Производство дизельного топлива

Расход водорода на растворение  и потери его через неплотности  системы. В схему гидроочистки моторных топлив после реактора и системы теплообмена продуктов реакции с сырьем включен сепаратор для разделения циркулирующего водородсодержащего газа и гидрогенизата. Давление сепарации зависит от перепада давления в системе циркуляции водородсодержащего газа, температура - от выбранного варианта схемы теплообмена: 40-50°С при холодной сепарации гидрогенизата и 160-230 °С при горячей. Растворимость водорода также зависит от природы жидкой фазы и ее количества. С уменьшением плотности растворителя, например в ряду: дизельное топливо - керосин - бензин, растворимость водорода возрастает. Чем больше образуется при сепарации жидкой фазы, тем больше расходуется водорода на растворение. Количество растворенного водорода в процессе гидроочистки можно определить расчетом газового баланса на ЭВМ. Однако в некоторых случаях необходимо иметь предварительные данные по общему расходу водорода. Как показал опыт эксплуатации установок гидроочистки, водородсодержащий газ теряется через неплотности системы, а также через сальниковые уплотнения компрессоров циркуляционного газа. Эти потери не зависят от вида перерабатываемого сырья, на их величину влияет состояние оборудования и культура эксплуатации установок. Утечка водорода на установках гидроочистки составляет 0,009-0,02% (масс.) на сырье.

 

1.4 Влияние факторов  на процесс

Для получения качественных дизельных  топлив необходимо исходную дизельную  фракцию достаточно полно освободить от сернистых и смолистых соединений, непредельных углеводородов и в  некоторых случаях частично от ароматических углеводородов.

Указанная цель успешно достигается  при гидроочистке сернистых дизельных  фракций на АКМ или АНМ катализатора при следующих параметрах процесса:

1.4.1 Температура

Реакции гидрирования сернистых, азотистых и кислородных соединений протекают при определенных температурах. Выбор температуры зависит от состава и качества сырья, а также от заданного качества получаемых нефтепродуктов (тяжелое, термически менее стойкое сырьё очищают при более низких температурах). При гидроочистке дизельных топлив наиболее распространен интервал температур 370-400 ^оС. С повышением температуры возрастает степень гидрирования сернистых и непредельных соединений и степень гидрогенизации ароматических углеводородов. Однако при температуре выше 420^оС интенсивность гидроочистке увеличивается незначительно, вместе с тем уменьшается выход целевых продуктов, усиливается гидрокрекинг и увеличивается отложение кокса на катализаторе, что сокращает срок его работы.

Подбор оптимальных температур зависит от качества исходного сырья, от условий ведения процесса, потери активности катализатора с течением времени и лежит в пределах 300-400^оС.

Тяжелое сырьё очищается при  более низкой температуре, чем легкое сырьё. Наиболее целесообразно вести  процесс при максимальной температуре, не вызывающей образование кокса. При повышении температуры степень гидрирования сернистых соединений возрастает, достигая при 420^оС максимума.

При дальнейшем повышении температуры  степень гидрирования снижается: для  сернистых соединений незначительно, для непредельных углеводородов довольно резко, т.к. при повышении температуры происходят реакции гидрокрекинга, в результате которых снижается выход низких продуктов и увеличивается отложение кокса на катализаторе.

Реакции экзотермичны, количество выделяемого тепла зависит от содержания серы и непредельных углеводородов в сырье.

1.4.2 Давление

С повышением общего давления в системе  увеличивается степень обессеривания  сырья, уменьшается коксообразование и увеличивается срок службы катализатора. Процесс гидроочистки проводится под давлением 20-50 атм. Вблизи верхнего предела рост степени обессеривания от повышения давления незначителен.

При изучении факторов, влияющих на глубину  гидроочистки, было определено, что  гидрированию, в основном, способствует не повышение общего давления в системе, а то, что с повышением общего давления в системе гидроочистки растет парциальное давление водорода. При увеличении парциального давления водорода до 30 атм. степень сернистых соединений увеличивается довольно резко, а выше 30 атм. – очень незначительно.

За счет повышения парциального давления водорода ускоряются процессы насыщения олефинов и гидрогенизации ароматических углеводородов, а  также снижается степень закоксовывания катализатора, что удлиняет продолжительность его работы. Оптимальное давление 3-4 МПа.

