Обзор технологических схем гидрокрекинга

Этот процесс позволяет вырабатывать до 80% мас. реактивного или 85% мас. летнего дизельного топлива (около 70% мас. зимнего дизельного топлива) с одновременным получением 15-23% бензиновых фракций. Расход водорода при этом составляет 2,5-3,1% мас. на сырье. Соотношение выходов реактивного/дизельного топлив и бензина может изменяться в широких пределах. С увеличением «жесткости» процесса возрастает выход бензиновой фракции, а также газообразных углеводородов (в основном фр. С3-С4).

В однопроходном варианте процесса (без рисайкла), в зависимости от качества исходного сырья, обеспечивается получение до 70% моторных топлив. Расход водорода при этом составляет 1,8-2,1% мас. на сырье.

Широкое распространение за рубежом получили процессы с одновременным выводом до 85% реактивного и дизельного топлива, осуществляемые, как правило, с рециркуляцией остатка. В этом случае дизельное топливо имеет утяжеленный фракционный состав (температура выкипания 50% об. порядка 300-310°С).

Процесс «легкого» гидрокрекинга, реализуемый обычно при давлении 5-10 МПа, осуществляется по однопроходной схеме и направлен на производство сырья каталитического крекинга с одновременным получением светлых нефтепродуктов, в основном компонента дизельного топлива. Процесс проводят при объемной скорости подачи сырья 0,6-1,0 ч-1, кратности циркуляции водородсодержащего газа 500-1000 нм3/м3 в интервале температур 380-440°С. Расход водорода в этом процессе составляет 1,1-1,8% мас. на сырье.

Качество продуктов, получаемых при гидрокрекинге высокого давления и «легком» гидрокрекинге, существенно различается. Так, качество реактивного и дизельного топлива от процесса при давлении 15-17 МПа отвечает современным эксплуатационным и экологическим требованиям.

Легкая бензиновая фракция (фр. н.к. - 85°С), состоящая преимущественно из изопарафиновых углеводородов, является компонентом товарного бензина, а тяжелая - малосернистым сырьем каталитического риформинга. Высококипящие фракции могут направляться на производство масел по традиционной схеме.

Качество продуктов легкого гидрокрекинга значительно ниже. Основной продукт - компонент дизельного топлива в зависимости от давления в процессе содержит 0,01-0,10% мас. серы. Однако он характеризуется более высоким содержанием ароматических углеводородов, и, как следствие, - пониженным цетановым числом.

Получить качественное реактивное топливо в этом процессе практически невозможно.

Фракция, выкипающая тяжелее дизельного топлива (фр. 360°С - к.к.), получаемая при давлении 5-7 МПа, имеет близкое к исходному сырью общее содержание ароматических углеводородов, но с меньшим числом ароматических циклов в молекуле. Для этой фракции также характерно низкое содержание серы, что позволяет использовать ее как высококачественное сырье каталитического крекинга. В процессе гидрокрекинга при давлении 7-10 МПа получается продукт с еще более низким содержанием серы и ароматических углеводородов.

Наиболее высокий выход целевых продуктов при наилучшем их качестве достигается в случае использования двухстадийного варианта гидрокрекинга. В этом варианте исходное сырье первоначально подвергается глубокой очистке, а затем на 2-й стадии, как правило, в присутствии цеолитсодержашего катализатора - превращению в целевые продукты. На основе выполненных разработок ВНИИ НП рекомендованы варианты гидрокрекинга с производством реактивного топлива, дизельного зимнего и дизельного летнего топлив.

Помимо вакуумных дистиллятов в процессе гидрокрекинга могут использоваться тяжелые газойли различных термических процессов. Из-за высокого содержания в последних серы, азота и непредельных углеводородов качественные продукты при гидрокрекинге этого сырья получаются лишь при давлении не менее 15 МПа /11/.

При гидрокрекинге тяжелых газойлей выход целевых продуктов - ниже, а расход водорода - заметно выше, чем при гидрокрекинге прямогонных вакуумных дистиллятов. В этой связи переработку дистиллятов термических процессов целесообразно осуществлять в смеси с прямогонным сырьем.

Для улучшения качества продуктов, получаемых при гидрокрекинге, применяются схемы, включающие дополнительное гидрирование дистиллятов гидрокрекинга с целью снижения содержания в них ароматических углеводородов. Так, сочетание процессов гидрокрекинга («Юникрекинг») и деароматизации («Юнисар» фирмы ЮОПи) обеспечивает производство реактивного топлива с минимальным содержанием ароматических углеводородов или высокоцетанового дизельного топлива.

