Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:гидрокрекинг

Гидрокрекинг

Гидрокрекинг — процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический риформинг, 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.1)

Водород на гидрокрекинг направляется со специализированных установок конверсии природного или нефтезаводских газов с водяным паром либо после газификации нефтяных остатков. Недостающее количество поступает с установок риформинга бензиновых фракций и производства этилена. Как правило, водородсодержащий газ (ВСГ) содержит (по объему) более 95% водорода. Примесями являются азот, метан, оксиды углерода (наличие последних нежелательно).2)

В процессе глубокого превращения при гидрокрекинге протекают разнообразные реакции: расщепление, изомеризация, алкилирование, гидродеалкилирование и др. Парафиновые углеводороды, расщепляясь, дают олефины и парафины меньшей молекулярной массы. Изоолефины, насыщаясь водородом, переходят в изопарафины; н-олефины предварительно изомеризуются и затем гидрируются. Благодаря этому в продуктах гидрокрекинга наблюдается значительная концентрация изопарафинов, превышающая равновесную. Возможна и изомеризация н-парафинов.3)

Самое важное преимущество процесса гидрокрекинга — это способность переключать мощности нефтеперерабатывающего завода с выпуска больших количеств бензина (когда установка гидрокрекинга работает) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).

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 изобутана, 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.4)

Основные типы промышленных процессов гидрокрекинга

Оборудование и химические реакции

Катализаторы гидрокрекинга, к счастью, менее ценны и дороги, чем катализаторы риформинга. Обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия.6) 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 ниже (хотя разработка эффективных аморфных и цеолитсодержащих алюмосиликатникельмолибденовых катализаторов, устойчивых к действию каталитических ядов, позволяет заменить двухступенчатые схемы на одноступенчатые7)).

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)).8) Катализатор в реакторах размещен по секциям: для отвода тепла между секциями предусмотрена подача холодного водорода.9)


Установка двухступенчатого гидрокрекинга

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 риформингу 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 (750°F). Толщина стенок стального реактора иногда достигает 15 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.10)

Представленная на рисунке выше схема является упрощенной. В реальности полная схема двухступенчатой установки гидрокрекинга намного сложнее и выглядит следующим образом:

11)

Как видно из этой схемы, кроме реакторов, нагревателей (печей), сепараторов и ректификационных колонн, на реальных установках также имеются колонны очистки газа от сероводорода, в которых газообразные углеводороды очищают с помощью раствора моноэтаноламина, колонна для освобождения этаноламина от сероводорода, колонны стабилизации, отпарные секции, теплообменники, холодильники, компрессоры. Эту подробную схему мы приводим здесь для того, чтобы вы имели представление о том, насколько сложны технологические схемы на НПЗ и какого количества оборудования они требуют. Поскольку мы изучаем основы процессов нефтепереработки, нам для изучения будет достаточно и упрощенных схем.

Продукты и выходы. Одним из замечательных свойств процесса гидрокрекинга является увеличение объема продуктов на 25%. Сочетание крекинга и гидрирования дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья. Продукты гидрокрекинга — это две основные фракции, которые используются как компоненты бензина. 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 прямогонного остатка или остатка от вакуумной перегонки. Большинство из них работает по типу установок гидроочистки, которые описываются в одном из следующих уроков. 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 (H2S). Таким образом остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.12)

Остаточное сырье крекируют также 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.

Для более эффективного контактирования используют реакторы с псевдоожиженным слоем микросферического катализатора или со «взрыхленным» слоем (меньшая степень ожижения). Катализатор не циркулирует в системе, но медленно и непрерывно обновляется за счет частичного вывода отработанного катализатора и ввода свежих его порций в реактор.

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).13)

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, алкилирование и риформинг также следует учитывать при планировании распределения продуктов гидрокрекинга.


Монтаж реакторов гидрокрекинга

Словарь

водородсодержащий газ (ВСГ) hydrogen-rich gas
гидрокрекинг hydrocracking
насыщение связей bond saturation
парафин paraffin
равновесная концентрация equilibrium concentration
расщепление cracking, breaking up
сероводород hydrogen sulfide
экзотермическая реакция exothermic reaction
эндотермический процесс endothermic process

Назад в блог

1) , 4) , 6) , 8) , 10) , 12) Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).
2) , 7) Справочник нефтепереработчика: Справочник/Под ред. Г. А. Ластовкина, Е. Д. Радченко и М. Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с.
3) , 9) , 11) , 13) Смидович, Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип., перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс, 2011. - 328 с.
5) Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов; Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.
Только авторизованные участники могут оставлять комментарии.
courses/refining/гидрокрекинг.txt · Последние изменения: 19.05.2016 10:48 — wikicat

Инструменты страницы