Гидрокрекинг (Произв. 800)

Переработка нефти и газа. Гидрокрекинг (Произв. 800)

ВВЕДЕНИЕ

К гидрокаталитическим в нефтепереработке относятся процессы, осуществляемые в среде водорода в присутствии катализаторов. По специфичности каталитического действия гидрокаталитические процессы можно классифицировать на следующие типы:

I. Гидрокаталитические процессы реформирования нефтяного сырья:

1а. Каталитическая ароматизация прямогонных бензинов (каталитический риформинг). 1б. Каталитическая изомеризация легких (С4-С6) нормальных алканов.

Основной целью этих процессов является повышение октанового числа бензинов или получение индивидуальных ароматических или легких изопарафиновых углеводородов.

II. Каталитические гидрогенизационные процессы облагораживания нефтяного сырья:

Па. Гидроочистка топливных фракций.

IIб. Гидрообессеривание высококипяих и остаточных фракций (вакуумных газойлей, масел, парафинов и нефтяных остатков).

Эти процессы предназначены для удаления из нефтяного сырья гетероорганических соединений.

III. Каталитические процессы деструктивной гидрогенизации (гидрокрекинга) нефтяного сырья:

2

Консорциум « Н е д р а »

IIIа. Селективный гидрокрекинг нефтяного сырья (топливных фракций, масел, гидравлических жидкостей) с целью повышения октановых чисел автобензинов и получения низкозастывающих нефтепродуктов путем гидродепарафинизации.

IIIб. Легкий гидрокрекинг вакуумных газойлей и низкооктановых бензинов соответственно для гидроподготовки сырья каталитического крекинга с одновременным получением дизельных фракций и для повышения содержания изопарафиновых углеводородов в бензинах.

IIIв. Глубокий гидрокрекинг дистиллятного сырья (вакуумных газойлей) и нефтяных остатков с целью углубления переработки нефти.

IIIг. Гидродеароматизапия реактивных топлив и масляных дистиллятов.

Гидрокаталитические процессы в современной мировой нефтепереработке получили среди вторичных процессов наибольшее распространение (табл. 1), а такие, как каталитический риформинг и гидроочистка, являются процессами,

обязательно входящими в состав любого НПЗ, особенно при переработке сернистых и высокосернистых нефтей. Это обусловлено следующими причинами:

-непрерывным увеличением в общем балансе доли сернистых и высокосернистых нефтей;

-ужесточением требований по охране природы и к качеству товарных нефтепродуктов;

-развитием каталитических процессов с применением активных и селективных катализаторов, требующих предварительного глубокого гидрооблагораживания сырья (например, для процессов каталитического риформинга и крекинга);

Таблица 1

Доля гидрокаталитических процессов на НПЗ различных

3

Консорциум « Н е д р а »

стран мира в % от прямой перегонки нефти (по состоянию к 1999 г.)

4

Консорциум « Н е д р а »

Место процесса в схеме НПЗ

Основное сырье - вакуумный газойль (350-500оС), фракции, выкипающие выше 350-500оС - мазут, гудрон, поступающие с установки ЭЛОУ-АВТ.

На выходе из установки гидрокрекинга крекинга получаются: 1) Газ, поступающий в топливную сеть;

5

Консорциум « Н е д р а »

2)Тяжелые и легкие бензины, преимущественно идущий на получение автобензина;

3)Легкий газойль, поступающий на гидроочистку дизельных топлив;

4)Тяжелый газойль, поступающий как котельное топливо;

5)Сероводород, как побочный продукт идет на производство серы.

6)Головка, идущая на установку ГФУ непредельных углеводородов.

1 НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА

Гидрокрекинг - процесс, направленный на получение высококачественных керосиновых и дизельных дистиллятов, а

также вакуумного газойля путём крекинга углеводородов исходного сырья в присутствии водорода. Одновременно с

крекингом происходит очистка продуктов от серы, насыщение олефинов и ароматических соединений, что обуславливает

высокие эксплуатационные и экологические характеристики получаемых топлив. Например, содержание серы в дизельном

дистилляте гидрокрекинга составляет миллионные доли процента. Получаемая бензиновая фракция имеет невысокое

октановое число, её тяжёлая часть может служить сырьём риформинга. Гидрокрекинг также используется в масляном

производстве для получения высококачественных основ масел, близких по эксплуатационным характеристикам к

синтетическим.