В настоящее время за рубежом эксплуатируется множество установок гидрокрекинга, сооруженных по лицензиям ведущих нефтяных компаний: фирмы Шеврон (совместно с Луммус) - «Изокрекинг», фирмы ЮОПи «Юникрекинг», фирмы Амоко «Ультракрекинг», фирмы Шелл - «Шелл», фирмы Галф Ойл - «HG-крекинг», Французского института нефти совместно с Басф - «ФИН-Басф-гидрокрекинг». Применяются как одноступенчатые, так и двухступенчатые схемы процесса.

3.1 Одноступенчатый процесс

Такой процесс обычно используется для получения максимального количества реактивного или дизельного топлива /10/. По мере ухудшения качества сырья снижаются качество продуктов и избирательность; кроме того, для поддержания постоянной степени превращения необходимо повышать температуру реакции. В одноступенчатом варианте гидрокрекинга поток сырья и водородсодержашего газа подается непосредственно в реактор без предварительной гидроочистки сырья (рис. 1.1). Подогрев газосырьевой смеси осуществляется первоначально в теплообменнике 2, а затем до температуры реакции - в трубчатой печи 3, после чего эта смесь поступает в реактор гидрокрекинга.

Продукты реакции, выходящие с низа реактора, проходят теплообменник и охлаждаются в водяном холодильнике; а затем поступают в сепаратор высокого давления 5, в котором происходит разделение жидкой и газовой фаз. Газовая фаза, содержащая водород, с помощью циркуляционного насоса 6 снова подается на смешение с сырьем. Часть циркуляционного газа отдувается для поддержания постоянного парциального давления водорода в водородсодержашем газе. В отличие от большинства установок гидроочистки, в установках гидрокрекинга не требуется очистка циркуляционного газа, выходящего из сепаратора высокого давления, где под высоким давлением водорода (10-15 МПа) как легкие углеводороды С2-С4, так и сероводород и аммиак остаются в жидкой фазе. Газовая фаза из сепаратора 5 содержит в основном водород с небольшими примесями метана и этана /1/.

 

 

 

 

Рис. 3.1 Схема установки одноступенчатого гидрокрекинга

Принципиальная технологическая схема одноступенчатого дностадийного процесса гидрокрекинга. 
Схема предполагает наличие двух последовательных реакторов, в первом из которых происходит предварительная гидроочистка сырья, которое затем поступает во второй реактор, где осуществляютя реакции крекинга. Конверсия сырья при работе по такой схеме может достигать практически 100 %. Преимущество данной схемы перед предыдущей бóльшая гибкость в работе, более высокие выходы лёгких фракций. В то же время установки данного типа позволяют иметь более высокую пропускную способность по сырью. Недостаток–увеличение стоимости установки и эксплуатационных затрат ( в связи с увеличением затрат на компримирование ВСГ, на циркуляцию и регенерацию раствора моноэтаноламина, на рециркуляцию не превращенного остатка первой стадии).

Жидкие продукты из сепаратора высокого давления 5 дросселируются в сепаратор среднего давления 7, из которого в виде газовой фазы отбираются легкие углеводороды С1-С4, а также сероводород и аммиак. Эта газовая смесь очищается от сероводорода в абсорбере моноэтаноламином (на схеме не показано) и направляется на установку разделения углеводородных газов на сухой газ (С1-С2) и сжиженный газ - углеводороды С3-С4.

Жидкая фаза из сепаратора среднего давления поступает в колонну стабилизации 8, в которой освобождается от остатков легких углеводородов С3-C5. Жидкий продукт из колонны стабилизации направляется в ректификационную колонну 9, в которой разделяется на отдельные фракции: легкий бензин, тяжелый бензин, реактивное топливо или дизельное топливо. Остаток дистилляционной колонны смешивается со свежим сырьем и возвращается в реактор (рециркулирует).

Установка одноступенчатого гидрокрекинга может иметь либо один реактор, либо несколько (чаще всего два) с параллельным или последовательным расположением.

Эта схема получила наибольшее распространение в промышленности, значительно превышая по количеству реализаций другие схемы.

3.2 Гидрокрекинг с частичной конверсией сырья

Установки гидрокрекинга с частичной конверсией сырья фирмы «UOP», как и процесс МАК - МРНС, обеспечивают больший выход продуктов лучшего качества по сравнению с установками мягкого гидрокрекинга. Традиционные технологические схемы гидрокрекинга с частичной конверсией 35-70 % похожи на технологические схемы гидрокрекинга с полной конверсией, за исключением того, что диапазон оперативного давления составляет около 10,5 МПа вместо 14,0-17,5 МПа. Из-за более низкого давления процесса происходит некоторое ухудшение качества дистиллятного продукта. Кроме того, качество дистиллятного продукта также ограничено степенью конверсии. Даже при более высокой конверсии сырья качество дистиллятного продукта, получаемого на традиционной установке гидрокрекинга с частичной конверсией сырья, остается недостаточно высоким для соответствия требованиям на дизельное топливо с высокими цетановыми характеристиками.

