Процесс переработки нефтяного сырья

Получить качественное реактивное топливо в этом процессе практически невозможно.

Фракция, выкипающая тяжелее дизельного топлива (фр. 360°С - к.к.), получаемая при давлении 5-7 МПа, имеет близкое к исходному сырью общее содержание ароматических углеводородов, но с меньшим числом ароматических циклов в молекуле. Для этой фракции также характерно низкое содержание серы, что позволяет использовать ее как высококачественное сырье каталитического крекинга. В процессе гидрокрекинга при давлении 7-10 МПа получается продукт с еще более низким содержанием серы и ароматических углеводородов.

Наиболее высокий выход целевых продуктов при наилучшем их качестве достигается в случае использования двухстадийного варианта гидрокрекинга. В этом варианте исходное сырье первоначально подвергается глубокой очистке, а затем на 2-й стадии, как правило, в присутствии цеолитсодержашего катализатора - превращению в целевые продукты. На основе выполненных разработок ВНИИ НП рекомендованы варианты гидрокрекинга с производством реактивного топлива, дизельного зимнего и дизельного летнего топлив.

Помимо вакуумных дистиллятов в процессе гидрокрекинга могут использоваться тяжелые газойли различных термических процессов. Из-за высокого содержания в последних серы, азота и непредельных углеводородов качественные продукты при гидрокрекинге этого сырья получаются лишь при давлении не менее 15 МПа /11/.

При гидрокрекинге тяжелых газойлей выход целевых продуктов - ниже, а расход водорода - заметно выше, чем при гидрокрекинге прямогонных вакуумных дистиллятов. В этой связи переработку дистиллятов термических процессов целесообразно осуществлять в смеси с прямогонным сырьем.

Для улучшения качества продуктов, получаемых при гидрокрекинге, применяются схемы, включающие дополнительное гидрирование дистиллятов гидрокрекинга с целью снижения содержания в них ароматических углеводородов. Так, сочетание процессов гидрокрекинга («Юникрекинг») и деароматизации («Юнисар» фирмы ЮОПи) обеспечивает производство реактивного топлива с минимальным содержанием ароматических углеводородов или высокоцетанового дизельного топлива.

В настоящее время за рубежом эксплуатируется множество установок гидрокрекинга, сооруженных по лицензиям ведущих нефтяных компаний: фирмы Шеврон (совместно с Луммус) - «Изокрекинг», фирмы ЮОПи «Юникрекинг», фирмы Амоко «Ультракрекинг», фирмы Шелл - «Шелл», фирмы Галф Ойл - «HG-крекинг», Французского института нефти совместно с Басф - «ФИН-Басф-гидрокрекинг». Применяются как одноступенчатые, так и двухступенчатые схемы процесса.

1.5.1 Одноступенчатый процесс

Такой процесс обычно используется для получения максимального количества реактивного или дизельного топлива /10/. По мере ухудшения качества сырья снижаются качество продуктов и избирательность; кроме того, для поддержания постоянной степени превращения необходимо повышать температуру реакции. В одноступенчатом варианте гидрокрекинга поток сырья и водородсодержашего газа подается непосредственно в реактор без предварительной гидроочистки сырья (рис. 1.1). Подогрев газосырьевой смеси осуществляется первоначально в теплообменнике 2, а затем до температуры реакции - в трубчатой печи 3, после чего эта смесь поступает в реактор гидрокрекинга. Продукты реакции, выходящие с низа реактора, проходят теплообменник и охлаждаются в водяном холодильнике; а затем поступают в сепаратор высокого давления 5, в котором происходит разделение жидкой и газовой фаз. Газовая фаза, содержащая водород, с помощью циркуляционного насоса 6 снова подается на смешение с сырьем. Часть циркуляционного газа отдувается для поддержания постоянного парциального давления водорода в водородсодержашем газе. В отличие от большинства установок гидроочистки, в установках гидрокрекинга не требуется очистка циркуляционного газа, выходящего из сепаратора высокого давления, где под высоким давлением водорода (10-15 МПа) как легкие углеводороды С2-С4, так и сероводород и аммиак остаются в жидкой фазе. Газовая фаза из сепаратора 5 содержит в основном водород с небольшими примесями метана и этана /1/.

1 - сырьевой насос; 2 - теплообменник; 3 - трубчатая печь; 4 - реактор; 5, 7 - сепаратор; 6 - циркуляционный насос; 8 - колонна стабилизации; 9 - дистилляционная колонна. I - сырье; II - водород; III - газ; IV - легкий бензин; V - тяжелый бензин; VI - реактивное топливо; VII - средние дистилляты; VIII - остаток

Рис. 1.1 Схема установки одноступенчатого гидрокрекинга

Жидкие продукты из сепаратора высокого давления 5 дросселируются в сепаратор среднего давления 7, из которого в виде газовой фазы отбираются легкие углеводороды С1-С4, а также сероводород и аммиак. Эта газовая смесь очищается от сероводорода в абсорбере моноэтаноламином (на схеме не показано) и направляется на установку разделения углеводородных газов на сухой газ (С1-С2) и сжиженный газ - углеводороды С3-С4.

Жидкая фаза из сепаратора среднего давления поступает в колонну стабилизации 8, в которой освобождается от остатков легких углеводородов С3-C5. Жидкий продукт из колонны стабилизации направляется в ректификационную колонну 9, в которой разделяется на отдельные фракции: легкий бензин, тяжелый бензин, реактивное топливо или дизельное топливо. Остаток дистилляционной колонны смешивается со свежим сырьем и возвращается в реактор (рециркулирует).