1.4.3 Объемная скорость подачи  сырья

Объёмной скоростью называется отношение объёма сырья, подаваемого  в редактор в час, к объёму катализатора. С увеличением объёмной скорости уменьшается время пребывания сырья в реакторе, и, наоборот, с уменьшением объёмной скорости увеличивается время контакта, паров сырья с катализатором и, следовательно, углубляется степень очистки.

Однако с уменьшением объёмной скорости уменьшается количество пропускаемого через реактор сырья, т.е. уменьшается производительность установки. Поэтому, для каждого вида сырья определяется максимально допустимая объёмная скорость и процесс гидроочистки ведут именно при этой скорости подачи сырья.

При подборе объёмной скорости учитывается не только фракционный и химический состав сырья, но и состояние катализатора, а также и другие показатели (температура, давление), влияющие на степень гидрообессеривания. Объемная скорость процесса гидроочистки дизельного топлива составляет не более 6 м³/час на 1 м³ загрузке катализатора.

Объёмная скорость в  зависимости от различных факторов колеблется от 1,0 до 2,5 час^-1.

1.4.4 Кратность циркуляции водород  содержащего газа

Термодинамические расчеты показывают, что уже в присутствии теоретически необходимого количества водорода реакции гидрирования смогут протекать до практически полного завершения.

Однако скорость реакции при  этом будет крайне мала вследствие низкого парциального давления водорода. Поэтому процесс гидрообессеривания проводят с избыточным количеством водорода.

При повышении содержания водорода в газо-сырьевой смеси скорость процесса увеличивается, однако, заметное возрастание скорости реакции при  этом происходит только до определенного  предела. Увеличение объёма циркулирующего водорода снижает также коксообразование на катализаторе. При уменьшении подачи водородсодержащего газа степень гидроочистки снижается из-за недостатка водорода. Для разных условий оптимальной является подача водородосодержащего газа 500-700 м³/м³ жидкого сырья (при нормальных условиях) при концентрации водорода 70-90(масс)%.

В настоящее время в  промышленности применяются, в основном, гидроочистка с рециркуляцией водородосодержащего  газа.

Относительное количество подаваемого водородосодержащего  газа выражается объёмом циркулирующего газа в нормальных кубометрах, приходящихся на 1м³ жидкого сырья.

Концентрация водорода в циркулирующем  газе не менее 50% объёмных. Парциальное  давление водорода в циркулирующем  газе не менее 20 атм.

1.4.5 Качество сырья

При наличии в сырье смолистых соединений (тяжелые фракции, фракции вторичного происхождения) закоксовывание катализатора ускоряется. Поэтому при переработке фракций вторичного происхождения требуется увеличение концентрация водорода в циркулирующем водородосодержащем газе, так как часть водорода расходуется на гидрирование непредельных углеводородов, содержание которых в этих фракциях выше, чем в прямогонном сырье.

Наличие в сырье легких фракций  приводит к непроизводительной загрузке установки и, в конечном счете, к  уменьшению выхода готовой продукции.

 

2. Аппаратурное оформление  процесса

2.1 Описание технологической схемы  процесса

Технологическая схема процесса гидроочистки дизельного топлива представлена на рисунке 1.

Дизельное топливо (сырье) подается сырьевым насосом (12) на смешение с водородсодержащим газом. Смесь газа и сырья нагревается в межтрубном пространстве теплообменников реакторного блока (13) и в печи (1) до температуры реакции, далее поступает в реакторы гидроочистки (2) и (3), где происходит разложение серу-, азот- и кислородсодержащих соединений, а также гидрирование непредельных и отчасти ароматических углеводородов.

Смесь водородсодержащего газа и продуктов гидрирования отдает свою теплоту газосырьевой смеси, проходя  через трубное пространство теплообменников (13), и охлаждается в холодильнике (4). Затем смесь поступает в сепаратор высокого давления (5), где циркулирующий газ отделяется от жидкого гидроочищенного продукта. Из сепаратора (5) водородсодержащий газ направляется на очистку от сероводорода в абсорбер (18), где сероводород поглощается раствором моноэтаноламина. Очищенный газ поступает на прием компрессора (14), которым возвращается в систему циркуляции водорода. Водородсодержащий газ со стороны смешивается с циркулирующим водородсодержащим газом перед компрессором. Если в результате реакции содержание водорода в циркулирующем газе резко снижается, часть этого газа отдувается после абсорбера (18).

