую схему нефтеперерабаты­вающего завода, включив туда установку гидрокре­кинга.

Гидрокрекинг – каталитический процесс переработки нефтяных дистиллятов и остатков при умеренных температурах и повышенных давлениях водорода на полифункциональных катализаторах, обла­дающих гидрирующими и кислотными свойствами (а в процессах се­лективного гидрокрекинга и ситовым эффектом).

Гидрокрекинг позволяет получать с высокими выходами широкий ассортимент высококачественных нефтепродуктов (сжиженных газов С 3 -С 4 , бензина, реактивного и дизельного топлив, компонентов масел) практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствую­щих катализаторов и технологических условий и является одним из экономически эффективных, гибких и наиболее углубляющих нефте­переработку процессов.

1. Легкий гидрокрекинг вакуумного газойля

В связи с устойчивой тенденцией опережающего роста потребнос­ти в дизельном топливе по сравнению с автобензином за рубежом с 1980 г. была начата промышленная реализация установок легкого гидрокрекинга (ЛТК) вакуумных дистиллятов, позволяющих получать одновременно с малосернистым сырьем для каталитического крекинга значительные количества дизельного топлива. Внедрение процессов JIГК вначале осуществлялось реконструкцией эксплуатируемых ранее установок гидрообессеривания сырья каталитического крекинга, затем строительством специально запроектированных новых установок.

Отечественная технология процесса ЛГК была разработана во ВНИИ НП еще в начале 1970-х гг., однако до сих пор не получила про­мышленного внедрения.

Преимущества процесса ЛГК над гидрообессериванием:

Высокая технологическая гибкость, позволяющая в зависимости от конъюнктуры спроса на моторные топлива легко изменять (регулировать) соотношение дизтопливо: бензин в режиме максимального пре­вращения в дизельное топливо или глубокого обессеривания для по­лучения максимального количества сырья каталитического крекинга;

За счет получения дизельного топлива при Л ГК соответственно разгружается мощность установки каталитического крекинга, что позволяет вовлечь в переработку другие источники сырья.

Отечественный одностадийный процесс ЛГК вакуумного газойля 350…500 °С проводят на катализаторе АНМЦ при давлении 8 МПа, температуре 420...450 °С, объемной скорости сырья 1,0...1,5 ч -1 и кратности циркуляции ВСГ около 1200 м 3 /м 3 .

При переработке сырья с повышенным содержанием металлов про­цесс ЛГК проводят в одну или две ступени в многослойном реакторе с использованием трех типов катализаторов: широкопористого для гидродеметаллизации (Т-13), с высокой гидрообессеривающей актив­ностью (ГО-116) и цеолитсодержащего для гидрокрекинга (ГК-35). В процессе ЛГК вакуумного газойля можно получить до 60% летнего дизельного топлива с содержанием серы 0,1 % и температурой засты­вания - 15 °С (табл. 8.20).

Недостатком одностадийного процесса ЛГК является короткий цикл работы (3...4 мес.). Разработанный во ВНИИ НП следующий вариант процесса - двухступенчатый ЛГК с межрегенерационным циклом 11 мес. - рекомендован для комбинирования с установкой каталити­ческого крекинга типа Г-43-107у.

Гидрокрекинг вакуумного дистиллята при 15 МПа

Гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким каталитическим процессом, позволяющим комплексно решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов (ГКВД) с получением широкого ассортимента моторных топлив в соответствии с современ­ными требованиями и потребностями в тех или иных топливах.

Одноступенчатый процесс гидрокрекинга вакуумных дистилля­тов проводят в многослойном (до пяти слоев) реакторе с несколькими типами катализаторов. Для того чтобы градиент температур в каждом слое не превышал 25 °С, между отдельными слоями катализатора преду­смотрен ввод охлаждающего ВСГ (квенчинг) и установлены контактно­распределительные устройства, обеспечивающие тепло- и массообмен между газом и реагирующим потоком и равномерное распределение газожидкостного потока над слоем катализатора. Верхняя часть реак­тора оборудована гасителями кинетической энергии потока, сетчатыми коробками и фильтрами для улавливания продуктов коррозий.