Установка одноступенчатого гидрокрекинга может иметь либо один реактор, либо несколько (чаще всего два) с параллельным или последовательным расположением.

Эта схема получила наибольшее распространение в промышленности, значительно превышая по количеству реализаций другие схемы.

1.5.2 Гидрокрекинг с частичной конверсией сырья

Установки гидрокрекинга с частичной конверсией сырья фирмы «UOP», как и процесс МАК - МРНС, обеспечивают больший выход продуктов лучшего качества по сравнению с установками мягкого гидрокрекинга. Традиционные технологические схемы гидрокрекинга с частичной конверсией 35-70 % похожи на технологические схемы гидрокрекинга с полной конверсией, за исключением того, что диапазон оперативного давления составляет около 10,5 МПа вместо 14,0-17,5 МПа. Из-за более низкого давления процесса происходит некоторое ухудшение качества дистиллятного продукта. Кроме того, качество дистиллятного продукта также ограничено степенью конверсии. Даже при более высокой конверсии сырья качество дистиллятного продукта, получаемого на традиционной установке гидрокрекинга с частичной конверсией сырья, остается недостаточно высоким для соответствия требованиям на дизельное топливо с высокими цетановыми характеристиками.

Фирма «UOP» разработала три новые технологические схемы гидрокрекинга с частичной конверсией сырья при том же давлении. Качество дистиллятных топлив, которые получаются по этим новым схемам, значительно лучше - содержание серы менее 50 млн-1, цетановый индекс выше 50 пунктов.

Поточные схемы фирмы «UOP» представлены на рис. 1.2, 1.3, 1.4. Во всех трех схемах есть два одинаковых технологических решения. Во-первых, во всех схемах предусматривается по два реактора. Во-вторых, в каждой технологической схеме гидроочистка и гидрокрекинг разделены и представляют собой отдельные реакционные зоны, так что не все сырье, которое проходит гидроочистку, должно проходить гидрокрекинг. Эта особенность технологической схемы очень важна, и она возможна только в том случае, когда на установке предусматривается по два реактора.

Рис. 1.2 Двухступенчатый процесс гидрокрекинга (Юникрекинг) с частичной конверсией сырья

Эта технологическая схема является модификацией схемы двухступенчатого гидрокрекинга с полной конверсией, общими сепарацией и фракционированием продуктов реакции.

На второй схеме (рис. 1.3) предусматривается использование двух параллельных однопроходных реакторов также с общими сепарацией и фракционированием продуктов реакции.



Рис. 1.3 Однопроходный процесс гидрокрекинга (Юникрекинг) с параллельными реакторами

В третьей технологической схеме (рис. 1.4) используется двухступенчатый гидрокрекинг разработки «UOP» с измененным движением потоков. Каждая из указанных схем имеет определенные преимущества по сравнению с традиционной схемой установки гидрокрекинга с частичной конверсией сырья. Ключевым моментом, обеспечивающим получение продуктов высокого качества при низкой общей конверсии процесса, является разделение функций гидроочистки и гидрокрекинга на отдельные реакторы. Использование конверсии для достижения качества продуктов является более эффективным технологическим решением по сравнению с использованием более высокого давления процесса.

Рис. 1.4 Двухступенчатый процесс гидрокрекинга (Юникрекинг) с измененным движением потоков

Представленные технологические схемы гидрокрекинга с частичной конверсией сырья позволяют повысить гибкость НПЗ с точки зрения производства высококачественного товарного дизельного топлива из газойлей низкого качества (без использования вариантов схемы гидрокрекинга при высоком давлении с полной конверсией). За счет разделения реакций гидроочистки и гидрокрекинга по разным реакторам эти новые технологические схемы позволяют повысить гибкость процесса, имеющего определенные ограничения при проведении его в режимах мягкого гидрокрекинга и традиционного гидрокрекинга с частичной конверсией сырья.

Процесс ХайСАЙКЛ-Юникрекинг (HyCCLE-Unicracking) фирмы «UOP». Процесс ХайСАЙКЛ-Юникрекинг - это шаг вперед в технологии производства максимальных количеств дистиллятов в процессе гидрокрекинга. Процесс представляет собой оптимизированную технологическую схему, предназначенную для получения максимального выхода высококачественного дизельного топлива. В процессе применено сочетание нескольких уникальных технических решений, включая усовершенствованный горячий сепаратор, систему последовательно установленных реакторов с «обратно направленным потоком» и колонну фракционирования новой конструкции с глухой вертикальной разделительной перегородкой. Особенность схемы реакторного блока заключается в том, что рециркулят сначала направляется в зону катализатора гидрокрекинга, а затем в зону катализатора гидроочистки. Преимущества заключаются в том, что более чистое сырье поступает на катализатор крекирования при более высоком парциальном давлении водорода. В конечном результате повышается активность катализатора на единичный объем, и, следовательно, требуется меньше катализатора /9/.

Процесс характеризуется пониженным давлением, более высокой объемной скоростью по сравнению с традиционными установками. За счет сведения к минимуму вторичных реакций крекирования расходуется меньше водорода. Еще одно преимущество может быть реализовано там, где требуется облагораживание вторичных дистиллятов низкого качества. В таком случае, например, легкий каталитический газойль загружается непосредственно в усовершенствованный сепаратор «ХайСАЙКЛ». В результате заводу не потребуется строить отдельную установку для облагораживания легкого газойля каталитического крекинга.

