Реферат: Химическая технология органических веществ

Коксуемость, % (мас.) 0,3

Расход водорода и катализаторов в процессе гидрокрекинга высококилящего сырья значительно выше по сравнению с гидрокрекингом легких и средних дистиллятов, что увеличивает стоимость переработки такого сырья.

Пределы выкипания и качество сырья, подаваемого на переработку процессом гидрокрекинга, зависят от того, какие продукты желательно получить. В нефтеперерабатывающей промышленности США, где име­ется большая потребность в легких моторных топливах (бензинах и авиакеросинах), основным продуктом, получаемым на большинстве ус­тановок гидрокрекинга, являются легкие топливные фракции. Сырье таких установок - средние нефтяные дистилляты, циркулирующие га­зойли процесса каталитического крекинга, а также вакуумные дистил­ляты. В Европе имеется большая потребность в дизельном топливе. По­этому установки гидрокрекинга в странах Европы работают с получе­нием этого продукта, в качестве сырья используются в основном ваку­умные дистилляты.[209стр,1]

5.Управление процессом

Температура процесса гидрокрекинга дистиллятов, а также объемная скорость подачи сырья взаимосвязаны и определяют условия ведения процесса. Изменение одного из указанных параметров или одновре­менное изменение обоих является способом управления процессом гидрокрекинга, т. е. выходом и свойствами получаемых продуктов.

Температура реакции — наиболее важный фактор процесса гидро­крекинга. Величина температуры реакции зависит от происхождение сырья, желаемого качества продуктов и активности катализатора в дан­ный момент. Процесс гидрокрекинга может осуществляться в широком диапазоне температур: от 320 до 460 °С. С ростом температуры увеличи­вается скорость реакций деструкции углеводородов, что приводит к повышению степени превращения сырья в легкие продукты. При перера­ботке нефтяных дистиллятов температура реакции составляет обычно от 350 до 420 °С и лишь в отдельных случаях процесс проводят при темпера­туре выше 420 °С (в сырье высокое содержание азота).

Высокая температура реакции значительно снижает селективности процесса, в результате чего возрастает выход газов. Вместе с ростом температуры реакции уменьшается соотношение содержания изопарафиновых и н-парафиновых углеводородов в продуктах реакции и повы­шается расход водорода.

При высоких температурах (от 400 до 420 °С) значительно выше выход легких и газообразных продуктов и расход водорода, чем при низких температурах (от 360 до 380 °С). Поэтому наиболее целесообразно прово­дить процесс при возможно низкой температуре реакции. Понижение температуры при гидрокрекинге возможно в случае переработки отно­сительно легких дистиллятов в присутствии активных катализаторов сильной расщепляющей способностью (например, на цеолитсодержащих катализаторах). Для осуществления низкотемпературного процесса гидрокрекинга желательно предварительное удаление из сырья соеди­нений азота.

Температура реакции гидрокрекинга зависит и от объемной скорости подачи сырья. Понижая объемную скорость, можно проводить процесс при более низкой температуре и достигать требуемой степени превра­щения сырья за счет увеличения времени реагирования. Таким обра­зом, уменьшение объемной скорости подачи сырья позволяет снизить температуру процесса и способствует улучшению селективности про­цесса, повышению выхода целевых продуктов, уменьшению расхода водорода, а также увеличению продолжительности цикла работы катализатора.

Вследствие указанных особенностей большинство современных процессов гидрокрекинга дистиллятного сырья осуществляется при не­высоких значениях объемной скорости подачи сырья от 0,3 до 0,7 ч^-1 ,в отдельных случаях от 1,0 до 1,2 ч^-1

Катализатор гидрокрекинга за время эксплуатации подвергается дезактивации, что приводит к понижению степени превращения сырья.

На практике для устранения последствий дезактивации катализато­ра и поддержания выхода продуктов на постоянном уровне применяют ступенчатое повышение температуры реакции. Пределы изменения за­висят от начальной температуры: чем она ниже, тем выше может быть этот предел. Таким способом обеспечивается работа катализатора до момента его регенерации или полной замены. Если начальная темпера­тура на выходе из реактора составляет, например, 320 °С, то перед реге­нерацией катализатора она может достигать значений 420 °С, т. е. раз­ница температуры реакции в начале и в конце цикла составляет 100 °С. При высокой начальной температуре возможность повышения темпе­ратуры реакции ограничена от 30 до 50 °С.

В случае использования регенерированных катализаторов повыше­ние конечной температуры процесса по сравнению с начальной проис­ходит быстрее, чем для свежих катализаторов.

Влияние давления на процесс гидрокрекинга имеет очень большое значение. Выше 15 МПа реакции уплотнения молекул и коксообразования, сопровождающиеся блокированием активной поверхности ка­тализаторов углеродистыми отложениями, термодинамически подавля­ются. При давлении выше 30 МПа они обычно прекращаются. Поэтому окислительной регенерации катализаторов в последнем случае не тре­буется, а необходима лишь их замена через 2 года из-за рекристалли­зации. При высоком давлении все реакции, характерные для гидрокре­кинга, протекают стабильно с неизменной интенсивностью, присущей применяемым катализаторам в течение длительного времени. Особен­но существенно интенсифицируется при высоких давлениях гидриро­вание ароматических углеводородов вследствие устранения химических и термодинамических ограничений и облегчения подвода водорода к активной поверхности катализатора.

Известно, что расход водорода в процессах гидрокрекинга при дав­лении выше 15 МПа сильно возрастает из-за интенсифицирования ре­акции гидрирования ароматических углеводородов, особенно полицик­лических. При этом увеличение расхода водорода и утяжеление аппара­туры с повышением давления ведут к удорожанию процесса. Поэтому указанные условия целесообразны лишь при переработке тяжелых и особенно остаточных видов сырья.

При умеренных давлениях - от 5 до 15 МПа коксообразование и постепенное падение активности катализаторов происходят довольно медленно, но все же катализаторы дезактивируются и их необходимо подвергать окислительной регенерации.

Для процесса гидрокрекинга при давлении порядка 5 МПа харак­терна следующая особенность - в присутствии специальных катализа­торов может протекать диспропорционирование водорода, способству­ющее уменьшению расхода водорода. Утяжеление сырья (т.е. повыше­ние содержания в нем металлов, ароматических углеводородов и т.д.) требует повышения давления водорода (от 20 МПа до 30 МПа). При этом кон­центрация водорода в ВСГ должна быть не менее 90 % (об.).

Кроме того, жесткие требования предъявляются и к чистоте подпиточного (свежего) водорода, особенно в процессах, осуществляемых при высоком давлении. Снижение концентрации водорода в подпиточном газе вынуждает обогащать циркулирующий газ путем его отдува из системы; при этом падает эффективность использования водорода, снижается производительность установки, перегружается циркуляци­онный компрессор. В связи с этим практически все действующие уста­новки гидрокрекинга оснащают блоками концентрирования водорода, большинство из которых составляют установки короткоцикловой адсорбции, позволяющие получать газ с 99,5 % (об.) Н₂ и выше.

С повышением давления водорода существенно возрастают капи­тальные вложения и эксплуатационные затраты на установке гидрокре­кинга. Снижение давления ниже допустимого для данного вида сырья сокращает цикл работы катализатора и выход целевых продуктов, что приводит к ухудшению экономических показателей работы установки в целом.

В отдельных случаях возможен и вариант гидрокрекинга вакуумных дистиллятов при давлении от 5 МПа до 8 МПа (легкий гидрокрекинг). Однако в этом процессе выход светлых продуктов невелик, суммарный выход бензиновых и дизельных фракций не превышает от 30% до 40 % (мас).

Кратность циркуляции ВСГ. В процессе гидрокрекинга необходимо поддерживать избыток водорода в циркуляционном газе, так как све­жий водород, вводимый совместно с сырьем, интенсивно расходуется в химических реакциях процесса гидрокрекинга. Обеспечение требуемо­го парциального давления водорода в системе достигается путем удале­ния из циркулирующего водородсодержащего газа углеводородных га­зов, сероводорода и аммиака и введения в его состав свежего водорода.

Выбираемая для процесса кратность циркуляции водородсодержа­щего газа зависит от двух факторов: химического расхода водорода в процессе гидрокрекинга и чистоты водородсодержащего газа. Кратность можно рассчитать, если известно количество расходуемого водо­рода в процессе гидрокрекинга (в реакциях гидрокрекинга, гидрообессеривания и гидродеазотирования сырья), а также содержание водорода в продуктах реакции, выходящих из реактора.

Расход водорода определяют исходя из состава сырья и продуктов ре­акции или по материальному балансу работы установки. На от 0,5 до 3,0 моля продуктов, выходящих из реактора, приходится обычно один моль водо­рода, причем, как правило, процесс гидрокрекинга проводят с учетом бо­лее высокого значения этого показателя (т.е. около 3моль/моль). Зная химический расход водорода в процессе и содержание водорода в сырье и продуктах реакции, вычисляют кратность циркуляции водородсодер­жащего газа.

Выбор небольших значений кратности циркуляции водородсодер­жащего газа (ниже 500 м³ /м³ ) возможен только в случае весьма мягкого процесса гидрокрекинга при малых степенях превращения сырья.

Значения выше 1500 м³ /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 от 800 до 1200 м³ /м³ и обычно от 2 до 4 раза выше химического рас­хода водорода. Значение кратности циркуляции тем выше, чем тяжелее сырье, выше степень его превращения, а также чем легче получаемые продукты.

Увеличение кратности циркуляции водородсодержащего газа приво­дит к росту эксплуатационных затрат в процессе гидрокрекинга из-за необходимости сжатия и нагрева большого потока водородсодержащего газа. Поскольку значительное влияние на величину кратности циркуля­ции оказывает концентрация водорода в газе, необходимо глубоко очи­щать рециркулирующий водородсодержащий газ. Повышение концент­рации водорода от 80 до 90 % (об.) позволяет понизить кратность цирку­ляции такого газа более чем на 20 %, что существенно снижает затраты по эксплуатации установки.

Расход водорода. Уровень расхода водорода в процессе гидрокрекин­га оказывает решающее влияние на эксплуатационные затраты, а также на величину капитальных затрат при строительстве установки. Так, сто­имость установки гидрокрекинга мощностью около 1 млн м³ /год, по­требляющей водород в количестве 530м³ /м³ сырья, в несколько раз выше стоимости аналогичной установки той же мощности, потребляю­щей 170 м³ /м³ водорода. Удельный вес стоимости водорода в эксплуата­ционных затратах по установке составляет в среднем от 40 до 75 %. Пробле­ма снижения расхода водорода имеет решающее значение при оценке эффективности применения процесса гидрокрекинга на нефтеперера­батывающем заводе.

Количество расходуемого водорода в процессе гидрокрекинга неф­тяных дистиллятов определяется характером химических реакций, иду­щих в присутствии водорода. В процессе гидрокрекинга эти реакции можно разделить на три группы:

1) собственно реакции гидрокрекинга;