Гидрокрекинг - часть 2

  Главная      Учебники - АЗС, нефть     Производство высокооктановых бензинов (Гуреев А.А., Жоров Ю.М.) - 1981 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  ..

 

Гидрокрекинг - часть 2

 

Модификации технологических схем гидрокрекинга отчасти определяются фракционным составом сырья, наиболее распростра-ненным видом которого являются вакуумные газойли сернистых нефтей. Относительно неглубокий гидрокрекинг вакуумного газойля с получением в качестве целевого продукта дизельной

 

фракции может быть осуществлен даже при 4—6 МПа, т. е. на установках гидроочистки. Так, по данным [16], при гидрокрекинге под таким давлением, температуре 420—425 °С, объемной скорости подачи сырья 1,1 ч-1 и кратности циркуляции водорода 550—700 м3/м3 сырья получено около 45% дизельного топлива, содержавшего 0,07%) серы и имевшего цетановое число 48. Для углубления процесса при получении в качестве целевых продуктов реактивного топлива и бензина необходимо повышенное давление

и двухступенчатая схема гидрокрекинга.

Технологические режимы процесса в реакторных блоках I и

II ступени практически одинаковы: при бензиновом варианте

15 МПа и 425 °С, объемная скорость 1 ч-1, кратность циркуляции водородсодержащего газа 1000 м3/м3 сырья (при дизельном — температура в реакторах 400—415°С, а объемная скорость — до 2 ч-1).

Принципиальная схема установки представлена на рис. 23. Сырье насосом подается в систему теплообменников 9. Предвари-тельно сырье смешивается с циркулирующим водородсодержащим газом, подаваемым из сепаратора высокого давления 4, с помощью компрессора 5 и свежим водородом, подаваемым компрессором 6. Пройдя через печь 10, смесь паров сырья и водородсодержащего газа поступает в реактор 11. В нем несколькими слоями размещен катализатор АКМ или АНМ (А1—Со—Мо или А1—Ni—Мо). Для снятия тепла реакции между слоями катализатора вводится холодный циркуляционный газ (на схеме не показано). Перед каждым слоем катализатора поток паров и газа распределяется по сечению реактора для лучшего их смешения.

 

Продукты реакции I ступени проходят систему теплообменников, воздушный холодильник 8 и водяной холодильник 7. Далее конденсат и водородсодержащий газ разделяются в сепараторе 4. Водородсодержащий газ выводится из сепаратора. Сероводород, аммиак и углеводородные газы остаются растворенными в катали-зате, так как давление в сепараторе высокое (около 13 МПа). В последующих сепараторах 3—7, куда поступает катализат, давление снижается до 9, 2 и 0,2 МПа. В результате от катализата отделяются сероводород, аммиак и углеводородные газы. Дальнейшая очистка газов раствором моноэтанол амина осуществляется в колоннах 12—14. Отработанный раствор моноэтаноламина освобождается от сероводорода в колонне 14 и возвращается в систему очистки. Стабилизация же катализата завершается в колонне 27.

 

 

Технологическая схема II ступени гидрокрекинга аналогична схеме I ступени. Стабильный катализат с низа колонны 27 смешивается с циркулирующим газом (от компрессора 22) и свежим водородом (от компрессора 21), проходит теплообменник 18, печь 16 и подается в реактор 17. Продукты реакции охлаждаются в теплообменнике 18, холодильниках 19 и 20. Сепараторы 23—26 работают соответственно под таким же давлением, как и сепараторы 1—4. Одинаковое давление (0,15 МПа) и в стабилизационных колоннах 27 и 28.

 

 

Технологическая схема II ступени завершается блоком ректификации для перегонки каталйзата: из колонны 31 сверху уходят .пары бензина, а из колонны 34— пары дизельного топлива. В колонне 34 поддерживается вакуум. Остаток с низа этой колонны может возвращаться на рециркуляцию во II ступень гидрокрекинга, на прием насоса, или его выводят с установки и используют в качестве компонента малосернистого котельного топлива.

В табл. 9 представлен постадийный и итоговый материальный баланс двухступенчатого крекинга сернистого вакуумного газойля при бензиновом варианте процесса [11].

 

На рис. 24 дан эскиз реактора гидрокрекинга со стационарным слоем катализатора.

 

 

* В некоторых схемах предусмотрена возможность очистки от сероводорода и для циркуляционного газа из сепаратора 4.

 

 

 



Гидрокрекинг остаточного сырья. если оно
подвергается глубокому гидрокрекингу с целью получения светлых

нефтепродуктов, крекируется тоже по двухступенчатой схеме.

