Меню Рубрики

Установка гидроочистки дизельного топлива и керосина

Установка гидроочистки

Назначение

Гидроочистка или каталитическая водородная очистка удаляет нежелательные компоненты из нефтяных фракций путем селективной реакции этих компонентов с водородом в реакторе при относительно высоких температурах при умеренном давлении. В основном, этими нежелательными компонентами являются:

Условия процесса

Более легкие фракции, такие как нафта (НК-180 ○ С), обычно подвергают процессу гидроочистки для последующей переработки на установках каталитического риформинга и более тяжелые дистилляты, от реактивного топлива до тяжелых вакуумных газойлей, перерабатываются для соблюдения соответствия строгих требований к качеству продукции или для использования в качестве сырья на других установках НПЗ.

Гидроочистка также используется для улучшения качества атмосферных остатков за счет снижения в них содержания серы и металлоорганических соединений.

Особенности гидроочистки различных технологических процессов

Гидроочистки предназначены и работают при различных условиях в зависимости от многих факторов, таких как тип сырья, длина межремонтного пробега, ожидаемое качество продукции.

Гидроочистка нафты

Нафта (предварительная обработка сырья для каталитического риформинга) – для удаления серы, азота и металлов, которые являются ядами для благородных металлов, содержащихся в катализаторах риформинга

Принципиальная схема блока гидроочистки бензина

Гидроочистка дизельного топлива и керосина

Керосин и дизельное топливо – для удаления серы и насыщения олефинов и некоторых ароматических соединений, в результате чего улучшаются свойства потоков (высота некоптящего пламени, дизельное цетановое число или дизельный индекс), а также стабильность при хранении

Принципиальная схема установки гидроочистки дизельного топлива

Гидроочистка других процессов

  • Смазочное масло – для улучшения индекса вязкости, цвета и стабильности, а также стабильности хранения
  • Сырье FCC – для улучшения выходов каталитического крекинга, уменьшения расхода катализатора и выбросов
  • Тяжелые остатки – для получения малосернистого котельного топлива или предварительной очистки для дальнейшей переработки.

Технологическая схема

Хотя «процесс гидроочистки» имеет несколько различных применений (например, десульфуризация, насыщение олефинами, деазотирование и т. д.) и используется для различных видов нефтяных фракций от нафты до атмосферного остатка, практически все установки гидроочистки имеют похожие схемы. Они состоят из реакторного блока высокого давления и секции фракционирования низкого давления.

Реакторный блок

Реакторный блок состоит из следующих основных частей: сырьевые/продуктовые теплообменники, печь нагрева газосырьевой смеси, реактор(ы), конденсатор газопродуктовой смеси реактора, сепаратор продуктов, рециркуляционный газовый компрессор. Кроме того, некоторые установки гидроочистки могут содержать следующее оборудование: сырьевые фильтры, горячий сепаратор газопродуктовой смеси, абсорбер циркулирующего ВСГ. Схема, изображенная на рисунке, содержит все вышеперечисленные единицы оборудования.

Сырьевые фильтры

Предпочтительнее направлять сырье напрямую с выходящей установки, не проходя через стадию промежуточного хранения. При использовании этой стадии должны использоваться сырьевые фильтры. Назначение фильтров – удерживать твердые частицы (в основном продукты коррозии), образующиеся при хранении сырья.

  1. автоматические фильтры с обратной промывкой, работающие по уставке перепада давления
  2. фильтры с ручной заменой картриджей

Сырьевые/продуктовые теплообменники

В наиболее часто используемой схеме рекуперации тепла, газопродуктовая смесь, выходящая из реактора, в блоке теплообменников подогревает газосырьевую смесь реактора перед подачей ее в печь. Это позволяет использовать как можно больше тепла реакции. Жидкое сырье может подогреваться отдельно горячими продуктами реакции перед смешением с рециркулирующим водородом в зависимости от схемы тепловой интеграции.