1.5.3 Двухступенчатый процесс

При переработке сырья по двухступенчатой схеме выход дизельного или реактивного топлива меньше, по сравнению с одноступенчатой схемой. Однако двухступенчатая схема обладает большей гибкостью, что позволяет перерабатывать дистиллятное сырье любого качества, а также почти без изменения производительности установки переходить от выработки максимального количества дизельного топлива к выработке максимального количества реактивного топлива.

Для получения максимального количества бензина обычно используют двухступенчатую схему ГК. Однако в ряде случаев значительный выход бензина может быть достигнут и при одноступенчатом процессе с рециркуляцией остатка.

При двухступенчатой схеме на 1-й ступени происходит глубокая гидроочистка сырья. Жидкий продукт из 1-й ступени поступает в реактор 2-й ступени, в которой и происходят собственно реакции гидрокрекинга сырья. Двухступенчатый процесс является универсальным: с его помощью можно перерабатывать различные виды нефтяных дистиллятов с большим выходом целевых продуктов.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - реактор 1-й ступени; 2 - теплообменники; 3 - трубчатая печь; 4 - реактор 2-й ступени; 5 - холодильник; 6 - сепараторы; 7 - циркуляционный компрессор; 8 - дистилляционная колонна. I - сырье; II - свежий водород; III - рециркулирующий водород; IV - продукты на разделение; V - тяжелый рециркулят

Рис. 1.5 Схема установки двухступенчатого процесса гидрокрекинга «Юникрекинг»

Установки двухступенчатого гидрокрекинга, предлагаемые различными лицензиарами, не имеют существенных различий с точки зрения технологической схемы и конструкции аппаратов. Наиболее типичными технологическими схемами двухступенчатого гидрокрекинга являются «Юникрекинг» и «ФИН-Басф». На рис. 1.5 представлена принципиальная схема двухступенчатой установки гидрокрекинга - «Юникрекинг». В схеме этого процесса применено два последовательно расположенных реактора 1-й ступени. Это делает возможной переработку тяжелых дистиллятов с большим содержанием соединений азота и серы при сохранении мощности установки на уровне пропускной способности реактора 2-й ступени. В приведенной схеме гидрокрекинга применяется совместное разделение продуктов 1-й и 2-й ступеней процесса в общей системе сепарации, стабилизации и ректификации гидрогенизата.



1 - теплообменник; 2 - трубчатая печь; 3 - реактор; 4 - сепаратор;

5 - фракционирующая колонна; 6 - насос; 7 - холодильник.

I - сырье; II - водород; III - топливный газ С1-С2; IV - сжиженный газ С3-С4;

V - легкий бензин; VI - тяжелый бензин; VII - вода.

Рис. 1.6 Схема установки гидрокрекинга «ФИН-Басф»

На рис. 1.6 представлена схема процесса «ФИН-Басф». Этот процесс предназначен для гидрокрекинга тяжелых вакуумных дистиллятов. В 1-й ступени процесса происходит глубокая гидроочистка сырья с одновременным его гидрокрекингом. Жидкие продукты после 1-й ступени подвергаются разделению в сепараторах и ректификационной колонне. В этой колонне отбираются фракции легкого и тяжелого бензина, а также дистиллятная фракция, которая является сырьем для 2-й ступени установки.

Остаток ректификационной колонны возвращается в реактор 1-й ступени процесса. Продукты гидрокрекинга 2-й ступени разделяются в ректификационной колонне 2-й ступени, в которой отбирают сжиженный газ, а также топливные фракции. Остаток этой колонны возвращается в реактор 2-й ступени процесса. Такая технологическая схема позволяет производить глубокое превращение тяжелых дистиллятов в легкие топливные фракции, в т. ч. в бензиновые дистилляты. В реакторе 1-й ступени применяется катализатор гидрокрекинга, устойчивый к отравлению соединениями серы и азота. Фирмой Chevron был разработан двухстадийный процесс ISOCRACKING (рис. 1.7), который применяется для превращения нафты, атмосферного и вакуумного газойля, жидких продуктов ККФ, коксования, висбрекинга, промежуточных продуктов гидроочистки остаточного сырья в более легкие, высококачественные и более ценные, чем сырье, продукты: сжиженный нефтяной газ, бензин, сырье каталитического риформинга, реактивное топливо, керосин, дизельное топливо, сырье для установок ККФ, получения этилена или смазочных масел /12/.

1,4 - реакторы; 2 - сепаратор высокого давления; 3 - сепаратор низкого давления; 5 - скруббер; 6 - отпарная колонна; 7 - ректификационная колонна; 8 - циркуляционный компрессор

Рис. 1.7 Технологическая схема процесса ISOCRACKING

Чтобы осуществить процесс в точном соответствии с потребностями данного НПЗ, предлагается большой набор аморфно-цеолитных и чисто цеолитных катализаторов, в том числе цеолиты с благородными металлами. Как правило, в процессе несколько ступеней реакции: на начальной стадии происходит гидроочистка и частичный гидрокрекинг сырья, а на последующей стадии - конверсия или облагораживание сырья и продуктов в более благоприятных условиях.

Сырье можно вводить между ступенями, пользуясь запатентованным способом разделенного ввода сырья (Chevron Lummus Global), либо можно направить реакционную смесь таким образом, чтобы полнее использовать водород и минимизировать расход охлаждающего газа с помощью запатентованной технологии SSRS (single-stage reaction sequenced - одноступенчатая реакция с продолжением).

Такая система обладает гибкостью, поскольку можно разгонять продукты либо между двумя реакторами, либо в конце схемы, в зависимости от заданного набора продуктов и требований по селективности.