Трудности осуществления контакта остатка, содержащего ас-фальтены, металлы и серу с катализатором и водородсодержащим газом, привели к разработке модификаций гидрокрекинга с применением мелкодисперсного катализатора, взвешенного в жидком

сырьё и перемешиваемого водородом. Прототипом этого процесса явился процесс деструктивной гидрогенизации, в котором применяли недорогой суспендированный катализатор. Катализатор выводили из системы непрерывно в виде шлама, не подвергавшегося регенерации. Используют реакторы с псевдоожиженным слоем

микросферичеекого катализатора или с меньшей степенью его псевдоожижения — «взрыхленным» слоем. Катализатор не циркулирует в системе, но медленно непрерывно обновляется при выводе части отработанного катализатора и вводе новых порций его в реактор. Таковы, например, отечественная схема, разработанная во ВНИИ НП, и зарубежный процесс «Гидроойл».

 

 

 

 

Рис. 24. Реактор со стационарным слоем катализатора:
1 — штуцер для термопары; 2 — решетка; 3 — корпус; 4 — распределительная тарелка; 5 — футе ровка; 6 — катализатор; 7 — фарфоровые шары.

 

 

 

 

Во всех случаях при гидрокрекинге остаточного (и тяжелого дистиллятного) сырья в псевдоожиженном слое катализатора в реакторе имеются три фазы: твердая (катализатор), жидкая (не-испарившееся сырье) и газовая (водород и пары сырья и продук-тов реакции). Для протекания реакции в изотермических условиях, обеспечивающих быстрый съем избыточного тепла гидрирования, важно, чтобы эта трехфазная система интенсивно перемешивалась. Наибольшая однородность слоя достигается при увеличении скорости газа и повышении кинетической

 

энергии струй, поступающих через распределительную решетку реактора; однородность слоя снижается при увеличении скорости жидкой фазы; наличие твердой фазы затрудняет перемешивание. Таким образом, гидродинамические и диффузионные факторы оказывают значительное влияние на протекание реакций гидрокрекинга.

Принципиальная схема подобной установки показана на рис. 25. Остаточное сырье смешивается с циркулирующим и свежим водородсодержащим газом и, пройдя систему теплообменников 3 и нагревательную печь 2, поступает под распределительную решетку реактора 1. В псевдо-ожиженном слое катализатора (типа АКМ), создаваемом парожидкостным потоком, осуществляется процесс гидрокрекинга. Продукты реакции, выходя сверху, отдают свое тепло в теплообменниках 3 и холодильниках 4 и поступают в сепаратор высокого давления 5, где от жидкой фазы отделяется водородсодержащий газ. После очистки от сероводорода и осушки водородсодержащий газ с помощью компрессора 7 передается на смешение с сырьем.

Насыщенный легкими углеводородами катализат с низа сепаратора 5 после снижения давления перетекает в сепаратор 8, где из него отделяется углеводородный газ гидрокрекинга и (частично) растворенный сероводород. Затем катализат попадает в стабилизационную колонну 6 для отделения бутанов и остатка сероводорода. Стабильный гидрогенизат направляется на ректификацию в обычную систему из трубчатой печи 11 и колонны 12, из которой отбирается бензин, легкий газойль (дизельное топливо) и остаток (тяжелый газойль). Остаток можно возвращать на повторный гидрокрекинг, а также использовать в качестве сырья каталитического крекинга или котельного топлива.

 

 

Равновесная активность катализатора в псевдоожиженном слое реактора поддерживается постоянной посредством периодического или непрерывного вывода части катализатора и восполнения ее свежей порцией. Давление в реакционной зоне 15—20 МПа, температура 425—450 °С, объемная скорость подачи сырья около 1 ч_|, кратность циркуляции водородсодержащего газа 1000— 1200 м3/м3 сырьевой смеси.

Естественно, что переработка тяжелых видов сырья по одноступенчатой схеме не может сопровождаться глубоким превращением. Так, при переработке гудрона плотностью 994 кг/м3, содержащего 1,95% серы, получено 10,5% (масс.) газа и бензина и 16,4% (масс.) дизельных фракций; остальная часть гидрогенизата представляла собой тяжелый дистиллят, выкипающий при температуре свыше 360 °С; расход водорода составил при этом 1,6% (об.) на сырье.

Выход светлых нефтепродуктов на исходное сырье можно увеличить, если тяжелую часть гидрогенизата возвратить на повторный процесс или передать ее на II ступень гидрокрекинга (которая осуществляется в реакторе со стационарным слоем более активного расщепляющего катализатора). Описанная установка может быть использована и для переработки дистиллятного сырья — преимущественно тяжелых вакуумных газойлей, газойлей коксования и других дистиллятов, содержащих значительные примеси катали-заторных ядов.

