Гидрокрекинг

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 1^й 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 (УГК) используют вакуумный и атмосферный газойль, га­зойль термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты, мазут, гудрон.
Технологическая установка гидрокрекинга состоит обычно из 2^х блоков:

• реакционного блока, включающего 1 или 2 реактора,
• блока фракционирования, состоящего из различного числа дистилляционных колонн.

В зависимости от глубины превращения сырья различают легкий и жесткий гидрокрекинг.




Продуктами гидрокрекинга являются автомобильный бензин, реактивное топливо и дизтопливо, 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

• наличие УГК:
• позволяет переключать мощности НПЗ с выпуска больших количеств бензина (когда УГК работает) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда УГК отключена),
• дает увеличение объема продуктов на 25%,
• широко используется около 10 различных типов УГК, но все они большой степени унифицированы;
  
• повышает качество компонентов бензина и дистиллята;
• используются худшие из компонентов дистиллята и выдается компонент бензина выше среднего качества;
• образуется значительное количество изобутана, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования;
• катализаторы гидрокрекинга менее дороги, чем катализаторы каталитического крекинга.

Технологический процесс

Слово гидрокрекинг расшифровывается очень просто.
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.
Кaтализaторы 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 2^х реакторах.
Сырье, пода­ваемое насосом, смешивается со свежим водородсодержащим газом и циркуляционным газом, ко­торые нагнетаются компрессором.
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:

• на катализаторе идет кре­кинг:
• чтобы крекинг продолжался, требуется подвод теп­ла, то есть это - эндотермический процесс,
• в то же время, водород реагирует с молекулами, которые образуются при крекинге, насыщая их, и при этом выделяется теп­ло, то есть эта реакция, которая называется гидрирование, является экзотермической,
• водород дает тепло, необходимое для протекания кре­кинга.

• образование изопарафинов:
• при крекинге получаются олефины, которые могут соединяться друг с другом, при­водя к нормальным парафинам,
• за счет гидрирования двой­ные связи быстро насыщаются, при этом часто возникают изопарафины,
• таким образом предотвращается повтор­ное получение нежелательных молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов),

Выходящая из реактора смесь продуктов реакции и циркуляционного газа охлаждается в теплооб­меннике, холодильнике и поступает в сепара­тор высокого давления.
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.

Бензин частично возвращается в промежуточную ректификационную колонну в виде острого орошения, а балансовое его количество через систему «защелачивания» откачивается с уста­новки.
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 1^м реакторе, процесс во 2^м реакто­ре идет в более жестком режиме (более высокие температуры и давления).
Как и продукты 1^й стадии, смесь, выходящая из 2^го 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 УГК содержат встроенные приспособления, позволяющие быст­ро остановить реакцию.
Бензин атмосферной колонны смешивается с бен­зином промежуточной колонны и выводится с УГК.
Дизельное топливо после отпарной колонны охлаждается, «защелачивается» и откачивается с УГК.
Фракция >360°С используется в виде горя­чего потока внизу атмосферной колонны, а остальная часть (остаток) выводится с УГК.
В случае произ­водства масляных фракций блок фракционирования имеет также вакуумную колонну.
Водородсодержащий газ подвергается очистке водным раствором моноэтаноламина и возвращается в систему.
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

Сочетание крекинга и гидрирования дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья.
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 УГК, 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 УГК 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.

Гидрокрекинг с кипящим слоем
Преобразование тяжелой нефти в полезные конечные продукты требует обширной обработки:

• снижение температуры кипения тяжелой нефти;
• увеличение соотношения водорода и углерода;
• удаление примесей, таких как металлы, сера, азот и соединения, образующих высокоуглеродистые соединения.

Для этого используют гидрообработку с неподвижным слоем, гидрообработку с кипящим или расширенным слоем и гидрообработку с подвижным слоем.