На рис. 8.15 приведена принципиальная технологическая схема одной из двух параллельно работающих секций установки односту­пенчатого гидрокрекинга вакуумного дистиллята 68-2к (производи­тельностью 1 млн. т/год по дизельному варианту или 0,63 млн. т/год при получении реактивного топлива).

Сырье (350...500 °С) и рециркулируемый гидрокрекинг-остаток смешивают с ВСГ, нагревают сначала в теплообменниках, затем в печи П-1 до температуры реакции и подают в реакторы Р-1 (Р-2 и т.д.). Реакционную смесь охлаждают в сырьевых теплообменниках, далее в воздушных холодильниках и с температурой 45...55°С направляют в сепаратор высокого давления С-1 , где происходит разделение на ВСГ и нестабильный гидрогенизат. ВСГ после очистки от H 2 S в абсорбере К-4 компрессором подают на циркуляцию.

Нестабильный гидрогенизат через редукционный клапан направля­ют в сепаратор низкого давления С-2 , где выделяют часть углеводород­ных газов, а жидкий поток подают через теплообменники в стабили­зационную колонну К-1 для отгонки углеводородных газов и легкого бензина.

Стабильный гидрогенизат далее разделяют в атмосферной колонне К-2 на тяжелый бензин, дизельное топливо (через отпарную колонну К-3 ) и фракцию >360 °С, часть которой может служить как рециркулят, а балансовое количество - как сырье для пиролиза, основа смазочных масел и т. д.

В табл. 8.21 представлен материальный баланс одно- и двухступенчатого ГКВД с рециркуляцией гидрокрекинг-остатка (режим процесса: давление 15 МПа, температура 405...410°С, объемная скорость сырья 0,7 ч -1 , кратность циркуляции ВСГ 1500 м 3 /м 3).

Недостатками процессов гидрокрекинга являются их большая металлоемкость, большие капитальные и эксплуатационные затраты, вы­сокая стоимость водородной установки и самого водорода.

В 2012 году в рамках контракта, заключенного ОАО «Ижорские заводы» с ООО «РН-Туапсинский НПЗ» (входит в структуру НК «Роснефть») в 2010 году, Группа ОМЗ закончила изготовление и поставила шесть тяжеловесных емкостных аппаратов, предназначенных для глубокой переработки нефти и получения высококачественного топлива стандарта Евро-5. Общая масса оборудования составила более 5 тыс. тонн, при этом два сосуда обладают уникальными весогабаритными характеристиками: высота - более 40 метров, диаметр - более 5 метров, вес - около 1400 тонн. Такие нефтехимические реакторы были произведены в Российской Федерации впервые.

Изготовление сосудов осуществлялось в соответствии с требованиями Кода ASME и российских нормативных документов для оборудования нефтехимического производства. Лицензиаром проекта выступила компания Chevron Lummus Global (США) - одна из крупнейших мировых компаний по разработке новейших технологий глубокой переработки углеводородов.

Отгрузка реакторов гидрокрекинга в адрес Туапсинского НПЗ стала уникальной транспортной операцией, так как впервые в истории Ижорских заводов продукция отгружалась заказчику партиями сразу их трех нефтехимических сосудов общим весом более 2600 тонн. Все сосуды были отгружены заказчику водным путем с грузового причала Ижорских заводов на реке Неве в поселке Усть-Славянка».

Заказчик

«Роснефть» - лидер российской нефтяной отрасли и одна из крупнейших публичных нефтегазовых компаний мира. Основными видами деятельности «Роснефти» являются разведка и добыча нефти и газа, производство нефтепродуктов и продукции нефтехимии, а также сбыт произведенной продукции. Компания включена в перечень стратегических предприятий России.

География деятельности «Роснефти» в секторе разведки и добычи охватывает все основные нефтегазоносные провинции России: Западную Сибирь, Южную и Центральную Россию, Тимано-Печору, Восточную Сибирь, Дальний Восток, шельф Арктических морей. Компания также реализует проекты в Казахстане, Алжире, Венесуэле и ОАЭ.

