СПБГУАП|Инст. 4 группа 4736|нефть и газ ..Jv.

5. Первичная переработка нефти 33

менее ценны. Они используются в качестве топлива как внутри нефте­ перерабатывающего завода, так и за его пределами на электростанциях и в котельных, но могут быть и переработаны в более ценные продукты.

Таблица 5.1. Основные нефтяные фракции

vk.com/club152685050

Рассмотрим технологическую схему установки АВТ. Предваритель­ но нефть нагревается продуктами перегонки в системе теплообмена, которая включает в себя несколько десятков теплообменников и поэто­ му представлена на рис. 5.2 весьма упрощенно. После теплообменников нефть поступает в колонну предварительного отбензинивания К-1, где в процессе ректификации из сепаратора Е-1 выделяются газовые ком­ поненты нефти и часть бензиновой фракции. Колонна предваритель­ ного отбензинивания не является обязательным элементом установки

АВТ, необходимость ее присутствия в технологической схеме связана

с потенциальным содержанием газовых и бензиновых компонентов в перерабатываемой нефти. Если оно достаточно высоко, то целесооб­ разно использовать двухколонную схему, чтобы снизить нагрузку на основную фракционирующую колонну К-2, иначе это потребует значи­ тельного увеличения ее диаметра и, в конечном счете, более высоких капитальных затрат.

После нагрева в печи до rv 360°С отбензиненная нефть поступает в основную фракционирующую колонну К-2. В куб колонны для облегче­ ния испарения углеводородов подается водяной пар. В отличие от рас­

сматриваемых нами ранее простых ректификационных колонн колонна

vk.com/club152685050

СПБГУАП|Инст. 4 группа 4736|нефть и газ

5. Первичная переработка нефти -А.,. 35

К-2 сложная. Это означает, что деление исходной смеси происходит в ней не на два, а на несколько продуктов. Из емкости орошения колон­ ны (Е-2) выводится бензин, неиспарившаяся часть - остаток атмосфер­ ной ректификации мазут выводится с куба, а в средней части колонны расположены еще по крайней мере два вывода продуктов - дизель­ ной фракции и керосина. Эти, так называемые средние дистилляты, собираются в колонне на специальных тарелках, оборудованных карма­ нами для отстоя жидкости и приборами контроля ее уровня. Границы и четкость деления фракций регулируются расходом циркуляционных орошен.ий (ЦО) . Верхнее орошение называется острым, а боковые - циркуляционными. Они задают температурный профиль колонны и на­ грузки на тарелки. Средние дистилляты, выводимые из колонны, со­ держат в своем составе более легкие, вежелательные в данном случае компоненты. Они удаляются в небольших вспомогательных колоннах - стрипин.гах К-3 и К-4 при помощи водяного пара. Пары из К-3 и К-4 направляются обратно в основную колонну К-2.

Рис. 5.2. Схема установки ректификации нефти (АВТ)

Мазут далее, после нагрева в печи поступает в колонну вакуумной ректификации. На схеме она не показана. Температуры, при которых ведется процесс в вакуумной колонне практически такие же, как в К-2, но за счет более низкого давления достигается извлечение фракций выкипающих при атмосферном давлении выше 360°С. В К-5 из ма­ зута выделяется так называемое вакуумное дизельное топливо (часть дизельной фракции, которая не удалось испарить в К-2) и вакуум­ ные дистилляты. Принципиальная схема обвязки вакуумной колонны напоминает таковую для атмосферной колонны К-2, за исключением

наличия вакуум создающей системы.

vk.com/club152685050

СПБГУАПзв }у |Инст. 4 группа 4736|нефть и газ

НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА. ПРАКТИЧЕСКИЙ ВВОДНЫЙ КУРС

Если отверстия круглые - получаются цилиндры. Также среди произ­ водителей катализаторов популярны такие формы, как двух-, трех- и

четырехлистники.

После выдавливания на экструдере гранулы катализатора подвергаются термообработке и становятся тверды­ ми и прочными. Длина частички ка­ тализатора гидроочистки обычно со­

ставляет до 1,5 см, диаметр - от 1

ДО 2,5 М М .

Катализатор загружают в специ­ альные аппараты - реакторы. Как правило, на установках гидроочистки используются аксиальные реакторы.

