Вторичная переработка нефти: гидрообессерива-ниедизельных фракций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Промышленные установки гидроочистки дизельного топлива

Каждая установка гидроочистки дизельных топлив состоит из нескольких блоков, каждый из которых имеет определенное назначение:

1. Реакторный блок – основной блок установки, где происходит гидрообессеривание дизельного топлива в реакторах, а также разделение газопродуктовой смеси в сепараторах. В состав реакторного блока входят теплообменники для нагрева сырья, нагревательная печь, реактор, сепараторы и контур циркуляционного газа с компрессорами.
2. Блок стабилизации, который включает в себя ряд теплообменников и колонну стабилизации. Назначение колонны стабилизации – отделение от нестабильного гидрогенизата бензина-отгона и получение стабильного дизельного топлива.
3. Блок очистки циркулирующего водородсодержащего газа и углеводородных газов от сероводорода раствором моноэтаноламина.
4. Блок регенерации раствора моноэтаноламина.

К промышленным установкам гидроочистки дизельных топлив относятся:

• Л-24/6
• Л-24/7
• ЛГ-24/7
• Л-24/2000
• ЛЧ-24/2000

 

5.1. Описание технологической схемы установки гидроочистки ЛЧ-24/2000

Данная установка производительностью 2 млн т/год предназначена для гидроочистки дизельных фракций, выкипающих в пределах 180-3600С. С декабря 1988 года ЛЧ-24/2000 действует на Киришском НПЗ. Технологическая схема установки приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема установки гидроочитски ЛЧ-24/2000.

I – сырье, II – свежий ВСГ, III – гидрогенизат, IV – бензин, V – углеводородный газ на очистку, VI – отдувочный ВСГ, VII – регенерированный МЭА, VIII – раствор МЭА на регенерацию.

 

Сырье из резервуаров подаётся насосами на установку и смешивается с циркуляционным водородсодержащим газом (ВСГ). В схеме с циркуляцией легко поддерживается постоянное соотношение водород: сырье [17]. Полученную смесь нагревают в теплообменнике, а затем в трубчатой печи до температуры 360-400оС и направляют в реактор Р-1, заполненный катализатором. Газосырьевая смесь проходит через слои катализатора сверху вниз. Реакционная смесь после реактора частично охлаждается в сырьевых теплообменниках (до 210-230оС), а затем направляется в горячий сепаратор С-1, где происходит разделение газопродуктовой смеси на жидкие продукты реакции (гидрогенизат) и  водородсодержащий газ. ВСГ 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. Для поддержания необходимой концентрации водорода в водородсодержащем газе на компрессор постоянно подается свежий водородсодержащий газ, а часть циркулирующего газа отдувается. 

Из сепаратора С-2 помимо целевой фракции дизельного топлива поступает некоторое количество легких продуктов – углеводородные газы и бензиновые фракции (продукты  разложения серо-, азот- и кислородсодержащих соединений). Для их отделения гидрогенизат из холодного сепаратора смешивается с гидрогенизатом из горячего сепаратора, нагревается в теплообменнике (за счёт тепла стабильного гидрогенизата) и поступает в колонну стабилизации К-1. В низ колонны поступает нагретый в печи П-1 отдувочный водородсодержащий газ для снижения парциального давления нефтепродуктов и удаления легкокипящих углеводородов бензиновой  фракции.

Стабильное дизельное топливо, выходящее из нижней части стабилизационной колонны, охлаждается в теплообменниках и выводится с установки. С верха колонны отбирается бензин и углеводородный газ. После охлаждения они поступают в сепаратор С-3, в котором бензиновая фракция отделяется от водного конденсата. Конденсат, освобожденный от сероводорода, после охлаждения сбрасывается в производственную канализацию, а сероводород  - в факельную линию.

Целевой продукт процесса – стабильный гидрогенизат (97%), бензин (до 1,3%), углеводородный газ  (0,6%), сероводород (1,4%) и отдуваемый ВСГ.

 

5.2. Аппаратура и оборудование установки гидроочистки дизельных топлив.

