Гидрокрекинг нефтяного сырья

1. Гидрокрекинг нефтяного сырья

ГИДРОКРЕКИНГ
НЕФТЯНОГО
СЫРЬЯ

2.

ПЛАН ЛЕКЦИИ
1 Теоретические сведения
2 Основные факторы процесса
3 Описание установки ГК ДТ

3. Назначение процесса

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА
Углубление переработки нефти,
удаление гетероатомных соединений,
получение дополнительного
количества дистиллятных фракций из
тяжелого нефтяного сырья

4. Классификация схем гидрокрекинга

КЛАССИФИКАЦИЯ СХЕМ ГИДРОКРЕКИНГА
В зависимости от вырабатываемых продуктов
Газовый
Бензиновый
Авиакеросиновый
Дизельный
Масляный
В зависимости от глубины процесса
Неглубокий (сырье КК, малосернистое котельное топливо)
Глубокий (получение светлых нефтепродуктов)
В зависимости от глубины конверсии
Одноступенчатый
Двухступенчатый
В зависимости от давления
Обычный (15-20 МПа)
Легкий (5-7 МПа)

5. Теоретические сведения

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В
современной
нефтепереработке
реализованы
следующие
типы промышленных процессов гидрокрекинга:
1) гидрокрекинг бензиновых фракций
2) селективный гидрокрекинг бензинов, керосинов, дизельных
топлив (каталитическая депарафинизация)
3) гидродеароматизация прямогонных керосиновых и дизельных
фракций и газойлей каталитического крекинга
4) легкий гидрокрекинг вакуумных газойлей
5) гидрокрекинг вакуумных газойлей
6) гидрокрекинг нефтяных остатков

6. Теоретические сведения

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Химизм процесса ГК
В основе каталитических процессов гидрокрекинга
нефтяного сырья лежат реакции:
- гидрогенолиза гетероорганических соединений серы,
азота, кислорода
- гидрирования
ароматических углеводородов и
непредельных соединений
- крекинга парафиновых и нафтеновых углеводородов
- деалкилирования циклических структур
- изомеризации образующихся низкомолекулярных
парафинов.

7. Химизм процесса ГК

ХИМИЗМ ПРОЦЕССА ГК

8. Химизм процесса ГК

ХИМИЗМ ПРОЦЕССА ГК

9. Химизм процесса ГК

ХИМИЗМ ПРОЦЕССА ГК

10. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
1 Катализаторы
Катализаторы состоят из трех компонентов
- Кислотного
- Дегидро-гидрирующего
- Связующего
В качестве кислотного компонента, выполняющего крекирующую и
изомеризующую функции, используют твердые кислоты, входящие в
состав катализаторов крекинга: цеолиты, алюмосиликаты и оксид
алюминия. Для усиления кислотности в катализатор иногда вводят
галоген.
- Гидрирующим компонентом являются металлы VIII (Ni, Co,
иногда Pt или Pd) и VI групп (Мо и W). Для активирования
катализаторов используют разнообразные промоторы: Re (рений), Rh
(родий), Ir (иридий), РЗЭ и др.
- Функции связующего выполняет кислотный компонент (оксид
алюминия, алюмосиликаты), а также оксиды кремния, титана,
циркония, магний и цирконийсиликаты.

11. Основные факторы процесса 1Катализаторы

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
1Катализаторы
Сульфиды и оксиды молибдена и вольфрама с промоторами
являются бифункциольными катализаторами
Они активны в реакциях гидрирования-дегидрирования
(гомолитических) и гидрогенолиза гетероатомных
соединений (гетеролитических)
Кислотный компонент осуществляет реакции крекинга
С-С связей
На алюмосиликатном носителе (крупнопористый) – реакции
первичного неглубокого крекинга высокомелекулярных
углеводородов
На цеолите – реакции последующего более глубокого крекинга
с изомеризацией среднемолекулярных углеводородов
Катализаторы ГК - полифункциональные

12. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
1 Катализаторы
При гидрокрекинге нефтяных остатков исходное
сырье целесообразно подвергнуть
предварительной деметаллизации и
гидрообессериванию на серо- и азотостойких
катализаторах с высокой металлоемкостью и
достаточно высокой гидрирующей, но низкой
крекирующей активностью.

13. Степень превращения сырья от содержания цеолита в катализаторе и объемной скорости подачи сырья

СТЕПЕНЬ ПРЕВРАЩЕНИЯ СЫРЬЯ ОТ
СОДЕРЖАНИЯ ЦЕОЛИТА В КАТАЛИЗАТОРЕ И
ОБЪЕМНОЙ СКОРОСТИ ПОДАЧИ СЫРЬЯ

14. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
2 Температура
Оптимальный интервал температур 360…460 °С с
постепенным их повышением от нижней границы к верхней по
мере падения активности катализатора.
При более низкой температуре:
- реакции крекинга протекают с малой скоростью,
- более благоприятен химический состав продуктов: большее
содержание нафтенов и соотношение i-парафин : н-парафин.
Чрезмерное повышение температуры ограничивается
термодинамическими факторами (реакций гидрирования
полициклических ароматических соединений) и усилением роли
реакций газо- и коксообразования.

15. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
2 Температура
С ростом температуры - увеличивается скорость
деструкции углеводородов, повышается степень
превращения сырья в легкие продукты
Высокая температура – снижает селективность процесса,
возрастает выход газа , уменьшается соотношение iпарафиновых и н-парафиновых, повышается расход
водорода
Содержание азота в сырье определяет выбор
температуры
0,004% масс азота
357-367оС
0,01 % масс азота
387-397оС
0,16% масс. азота
427-437оС

16. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
2 Температура
Выход продуктов гидрокрекинга вакуумного газойля
в зависимости от температуры
Продукты
Сероводород
С1-С2
360-400
2,3
5,7
400-420
2,3
6,5
С3-С4
С5-С6
4,3
2,6
10,6
17,6
Бензин (нк-180оС)
Дизельное топливо (180-350оС)
12,7
66,9
33,4
25,4
Рециркулят (более 350оС)
7,9
8,3
Расход водорода, % об.
2,4
4,1

17. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
3 Давление
Большинство
промышленных
установок
гидрокрекинга работает под давлением 15…17 МПа.
Для
гидрокрекинга
нефтяных
остатков
с
использованием
относительно
дорогостоящих
катализаторов применяют давление 20 МПа.
Гидрокрекинг прямогонных легких газойлей с низким
содержанием азота можно проводить при относительно
низком давлении - около 7 МПа.

18. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
3 Давление
При высоком давлении (17-20 МПа) – подавляются
реакции уплотнения молекул, коксообразование,
блокирование активных центров катализатора
углистыми отложениями и при 30МПа –
прекращаются
При высоком давлении все реакции крекинга
протекают стабильно
Интенсифицируются реакции гидрирования
ароматических углеводородов
С увеличением давления - увеличивается расход
водорода, происходит утяжеление аппаратуры и
удорожание процесса

19. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
3 Давление
При умеренных давлениях(5-15 МПа) – медленно
проходит коксообразование и падение активности
катализатора
Однако – катализатор дезактивируется
При давлении порядка 5 МПа – в присутствии
специальных катализаторов – реакции
диспропорционирования водорода , уменьшение
расхода водорода, процесс дешевле
Давление – определяет качество и выход продуктов
гидрокрекинга

20. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
3 Давление
Влияние давления водорода на скорость дезактивации
катализатора

21. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
3 Давление
Влияние давления водорода на глубину реакций в процессе
гидрокрекинга, % масс.
Процесс
Гидрообессеривание
Деазотирование
Гидрирование
ароматических
углеводородов
15-17 МПа
95-98
90-95
70-80
10-12 МПа 5-8 МПа
93-97
90-95
75-85
40-50
10-12
10-20

22. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
4 Объемная скорость подачи сырья
Объемная скорость подачи сырья при гидрокрекинге
вследствие предпочтительности проведения процесса при
минимальной температуре обычно низка (0,2…0,5 ч–1).
При ведении процесса в режиме мягкого гидрокрекинга
она выше и достигает до 1 ч–1.
Для повышения конверсии сырья используют
рециркуляцию фракций, выкипающих выше целевого
продукта.
Чем ниже объемная скорость подачи сырья тем
- ниже температура процесса,
- выше селективность процесса,
- повышается выход продуктов,
- уменьшается расход водорода,
-уменьшается продолжительность цикла работы катализатора

23. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
4 Объемная скорость подачи сырья
Зависимость выхода фракций от объемной скорости подачи сырья при
различных температурах гидрокрекинга

24. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
5 Кратность циркуляции ВСГ
Необходимо поддерживать избыток водорода в ЦВСГ
Вводится свежий водород
Кратность зависит от
- химического расхода водорода на реакции
- чистоты ВСГ
Чем тяжелей сырье – тем выше кратность циркуляции
С увеличением кратности циркуляции ВСГ –
увеличивается степень превращения сырья,
получаются более легкие продукты
Обычная кратность циркуляции в диапазоне
800 до 2000 м3/м3

25. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
6 Расход водорода
Зависит
- от назначения процесса,
- используемого сырья,
- катализатора,
- режима процесса,
- глубины гидрокрекинга и других факторов.
Чем легче продукты гидрокрекинга и тяжелее гидрокрекируемое
сырье, тем больше расход водорода и тем выше должно быть
соотношение водород : сырье.
Большое потребление водорода идет на гидрирование
ароматических углеводородов
С ростом содержания серы и азота в сырье увеличивается расход
водорода

26. Расход водорода от глубины превращения сырья

РАСХОД ВОДОРОДА ОТ ГЛУБИНЫ
ПРЕВРАЩЕНИЯ СЫРЬЯ
1 – общий
2 – на гидрогенолиз
3 – на превращение
нафтеновых
углеводородов
4 – на гидрокрекинг
5 – на гидрирование
ароматических
углеводородов

27. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
7 Качество сырья
Требования
Содержание азота, % масс.
Содержание тяжелых металлов, г/т
Содержание асфальтенов, % масс.
Коксуемость, % масс.
не более 0,12
не более 2
не более 0,05
не более 0,3

28. Основные факторы процесса

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА
8 Тепловой эффект гидрокрекинга
Реакции крекинга – эндотермичны
Реакции гидрирования – экзотермичны
Суммарный тепловой эффект – положительный
Чем выше глубина крекинга – тем выше экзотермичность
В процессе гидрокрекинга необходимо отводить тепло из
зоны реакции

29. Тепловой эффект гидрокрекинга от расхода водорода и глубины превращения сырья

ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ГИДРОКРЕКИНГА
ОТ РАСХОДА ВОДОРОДА И ГЛУБИНЫ
ПРЕВРАЩЕНИЯ СЫРЬЯ

30. Технологические схемы процесса гидрокрекинга

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
ПРОЦЕССА ГИДРОКРЕКИНГА
А – одноходовой процесс
Б - одноступенчатый процесс
В- двухступенчатый процесс
1- реактор
2 – колонна фракционирования

31. Установка Гидрокрекинга вакуумного газойля

УСТАНОВКА ГИДРОКРЕКИНГА
ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ

32. Реактор гидрокрекинга

РЕАКТОР
ГИДРОКРЕКИНГА
Высота – 15-20 м
Диаметр – 2-3 м
Вес – 500-700 т
Несколько полок для
катализатора (3-5)
Между слоями катализатора
предусмотрен ввод холодного
водорода
Реактор снаружи имеет слой
изоляции
1 – штуцер для термопары
2 – решетка
3 – корпус
4 – распределительная тарелка
5 – футеровка
6 – катализатор
7 – фарфоровые шары

33. Примерный материальный баланс процесса Гидрокрекинга вакуумного газойля

ПРИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
ПРОЦЕССА ГИДРОКРЕКИНГА ВАКУУМНОГО
ГАЗОЙЛЯ
Показатели
Выход, % об.
Бутан
Легкий бензин
Целевой продукт
Бензин Реактивное Дизельное
топливо
топливо
16,0
6,3
3,8
33,0
12,9
7,9
Тяжелый бензин
Реактивное топливо
Дизельное топливо
75,0
-
11,0
89,0
-
9,4
94,1
Расход водорода, м3/м3
на сырье
361
312
260

34. Двухступенчатый гидрокрекинг «Юникрекинг» 1- реактор 1-ой ступени, 4 – реактор 2-ой ступени, 6 – сепараторы, 8 –

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ГИДРОКРЕКИНГ
«ЮНИКРЕКИНГ»
1- РЕАКТОР 1-ОЙ СТУПЕНИ, 4 – РЕАКТОР 2-ОЙ СТУПЕНИ,
6 – СЕПАРАТОРЫ, 8 – РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА

35. Схема установки гидрокрекинга «ФИН-Басф» 1 - теплообменник; 2 - трубчатая печь; 3 - реактор; 4 - сепаратор; 5 - фракционирующая

СХЕМА УСТАНОВКИ ГИДРОКРЕКИНГА «ФИН-БАСФ»
1 - ТЕПЛООБМЕННИК; 2 - ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ; 3 - РЕАКТОР; 4 - СЕПАРАТОР; 5 ФРАКЦИОНИРУЮЩАЯ КОЛОННА; 6 - НАСОС; 7 - ХОЛОДИЛЬНИК. ПОТОКИ: I — СЫРЬЕ; II —
ВОДОРОД; III — ТОПЛИВНЫЙ ГАЗ C1-C2; IV — СЖИЖЕННЫЙ ГАЗ С3-C4; V— ЛЕГКИЙ БЕНЗИН;
VI — ТЯЖЕЛЫЙ БЕНЗИН; VII — ВОДА.

36. Принципиальная схема установки гидрокрекинга с реактором T-Star

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ
ГИДРОКРЕКИНГА С РЕАКТОРОМ T-STAR

37. Схема реактора процесса "Н-Oil" с тройным суспензированным слоем "кипящего" катализатора

СХЕМА РЕАКТОРА ПРОЦЕССА
"Н-OIL" С ТРОЙНЫМ
СУСПЕНЗИРОВАННЫМ СЛОЕМ
"КИПЯЩЕГО" КАТАЛИЗАТОРА
1 - корпус; 2 - центральная труба для
сепарации паров от жидкости и
примесей катализатора; 3 распределительная тарелка; 4 решетки; 5 - труба для ввода свежего
катализатора; 6, 7 - шлюзовые
камеры; 8 - насос;
потоки: I- сырье; II - продукты
реакции; III -свежий катализатор; IV отработанный катализатор; V циркулирующая жидкость; А - слой
кипящего катализатора; В суспендированный слой; D - тройной
слой (газ - жидкость - катализатор); С
- зона сепарации жидкости