В тех случаях, когда нужно получать значительное количество непревращенного масла для ККФ, масляных или этиленовых установок, рекомендуется система с одним реактором без циркуляции. Такай же система, но с циркуляцией, используется на установках небольшой мощности, если это экономично. В реакторах устанавливаются запатентованные внутренние устройства ISOMIX, обеспечивающие хорошее смешение и перераспределение.

Фирмой Veba OEL Technologie und Automatisierung GmbH разработан процесс облагораживания тяжелых и очень тяжелых нефтей, а также остаточных фракций (рис. 1.8). Продуктом является высококачественное синтетическое нефтяное сырье полного фракционного состава /12/.

Способ введения водорода в молекулы, сочетающий жидкофазный термический гидрокрекинг с каталитическим «доводящим» гидрированием. В реакторах жидкофазного гидрирования 1 остаточное сырье в суспензии при температуре 440-500°С превращается на 95%. В высокотемпературном сепараторе 2 отделяются легкие дистилляты, а в вакуумном испарителе 3 отгонка завершается. Фракции, отогнанные в аппаратах 2 и 3 и при необходимости соединенные с прямогонными дистиллятами, направляются в реакторы «доводящего» гидрирования с неподвижным катализатором 4, работающие практически при том же давлении, что и реакторы 1. Это давление обычно достаточно для проведения «мягкого» гидрокрекинга, за счет чего увеличивается содержание легких фракций. Полученная синтетическая нефть отделяется от газовой фазы в низкотемпературном сепараторе 5, после чего направляется в стабилизационную колонну 6 и на ректификацию. Газы после абсорбционной очистки 7 возвращаются в реактор жидкофазного гидрирования.

Выходы (мас.%): нафта с к.к. ниже 180°С-15-30, средние дистилляты - 35-40, вакуумный газойль с н.к. выше 350°С-15-30.

1 - реактор жидкофазного гидрирования; 2 - высокотемпературный сепаратор; 3 - вакуумный испаритель; 4 - реактор «доводящего» гидрирования; 5 - низкотемпературный сепаратор; 6 - стабилизационная колонна; 7 - абсорбер.

Рис. 1.8 Технологическая схема процесса Veba OEL

1.5.4 Гидрокрекинг остаточного сырья

Остаточное сырье, если его подвергают глубокому гидрокрекингу с целью получения светлых нефтепродуктов, крекируют по двухступенчатой схеме. Принципиальное отличие технологических схем гидрокрекинга остаточного сырья заключается в конструкции реактора. В этом случае используются реакторы как с неподвижным, так и с псевдоожиженным слоем катализатора. В первом случае реактор первой ступени может работать только при режиме обессеривания (т. е. подготовки сырья для катализатора второй ступени); при этом наиболее тяжелую часть гидрогенизата с первой ступени возвращают на рециркуляцию.

Примером такого процесса является процесс «Изомакс», разработанный фирмой Chevron Research. Он продолжает совершенствоваться и в настоящее время получил наибольшее распространение из многих систем и установок гидрокрекинга. На рис. 1.9 приведена принципиальная схема двухступенчатой установки «изомакс». В качестве сырья обычно используют тяжелые газойли, также мазуты. Иногда температура конца кипения сырья достигает 593°С и в нем содержится больше металлов, чем допустимо для сырья каталитического крекинга. Благодаря гибкости этот процесс применяют не только для получения светлых нефтепродуктов из вакуумных дистиллятов, но и для всех тех целей, что и гидрокрекинг.

Установки гидрокрекинга в трехфазном кипящем слое предназначены для переработки тяжелых нефтяных остатков (мазутов, гудронов и др.), но в промышленном масштабе были реализованы в небольшом количестве. Это было вызвано высокими капиталовложениями, большим расходом дорогостоящего катализатора и сложностью поддержания его постоянной активности. Поддержание постоянной активности осуществляется периодическим вводом в систему свежего катализатора и выводом из системы равновесного. Технологическая схема этого процесса аналогична схемам гидрокрекинга в стационарном слое.

Из-за трудностей при осуществлении эффективного контактирования остатка, содержащего асфальтены, металлы и серу, с катализатором начали разрабатывать модификации гидрокрекинга на мелкодисперсном катализаторе, взвешенном в жидком сырье и перемешиваемом с ним потоком водорода.

1 - компрессор для подачи водорода извне; 2 - печь; 3 - реактор; 4 - холодильник; 5 - компрессор для циркуляции водородсодержащего газа; 6 - сепаратор высокого давления; 7 - сепаратор низкого давления; 8 - стабилизационная колонна; 9 - ректификационная колонна; 10 - теплообменник. I - свежее сырье; II - рециркулирующее сырье; III - добавочный водород; IV - циркулирующий водородсодержащий газ; V - газы С4 и легче на газофракционирующую установку; VI - легкий бензин (н. к. - 82 °С); VII - тяжелый бензин (выше 82°С); VIII - реактивное или дизельное топливо; VIII - средний дистиллят

Рис. 1.9 Принципиальная технологическая схема двухступенчатой установки «Изомакс»

Прототипом этого процесса явился старый процесс деструктивной гидрогенизации, где использовали дешевый суспендированный катализатор, непрерывно выводимый из системы в виде шлама, не подвергающегося регенерации. Используют реакторы с псевдоожиженным слоем микросферического катализатора или со «взрыхленным» слоем (меньшая степень псевдоожижения). Катализатор не циркулирует в системе, но медленно и непрерывно обновляется за счет частичного вывода отработанного катализатора и ввода свежих его порций в реактор. Таковы, например, схема, разработанная во ВНИИ НП, и зарубежный процесс «H - Oil».