В них движение потока осуществля-

ется параллельно оси аппарата, обыч­ но сверху в низ. Корпус реактора состоит из обечайки (цилиндрической средней части) и двух полусфер - днищ. Стоит отметить, что верхняя полусфера тоже называется днищем, хотя и находится сверху. Такой дизайн корпуса реактора направлен на обеспечение способности выдер­ живать высокое давление внутри аппарата. Также в корпусе реактора есть штуцеры для ввода сырья, а вернее газо-сырьевой смеси, вывода газо-продуктовой смеси, люк-лаз для обеспечения возможности входа человек внутрь аппарата, когда он выведен из работы, штуцер для выгрузки катализатора.

Основные элементы внутренних устройств реактора гидроочистки - это нижний опорный стол, распределительная тарелка и распредели­ тельное устройство на штуцере ввода сырья. Опорный стол перфориро­ ван, т. е. имеет в своей поверхности много отверстий для прохода газо­ продуктовой смеси. Чтобы катализатор не провалился в эти отверстия, если они велики, и не забивал их, если они меньше диаметра катализа­ тора, в нижнюю часть реактора сначала грузят инертный (не участву­ ющий в химической реакции) материал более крупного, чем катализа­ тор размера. Это термостойкие керамические шары. Далее снизу вверх полезный объем реактора заполняется катализатором. Наверх слоя ка­ тализатора кладут также керамические шары для прижима слоя ката­ лизатора, чтобы он не поднимался при колебаниях давления, а также для фильтрации приносимых с потоком механических примесей (пре­ жде всего, это железосодержащие продукты коррозии трубопроводов и другого оборудовании). Забивка лобового слоя катализатора приводит к росту перепада давления по реактору, так что иногда дальнейшая экс­

плуатация иногда становится невозможной. Приходится останавливать

vk.com/club152685050

СПБГУАП.Jy |Инст. 4 группа 4736|нефть и газ

40 НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА. ПРАКТИЧЕСКИЙ ВВОДНЫЙ КУРС

Вернемся к химии процесса гидроочистки. Основная его задача, как уже говорилось - удаление серы из фракций нефти, и достигается она гидрированием (или гидрогенолизом) исходного серосодержащего со­ единения, т. е. взаимодействием его с водородом с образованием серо­ водорода и углеводорода.

Для меркаптанов реакция выглядит следующим образом: RSH + Н2 - RH + H2S.

Гидрогенализ сульфидов приводит к образованию двух молекул уг­ леводородов:

RSR' + 2Н2 - RH + R'H + H2S.

Скорость реакций гидрирования снижается в ряду меркаптаны > > сульфиды > дисульфиды > производвые тиофена (формулы этих ве­

мируется. Но при гидраочистке бензиновых фракций, которые затем направляются на установки каталитического риформинга и изомери­ зации, очистка от соединений азота, кислорода и металлорганических веществ тоже очень важна, так как все эти элементы являются ядами для катализаторов и риформинга, и изомеризации.

Азоторганические соединения разлагаются в процессе гидраочистки с образование аммиака:

RNH2 + Н2 - NНз + RH.

Кислородсодержащие вещества образуют воду: ROH + H2 - H20 + RH.

Кислород- и азотсодержащие соединения гидрируются со значитель­ но меньшей скоростью, чем соединения серы, но их содержание в неф­ тяных фракциях в десятки и сотни раз меньше, поэтому требуемая степень очистки достигается.

Гидрогенализу в условиях гидраочистки подвергаются и другие эле­ менторганические соединения нефтяных фракций. Содержащие хлор вещества гидрируются с выделением хлороводорода. Металлорганиче­

ские соединения разлагаются с выделением металлов, которые отлага-

vk.com/club152685050

СПБГУАП|Инст. 4 группа 4736|нефть и газ

6. -Аг 41

Гидраочистка

ются на катализаторе. Многие из металлов являются каталитически­ ми ядами и для катализатора гидроочистки. Это, например, натрий, мышьяк, свинец, никель, ванадий. После достижения определенного порога их содержания на катализаторе, последний заметно теряет свою активность.

