Гидроочистка - место в современной нефтеперабатывающей промышленности

 В результате проведенного сравнительного экспериментального исследования активности CoMo/A₂O₃ и NiMo/Al₂O₃ катализаторов нового поколения в реакциях гидрообессеривания и гидродеазотирования вакуумного газойля, типичного для российский НПЗ, установлено, что в заданных условиях CoMo/Al₂O₃ катализатор характеризуется более высокой активностью в реакциях гидрообессеривания, в то время как NiMo/Al₂O₃ обеспечивает более высокую конверсию азотсодержащих соединений.

Для оценки кинетических параметров превращение серо- и азотосодержащих  соединений было проведено тестирование катализаторов в пилотном реакторе проточного типа с варьированием  температуры от 360-400 ^оС.

Полученные результаты позволяют  сделать вывод, что разработанный  в Институте катализа СО РАН катализаторы гидроочистки не только превосходит по активности в процессе гидроочистки вакуумного газойля российские марки катализаторов, но и не уступает по активности импортным аналогам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологическая схема

Рассмотрим процесс  гидроочистки дизельного топлива.

Ввиду жестких  экологических требований к дизельному топливу практически на  всех нефтеперерабатывающих заводах  проводят гидроочистку  дизельного  топлива. Ниже приведена принципиальная схема установки ЛЧ-24-2000 производительностью 2 млн. т в год по сырью.

Сырье  смешивается  с циркуляционным водородсодержащим  газом ЛЧ-24-2000. Полученную смесь нагревают  в сырьевом теплообменнике, а затем  в трубчатой печи до температуры 360-400^оС и направляют в реактор Р-1. Реакционная смесь после реактора частично охлаждается в сырьевых теплообменниках (до 210-230^оС), а затем направляют в горячий сепаратор С-1, где отделяется водородсодержащий газ, который направляют в холодильник и затем в холодный сепаратор С-2. В холодном сепараторе водородсодержащий газ полностью отделяется от гидрогенизата, и направляют в абсорбер К-2 на моноэтаноламиновую очистку от сероводорода. Очищенный водородсодержащий газ направляют в систему циркуляции, а отработанный моноэтаноламин на регенерацию.

Гидрогенизат  из сепараторов С-1 и С-2 нагревают  в теплообменнике и подают в стабилизационную колонну К-1. В низ колонны подают нагретый в печи П-1 отдувочный водородсодержащий газ для удаления легкокипящих углеводородов (бензиновой)  фракции. 

I—сырье; II — свежий водородсодержащий газ; III — гидрогенизат; IV— бензиновая фракция; V — углеводородный газ на очистку; VI — отдувочный водородсодержащий газ; VII — регенерированный моноэтаноламин; VIII— отработанный моноэтаноламин на регенерацию.

 

Таким образом,  в результате гидроочистки дизельной фракции получено, % масс.: 96.9 – гидроочищенное  топливо;  1.3 – отгон; 0.6 – углеводородный газ; 1.2 – сероводород; 0.4 - потери.  Всего 100.4% (с учетом использованного водорода).  

Для более тяжелого сырья могут  использоваться два или три последовательных реактора. Вторичные дистилляты в  чистом виде (без смешения с прямгонными) не рекомендуется подвергать гидроочистке, так как не обеспечивается достаточное  гидрирование, из серосодержащих, азотосодержащих  соединений и олефинов образуются высококипящие  продукты уплотнения, приводящие к  образованию кокса на змеевиках  печи. очистку реактивных топлив (РТ) с целью повышения их эксплуатационных свойств можно проводить по двум вариантам – неглубоко (удаление серы, азота) и глубоко (удаление серы, азота, частичное насыщение ароматических  углеводородов до их остаточного  содержания 14-15%).

используется два способа сепарации  ВСГ из газо-продуктовой смеси  – холодный и горячий.

Холодная сепарация применяется  на установках гидроочистки бензина, керосина, иногда дизельного топлива.

Горячая сепарация применяется  преимущественно на установках гидроочистки высококипящих фракций дизельного топлива и более тяжелых нефтепродуктов.

Холодная сепарация обеспечивает более высокую концентрацию водорода в ВСГ. основное достоинство горячей  сепарации – меньший расход как  тепла, так и холода, и не «мнется» поток (нагрев-охлаждение-нагрев).

Процесс гидроочистки фракций дизельного топлива относится к наиболее массовым процессам переработки  нефти. Типовые установки для  этого процесса Л-24/6 и Л-24/7 были разработаны  «Ленгипрогаз» в начале 60-х годов  прошлого века. Естественно, с тех  пор значительно изменились требования к качеству дизельного топлива и  к оборудованию установок, поэтому  модернизация этих установок – весьма актуальная задача.