Во всех случаях, когда гидрокрекинг остаточного (и тяжелого дистиллятного) сырья осуществляют в псевдоожиженном слое катализатора, в реакторе имеется система из трех фаз: твердой (катализатор), жидкой (неиспарившееся сырье) и газовой (водород, пары сырья и продуктов реакции). Для протекания реакции в изотермических условиях, обеспечивающих быстрый съем выделяющегося тепла гидрирования, важно, чтобы эта трехфазная система интенсивно перемешивалась. Исследование трехфазного псевдоожиженного слоя на холодных моделях и в рабочих условиях показало, что однородность слоя достигается при увеличении скорости газа и повышении кинетической энергии струй, поступающих через распределительную решетку реактора; однородность слоя нарушается при увеличении скорости жидкой фазы; наличие твердой фазы затрудняет перемешивание. Таким образом, в описанных условиях гидродинамические и диффузионные факторы оказывают значительное влияние на протекание реакций гидрокрекинга. Принципиальная схема подобной установки выглядит следующим образом (рис. 1.10) /3/.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Р-1 - реактор; П-1, П-2 - печи; К-1 - колонна очистки газа от сероводорода; К-2 - стабилизационная колонна; К-3 - колонна перегонки катализатора; Т-1 - теплообменник; Т-2, Т-4 - холодильники; Т-3 - подогреватель; Е-1, Е-2 - сепараторы; Н-1, Н-4 - насосы; Н-2, Н-3 - компрессоры. 1 - сырье; II - водород; Ш - циркулирующий газ; IV - углеводородный газ (с H2S); V - бутан (с H2S); VI - пары бензина; VII - легкий газойль; VIII - тяжелый газойль; IX - свежий катализатор; X - катализатор на реактивирование; XI - вода; XII - свежий раствор моноэтаноламина; XIII - отработанный раствор моноэтанол-амина; XIV - водяной пар

Рис. 1.10 Схема установки гидрокрекинга в псевдоожиженном слое катализатора

Остаточное сырье смешивают с циркулирующим и свежим водородсодержащим газом и через систему теплообменников Т-1 и печь П-1 подают под распределительную решетку реактора Р-1 с псевдоожиженным слоем сероустойчивого катализатора (типа алюмо-кобальт-молибденового). В этом слое, создаваемом газо-жидкостным потоком, осуществляется гидрокрекинг. Продукты реакции, выходя с верха реактора, отдают тепло в теплообменниках Т-1 и холодильниках Т-2 и поступают в сепаратор Е-1 высокого давления, где от жидкой фазы отделяется циркулирующий водородсодержащий газ. После очистки от сероводорода и осушки этот газ возвращают компрессором Н-2 на смешение с сырьем. Насыщенный легкими углеводородами катализат с низа сепаратора Е-1 после сброса давления перетекает в сепаратор Е-2, где отделяются газообразные углеводороды и (частично) растворенный сероводород, а затем попадает в колонну К-2 для отделения бутанов и оставшегося сероводорода. Стабильный гидрогенизат направляют на ректификацию в обычную систему из трубчатой печи П-2 и колонны К-3. Из этой колонны отбирают бензин, дизельное топливо и остаток. Остаток можно возвращать насосом Н-4 на повторный гидрокрекинг, а также использовать в качестве сырья каталитического крекинга или как котельное топливо.

Равновесную активность катализатора в псевдоожиженном слое поддерживают постоянной, периодически или непрерывно выводя часть катализатора и восполняя ее свежим. Давление в реакционной зоне 15-20 МПа, температура 425-450°С, объемная скорость подачи сырья ? 1 ч-1, кратность циркуляции водорода 1000-1200 м3 на 1 м3 сырьевой смеси.

Гидрокрекинг H - Oil, иногда именуемый процессом «гидроойл», разработан фирмами Hydrocarbon Research Inc и Cities Service Research and Development.

Принципиальная схема жидкофазного гидрокрекинга «гидроойл» показана на рис. 1.11.



А - гидрокрекинг без циркуляции; Б - гидрокрекинг с рециркуляцией вакуумного газойля до полной его переработки. 1 - реакторы; 2 - газосепараторы; 3 - отбойники; 4 - испарители; 5 - атмосферные колонны; 6 - вакуумные колонны. I - водород; II - исходное сырьё; III - циркулирующий водород; IV - сбрасываемый газ; V - конденсат; VI - сухой газ; VII - жирный газ; VIII - лёгкий бензин; IX - тяжёлый бензин; X - керосин на гидроочистку; XI - дизельное топливо на гидроочистку; XII - обессереное котельное топливо; XIII - циркулирующий вакуумный газойль; XIV - вакуумный гудрон с отработанным катализатором

Рис. 1.11 Принципиальная схема жидкофазного гидрокрекинга «ГидроОйл»

В этом процессе протекают два типа реакций. Один тип - это реакции гидрогенизации, которые обеспечивают обессеривание и насыщение полициклических ароматических и олефиновых углеводородов. Скорости этих реакций увеличиваются с ростом давления, температуры и активности катализатора и с уменьшением объёмной скорости подачи сырья. Другой тип - реакции крекинга, скорости которых увеличиваются с ростом температуры. Давление и активность катализатора имеют при этом меньшее значение.