Печь

На большинстве установок исходное сырье и рециркулирующий водород вместе нагреваются до требуемой температуры реакции в печи. На установках, перерабатывающих тяжелое сырье, особенно атмосферные остатки, жидкое сырье предварительно нагревается отдельно горячими продуктами реактора. Рециркулирующий водородсодержащий газ (ВСГ) нагревается отходящими продуктами реактора в отдельных подогревателях.

Система подпитки водородом

Водород для системы подпитки получают на установках по производству водорода и/или каталитического риформирования нафты. В зависимости от давления процесса гидроочистки, подпиточный водород, возможно, придется сжать перед вводом на установку. Для этого используются поршневые компрессоры. Подпиточный водород вводится в систему рециркулирующего ВСГ.

Система циркуляции ВСГ

После разделения на газовую и жидкую фазы в сепараторе газ направляется на рециркуляцию в газовый компрессор. В некоторых случаях рециркулирующий газ сначала направляется в аминовый абсорбер для удаления основной части H2S.

Чаще всего компрессор рециркулирующего газа представляет собой отдельную центробежную машину, но также он может быть частью компрессоров подпиточного газа в качестве дополнительных цилиндров. Рециркуляционный газовый компрессор предназначен для перекачивания большого объема газа при относительно низкой степени сжатия.

Очистка рециркулирующего газа

Поток рециркулирующего ВСГ содержит H2S. Сероводород понижает парциальное давление водорода и тем самым подавляет активность катализатора. Этот эффект более выражен при высоком содержании серы в сырьевом потоке. Чем тяжелее фракция, чем выше в ней содержание серы. Блок очистки рециркулирующего ВСГ, как правило, включают в состав установки гидроочистки, если ожидаемое содержание H2S в рециркулирующем газе будет превышать 3 об.%.

Реактор(ы)

Сырье и рециркулирующий ВСГ нагреваются до нужной температуры и подаются в верхнюю часть реактора. По мере прохождения реагентов через слой катализатора, происходят экзотермические реакции, и температура увеличивается. Несколько слоев катализатора (может потребоваться дополнительный реактор в зависимости от теплоты реакции, мощности установки и/или типа гидроочистки (поставленной цели). Конкретные конструкции реакторов будут зависеть от нескольких переменных.

Читайте также:  Установка блоков тепломассообмена что это

Диаметр реактора обычно определяется значением поперечного сечения потока жидкости.

Высота реактора зависит от количества катализатора и числа требуемых слоев. В зависимости от теплоты реакции в реактор подводится холодный рециркулирующий водород (квенч) для охлаждения реагентов и для контроля скорости реакции.

Хорошее распределение реагентов на входе в реактор и в верхней части каждого последующего слоя катализатора имеет важное значение для оптимальной работы катализатора.

Водная промывка продуктов реактора

Основной теплосъем с газопродуктовой смеси осуществляется в рекуперативных теплообменниках, где за счет снятия тепла с продуктовых потоков происходит подогрев сырьевых.

Окончательное охлаждение продукты реактора получают в аппаратах воздушного охлаждения и/или водяных холодильниках. Вода подается в поток до того, как он попадает в холодильники, чтобы предотвратить отложение солей, которые могут приводить к коррозии и загрязнениям оборудования. Сера и азот, содержащиеся в сырье, в реакторе превращаются в сероводород и аммиак.

Эти два продукта реакции объединяются, образуя соли аммония, которые могут затвердевать и осаждаться по мере охлаждения газопродуктовой смеси. Также, если в системе есть хлориды, может образовываться хлорид аммония. Цель водной промывки состоит в том, чтобы сохранить H2S и NH3 в растворе и не дать им осаждаться. Различные компании имеют разные рекомендации по качеству промывочной воды, но в целом предпочтительно использование химочищенной воды.

Разделение пара/жидкости

Выбор точного метода разделения пара и жидкости зависит от оптимума схемы интеграции тепла. До четырех отдельных аппаратов могут использоваться для разделения смесей на пар, воду и углеводородную жидкость. Горячий сепаратор иногда устанавливают после теплообменников типа «сырье/продукты» для того чтобы выделить более тяжелые углеводороды из продуктов реактора вытекают стоки и направить их на фракционирование через горячий отбойник.