Фирма «UOP» разработала три новые технологические схемы гидрокрекинга с частичной конверсией сырья при том же давлении. Качество дистиллятных топлив, которые получаются по этим новым схемам, значительно лучше - содержание серы менее 50 млн-1, цетановый индекс выше 50 пунктов.

Поточные схемы фирмы «UOP» представлены на рис. 1.2, 1.3, 1.4. Во всех трех схемах есть два одинаковых технологических решения. Во-первых, во всех схемах предусматривается по два реактора. Во-вторых, в каждой технологической схеме гидроочистка и гидрокрекинг разделены и представляют собой отдельные реакционные зоны, так что не все сырье, которое проходит гидроочистку, должно проходить гидрокрекинг. Эта особенность технологической схемы очень важна, и она возможна только в том случае, когда на установке предусматривается по два реактора.

 

 

 

Рис. 3.2 Двухступенчатый процесс гидрокрекинга (Юникрекинг) с частичной конверсией сырья

 

 

Эта технологическая схема является модификацией схемы двухступенчатого гидрокрекинга с полной конверсией, общими сепарацией и фракционированием продуктов реакции.

На второй схеме (рис. 1.3) предусматривается использование двух параллельных однопроходных реакторов также с общими сепарацией и фракционированием продуктов реакции.

 

 

 

 

 

Рис. 3.3 Однопроходный процесс гидрокрекинга (Юникрекинг) с параллельными реакторами

В третьей технологической схеме (рис. 3.4) используется двухступенчатый гидрокрекинг разработки «UOP» с измененным движением потоков. Каждая из указанных схем имеет определенные преимущества по сравнению с традиционной схемой установки гидрокрекинга с частичной конверсией сырья. Ключевым моментом, обеспечивающим получение продуктов высокого качества при низкой общей конверсии процесса, является разделение функций гидроочистки и гидрокрекинга на отдельные реакторы. Использование конверсии для достижения качества продуктов является более эффективным технологическим решением по сравнению с использованием более высокого давления процесса.

 

 

 

 

Рис. 1.4 Двухступенчатый процесс гидрокрекинга (Юникрекинг) с измененным движением потоков

Представленные технологические схемы гидрокрекинга с частичной конверсией сырья позволяют повысить гибкость НПЗ с точки зрения производства высококачественного товарного дизельного топлива из газойлей низкого качества (без использования вариантов схемы гидрокрекинга при высоком давлении с полной конверсией). За счет разделения реакций гидроочистки и гидрокрекинга по разным реакторам эти новые технологические схемы позволяют повысить гибкость процесса, имеющего определенные ограничения при проведении его в режимах мягкого гидрокрекинга и традиционного гидрокрекинга с частичной конверсией сырья.

Вывод:

Гидрокрекинг является одним из наиболее перспективных процессов деструктивной переработки тяжелого дистиллятного и остаточного сырья. В последние годы резко интенсифицируются работы по совер шенствованию процессов гидрокрекинга остатков, основанных ни использовании реакторов со стационарным, кипящим или суспсидированным слоем катализаторов. Однако вследствие высокой скорости дезактивации катализаторов примесями, содержащимися в остаточном сырье, прямой гидрокрекинг на стационарном слое неэкономичен Предотвратить снижение активности катализаторов гидрокрекинги остатков можно двумя способами. 

1.  
   Эксплуатация установок гидрокрекинга в режиме низких степеней превращения — варианты легкого гидрокрекинга (ЛГК) с перера боткой остатков на установках гидрообессеривания. Существуют риз личные варианты включения установок ЛГК остатков в общую схему НПЗ, обеспечивающие высокую гибкость в отношении производство моторных топлив, например ЛГК в сочетании с последующей денс фальтизацией или термической обработкой.
2.  
   Предварительное облагораживание сырья посредством деасфаль тизации растворителем, термической (коксование, висбрекинг) или гидрогенизационной обработки.

 
            В современной нефтеперерабатывающей промышленности наиболее широко используется сочетание гидрокрекинга (ГК) с предварительной деасфальтизацией остатков растворителем и последующей переработкой деасфальтизата и асфальтита. Для утилизации последней' помимо традиционных способов (сжигание и парокислородная газифи кация) существует способ ГК асфальтита на гомогенном катализаторе, с помощью которого достигается высокая степень деметаллизации (90 %) и конверсии (70—80 %) асфальтенов. Однако при переработке' остатков и тяжелых нефтей с содержанием металлов более 500 мг/кг дс асфальтизация растворителем в качестве стадии подготовки сырья не эффективна. Для этого существуют процессы каталитической гидродеасфальтизации и гидродеметаллизации.