ИА Neftegaz.RU. Гидрокрекинг (Hydrocracking) предназначен для получения малосернистых топливных дистиллятов из различного сырья.
Если по простому, то гидрокрекинг - каталитическая переработка высококипящих нефтяных фракций и остаточных продуктов дистилляции нефти (мазута, гудрона) под давлением водорода (5-10 МПа) при 260-450 °С в целях получения бензина, авиакеросина, дизельного малосернистого котельного топлива и тд.
Первый коммерческий технологический процесс гидрокрекинга был реализован концерном IG Farben Industrie в 1927 г. для производства лигнитного бензина, а 1й современный дистилляционный гидрокрекинг в нефтеперерабатывающей промышленности - концерном Chevron в 1958 г.
Гидрокрекинг - процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический риформинг, поэтому он более эффективно осуществляет те же задачи, что и эти 2 процесса.
В качестве сырья на установках гидрокрекинга используют вакуумный и атмосферный газойль, газойль термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты, мазут, гудрон.
Технологическая установка гидрокрекинга состоит обычно из 2х блоков:
- реакционного блока, включающего 1 или 2 реактора,
- блока фракционирования, состоящего из различного числа дистилляционных колонн.
Продуктами гидрокрекинга являются автомобильные бензины, реактивное и дизельное топливо, сырье для нефтехимического синтеза и СУГ (из бензиновых фракций).
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). При гидрокрекинге не образуется никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кокса, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.
Преимущества гидрокрекинга
Гидрокрекинг повышает качество компонентов бензина и дистиллята.
В процессе гидрокрекинга используются худшие из компонентов дистиллята и выдает компонент бензина выше среднего качества.
В процессе гидрокрекинга образуются значительные количества изобутана, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования.
Использование установок гидрокрекинга дает увеличение объема продуктов на 25%.
В настоящее время широко используется около 10 различных типов установок гидрокрекинга, но все они очень похожи на типичную конструкцию.
Катализаторы гидрокрекинга менее дороги, чем катализаторы каталитического крекинга.
Технологический процесс
Это каталитический крекинг в присутствии водорода.
Ввод холодного водородсодержащего газа в зоны между слоями катализатора позволяет выравнивать температуры сырьевой смеси по высоте реактора.
Движение сырьевой смеси в реакторах нисходящее.
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.
Катализаторы гидрокрекинга - обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия.
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 2х реакторах.
Газосырьевая смесь, пройдя теплообменник и змеевики печи, нагревается до температуры реакции 290- 400°С (550-750°F) и под давлением 1200- 2000 psi (84-140 атм) вводится в реактор сверху.
Учитывая большое тепловыделение в процессе гидрокрекинга, в реактор в зоны между слоями катализатора вводят холодный водородсодержащий (циркуляционный) газ с целью выравнивания температур по высоте реактора.
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).
Катализатор и водород дополняют друг друга в нескольких аспектах:
- Во-первых, на катализаторе идет крекинг.
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.
- Во-вторых - это образование изопарафинов.
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).
Здесь водородсодержащий газ для обратного направления в процесс и смешивания с сырьем отделяется от жидкости, которая с низа сепаратора через редукционный клапан, поступает далее в сепаратор низкого давления.
В сепараторе выделяется часть углеводородных газов, а жидкий поток направляется в теплообменник, расположенный перед промежуточной ректификационной колонной, для дальнейшей перегонки.
В колонне при небольшом избыточном давлении выделяются углеводородные газы и легкий бензин.
Керосиновую фракцию можно выделить, как боковой погон или оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.
Остаток из промежуточной ректификационной колонны разделяется в атмосферной колонне на тяжелый бензин, дизельное топливо и фракцию >360°С.
Так как сырье на данной операции уже подвергалось гидрированию, крекингу и риформингу в 1м реакторе, процесс во 2м реакторе идет в более жестком режиме (более высокие температуры и давления).
Как и продукты 1й стадии, смесь, выходящая из 2го реактора, отделяется от водорода и направляется на фракционирование.
Толщина стенок стального реактора для процесса, проходящего при 2000 psi (140 атм) и 400°С, иногда достигает 1 см.
Основная задача - 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.
Дизельное топливо после отпарной колонны охлаждается, «защелачивается» и откачивается с установки.
Фракция >360°С используется в виде горячего потока внизу атмосферной колонны, а остальная часть (остаток) выводится с установки.
В случае производства масляных фракций блок фракционирования имеет также вакуумную колонну.
Необходимая концентрация водорода в циркуляционном газе обеспечивается подачей свежего водорода, например, с установки каталитического риформинга.
Регенерация катализатора проводится смесью воздуха и инертного газа; срок службы катализатора 4-7 мес.
Продукты и выходы
Ниже приведено типичное распределение выходов продуктов гидро¬крекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга.
Продукты гидрокрекинга - это 2 основные фракции, которые используются как компоненты бензина.
Объемные доли
Сырье:
- Газойль коксования 0,60
- Светлые фракции с установки каталитического крекинга 0,40
Всего 1,00
Продукты:
- Пропан-Изобутан 0,02
- Н-Бутан 0,08
- Легкий продукт гидрокрекинга 0,21
- Тяжелый продукт гидрокрекинга 0,73
- Керосиновые фракции 0.17
Всего 1,21
Напомним, что из 1 ед. сырья получается около 1,25 ед. продукции.
Здесь не указано требуемое количество водорода, которое измеряется в стандартных фт3/барр сырья.
Обычный расход составляет 2500 ст.
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 остатка или остатка от вакуумной перегонки.
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.
Таким образом, остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.
Использовать установки гидрокрекинга необходимо в общей схеме переработки нефти.
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.
