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 нм3/м3) возможны только в случае весьма мягкого процесса гидрокрекинга при малых степенях превращения сырья. Значения выше 1500 нм3/м3 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 нм3/м3 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: 3261