Усовершенствование процесса гидрокрекинга H-Oil путем дополнения системы ступенью деметаллизации, даёт возможность подвергать гидрокрекингу тяжёлое сырьё с высоким содержанием никеля и ванадия, было осуществлено в результате исследований фирмы Hydrocarbon Research совместно с фирмой Cities Service.

В дополнительном реакторе ступени деметаллизации процесс ведётся в восходящем потоке (бурлящий трёхфазный слой) дешевого порошкообразного или гранулираванного адсорбента, непрерывно добавляемого в систему; отработанный адсорбент также непрерывно выводится из системы. В результате деметаллизации удаётся удалить основную массу органо-металлических соединений.

Затем сырьё поступает в один или несколько дополнительных реакторов установки H - Oil с обычным катализатором. В результате деметаллизации удаляется основная масса органо-металлических соединений, и последующим гидрокрекингом деметаллизированного сырья на обычной установке H - Oil получают из высокосернистого сырья нефтяное топливо, содержащее 0,3% серы. Для получения таких хороших результатов в процессе H - Oil применяют систему из двух или большего количества реакторов (ступеней). Например, в трёхступенчатой противоточной системе сырьё проходит последовательно 1, 2 и 3 ступени, а катализатор - 3, 2 и 1 ступени, причём в третью ступень подают водород, не содержащий сероводорода, что обеспечивает низкое парциальное давление сероводорода и высокую степень очистки.

Известны установки гидрокрекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, на которых перерабатывают такое тяжелое и низкокачественное сырье, как сернистые гудроны и смеси битума деасфальтизации с тяжелым каталитическим газойлем (примерно в равных объемах). В этом случае на установке циркулирует ?50% газойля-разбавителя, который практически не разлагается. Избыток тепла также снимают рециркулирующим газойлем. Естественно, что переработка такого тяжелого сырья по одноступенчатой схеме не может идти очень глубоко. Выход светлых нефтепродуктов можно увеличить, возвращая тяжелую часть гидрогенизата на повторный процесс или направляя его на вторую ступень гидрокрекинга в реактор со стационарным слоем более активного расщепляющего катализатора.

1.5.5 Другие варианты гидрокрекинга

В странах, лишенных собственных ресурсов газа, иногда ведут гидрокрекинг с целью получения пропана и бутанов. Например, на одном из японских заводов имеется установка, на которой из бензиновой фракции н. к. - 182°С получают 30% (мас.) пропана и 44% (мас.) бутанов; остальные 24% (мас.) - фракции С5-С6 и сухой газ (C1-C2) /3/.

В Советском Союзе был разработан комбинированный процесс гидрокрекинга-риформинга. Назначение процесса - получить высокооктановый товарный бензин на основе бензина риформинга, не прибегая к разбавлению его изопарафинами (изопентаном, изогексанами и другими высокооктановыми компонентами) «со стороны». Фракцию бензина с н. к. 100-140°С и к. к. 180°С подвергают гидрокрекингу. Гидрокрекинг проводят на цеолитсодержащем катализаторе при 10 МПа, относительно низкой температуре (300-350°С), объемной скорости подачи сырья 1,5 ч-1 и кратности циркуляции водородсодержащего газа 1500 м3 на 1 м3 сырья. При этом выход изокомпонента (изопентан и изогексаны) достаточно высок (20% на сырье); это обеспечивается умеренной температурой. Легкий бензин, выкипающий до 85°С, имеет октановое число 85-96, так как соотношения изо- и н-пентана и изо- и н-гексана намного превышают равновесные. Остаток бензина (>85°С) подвергают обычному риформингу. Таким способом получают бензин марки АИ-93.

Одноступенчатый однопроходный вариант - самый распространенный проект и требует наименьших вложений. Однопроходная система используется, когда кубовый продукт ректификационной колонны также является желательным продуктом. Этот непрореагировавший остаток может быть использован как сырье каталитического крекинга, пиролиза, или основой для смазочных масел. Однако средние дистилляты, полученные при таком варианте, имеют более низкое качество из-за высокого содержания ароматических углеводородов (бензиновая фракция). Но при этом полученные дистилляты содержат низкое количество серы и азота (<5 ppm), что удовлетворяет высоким экологическим требованиям по содержанию серы и азота в топливах. Поскольку однопроходной процесс проводится при более высокой жесткости, чтобы получить приемлемую конверсию, это производит к более высокому выходу легких по сравнению с вариантом с рециркуляцией. Однопроходной процесс также имеет меньшую, чем процесс с рециркуляцией гибкость относительно вариации выходов получаемых продуктов.

Одноступенчатая система с рециклом подобна второй ступени и секции фракционирования двухступенчатой системы. Этим достигается более полное преобразование сырья в легкие продукты. Однако, селективность получения жидких продуктов меньше, чем при двухступенчатой системе. В основном этот вариант используется для сырья с низким концом кипения и для заводов невысокой производительности.

Двухступенчатая система предоставляет большую гибкость в соотношениях выходов продуктов, чем одноступенчатая, поскольку позволяет использовать различные катализаторы гидрокрекинга на каждой ступени. В процессе, где средние дистилляты являются желательными продуктами, использование двухступенчатой системы приведет к более полному гидрированию продуктов со значительным понижением содержания ароматических углеводородов и увеличением высоты некоптящего пламени дистиллятов. Однако, капитальные вложения для двухступенчатой установки больше, чем для одноступенчатой.

