Роль установки гидрокрекинга на НПЗ

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Роль установки гидрокрекинга на НПЗ

Павлова Д.А. 1
1МБОУ Школа № 129 г.о.Самары
Титов П.Д. 1Нуштайкина Е.А. 2
1 ПАО «СвНИИНП» г.Новокуйбышевск
2МБОУ Школа № 129 г.о.Самары


Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Особенностью современной нефтеперерабатывающей промышленности является тенденция к углублению переработки нефти, что объясняется ограниченностью ее запасов, ежегодным утяжелением нефти, а также ужесточением экологических требований к нефтепродуктам. При этом в отечественной нефтепереработке наблюдается проблема утилизации наиболее тяжелых продуктов, остающихся после первичных и вторичных процессов.

В настоящее время переработку тяжелых нефтяных фракций осуществляют следующими способами:

1. Переработка тяжелых продуктов в котельное топливо. Данный способ стремительно теряет свою актуальность из-за повсеместной газификации энергетических установок.

2. Битумное производство. Характеризуется сезонным режимом работы, что также не позволяет в достаточной мере решить обозначенную проблему.

3. Переработка на установке замедленного коксования. Не смотря на дешевизну установки и возможность практически безостаточной переработки тяжелого сырья, получаемые «светлые» нефтепродукты характеризуются низким выходом и качеством.

4. Переработка тяжелых продуктов на установке гидрокрекинга при умеренных температурах и повышенных давления водорода на полифункциональных катализаторах. Данный метод является наиболее эффективным и экономически выгодным.

Преимущества применения установок гидрокрекинга заключается в следующих пунктах:

- возможность перерабатывать практически любое нефтяное сырье;

- высокая гибкость процесса;

- является ключевым из углубляющих нефтепереработку процессов;

- получение широкого ассортимента высококачественных нефтепродуктов путем подбора соответствующих катализаторов и технических условий.

Цели проектной работы:

Рассмотреть варианты применения установки гидрокрекинга вакуумного газойля на НПЗ для получения «светлых» нефтепродуктов.

Задачи:

1. Рассмотреть основные реакции, протекающие в процессе гидрокрекинга;

2. Изучить влияние параметров на работу установки гидрокрекинга;

3. Проанализировать качество сырья и получаемой продукции на установке гидрокрекинга;

4. Рассмотреть разные варианты применения установок гидрокрекинга на НПЗ;

5. Определить характеристики продуктов при одно- и двухступенчатом вариантах процесса гидрокрекинга вакуумных дистиллятов.

основная часть

Теоретические основы процесса гидрокрекинга

В основе процессов гидрокрекинга лежат следующие реакции: гидрогенолиз гетероорганических соединений серы, кислорода, азота; гидрирование ароматических углеводородов; раскрытие нафтеновых колец; деалкилирование циклических структур; расщепление парафинов и алкильных цепей; изомеризация образующихся осколков; насыщение водородом разорванных связей.

Парафиновые углеводороды в условиях гидрокрекинга подвергаются расщеплению с насыщением образующихся продуктов распада:

Нафтены в условиях гидрокрекинга подвергаются следующим превращениям:

1) Крекинг длинных боковых цепей на кислотных центрах с насыщением водородом, протекает гидрогенолиз колец:

2) Изомеризация. Моноциклические нафтены с циклогексановыми кольцами подвергаются изомеризации с образованием алкилциклонафтанов:

Бициклические нафтеновые углеводороды превращаются преимущественно в моноциклические.

Ароматические углеводороды в условиях гидрокрекинга претерпевают гидрирование с последующим расщеплением циклогексановых колец.

Гетероатомные соединения, содержащиеся в сырье, подвергаются гидрогенолизу.

Меркаптаны гидрогенизируются до сероводорода и соответствующего углеводорода.

Сульфиды и дисульфиды гидрогенизируются через образование меркаптанов.

Циклические сульфиды гидрогенизируются до соответствующих алифатических углеводородов и сероводорода.

Азот в нефтяных фракциях находится преимущественно в гетероциклических соединениях в виде производных пиррола и пиридина. Гидрогенизация их протекает с образованием в конечном итоге аммиака и соответствующего углеводорода.

Кислород в нефтяных фракциях представлен соединениями типа спиртов, эфиров, феноловых и нафтеновых кислот. При гидрогенизации кислородсодержащих соединений образуются соответствующие углеводороды и вода.