Пары с верха горячего сепаратора направляются через воздушный холодильник в холодный сепаратор. Система с двумя сепараторами имеет улучшенную схему интеграции тепла.

Чистота водорода

Увеличение чистоты водорода в циркулирующем ВСГ приведет к снижению скорости дезактивации катализатора.

В зависимости от исходного сырья и типа установки могут быть приняты дополнительные меры для увеличения чистоты водорода. Эти меры могут включать концентрирование водорода и/или мембранное разделение.

Секция фракционирования

Принципиальная технологическая схема типичного блока фракционирования приведена на рисунке.

Функция блока фракционирования состоит в разделении газопродуктовой смеси на желаемые продукты. Это может быть достигнуто с помощью одно- или двухколонной схемы фракционирования в зависимости от типа установки гидроочистки.

В двухколонной схеме жидкости из отбойников поступают в отпарную колонну. Пар и / или нагрев в печи используются для отпарки нафты (если требуется) и легких компонентов, выходящих с верха колонны. Кубовый продукт отпарной колонны поступает во фракционирующую колонну, где он далее разделяется на нафту и более тяжелые продукты. Сырье фракционирования обычно подогревается кубовым продуктом фракционирующей колонны, после чего поступает в печь и затем в колонну. Пар используется для отпарки легких углеводородов. Продуктовые стриппинги используются для приведения боковых отборов к требованиям качества.

Достоинства и недостатки

Недостатки

  1. использование дорогих катализаторов и водорода, который становится все более дефицитным на НПЗ
  2. необходимость блоков очистки углеводородных и водородсодержащих газов от сероводорода и установок для переработки H2S до серы или серной кислоты
  3. удаление практически всех гетероатомных соединений, способных образовывать на металлических поверхностях защитные пленки, что приводит к ухудшению противоизносных свойств топлив.

Достоинства

  1. значительное улучшение основных характеристик нефтепродуктов
  2. уменьшение коррозии оборудования
  3. снижение негативного влияния продуктов сгорания топлива на атмосферу
  4. улучшение запаха и цвета смазочных масел (по сравнению с контактной очисткой глинами)

Материальный баланс

Материальный баланс установок гидроочистки зависит от типа исходного сырья.

Взято, % Г/о бензина Г/о керосина Г/о дизельного топлива Г/о вакуумного дистиллята
Сырье 100 100 100 100
Водород 100% 0,15 0,25 0,4 0,65
Всего 100,15 100,25 100,4 100,65
Получено, %
Гидроочищенное топливо 99 97,9 96,9 86,75
Дизельная фракция 9,2
Отгон (бензин) 1,1 1,3 1,3
Углеводородный газ 0,65 0,65 0,6 1,5
Сероводород 0,2 1,2 1,5
Потери 0,5 0,4 0,4 0,4
Всего 100,15 100,25 100,4 100,65

Существующие установки

Многие из спецификаций качества продукции определяются экологическими нормами, которые становятся все более строгими с каждым годом. Для соответствия производимой продукции этим нормам, установки гидроочистки, являются обязательной структурной единицей для любого НПЗ, выпускающего бензины и дизельные топлива марки Евро-5.

В России большое число установок гидроочистки дизельных топлив осталось со времен СССР. Это установки:

  1. Л (Ленинград)
  2. ЛЧ (Ленинград-Чехословакия)

В последствии они были модернизированы для соответствия продукции требуемым нормам. В настоящее время существуют гидроочистки дизельного топлива высокого давления, которые позволяют гидрировать ароматические соединения в тяжелых фракциях прямогонных дизельных топлив. Подобные установки работают при давлениях порядка 8 МПа.

источник

Гидроочистки дизельного топлива на установке

Ввиду жестких экологических требований к дизельному топливу практически на всех нефтеперерабатывающих заводах проводят гидроочистку дизельного топлива. На рис. 9 приведена принципиальная схема установки ЛЧ-24-2000 производительностью 2 млн. т в год по сырью.