В данном дипломном проекте выбрана однопроходная двухстадийная технологическая схема гидрокрекинга. Она особенно хорошо подходит для целей производства высококачественных среднедистиллятных топливных компонентов с низким содержанием серы азота и может быть объединена с достижением синергетического эффекта с другими процессами конверсии, в частности с каталитическим крекингом в псевдоожиженном слое (FCC), пиролизом и коксованием. Это обстоятельство выводит на ведущее место одностадийный гидрокрекинг «на проход» при разных давлениях. Технологическая схема «на проход» имеет ряд значительных преимуществ:

- наименьшая стоимость;

- максимальная производительность по сырью (до 3-3,5 млн т в год);

- возможность переработки очень тяжелого сырья с высокой температурой кипения;

- выработка качественного кубового продукта для дальнейшего использования на других установках.

Особенности фракционирования:

- отпарка бокового погона для удаления сероводорода;

- атмосферное фракционирование с огневым нагревателем;

- отпарка бензиновых фракций по желанию заказчика;

- вакуумное фракционирование с подогревом для продуктов с высоким концом кипения (необходимость оценивается по каждому проекту).

1.6 Реакторы гидрокрекинга

Основным и наиболее ответственным аппаратом в процессе гидрокрекинга является реактор, так как от его успешной работы зависит экономичность процесса и качество получаемой продукции. Реакционные аппараты для гидрокрекинга конструируют с учетом высокого давления, а также коррозии. Особенно значительная коррозия наблюдается при гидрокрекинге высокосернистого остаточного сырья: гидрокрекинг сопровождается не только водородной, но и сульфидной коррозией, а если в реактор попадает воздух и влага, там образуются сильнокорродирующие политионовые кислоты.

Реакторы представляют собой массивные цилиндрические аппараты с полусферическими (вследствие сложности штамповки толстостенного металла) днищами. Диаметр их от 1,2 до 4 м, толщина стенки 50-255 мм, высота 16-24 м. Применяют аппараты с массивной стенкой, а также многослойные. Высоколегированные стали, стойкие к водородной и сульфидной коррозии, очень дороги, поэтому для изготовления реактора в качестве основного материала применяют низколегированную сталь с небольшим содержанием хрома и молибдена (типа 12ХМ, содержащую «1% Сг и 0,5% Мо). Эту сталь используют в двухслойном листовом металле с плакирующим слоем из нержавеющей стали (типа ЭИ-496 или аустентитной 18-8).

В многослойных реакторах внутренний слой толщиной 13-19 мм сделан из высококачественной нержавеющей стали. На внутренний корпус навивают еще несколько (например, 10) слоев толщиной 6-13 мм из высокопрочных сталей - углеродистых или низколегированных. Применение многослойных реакторов позволяет сократить расход высоколегированных сталей и упрощает технологию изготовления этих аппаратов. Внутреннее устройство реакторов зависит от типа процесса. При стационарном состоянии катализатора его размещают на решетках несколькими слоями; такой реактор сходен по конструкции с многосекционными реакторами гидроочистки. Эскиз реактора со стационарным слоем катализатора дан на рис. 1.12.

По данным отечественного и зарубежного проектирования подобных аппаратов, нагрузка поперечного сечения реакторов с неподвижным слоем катализатора по сырью составляет 4-5 кг/(с·м2).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - штуцер для термопары; 2 - решетка; 3 - корпус; 4 - распределительная тарелка; 5 - футеровка; 6 - катализатор; 7 - фарфоровые шары, 8 - патрубок; 9 - распределитель газо-сырьевой смеси

Рис. 1.12 Реактор со стационарным слоем катализатора (а) и распределительное устройство (б) для ввода сырья

Реакторы устанавливают на постаментах таким образом, чтобы обеспечить выгрузку катализатора самотёком через соответствующие люки.

Распределительная тарелка способствует равномерному распределению жидкой фазы над слоем катализатора, улавливанию продуктов коррозии и выравниванию скорости потока паров.

Катализатор загружают в аппарат через верхний люк, на крышке которого имеется воздушник для отвода продувочных газов. Над блоком реакторов сооружают специальные площадки. С них катализатор по гибкому рукаву засыпают в соответствующую секцию, где слой выравнивают вручную.

Газосырьевая смесь поступает в верхнюю секцию по штуцеру в верхней части аппарата, последовательно проходит через слой катализатора во всех секциях и по штуцеру под нижней секцией выводится из реактора.

Сырьё, подаваемое через штуцер в верхнем днище, равномерно распределяется по всему сечению, затем для задержания механических примесей проходит через фильтрующее устройство, состоящее из сетчатых корзин, погруженных в верхний слой катализатора. Промежутки между корзинами заполнены фарфоровыми шарами.

Для гидрокрекинга применяется реактор, изображенный на рис. 1.13 /9/.

1 - гаситель потока; 3 - фильтр; 4 - штуцер для выгрузки катализатора; 6 - штуцер для термопары; 8 - сборник; 9 - фарфоровые шары; I - сырье; III - продукт.

Рис. 1.13 Односекционный реактор гидрокрекинга с аксиальным вводом сырья

Катализатор загружают одним слоем на «подушку» из фарфоровых шаров. Сверху в слой катализатора вставлены фильтры для улавливания продуктов коррозии. Фильтр представляет собой перфорированный цилиндр высотой 550 мм. Цилиндры равномерно размещают по сечению реактора. Верхние обрезы их защищены козырьками. Суммарная площадь свободного сечения цилиндров должна быть не менее 90% площади сечения реактора. Температура в слое катализатора замеряется многозонной термопарой. Для гидрокрекинга с высоким экзоэффектом применяется секционный реактор (рис. 1.14).