Влияние параметров на процесс гидрокрекинга

Температура реакции является наиболее важным параметром гидрокрекинга. Оптимальный интервал температур для процесса гидрокрекинга составляет 360-420 ℃ с постепенным их повышением от нижней границы к верхней по мере падения активности катализатора.

С ростом температуры увеличивается скорость реакции деструкции углеводородов, что приводит к повышению степени превращения сырья в легкие продукты. Высокая температура реакции значительно снижает селективность процесса, в результате чего возрастает выход газов.

Температура реакции гидрокрекинга зависит и от объемной скорости подачи сырья. Объемной скоростью называется отношение объема сырья и подаваемого в реактор в час, к объему катализатора.

Понижая объемную скорость, можно проводить процесс при более низкой температуре и достигать требуемой степени превращения сырья за счет увеличения времени реагирования. Вследствие указанных особенностей большинство современных процессов гидрокрекинга дистиллятного сырья осуществляется при невысоких значениях объемной скорости подачи сырья: 0,3-0,7 ч-1.

Давление оказывает существенное влияние на процесс гидрокрекинга. В целом на катализаторах гидрирующего типа с повышением давления возрастает как скорость реакций, так и глубина гидрокрекинга. Минимально приемлемое давление тем выше, чем менее активен катализатор и чем тяжелее сырье крекинга. Увеличение расхода водорода и утяжеление аппаратуры с возрастанием давления ведут к удорожанию процесса, поэтому проведение гидрокрекинга с давление выше 150 кгс/см2 лишь при переработке тяжелых и особенно остаточных видов сырья. Оптимальными значениями для ведения процесса гидрокрекинга считаются – от 50 до 150 кгс/см2.

Кратность циркуляции водородсодержащего газа зависит от двух факторов: химического расхода водорода в процессе гидрокрекинга, а также от чистоты водородсодержащего газа. Небольшие значения кратности циркуляции водородсодержащего газа (ниже 500 нм33) возможны только в случае весьма мягкого процесса гидрокрекинга при малых степенях превращения сырья. Значения выше 1500 нм33 характерны для процесса глубокого гидрокрекинга тяжелого сырья, например, нефтяных остатков, при котором химический расход водорода весьма значителен. В процессе гидрокрекинга дистиллятов кратность циркуляции водородсодержащего газа составляет 800-1200 нм33 и обычно в 2-4 раза выше химического расхода водорода.

Качество сырья и получаемой продукции на установке гидрокрекинга

Основным сырьем процесса гидрокрекинга являются прямогонные вакуумные газойли (330-350℃) в чистом виде. Компонентом сырья могут также быть различные тяжелые газойли, например, установок замедленного коксования, каталитического крекинга и висбрекинга. Качество сырья установки гидрокрекинга представлено в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика сырья гидрокрекинга

Наименование показателя

Единица измерения

Значение

Плотность при 20 оС

кг/м3

897

Фракционый состав:

Температура НК, не выше

50% перегоняется, не выше

95% перегоняется, не выше

98% перегоняется, не выше

оС

оС

оС

оС

348

435

487

497

Содержание серы

%мас.

1,4

Коксуемость

%мас.

0,17

Реактивные и дизельные топлива, получаемые при гидрокрекинге, характеризуются улучшенными экологическими свойствами.

Легкие бензины гидрокрекинга содержат значительное количество изопарафиновых углеводородов, поэтому высокие октановые числа до 83-84 пунктов по ИМ.

Тяжелые бензины гидрокрекинга характеризуются низкими октановыми числами – 55-65 пунктов (ИМ), содержат большое количество нафтеновых углеводородов, являются малосернистым сырьем каталитического риформинга.

Легкие газойли содержат мало серы (ниже 50-150 ppm) и мало ароматических углеводородов, вследствие чего имеют высокие цетановые числа – выше 51-52 пунктов.

Тяжелый газойль гидрокрекинга является хорошим компонентом сырья установок каталитического крекинга и производства базовых нефтяных масел.

Предполагаемые варианты схемы установок гидрокрекинга вакуумного газойля

Первый вариант предусматривает схему установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля «за проход» (Рисунок 1).

Данная схема представляет собой вариант с частичным превращением и выходом некоторого количества не превращенного продукта, который не содержит примесей и близок по молекулярной массе к исходному сырью и его используют на установке каталитического крекинга как высококачественное сырье. Недостатком данного метода является относительно низкий выход «светлых» нефтепродуктов, и применение данного варианта предпочтительно при необходимости предварительной подготовки сырья для процесса каталитического крекинга.