Читайте также:  Установка даты в skype

Сырье смешивается с циркуляционным водородсодержащим газом ЛЧ-24-2000. Полученную смесь нагревают в сырьевом теплообменнике, а затем в трубчатой печи до температуры 360-400 о С и направляют в реактор Р-1. Реакционную смесь после реактора частично охлаждается в сырьевых теплообменниках (до 210-230 о С), а затем направляют в горячий сепаратор С-1, где отделяется водородсодержащий газ, который направляют в холодильник и затем в холодный сепаратор С-2. В холодном сепараторе водородсодержащий газ полностью отделяется от гидрогенизата и направляют в абсорбер К-2 на моноэтаноламиновую очистку от сероводорода. Очищенный водородсодержащий газ направляют в систему циркуляции, а отработанный моноэтаноламин на регенерацию.

Гидрогенизат из сепараторов С-1 и С-2 нагревают в теплообменнике и подают в стабилизационную колонну К-1. В низ колонны подают нагреты в печи П-1 отдувочный водородсодержащий газ для удаления легкокипящих углеводородов (бензиновой) фракции.

Рисунок – 9 Принципиальная технологическая схема установки гидроочистки дизельной фракции ЛЧ-24-2000.

I—сырье; II — свежий водородсодержащий газ; III — гидрогенизат; IV— бензиновая фракция; V — углеводородный газ на очистку; VI — отдувочный водородсодержащий газ; VII — регенерированный моноэтаноламин; VIII— отработанный моноэтаноламин на регенерацию.

Таким образом, в результате гидроочистки дизельной фракции получено, % масс.: 96.9 – гидроочищенное топливо; 1.3 – отгон; 0.6 – углеводородный газ; 1.2 – сероводород; 0.4 — потери. Всего 100.4% (с учетом использованного водорода).

Гидрокрекинг— это каталитический процесс под давлением водорода, предназначенный для получения из нефтяного сырья (имеющего более высокую молекулярную массу, чем получаемые целевые продукты) светлых нефтепродуктов (бензина, керосина, ди­зельного топлива), а также сжиженных газов С3 — С4.

Используя гидрокрекинг, можно получить широкий ассортимент нефтепродуктов практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствующих катализаторов и условий. Гидрокрекинг является одним из наиболее эффективных и гибких процессов нефтепере­работки.

Химические основы процесса. Качество получаемых продуктов гидрокрекинга определяются в основном свойства­ми катализатора (гидрирующей и кислотной активностью). Катализаторы гидрокрекинга могут иметь высокую гидрирующую и относительно низкую кислотную ак­тивность, а также относительно невысокую гидрирующую и высокую кислотную активность.

Превращения алканов. При использовании монофункциональных гидрирующих катализаторах (не обладающих кислотными свойствами), из линейных алканов получаются другие линейные алканы с меньшей молекулярной массой.

В тоже время при использовании кислотных и бифункциональных катализаторов алканы подвергаются крекингу и изомеризации по гетеролитическому механизму. На катализаторах с высокой кислотной и умеренной гидрирующей активностью гидрокрекинг идет с высокой скоростью, причем образуется много низкомолекулярных изоалканов.

Превращения циклоалканов. В присутствии гидрирую­щих катализаторов, незамещенные и метилзамещенные моноциклоалканы превращаются главным образом в алканы линейного и изостроения.

При использовании катализаторов с высокой кислотностьюи низкой гидри­рующей активностью превалируют реакции изомери­зации шестичленных циклоалканов в пятичленные. При этом происходит изменение поло­жения заместителей.

При гидрокрекинге циклоалканы с длинными алкильными боковыми цепями подвергаются в основном изо­меризации и распаду алкильных заместителей. При этом у бициклических циклоалканов раскрывается одно кольцо и они превращаются в моноциклические с высоким вы­ходом производных пентана.

Превращения алкенов. При гидрокрекинге на кислотных центрах ката­лизатора алкены изомеризуются и подверга­ются распаду по β-правилу. При этом на гид­рирующих центрах происходит насыщение алкенов— как исход­ных, так и образовавшихся при распаде. То есть из линейных алкенов при гидрокрекинге сначала образуются низкомолекулярные алекны линейного и изостроения, а затем они првращаются на гидрирующих центрах в низкомолекулярные алканы линейного и изостроения.

