Переработка Нефти

ГИДРОКРЕКИНГ

.. Скорее связь вещей порвется В Шекспир «Макбет»

Гидрокрекинг — процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический рифор - минг, поэтому он более эффективно осуществляет те же задачи, что и эти два процесса. 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). И, вероятно, самое важное — то, что при гидрокрекинге не образует­ся никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кок­са, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.

Технологический процесс

Слово гидрокрекинг расшифровывается очень просто. Это каталитический крекинг в присутствии водорода. 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.

Задумайтесь на минуту, насколько полезным может оказаться процесс гидрокрекинга. Его самое важное пре­имущество — это способность переключать мощности нефтеперерабатывающего завода с выпуска больших ко­личеств бензина (когда установка гидрокрекинга работа­ет) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).

К гидрокрекингу во многом применима известная шутка спортивного тренера, пренебрежительно заявляю­щего по поводу перехода его игрока в команду соперни­ков: «полагаю, это усилит обе команды». Гидрокрекинг повышает качество как компонентов бензина, так и дис­тиллята. Он потребляет худшие из компонентов дистил­лята и выдает компонент бензина выше среднего каче­ства.

Следует отметить еще один момент: в процессе гидро­крекинга образуются значительные количества изобута - на, что оказывается полезным для управления количе­ством сырья в процессе алкилирования.

В настоящее время широко используется около десяти различных типов гидрокрекинг-установок, но все они очень похожи на типичную конструкцию, описанную в следующем разделе.

Оборудование и химические реакции

Катализаторы гидрокрекинга, к счастью, менее цен­ны и дороги, чем катализаторы Обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия. (Наверное, Вас давно интересовало, для чего вообще нужны эти метал­лы.) 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 двух реакторах, как показано на рисунке

Сырье смешивается с водородом, нагретым до 290— 400°С (550—750°F) и находящимся под давлением 1200— 2000 psi (84—140 атм), и направляют в первый реактор. 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. 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. Другими словами, эта реакция, которая называется гидрирование, является экзотермической. Таким образом, водород дает тепло, необходимое для протекания кре­кинга.

Другой аспект, в котором они дополняют друг друга, — это 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, и таким образом предотвращается повтор­ное получение нежелательных молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов).

Когда углеводородная смесь выходит из первого реак­тора, ее охлаждают, сжижают и пропускают через сепа­ратор для отделения водорода. Водород снова смешивают с сырьем и направляют в процесс, а жидкость подают на перегонку. Продукты, полученные в первом реакторе, разделяются в ректификационной колонне, и в зависи­мости от того, что требуется в результате (компоненты бензина, реактивное топливо или газойль), отделяется их часть. Керосиновую фракцию можно выделить как бо­ковой погон или оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.

Остаток от перегонки снова смешивают с током водо­рода и запускают во второй реактор. Так как это веще­ство уже подвергалось гидрированию, крекингу и ри - формингу в первом реакторе, процесс во втором реакто­ре идет в более жестком режиме (более высокие темпе­ратуры и давления). Как и продукты первой стадии, смесь, выходящая из второго реактора, отделяется от водорода и направляется на фракционирование.

Представьте себе, какое оборудование потребуется для процесса, проходящего при 2000 psi (140 атм) и 400°С Толщина стенок стального реактора иногда до­стигает см. Основная проблема — это 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.

Продукты и выходы. Еще одним замечательным свой­ством процесса гидрокрекинга является увеличение объе­ма продуктов на 25%. Сочетание крекинга и гидрирова­ния дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья. Ниже приведе­но типичное распределение выходов продуктов гидро­крекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга. Продукты гидрокрекинга — это две основные фракции, которые используются как ком­поненты бензина.

Объемные доли

Сырье:

Газойль коксования 0,60 Светлые фракции с установки кат. 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

В таблице не указано требуемое количество водоро­да, которое измеряется в стандартных кубических фу­тах на баррель 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). Более подробная ин­формация на эту тему содержится в главе XIII «Дистил- лятные топлива» и в главе XIV «Нефтяной битум и оста­точное

Гидрокрекинг остатка. Существует несколько моделей установок гидрокрекинга, которые были сконструирова­ны специально для переработки остатка или остатка от вакуумной перегонки. Большинство из них работает по типу установок гидроочистки, как опи­сано в главе XV. 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.

Резюме. Теперь, когда мы можем включить установку гидрокрекинга в общую схему переработки нефти, необ­ходимость согласованных операций становится очевид­ной. 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, ал- килирование и риформинг также следует учитывать при планировании распределения продуктов гидрокрекинга.

УПРАЖНЕНИЯ

Проанализируйте различия между гидрокрекингом, каталитическим и термическим крекингом с точки зрения сырья, движущей силы процесса и группового состава продуктов.

Как взаимодополняют друг друга гидрокрекинг и ка­талитический крекинг? Риформинг и гидрокрекинг?

Изобразите технологическую схему нефтеперерабаты­вающего завода, включив туда установку гидрокре­кинга.