Второй вариант предусматривает схему установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля с рециклом (Рисунок 2).

Отличительной особенностью данной схемы по сравнению с первым вариантом является наличие рециркуляции не превращенного продукта и за счет этого обеспечивает полное превращение сырья и большой выход «светлых» нефтепродуктов при минимальных затратах. Данный вариант схемы является самым распространенным в мире и среди недостатков имеет относительно малую гибкость процесса.

Третий вариант предусматривает схему двухступенчатого гидрокрекинга без сепарации и фракционирования продуктов первой ступени (Рисунок 3).

По сравнению с одноступенчатой схемой данный вариант обладает большей гибкостью процесса. Данная схема предпочтительна только при применении катализаторов гидрокрекинга не чувствительных к отравлению.

Четвертый вариант предусматривает схему двухступенчатого гидрокрекинга с сепарацией и фракционированием продуктов на первой ступени (Рисунок 4). Газопродуктовую смесь после реактора первой ступени подвергают охлаждению, сепарации, стабилизации и ректификации. После отделения газов, бензина и средних дистиллятов от гидрогенизата получают тяжелый газойль, который используется как сырье второй ступени. Данная схема позволяет перерабатывать сырье с очень высоким содержанием примесей и применять на второй ступени катализаторы гидрокрекинга чувствительные к отравлению.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема установки одноступенчатого гидрокрекинга «за проход» вакуумного газойля

Рисунок 2. Принципиальная технологическая схема установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля с рециклом

Рисунок 3. Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля без сепарации и фракционирования

Рисунок 4. Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля с сепарацией и фракционированием

Выбор той или иной схемы установки гидрокрекинга зависит от природы сырья, желаемого конечного продукта и типа применяемого катализатора. Выход и качество получаемой продукции при одно- и двухступенчатом вариантах процесса представлены в Таблице 2.

Таблица 2. Характеристики продуктов при одно- и двухступенчатом вариантах процесса гидрокрекинга вакуумных дистиллятов

Показатели

При одноступенчатой схеме

При двухступенчатой схеме

Выход продуктов, % мас.:

Сероводород

Газы

Легкий бензин

Тяжелый бензин

Дизельное топливо

3,03

1,19

1,28

8,53

88,03

2,2

3,98

7,48

12,44

75,36

Итого

102,06

101,46

Расход водорода, м3/т.

231

282

Характеристика продуктов:

Плотность при 20 оС, кг/м3

Температура застывания, оС

Цетановое число

Содержание серы, ppm

842

-18

54

10

820

-30

58

10

Для производства максимальных количеств компонентов дизельных топлив используют одноступенчатый вариант.

Двухступенчатый вариант обладает большей гибкостью и возможностью перерабатывать дистиллятное сырье практически любого качества и без изменения производительности установки получать максимальное общее количество моторных топлив. Для получения максимального количества бензина схема двухступенчатого гидрокрекинга является наиболее предпочтительной.

заключение, выводы

Рассмотрены основные реакции, протекающие в процессе гидрокрекинга;

Изучено влияние параметров на работу установки гидрокрекинга;

Проанализировано качество сырья и получаемой продукции на установке гидрокрекинга;

Рассмотрены разные варианты применения установок гидрокрекинга на НПЗ;

Определены характеристики продуктов при одно- и двухступенчатом вариантах процесса гидрокрекинга вакуумных дистиллятов.

Обобщая результаты проведенной работы, можно сказать, что применение установки гидрокрекинга вакуумного газойля на НПЗ позволяет решить проблему утилизации наиболее тяжелых продуктов установок первичных и вторичных процессов, является гибким и экономически выгодным процессом, а также дает возможность получать высококачественные продукты.

Список литературы

Заботин Л.И. Химическая технология топлив и углеродных материалов., Самара: Самар. Гос.техн.ун-т., 2010.-179с.

Рябов В.Д. Химия нефти и газа., М.:Техника.,2004.-287с.

Ахметов А.А.Технология переработки нефти и газа., Уфа: Гилем., 2002. – 671с.

Каминский Э.Ф.Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты., М: Техника, 2001. –385с.

Власов В.Г. Гидроочистка гидрообессеривание и гидрокрекинг нефтяного сырья., Самара: Самар. Гос.техн.ун-т., 2014. –28с.

Роль установки гидрокрекинга на НПЗ

Просмотров работы: 106