Превращения аренов. Впроцессе гидрокрекинга на катализаторах с высокой гидри­рующей и низкой кислотной активностью происходит гидрирование ареновых колец. При этом замещенные арены гидрируются труднее, чем незамещенные. Следует отметить, что наряду с последовательным гидрированием ароматических колец происходит расщепление образовавшихся насыщенных ко­лец и выделение алкилзамещенных аренов.

При использовании катализаторов с высокой кислотной и низкой гидрирую­щей активностью превращения аренов во многом аналогичны каталитическому крекингу. Незамещенные моно­циклические арены стабильны. При этом метил- и этилбензолы в основном вступают в реакции изомеризации по положению заместителей, а алкилбензолы с более длинными цепями деалкилируются. При отрыве алкильных заместителей образуются алкильные карбкатионы, которые после изомеризации подвергаются β-распаду и насыщаются по схеме, описанной для гидрокрекинга алканов, с образованием смеси низкомолекулярных алканов нормального и изостроения. Важно отметить, что в результате гидрокрекинга полициклических аренов происходит раскрытие ароматических колец и в значительном количестве образуются производные тетралина и индана.

Катализаторы процесса. Креки­рующую и изомеризующую функции кислотного компонента катализатора выполняют цеолиты, ок­сид алюминия, алюмосиликаты. При этом для усиления кислотности в ка­тализатор вводят галоген, а также оксидные добавки и др.

Металлы VIII группы (Pt, Pd, Ni, Co, Fe) , а также оксиды или сульфиды некоторых металлов VI группы (Мо, W) являются гидрирующим компонентом катализатора. Для повышения активности перед использованием металлы VIII группы восста­навливают водородом, а оксидные молибден- и вольфрамсодержащие катализаторы сульфидируют; кроме того, для активиро­вания катализаторов используют также разнообразные промо­торы (рений, родий, иридий и др.).

Читайте также:  Установка зажигания стробоскопом мультитроникс

Важно отметить, что сульфиды и оксиды молибдена и вольфрама с промоторами являются бифункциональными катализаторами.

Макрокинетика процесса.На первой стадии макрокинетика аналогична процессам, протекающим при гидроочистке. Одновременно происходит гид­рирование алкенов. Затем полициклические арены и циклоалканы гидрируются в заме­щенные моноциклические, а алканы подвергаются изомеризации и расщеплению.

Важно отметить, что температура проведения гидрокрекинга 300—425°С является оптимальная. Если понизить температуру реакции будут протекать с малой скоростью, а чрезмерное повышение температуры огра­ничивается термодинамическими факторами реакции гидриро­вания и увеличением скорости коксообразованияи повышением выхода легких фракций и газа. При давлении менее 5 МПа начинается интенсивное закоксовывание катализатора. Поэтому для тяжелых газойлей и тем более остаточного сырья для предотвращения обрат­ной реакции дегидрирования циклоалкановых колец в полицик­лических системах требуется более высокое давление водорода (до 20— 30 МПа).

Гидрокрекинг в промышленности. В промышленности широко используются следующие виды гидрогенизационных процессов:

— гидрокрекинг бензиновых фракций для получения сжиженного нефтяного газа, углеводородов С4—С5 изостроения, в нефтехимическом синтезе и при выработке легкого высокооктанового компонента автомобильных бензинов;

— гидрокрекинг средних дистиллятов (прямогонных и вторичного происхождения) с температурой кипения 200—350 0 С для получения бензинов и реактивных топлив;

гидрокрекинг атмосферного и вакуумного газойлей, газойлей коксования и каталитического крекинга для получения бензинов, реактивного и дизельного топлив;

— гидрокрекинг высококипящих нефтяных дистиллятов для получения реактивных и дизельных топлив, смазочных масел, малосернистых котельных топлив и сырья каталитического крекинга;

селективный гидрокрекинг бензинов с целью повышения октановых чисел;

селективный гидрокрекинг реактивных и дизельных топлив с целью сни­жения температуры застывания;

селективный гидрокрекинг масляных фракций — для улуч­шения цвета, стабильности и снижения температуры засты­вания;

— гидродеароматизация и гидродепарафинизация.