Гамма сырья гидрокрекинга довольно широкая - прямогонный вакуумный газойль, газойли каталитического

крекинга и коксования, побочные продукты маслоблока, мазут, гудрон.

Установки гидрокрекинга, как правило, строятся большой единичной мощности - 3-4 млн. тонн в год по сырью.

Обычно объёмов водорода, получаемых на установках риформинга, недостаточно для обеспечения гидрокрекинга,

поэтому на НПЗ сооружаются отдельные установки по производству водорода путём паровой конверсии углеводородных

газов.

6

Консорциум « Н е д р а »

Технологические схемы принципиально схожи с установками гидроочистки - сырьё, смешанное с водородосодержащим газом (ВСГ), нагревается в печи, поступает в реактор со слоем катализатора, продукты из реактора отделяются от газов и поступают на ректификацию. Однако, реакции гидрокрекинга протекают с выделением тепла,

поэтому технологической схемой предусматривается ввод в зону реакции холодного ВСГ, расходом которого регулируется температура. Гидрокрекинг - один из самых опасных процессов нефтепереработки, при выходе температурного режима из-

под контроля, происходит резкий рост температуры, приводящий к взрыву реакторного блока.

Аппаратурное оформление и технологический режим установок гидрокрекинга различаются в зависимости от задач,

обусловленных технологической схемой конкретного НПЗ, и используемого сырья.

Например, для получения малосернистого вакуумного газойля и относительно небольшого количества светлых

(лёгкий гидрокрекинг), процесс ведётся при давлении до 80 атм на одном реакторе при температуре около 350°С.

Для максимального выхода светлых (до 90%, в том числе до 20% бензиновой фракции на сырьё) процесс осуществляется на 2-х реакторах. При этом, продукты после первого реактора поступают в ректификационную колонну,

где отгоняются полученные в результате химических реакций светлые, а остаток поступает во второй реактор, где повторно подвергается гидрокрекингу. В данном случае, при гидрокрекинге вакуумного газойля давление составляет около 180 атм, а при гидрокрекинге мазута и гудрона - более 300. Температура процесса, соответственно, варьируется от

380 до 450°С и выше.

3 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

В каталитическом крекинге выделяют 5 основных факторов влияющих на процесс в целом и материальный баланс:

7

Консорциум « Н е д р а »

1.температура;

2.качество катализатора;

3.качество сырья;

4.кратность циркуляции водородсодержащего газа;

5.расход водорода зависит;

6.объемная скорость подачи сырья;

7.давление.

Из них к нерегулируемым относят качество сырья, качество катализатора. Например, его индекс активности. Индекс активности катализатора крекинга определяется выходом бензина из стандартного сырья на модельной установке.

К регулируемым относят, те факторы, которые входят в кинетическое уравнение (или математические модели)

химико-технологических процессов, т.е. температура, давление, кратность циркуляции водородсодержащего газа,

объемная скорость подачи сырья.

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: я-парафин. Чрезмерное повышение температуры ограничивается термодинамическими факторами (реакций гидрирования полициклической ароматики) и усилением роли реакций газо- и коксообразования.

8

Консорциум « Н е д р а »

Тепловой эффект 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 (табл.

3.1). 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).

Таблица 3.1

Теплота гидрокрекинга фракции 350-500 °С

сернистой парафинистой нефти при разной глубине превращения*

*Данные Ю.М. Жорова Давление. Установлено, что лимитирующей стадией суммарного процесса гидрокрекинга является гидрирование

ненасыщенных соединений сырья, особенно полициклических ароматических углеводородов. Поэтому катализаторы

9

Консорциум « Н е д р а »