Побочная реакция процесса гидраочистки - гидрокрекинг, т. е. рас­ щепление углеводородов при участии водорода. Например, уже извест­ ный нам углеводород цетан может расщепиться на две молекулы октана:

CHз,CH{CHz,CH{CHz,CH{CHz,CH{CHz,CH{.CHz,CH{CHz,CH2_.-CHz,CHз+ н2 ---+

---C+Hз,CH{CHz,CH{CHz,CH{CHz,CHз + CHз,CH{CHz,CH2_..CHz,CH{CHz,CHз

Расщепление не обязательно происходит посередине. Продуктами расщепления цетана могут быть, например, нонан и гептан или метан и пентадекан.

Процесс гидраочистки проводят при температуре 280-420 ос и дав­ лении 20-100 кгс/см2 (2-10 МПа). Как видно, основные технологиче­ ские параметры варьируются в широком диапазоне. Для легких фрак­ ций достаточно низкого давления и меньшей температуры, для тяже­ лых фракций, где обычно и содержание серы выше, и сероорганические соединения более устойчивы к гидрогенолизу, условия более жесткие.

После температуры и давления третьим оснОВJIЫМ параметром про­ цесса гидроочистки, как и любого процесса нефтепереработки на твер­ дом катализаторе, выступает объемная скорость подачи сырья ОСПС).

Этот показатель принят для сравнительной оценки времени контакта

сырья с катализатором. Он рассчитывается по следующей формуле:

ОСПС (ч-') = Расход сырья (м3jч) 3 .

Объем катализатора (м )

Единицы измерения ОСПС - обратные часы. Для процесса гидро­ очистки эта величина составляет от 0,5 до 15 ч-1 . Переработку тяжело­ го, высококипящего и высокосернистого сырья ведут при пониженной оспе, т. е. либо катализатора загружено больше, либо расход сырья ниже.

Еще один важный параметр процесса гидраочистки - отношение во­ дорода к сырью в зоне реакции. Оно выражается или в единицах моль­ нога отношения водорода к углеводородам, которое достаточно слож­ но рассчитывается, или величиной <<кратность циркуляции>> - отно­ шение приведеиного к нормальным условиям (давление атмосферное, температура 20°С) расхода водородсодержащего газа (BCn к расходу

сырья.

vk.com/club152685050

СПБГУАП...|АуИнст. 4.группа 4736|нефть и газ

42 НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА. ПРАКТИЧЕСКИЙ ВВОДНЫЙ КУРС

Обычная упрощенная схема установки гидроочистки приведена на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Схема реакторного блока установки rидроочистки

Сырье, подаваемое насосом Н-1, смешивается с водородсодержащим газом (ВСГ) от компрессора ПК (поршневой компрессор) далее газо­ сырьевая смесь (ГСС) проходит через теплообменник Т-1, где нагре­ вается за счет тепла газо-продуктовой смеси (ГПС) и печь П-1, где происходит ее окончательный нагрев до нужной температуры, и посту­ пает в реактор Р-1. В реакторе происходят все описанные нами выше реакции гидроочистки и газо-сырьевая смесь становится газо-продук­ товой. Далее ГПС охлаждается в схеме теплообмена, отдавая тепло ГСС, и в аппарате воздушного охлаждения АВО-1, после чего цирку­ лирующий ВСГ отделяется от жидкой углеводородной фазы в сепара­ торе С-1 (эс-один, а не цэ-один). Жидкость С-1 называется нестабиль­ ным гидрогенизатом. Нестабильность его заключается в том, что он содержит в себе газовые компоненты, которые тотчас начнут выделять­ ся в атмосферу, если отправить этот продукт на хранение в резервуар.

Это углеводородные газы, которые образовались в процессе реакции

гидроочистки, сероводород, аммиак и даже водород, который частично растворяется в углеводородной фракции, чему способствует высокое давление проведения процесса.

Для удаления газовых компонентов, а также воды, нестабильный гид­ рогенизат направляется на блок стабилизации. Он снова подогревается в теплообменниках Т-2 и поступает в среднюю часть стабилизационной колонны К-1. На схеме куб колонны подогревается стабильным гидро­

генизатом, циркулирующим через печь при помощи насоса Н-2. Такой

vk.com/club152685050