В жидком гидрогенизате после  сепаратора (5) содержатся растворенные водород, метан, этан, пропан и бутан. Для их выделения гидрогенизат направляется в сепаратор низкого давления (6), где выделяется часть растворенного газа. С целью окончательной стабилизации гидрогенизат под собственным давлением из сепаратора 6 поступает через теплообменник (7) в колонну стабилизации (8).

С верха колонны пары бензина  и газ попадают в конденсатор-холодильник (10), откуда сконденсированный бензин и газ направляются в сепаратор (11) на разделение. Газ из сепараторов (6) и (11) поступает в абсорбер (19) для отмывки от сероводорода раствором моноэтаноламина, после чего отводится с установки. Бензин из сепаратора (11) насосом (9) также подается на отмывку от сероводорода раствором щелочи или отдувку углеводородным газом, после чего выводится с установки. Стабилизированное гидроочищенное дизельное топливо охлаждается в теплообменнике (7) и в холодильнике, после чего также откачивается с установки.

Полученный на установке  гидроочистки сероводород передается на установки для получения серы или серной кислоты. 

Рисунок 1 Технологическая схема процесса гидроочистки дизельного топлива 

2.2 Описание конструкций основных аппаратов

На отечественных нефтеперерабатывающих  предприятиях гидроочистку средних  дистиллятов проводят преимущественно на установках Л-24-5, Л-24-6, Л-24-7, ЛЧ-24-2000 и ЛК-6У.

2.2.1 Установка Л-24-6

Установка Л-24-6 состоит из двух самостоятельных  блоков для одновременной переработки  двух видов сырья.

Характерной особенностью установки является наличие раздельной системы циркуляции водородсодержащего газа в обоих блоках. Это дает возможность «каскадного» использования его в другом блоке, перерабатывающем сырье, для которого не требуется высокая концентрация водорода в циркуляционном газе.

При гидроочистке в качестве свежего водорода применяется  избыточный водородсодержащий газ  с установки каталитического риформинга или технический водород со специальных водородных установок.

Смесь сырья  с водородсодержащим газом, нагретую в теплообменнике и печи, подвергают гидроочистке в реакторах над  АКМ катализатором. Избыточную теплоту  реакции отводят путем введения реакторы так называемого холодного циркуляционного газа.

Из реакторов  газо-продуктовая смесь после  охлаждения поступает сепаратор  высокого давления. Выделившийся газ, очищенный абсорбере раствором  МЭА, вновь возвращается в цикл.

Для поддержания заданной концентрации водорода на входе блок часть циркуляционного газа отдувается и добавляется соответствующее количество свежего водорода.

Гидрогенизат  из сепаратора высокого давления после  дросселирования направляется в  сепаратор низкого давления и после подогрева в теплообменнике - в стабилизационную колонну.

Дизельное топливо  при выходе из колонны разделяется  на два потока: один из них, пройдя печь, в виде рециркулята возвращается в колонну, а второй после охлаждения поступает на защелачивание и водную промывку.

Очищенное дизельное  топливо выводится с установки. Верхний гродукт колонны стабилизации охлаждается в конденсаторе-холодильнике и разделяется в сепараторе на углеводородный газ, отгон и воду; часть отгона возвращается в колонну  на орошение, а другая теть после защелачивания и водной промывки выводится с установки.

На ряде заводов  внедрен узел отдува сероводорода из бензина чищенным углеводородным газом. Углеводородный газ подвергается раздельной очистке от сероводорода раствором  МЭА: газ из сепааратора низкого давления очищается в абсорбере под давлением ) 0,5 МПа; газ из бензинового сепаратора очищается от сероводорода при 0,13 МПа, затем используется как топливо для печей.

Насыщенный  раствор МЭА регенерируется в  отгонной колонне, из которой уходит смесь сероводорода и паров воды. После охлаждения в конденсаторе-холодильнике она разделяется в сепараторе. Сероводород выводится с установки для получения серной кислоты или элементарной серы, а вода подается на орошение в отгонную колонну. После отгонной колонны регенерированный раствор охлаждается в теплообменнике, холодильнике и возвращается в цикл. Температурный режим отгонной колонны поддерживается подачей пара в рибойлер.

При потере активности катализатора проводится его газовоздушная  или паровоздушная регенерация.