Деструктивные процессы глубокой переработки нефти. Определение экономически наиболее выгодного диаметра трубопровода

  Первая промышленная  крекинг-установка начала работать  в США в 1913 г. (Куб Бартона), а  в 20-х годах число установок  крекинга (под давлением и парофазного) в этой стране быстро возрастает.

  Первоначальным  назначением процесса было получение  автомобильного, а затем авиационного  бензина и тракторного керосина. С 1913 г. по 1928 г. на установках  термического крекинга в США был переработан 1 млрд барр. Нефти, то есть порядка 150 млн т, при этом не только был увеличен выход бензина, но и улучшено его качество. В этот период термический крекинг являлся доминирующим процессом деструктивной переработки нефти.

  В тридцатые  появились новые каталитические процессы, существенно повлиявшие на развитие производства моторных топлив. В 1932 г. Р. Пайнс (компания ЮОПи) разработал процесс сернокислотного алкилирования изобутана бутенами с получением технического изооктана (алкилата) – важнейшего высокооктанового компонента бензинов, и в 1936 г. Е. Гудри создал процесс каталитического крекинга с использованием таблетированного алюмосиликатного катализатора (в стационарном слое) для получения высокооктанового бензина из газойлевых фракций. С 1940 г. началось промышленное освоение этого процесса, сыгравшего большую роль в обеспечении воюющих армий западных союзников и СССР высокооктановым бензином. В 1942 г. специалисты компании Стандарт Ойл (в настоящее время – Эксон (Exxon)) усовершенствовали процесс каталитического крекинга; была построена установка с «кипящим» слоем микросферического катализатора. Одновременно компанией Сокони Вакуум (в настоящее время – МобилОйл (Mobil Oil)*) создались установки с циркулирующим шариковым алюмосиликатным катализатором системы «Термофор».

* (!)

   В настоящее время каталитический крекинг является наиболее важным среди каталитических процессов переработки нефти. Общая производительность установок каталитического крекинга в США составляет свыше 250 млн т/год по сырью. Весьма широкое развитие получил этот процесс и в странах Западной Европы. Суммарная мощность установок каталитического крекинга достигла в США порядка 35% от мощности первичной переработки  нефти (13,9% - в Западной Европе).

  Начиная  с 40-х годов на НПЗ США  и Западной Европы получают  распространение процессы гидрогенизационного  облагораживания нефтяных дистиллятов.  Эти процессы, объединенные общим названием гидроочистка, позволяют удалять сернистые соединения из бензиновых и дизельных фракций, а также из вакуумных дистиллятов, что обеспечивает получение глубокоочищенного бензина для последующего каталитического риформинга, товарного малосернистого дизельного топлива и авиакеросина, а также облагороженных вакуумных дистиллятов – сырья процесса каталитического крекинга и производства смазочных масел.

  Процессы  гидроочистки базируются ни использовании  алюмокобальтмолибденовых и алюмоникельмолибденовых катализаторов, стимулирующих при повышенном давлении водорода, а именно 3-5 Мпа, глубокое превращение гетероатомных соединений, а также гидрирование олефиновых и частично ароматических углеводородов.

  Суммарная  мощность гидроочистки достигла  в США около 44% от мощности первичной переработки нефти (30% - в Западной Европе).

  Одновременно  с процессом гидроочистки НПЗ во всем мире осваивали процесс каталитического риформинга прямогонных бензинов. В 1949 г. компания ЮОПи разработала промышленную технологию этого процесса, базирующуюся на применении алюмоплатинового катализатора. В течении 50-60-х годов различные модификации этого процесса становятся основой для производства высокооктановых бензинов. Наряду с бензинами и ароматическими углеводородами процесс каталитического риформинга позволял получать значительные количества водорода (около 1% масс. на исходное сырье), что способствовало дальнейшему развитию гидрогенизационных процессов.

Суммарная мощность установок каталитического риформинга от первичной переработки нефти составляет : в США – 23,6%, в Западной Европе – 15,5%, в России же всего 9,3%.

  В этот  же период получает развитие  и процесс изомеризации легких  бензинов (в основном –  углеводороды  С₅-С₆), обеспечивающий превращение относительно низкооктановых прямогонных фракций в высокооктановый компонент товарных автобензинов.

  Суммарная  мощность установок изомеризации  бензинов составляет : в США – 5,6%, в Западной Европе – 0,8%, в России – 0,2% от первичной переработки нефти.

  В 1959 г.  в промышленной практике зарубежных НПЗ  стал использоваться новый каталитический процесс – гидрокрекинг (корпорация Шеврон, процесс «изокрекинг»). Этот процесс позволяет получать значительные количества светлых нефтепродуктов самого высокого качества. Благодаря наличию дешевого водорода на современных НПЗ (с установок каталитического риформинга бензинов) процесс гидрокрекинга получил быстрое признание во всем мире. Несмотря на высокие капитальные вложения установки гидрокрекинга в 70-80-ее годы построены на многих НПЗ. Суммарная мощность установок гидрокрекинга достигает в США порядка 8%, в Западной Европе – порядка 3%, в России – 0,6% от первичной переработки нефти.

Большую роль в  совершенствовании процессов каталитического  крекинга и гидрокрекинга сыграли  новые высокоэффективные катализаторы на основе цеолитов (молекулярных сит). Эти катализаторы способствуют существенному повышению выхода светлых нефтепродуктов, в частности, в каталитическом крекинге цеолитсодержащие катализаторы обеспечивают увеличение выхода высокооктанового бензина из вакуумных дистиллятов при незначительной реконструкции установок. В процессе гидрокрекинга также достигается более глубокое превращение исходного сырья с получением высококачественных продуктов.

  Представление  о развитии основных каталитических процессов различных регионах дает таблица ниже, из которой очевидна лидирующая роль каталитического крекинга среди деструктивных процессов переработки нефти, а также риформинга и гидроочистки среди «облагораживающих» процессов: 

  Широкое развитие процесса каталитического крекинга в 40-е годы привело к снижению к снижению роли термического крекинга как ведущего вторичного процесса производства светлых нефтепродуктов, а на ряде НПЗ (особенно в США) – к полной замене его каталитическим крекингом, а в последующем – также и гидрокрекингом.

  Падение удельного веса термических процессов в структуре нефтеперерабатывающей промышленности зарубежных стран в период вплоть до 80-х годов и их последующее возрождение в 80-90-х годах можно проследить по данным ниже:

В настоящее  время термический крекинг на многих зарубежных НПЗ применяется  в форме висбрекинга. Наибольшее распространение процесс висбрекинга получил на западноевропейских НПЗ, в частности в Италии, Франции и Германии, где в качестве основного направления углубления переработки нефти принято сочетание процессов висбрекинга и каталитического крекинга.

  Процесс  коксования, первоначально возникший для производства кокса в кубах периодического действия, получил свое дальнейшее развитие в виде замедленного коксования, промышленное освоение которых началось в 30-е годы. В настоящее время процесс замедленного коксования наиболее распространен среди термических процессов.

  Этот процесс  является на протяжении ХХ  века одним из основных инструментов  глубокой переработки нефти, что  объясняется как высокой потребностью  в коксе, так и отсутствием  дешевых гидрогенизационных методов  переработки нефтяных остатков. Общая мощность во всем мире установок замедленного коксования составляет 130-140 млн т/год, что эквивалентно выработке 40 млн т/год кокса.

  При этом  в США сосредоточено 70% мировых  мощностей замедленного коксования. Выработка котельного топлива в этой стране невелика (30-40 млн т/год) при объеме переработки около 800 млн т/ год нефти, что свидетельствует о глубине переработки порядка 95% за счет широкого внедрения деструктивных, в первую очередь термических методов переработки остатков.

  Процесс замедленного коксования может сочетаться с гидрогенизационными процессами и каталитическим крекингом. В частности возможен вариант коксования гудрона, подвергнутого предварительной гидроочистке, или же коксования гудрона с последующим гидрокрекингом или каталитическим крекингом полученных дистиллятов (в смеси с вакуумным дистиллятом). Наиболее распространена схема, сочетающая процесс замедленного коксования и гидрогенизационного облагораживания дистиллятов коксования : бензиновых, легких и тяжелых газойлевых фракций.

  Процесс  термоконтактного крекинга с  получением кокса (флюидкокинг)  освоен на ряде нефтеперерабатывающих  заводов США, Канады и Мексики.  Трудности с реализацией пулевидного  кокса обусловили дальнейшее развитие этого процесса путем введения в схему установки процесса газификации кокса с выработкой низкокалорийного топливного газа. Этот процесс, получивший название «флексикокинг», впервые был проверен в промышленном масштабе в Японии, где с 1976 г. успешно работает установка мощностью 1 млн т/год; позднее были построены две установки для получения синтетической нефти из битуминозных песков в Канаде.