Реакционные аппараты для гидрокрекинга конструируют с учетом высокого давления, а также возможной коррозии. Гидрокрекинг высокосернистых видов сырья сопровождается не только водородной, но и сульфидной коррозией с образованием в случае попадания в реактор воздуха и влаги сильнокорродирующих поли-тионовых кислот. Реакторы представляют собой массивные цилиндрические аппараты с полусферическими днищами (диаметр от 1,2 до 4 м, толщина стенки от 50 до 255 мм, высота 16—20 м).

 

 

 

 

 

Рис. 25. Принципиальная схема установки гидрокрекинга в псевдоожиженном слое катализатора:
1—реактор; 2, 11 — печи; 3, 9 — теплообменники; 4, 13 — холодильники;' 5, 8 — газосепараторы; 6, 10, 12 — колонны; 7 — компрессор.

 

 

 

Высоколегированные стали, стойкие к водородной и сульфидной коррозии, дороги. Поэтому широко применяют многослойные аппараты. В многослойных реакторах внутренний «стакан» (толщина стенки 13—19 мм) сделан из качественной нержавеющей стали. На внутренний корпус навивают еще несколько, например десять, слоев толщиной б—13 мм из высокопрочных сталей — углеродистых или низколегированных, что позволяет сократить расход высоколегированных сталей и упрощает технологию изготовления этих аппаратов.

Внутреннее устройство реакторов зависит от типа процесса: при стационарном слое катализатор размещают, на решетках в виде нескольких слоев; конструкция такого реактора аналогична конструкции многосекционных реакторов гидроочистки.

Вариант гидрокрекинга с получением максимального выхода бензина является наиболее распространенным. Октановые числа легкого бензина (н.к. — 82 °С) зависят только от глубины превращения сырья при крекинге (выраженной через выход этой фракции) и практически не зависят от качества сырья (рис. 26). Октановое число более тяжелой части бензина (82—204 °С) также связано с глубиной превращения, но определяется еще и характеризующим фактором сырья: чем он ниже, т. е. чем сырье ароматизи-рованнее, тем выше октановое число бензина. Наиболее типичное сырье гидрокрекинга — парафинистые тяжелые дистилляты — имеют характеризующий фактор 11,8—12,0. Как видно из рисунка, в большинстве случаев бензин гидрокрекинга после отгона легких головных фракций имеет невысокое октановое число (около 60) и нуждается в облагораживании — каталитическом риформинге. Октановые числа, определенные исследовательским и моторным методами, для легкой бензиновой «головки» от гидрокрекинга различного сырья практически совпадают и составляют около 85. Это объясняется содержанием в ней до 85% изопарафиновых углеводородов. В состав тяжелой части бензина входит 30—40% парафиновых углеводородов, 40—47% нафтеновых и до 15—25% ароматических.

В Советском Союзе разработан комбинированный процесс гидрокрекинга — риформинга, так называемый «изориформинг» [is], позволяющий получать высокооктановый товарный бензин (без добавки к бензину риформинга изопентана или алкилата). Фракцию бензина с н.к. 100—140 °С и к.к. около 180 °С подвергают гидро-

крекингу. Гидрокрекинг проводят на цеолитсодержащем катализаторе при давлении около 10 МПа, относительно низкой температуре (300—350 °С), объемной скорости подачи сырья 1,5 ч-1 и кратности циркуляции водородсодержащего газа 1500 м3/м3. Выход изокомпонента (изопентана и изогексанов) равен ^20% на сырье; высокий выход изопарафинов обеспечивается умеренной температурой процесса.

 

 

 

 

С целью осуществления процесса была предложена и реконструкция типовой установки Л-35/11-300 каталитического риформинга, заключающаяся в дополнении блока гидроочистки еще одним реактором и переводе этого блока на режим гидрокрекинга, а также в установке дополнительной печи и частичной модернизации оборудования. Проектная производительность установки по сырью — 370 тыс. т в год [17]. Особенностью реконструкции является относительно невысокое давление гидрокрекинга (4,5 МПа), позволяющее использовать реакторы гидроочистки. Прочие параметры процесса; температура 340—380°С, кратность циркуляции водородсодержащего газа 1000 м3/м3, объемная скорость подачи сырья 2,2 ч-1; рассчитанный тепловой эффект процесса — около 250 кДж/кг. Итоговый материальный баланс близок к приведенному ранее — выход товарного бензина АИ-93 (без добавки ТЭС) составляет около 70% на исходное сырье. Гидрокрекингу подвергают фракцию 130—180 °С прямогонного бензина, риформингу — фракцию 85—180 °С после гидрокрекинга.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  ..