Одной из причин неудовлетворительной работы стабилизационных колонн установок  является недостаточная четкость разделения между гидроочищенной дизельной фракцией и бензиновой фракцией.ю отбираемой сверху колонны. Следствием этого являются высокая температура конца кипения бензиновой фракции и потеря с ней части дизельной. Для улучшения работы стабилизационных колонн необходимо повысить эффективность разделения,что достигается комплексом мер:

1. подбором оптимальных технологических парметров: флегмового числа, расхода горячей струи и номера тарелки питания;
2. заменой массообменных устройств более эффективными и производительными.

На установке Л-24/6 Рязанского НПЗ  для обеспечения требуемого качества целевых продуктов было решено изменить номер тарелки питания, увеличитть мощность печи для нагрева горячей  струи и заменить существующие тарелки  на центробежные конструкции.

После реконструкции был проведен фиксированный пробег установок  с целью проверки соответствия фактических  показателей работы стабилизационых  колонн техническому заданию. Результаты пробега приведены в таблице.

Как видно гидроочищенная фракция  дизельного топлива по всем параметрам соответствует требованиям, температура  конца кипения бензиновой не превышает 170 ^оС  при изменении загрузки в широком диапазоне. Удельная производительность колонн с центробежными тарелками в 2 раза выше, чем с  трапецевидно-клапанными. (Приложение 2)

 

 

 

 

 

 

Теплообменники

В большинстве процессов  нефтегазопереработки используется нагрев исходного сырья, а также применяемых  при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт. В аппаратах, где идет нагрев или охлаждение, происходит теплообмен между двумя потоками, при этом один из них нагревается, другой охлаждается. Поэтому их называют теплообменными аппаратами вне зависимости от того, что является целевым назначением аппарата – нагрев или охлаждение, какие потоки обмениваются теплом, происходит ли при этом только нагрев и охлаждение или же теплообмен сопровождается испарением или конденсацией.

Классификация теплообменных  аппаратов и предъявляемые к ним требования

Применительно к нефтеперерабатывающей  промышленности, теплообменные аппараты классифицируются по таким основным признакам, как способ передачи тепла  и назначение.

• В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы:

1. Теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.) и охлаждающего агента. К этой группе аппаратов относятся теплообменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода;

2. нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляются за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные высококипящие жидкости и др.). В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока.  Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепловодяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т. д.;

3. Холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента — побочным. К таким аппаратам относятся холодильникии конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов. При регенерации тепла того или иного продукта его окончательное охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта и хранения, обычно завершается в холодильниках.

 

• В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы:

1. Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды;

К поверхностным  теплообменникам относятся:

Рекуперативный теплообменник — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т. е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.

В зависимости от направления  движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном  направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестноточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.

Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:

- Кожухотрубные теплообменники,

- Элементные (секционные) теплообменники,

- Двухтрубные теплообменники типа "труба в трубе",

- Витые теплообменники,

- Погружные теплообменники,

- Ребристые теплообменники,

- Спиральные теплообменники,

- Пластинчатые теплообменники

Регенеративные теплообменники,  в которых теплоносители (горячий  и холодный) контактируют с твердой  стенкой поочерёдно. Теплота накапливается  в стенке при контакте с горячим  теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным.

2. Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит путем их соприкосновения. Для изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкосновения потоков.

• Конструкционно теплообменники подразделяют на:

1. Объемные, одна из сред имеет значительный объем в теплообменнике, одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая протекает через змеевик;

2. Скоростные (кожухотрубные), когда среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи, много мелких трубочек находятся в одной большой (кожух), среды движутся одна в межтрубном пространстве, другая внутри трубочек, обычно в трубочках находится более «грязная» среда, так как их легче чистить;

3. Пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин, среды движутся между пластинами, прост в изготовлении (штампованные пластины складываются с прокладками между ними), легко модифицируется (добавляются или убираются пластины), хорошая эффективность (большая площадь контакта через пластины).

4. Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки — керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных теплообменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей.

Теплообменные аппараты типа «труба в трубе».

Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным образом  для охлаждения или нагревания в  системе жидкость-жидкость, когда  расходы теплоносителей невелики и  последние не меняют своего агрегатного  состояния. Иногда такие теплообменники применяют при высоком давлении для жидких и газообразных сред, например, в качестве конденсаторов  в производстве метанола, аммиака  и др. Также их используют для  загрязненных  коксообразующими веществами и механическими примесями теплоносителей, в которых обеспечивается хороший теплообмен за счет больших скоростей и турбулентности потоков в трубном и межтрубном пространствах. Высокие скорости и турбулентность потока уменьшают возможность отложения на стенках труб кокса или других образований. По сравнению с кожухотрубчатыми теплообменники «труба в трубе» имеют меньшее гидравлическое сопротивление межтрубного пространства. Однако при равных теплообменных характеристиках они менее компактны и более металлоемки, чем кожухотрубчатые.