Гидрокрекинг вакуумного дистиллята на установки 68-2к

Как было сказано выше, гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким ка­талитическим процессом. Этот процесс позволяет оптимально решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов, в результате, которого получается различные виды моторных топлив, соответствующих современ­ным требованиям. На рис. 10 приведена принципиальная схема установки одноступенчатого гидрокрекинга 68-2к производительностью 1 млн.т по дизельному топливу и 0.63 млн. т по реактивному топливу.

Эти установки работают на нескольких НПЗ России применительно к переработке вакуумных газойлей 350-500°С с содержанием металлов не более 2 м.д. и под давлением около 15МПа.

Для проведения одноступенчатого процесса гидрокрекинга вакуумных дистиллятов используют реактор, имеющий несколько слоев (до пяти ) катализаторов нескольких типов. При этом градиент температур в каждом слое не должен превышать 25°С, между отдельными слоями катализатор. Для выполнения этого условия предусмот­рен ввод охлаждающего водородсодержащего газа между слоями катализатора через контактно распределительные устройства, обеспечивающие тепло- и массообмен между газом и реагирующим потоком над слоем катализатора.

Смесь сырья (с пределами выкипания 350-500°С) с рециркулируемым гидрокрекинг-остаток и водородсодержащим газом, нагревают сначала в теплообменниках, затем в печи П-1 до температуры реакции (300—425°С является оптимальная) и подаютвреакторы Р-1.

Реакционную смесь, входящую и реактора, охлаждают в сырьевых теплообменниках, затем в воздушных холодильниках и с температурой 45-55°С направляют в сепаратор высокого давления С-1.

Рисунок – 10Принципиальная технологическая схема установки одноступенчатого гидрокрекинга 68-2к.

I — сырье; II — водородсодержащий газ; III — дизельное топливо; IV — легкий бензин; V — тяжелый бензин; VI — тяжелый газойль; VII — углеводородные газы на ГФУ; VIII — газы отдува; IX — регенерированный раствор моноэтаноламин; X — отработанный моноэтаноламин на регене­рацию; XI — водяной пар

В сепараторе происходит отделение водородсодержащего газа от нестабильного гидрогенизата. Водородсодержащий газ направляют в абсорбер К-4, где происходит его очистка от сероводорода моноэталамином. Очищенный водородсодержащий газ компрессором подают на циркуляцию. Отработанный моноэтаноламин направляют на регенерацию. Нестабильный гидрогенизат через редукционный клапан направляют в сепаратор низкго давления С-2. В сепараторе выделяют часть углеводородных газов от гидрогенизата. Затем гидрогенезат подают через теплообменники в стабилизационную колоннуК-1 для отгонки углеводородных газов и легкого бензина. Затем стабильный гидрогенизат разделяют в атмосферной колонне К-2 на тяжелый бензин и дизель­ную фракцию. Эту фракция отбирают через отпарную колонну К-3, а кубовую жидкость ( фракцию >360 °С) частично используют как рециркулят, а основное количество выводят с установки. Кубовая жидкость может быть использована как сырье для пиролиза, в качестве основы смазочных масел и т. д.

Таким образом, в результате гидрокрекинга фракции 350-500°С получено, % масс.: 88.03 – дизельное топливо; 1.28 – легкий бензин; 1.19 – углеводородный газ; 3.03 – сероводород; 8.53 – тяжелый бензин. Всего 102.06% (с учетом использованного водорода).

1. Требования, предъявляемые к сырью гидрокрекинга.

2. Характеристика продукции гидрорекинга..

3. Технологическая схема установки гидрорекинга..

4. Характеристика сырья и продукции гидроочистки.

5. Технологическая схема установки гидроочистки

6. Катализаторы гидроочистки и гидрокрекинга.

источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *