Проектирование установки гидроочистки вакуумного газойля мощностью 2,4 млн т/год по сырью с применением модифицированного алюмокобальтникельмолибденового катализатора

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В связи с необходимостью переработки сернистых и высокосернистых нефтей технология переработки должна включать гидрогенизационные процессы очистки нефтепродуктов от серы и других вредных примесей (в том числе в процессе каталитического крекинга).

Задачей, стоящей перед нефтехимическими предприятиями, является углубление переработки нефти и газа. В соответствии с [1,2] сектор переработки нефти и газа нужно интенсивно развивать за чет создания интегрированного нефтегазохимического комплекса с целью удовлетворения отечественными нефтеперерабатывающими заводами потребности страны в топливе высокого качества.

Возник вопрос, что лучше подвергать очистке: продукты крекинга или исходное сырье. В процессе эксплуатации установок на отечественных и зарубежных предприятиях была показана некоторая экономическая эффективность от предварительной гидроочистки сырья [3]. Поэтому возникла идея создания комбинированных установок, в составе которых наряду с каталитическим крекингом имеется секция гидроочистки сырья.

Комбинирование ряда процессов позволило оптимально использовать тепло технологических потоков.

Актуальность планируемой работы, состоит в том,что в настоящее время ужесточаются требования к содержанию серы в различных видах моторного топлива. Данная курсовая работа нацелен на решение этой задачи с достижением стандартов Евро-4 и евро-5.

Цель нашего проекта заключается в выборе наиболее оптимального катализатора для процесса гидроочистки вакуумного газойля.

В данной курсовой работе предлагаем внести метод гидроочистки вакуумного газойля путем использования модифицированного кобальтникельмолибденового катализатора процессов гидрообессеривания с заявленной глубиной гидроочистки 99%.

Предлагаемое нами новшество позволяет снизить содержание серы в сырье с 1,6 до 0,016% мас. и, следовательно, улучшить качество продуктов каталитического крекинга.

Практическая значимость вводимого новшества заключается в том, что оно наиболее прогрессивно, так как при его использовании увеличивается глубина гидрообессеривания до 99% что повышает экономическую эффективность процесса каталитического крекинга.

Таким образом, выбранный нами способ осуществления технологического процесса является наиболее целесообразным.

1 Литературный обзор

Процесс гидроочистки основан на реакциях гидрогенизации серосодержащих соединений, представленных в нефти меркаптанами, сульфидами, тиофенами с разрывом связи углерод-сера и насыщением ненасыщенных связей. Наряду с серосодержащими соединениями при гидроочистке гидрируется большое количество непредельных углеводородов, смол, азот- и кислородсодержащих органических соединений и разрушаются металлоорганические соединения, содержащиеся в тяжелых фракциях нефти, например, в вакуумных газойлях, используемых как сырье каталитического крекинга [4, 5].

Серосодержащие соединения в зависимости от своего строения при каталитическом гидрировании под давлением водорода превращаются в парафины, нафтены и ароматические углеводороды с выделением сероводорода.

Устойчивость серосодержащих соединений возрастает в ряду: меркаптаны < дисульфиды < сульфиды < тиофены.

С возрастанием молекулярной массы сернистых соединений скорость гидрообессеривания снижается.

Ниже приведены реакции гидрирования сернистых соединений в процессах гидроочистки на катализаторе [6]:

- свободная серы: S + H₂ → H₂S;

- меркаптаны: RSH + H₂ → RH + H₂S;

- сульфиды: RSR^’ + 2H₂ → RH + R’H + H₂S;

- дисульфиды: RSSR’ + 3H₂ → RH + R’H + 2H₂S;

- тиофены: R CH CH + H₂ → R CH CH₂ CH₃ + H₂

CH CH CH₃

S

Гидрирование азотсодержащих соединений сопровождается выделением аммиака. Они более устойчивы, чем сернистые и кислородсодержащие органические соединения. Кислородсодержащие соединения легко вступают в реакцию гидрогенизации, образуя соответствующие углеводороды и воду.

Наряду с гидрогенизацией серосодержащих соединений в условиях гидрообессеривания происходят разнообразные реакции углеводородов, сводящиеся к их разрушению и рекомбинации водорода. К таким реакциям относятся изомеризация парафинов и нафтенов и гидрирование непредельных углеводородов.

Наиболее устойчивые к гидрированию соединения – арены, которые при гидроочистке насыщаются в малых количествах или не реагируют с водородом вообще.

Условия проведения процесса гидроочистки зависят от фракционного и химического состава сырья, от необходимой глубины обессеривания, используемого катализатора и его состояния.

Кинетика процесса лучше всего изучена в отношении гидрогенолиза серосодержащих соединений. Скорость гидрогенолиза r в литературе описывается уравнением [7]:

r = kSⁿ (1)

где k – константа скорости,

S – содержание серы в сырье, % мас.,

n – порядок реакции по углеводородам, содержащим серу.

Основные параметры, характеризующие гидроочистку, это температура, давление, объемная скорость, подачи сырья и кратность циркуляции водородсодержащего газа по отношению к сырью.

Температура. Скорость гидроочистки возрастает с повышением температуры, однако при этом снижается селективность катализатора в необходимых реакциях, увеличивается образование легких продуктов и закоксовывание катализатора.

Тяжелое, термически устойчивое сырье очищают при более низких температурах, нежели легкое сырье [4]. Наиболее целесообразно вести процесс при максимальной температуре, которая не вызывает отложение кокса на катализаторе, предел которой в зависимости от условий проведения процесса и характера сырья находится в пределах 350-450ºС. Во избежание закоксовывания катализатора нежелательно проводить гидроочистку при температуре выше 420 ºС.

Давление. Повышение давления увеличивает скорость реакций гидроочистки и уменьшает отложения кокса. Рабочее давление в зависимости от характеристик сырья и цели процесса – гидроочистка или гидрокрекинг – лежит в пределах 3-15 Мпа. Для процесса гидроочистки оптимальным является давление от 4 до 6 Мпа.

Объемная скорость подачи сырья. Объемная скорость оказывает явление не степень и селективность обессеривания, а также на соотношение скорости реакций гидроочистки и гидрокрекинга. Чем выше активность катализатора, тем с более высокой объемной скоростью подачи сырья модно вести процесс, поддерживая заданную глубину гидрообессеривания, поэтому с учетом принятой в проекте глубины обессеривания 99% оптимальной считается объемная скорость в пределах 1,2-5 м³/ч.

В качестве катализаторов гидрооблагораживания сернистых сернистых нефтепродуктов наибольшее распространение получили алюмокобальтмолибденовые и алюмоникельмолибденовые катализаторы, поскольку они обладают высокой активностью в разрыве связей C-S, C-N и C-O, в реакциях насыщения двойных связей в алкенах, низкой активностью в нежелательных реакциях крекинга, полимеризации и конденсации, высокой термостойкостью практически полным отсутствием чувствительности к каталитическим ядам.

Кратность циркуляции водородсодержащего газа. При повышении давления в системе при постоянном мольном отношении водород-сырье и других параметров процесса увеличивается скорость процесса:

- в жидкофазном процессе – за счет увеличения концентраций реагирующих компонентов;

- в газофазном – за счет повышения парциального давления водорода, что повышает скорость его диффузии через пленку жидкости к поверхности катализатора.

Кроме того, повышение парциального давления водорода замедляет реакции дегидрирования и коксообразования. В рассматриваемом процесса оптимальной считается кратность циркуляции водородсодержащего газа 500нм³/м³.