Катализатор загружают слоями. Газосырьевой поток направляют аксиально сверху вниз. В верхней части реактора также размещаются фильтры, но выше них монтируется распределительная тарелка для равномерного распределения жидкой фазы над слоем катализатора. На тарелке равномерно помещают переточные патрубки, сверху защищенные козырьками. Суммарная площадь патрубков должна быть не менее 90% площади свободного сечения реактора. Для предотвращения сильного повышения температуры в слое катализатора в пространство между слоями подается охлаждающий поток газа. Под вводом хладагента размещается горизонтальная многоточечная термопара.



1 - гаситель потока: 2 - распределительная тарелка; 3 - фильтр; 4 - штуцер для выгрузки катализатора; 5 - колосниковые решетки; 6 - штуцер для термопары; 7 - охлаждающее устройство; 8 - сборник; 9 - фарфоровые шары; 10 - люк-лаз. I - сырье; II - хладагент; III - продукт

Рис. 1.14 Двухсекционный реактор гидрокрекинга с аксиальным вводом сырья

Колосниковые решётки предназначаются для размещения секции катализатора. На решётку укладывают сетку. Для снижения гидравлического сопротивления на границе с сеткой на решётку насыпают слои фарфоровых шаров. На этот слой равномерно загружают катализатор, на котором также размещают фарфоровые шары. Они предотвращают шевеление катализатора при повышенных скоростях и задерживают продукт коррозии.

Нефтяной дистиллят в смеси с водородом проходит сверху вниз через фильтрующую зону, где освобождается от примесей, затем последовательно через все реакционные зоны к нижнему штуцеру. Конструкция контактной зоны (рис. 1.15) обеспечивает равномерное распределение вступающих в контакт паровой и жидкой фаз.

1 - катализатор; 2 - фарфоровые шары; 3 - колосниковая решетка; 4 - смеситель; 5 - сливная тарелка; 6 - распределительная тарелка

Рис. 1.15 Контактное устройство реактора гидрокрекинга

1 - распределительная решетка; 2 - катализатор, находящийся в беспорядочном движении; 3 - уровень осевшего слоя катализатора; 4 - разреженный слой катализатора; I - сырье и водород; II - циркулирующая жидкость; III -смесь паров и жидкости

Рис. 1.16 Схема реактора с трехфазным кипящим слоем

переработка нефтяной висбрекинг гидрокрекинг

Сборник предотвращает унос катализатора из реактора с продуктами реакции. Его приваривают над входным штуцером в нижней части днища, которую заполняют фарфоровыми шарами. После этого загружают катализатор. Такое размещение катализатора предотвращает его спекание и обеспечивает сыпучесть его при выгрузке.

Охлаждающее устройство представляет собой перфорированную по бокам трубу.

Термопары служат для контроля температуры по высоте слоя катализатора. Штуцер для термопары на корпусе реактора располагается на стороне, противоположной штуцеру ввода хладагента.

Для переработки остатков также используются реактора трехфазного кипящего слоя (ТФКС). Схема реактора приведена на рис. 1.16. Сырье и водород поступают в низ реактора и через отверстия в распределительной решетке попадают в слой катализатора. Для создания кипящего слоя в низ реактора вводят рециркулят. Смесь паров и жидкости отводится с верха реактора, а большая часть жидкости рециркулирует /9/.

Для устранения опасности каналообразования в аппаратах ТФКС и обеспечения более эффективного контакта сырья с катализатором применяют секционированные реакторы (рис. 1.17).

1 - первая ступень; 2 - вторая ступень; 3 - циркуляционный насос второй ступени; 4 - циркуляционный насос первой ступени; I - смесь нагретого сырья, циркулирующего и добавочного водорода, II - парогазовые продукты

Рис. 1.17 Секционированный реактор с рециркуляцией жидкого продукта на обеих ступенях

Использование кипящего слоя для гидрогенизации нефтяных остатков позволяет:

- обеспечить изотермический режим в аппарате;

- устранить слеживаемость катализатора;

- обеспечить возможность поддержания постоянной активности катализатора путем его замены без остановки технологического процесса.

Процесс гидроочистки в ТФКС - высокоэффективный способ снижения содержания серы в нефтяных остатках, характеризующихся высоким содержанием металлов. Одновременно с гидроочисткой интенсивно протекает гидрокрекинг с получением светлых продуктов.

В разрабатываемой в дипломном проекте технологической схеме гидрокрекингу предшествует процесс гидроочистки. Принципиально конструкции реакторов гидроочистки и гидрокрекинга не отличаются.

Анализ используемых реакторов свидетельствует о целесообразности проведения процесса в цилиндрическом, вертикальном реакторе с неподвижным слоем катализатора. Катализатор в реактор загружен послойно для равномерного распределения газожидкостного потока. ГСС движется сверху вниз. Процесс ГО в реакторе осуществляют при давлении 16 МПа и температуре 380-400єС. В реакторе гидроочистки на катализаторе происходит гидрирование сернистых, азотистых и непредельных соединений, содержащихся в сырье, с образованием сероводорода и аммиака. В реакторе гидрокрекинга происходит глубокое термокаталитическое превращение нефтяного сырья с получением бензина, керосина и дизельного топлива. Катализатор в реакторе загружается плотно, что оптимально способствует равномерному распределению газожидкостного потока при прохождении через слои катализатора, но изначально подразумевается несколько увеличенный перепад давления в реакторе, который во время работы стабилизируется.

Размещено на Allbest.ru

...