Основное конкурентное преимущество «Роснефти» - размер и качество ее ресурсной базы. Компания располагает 22,8 млрд барр. н. э. доказанных запасов, что является одним из лучших показателей среди публичных нефтегазовых компаний мира.

Суммарный объем переработки нефти на НПЗ Компании составил по итогам 2010 г. рекордные для российского перерабатывающего сектора 50,5 млн тонн (369 млн барр.) Заводы «Роснефти» имеют выгодное географическое положение, что позволяет значительно увеличить эффективность поставок производимых нефтепродуктов. В настоящее время «Роснефть» реализует проекты расширения и модернизации своих НПЗ с целью улучшения баланса между добычей и переработкой, а также для увеличения выпуска качественной продукции с высокой добавленной стоимостью, соответствующей самым современным экологическим стандартам.

Особое место в программе развития перерабатывающего сектора Компании занимает проект расширения мощностей Туапсинского НПЗ с 5 до 12 млн т (c 37 до 88 млн барр.) в год. Фактически речь идет о строительстве на территории действующего НПЗ нового современного завода с индексом сложности Нельсона около 8 и выходом светлых нефтепродуктов 90%. При этом автомобильное топливо, производимое на НПЗ, будет соответствовать классам 4 и 5 (эквивалент Евро-4 и Евро-5). Туапсинский завод отличается наиболее выгодным географическим положением среди перерабатывающих активов «Роснефти», что определяет высокую экономическую эффективность проекта по расширению его мощностей.

Проект реализуется в два этапа. Первый этап, который планируется завершить в 2012 г., включает строительство установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-12 с секцией гидроочистки нафты, а также объектов общезаводского хозяйства. Второй этап, который планируется завершить в 2014 г., включает в себя строительство установки гидрокрекинга вакуумного газойля и гидроочистки дизельного топлива, установки по производству водорода, изомеризации и гидроочистки нафты, установки каталитического риформинга, производства серы, установки флексикокинга.

ОАО «Ижорские заводы» более десяти лет являются крупнейшим машиностроительным предприятием России по выпуску уникального реакторного оборудования для установок: гидрокрекинга, гидроочистки, каталитического крекинга и т.п. За последние годы спроектировано и изготовлено более 150 сосудов, в том числе с уникальными весогабаритными характеристиками.

Технологические возможности

На Ижорской промышленной площадке разработана и внедрена комплексная (сквозная) технология производства тяжелых нефтехимических реакторов из крупногабаритных кованых обечаек из хромиолибденванадиевой стали - основного материала для изготовления аналогичного оборудования мировыми лидерами.

Ижорские заводы располагают технологическими возможностями для изготовления нефтехимического оборудования в соответствии с кодами ASME и российскими стандартами со следующими параметрами:

• Наружный диаметр, мм: от 500 до 9000
• Длина, мм: от 300 до 80000
• Толщина стенки, мм: от 4 до 450
• Масса, т: от 0,05 до 1450
• Рабочее давление, МПа: до 250
• Рабочая температура, 0C: от минус 70 до плюс 600

Важным конкурентным преимуществом Ижорских заводов является наличие на одной производственной площадке собственной высококачественной металлургии (предприятие ООО «ОМЗ-Спецсталь»); научно-исследовательского центра (предприятие ТК «ОМЗ-Ижора»), осуществляющего металловедческое сопровождение на всех этапах производства; и конструкторского бюро, способного проектировать с использованием современных программных комплексов оборудование в соответствии с требованиями мировых лицензиаров.

Для обеспечения высокой прочности ректоров для нефтепереработки на Ижорских заводах разработано и успешно используется большое количество уникальных технологий сварки и наплавки. Технологией сварки хроммолибденванадиевых сталей большой толщины (более 200 мм) располагает всего несколько предприятий в мире, в России - только Ижорские заводы. Еще одной уникальной технологией, которая была разработана и внедрена в производстве реакторов для нефтепереработки, является однородная однослойная коррозионностойкая наплавка лентой шириной 90 мм, выполняемая электрошлаковым способом.