1. Реактор гидроочистки – это полый цилиндрический аппарат с шаровыми или эллиптическими днищами. Реактор установки ЛЧ-24/2000 изготовляется  из стали. В зависимости от размещения катализатора реакторы делятся на одно- и многосекционные. В реакторах гидроочистки принят нисходящий поток сырья [17].

 

Рис. 3. Схема реактора гидроочистки.

1 – корпус, 2 – стаканы распределительной тарелки, 3 – распределительная тарелка, 4 – фарфоровые шары, 5 – корзина, 6 - монтажный штуцер, 7 – решетка, 8 – коллектор пара, 9 – опорное кольцо, 10 – опора, 11 – сетка дренажной трубы, 12 – выгрузка катализатора, 13 – штуцера для термопары.

Внутренние детали ректора:

Гаситель потока служит для предотвращения размывания верхнего слоя насадки и защиты распределительной тарелки от эрозии, снижая кинетическую энергию газосырьевого потока при ударе об отбойные пластины. Его устанавливают в штуцере ввода сырья.

Распределительная тарелка (3) способствует равномерному распределению жидкой фазы над слоем катализатора, улавливанию продуктов коррозии и выравниванию скоростей потока паров.

Решетки (7) предназначаются для размещения секций катализатора. На решетку укладывают сетку с размером ячеек 2 мм. Для снижения сопротивления на границе с сеткой на решетку насыпают слой фарфоровых шаров (4). На этот слой равномерно загружается катализатор. Фарфоровые шары предотвращают шевеление катализатора при повышенных скоростях.

 

Корзины (5) улавливают продукты коррозии из газосырьевого потока перед его поступлением в реакционную зону. Корзины размещаются равномерно по сечению реактора.

Охлаждающее устройство представляет собой трубу, длиной примерно 90% диаметра реактора и размещается в средней части между секциями.

Сетка дренажной трубы (11) предотвращает унос катализатора из реактора с продуктами реакции. Ее помещают над выходным штуцером в нижней части днища, которую заполняют фарфоровыми шарами (4). После этого равномерно загружают катализатор. Такое размещение катализатора предотвращает его спекание и обеспечивает сыпучесть при выгрузке через штуцер (12).

Термопары служат для контроля температуры. В секционном реакторе предусмотрена горизонтальная термопара, размещаемая в слое катализатора под вводом хладоагента (8). Штуцер для термопары (13) на корпусе реактора располагается на стороне, противоположной вводу хладоагента.

 

2. Трубчатая печь вертикально-секционного типа, состоящая из двух секций, каждая из которых имеет радиантную и конвекционную камеры. В конвекционной части расположен змеевик нагрева газа для поддува в стабилизационную колонну. Для отопления печей используется углеводородный газ, получаемый в процессе.

 

3. Абсорбционная колонна предназначена для очистки циркулирующего водородсодержащего газа от сероводорода раствором моноэтаноламина. Контактными устройствами в колонне являются тарелки. На верх колонны подается 10-15%-ный раствор моноэтаноламина, который контактирует на тарелках с поднимающимся в верхнюю часть абсорбера с водородсодержащим или углеводородным газами и поглощает из них H2S. Очищенные газы уходят сверху абсорбера, а моноэтаноламиновый раствор, поглощая H2S из газов, образует комплекс [4]:

 

Затем отработанный мноэтаноламиновый раствор отправляется на регенерацию, осуществляемую в колонном аппарате, оборудованном контактными устройствами тарельчатого типа. Температурный режим регенератора поддерживается за счет циркулирующего регенерированного раствора моноэтаноламина через рибойлер (подогреватель). Сероводород сверху регенератора направляют в процесс Клауса, а с низа его регенерированный раствор моноэтаноламина возвращают блок очистки газов.

 

4. Сепараторы – устройства, предназначенные для разделения газопродуктовой смеси на жидкие продукты реакции (гидрогенизат) и циркулирующий водородсодержащий газ. Система из двух последовательно идущих сепараторов предусмотрена для наилучшего отделения газа от гидрогенизата.

На промышленных установках применяют два способа сепарации: холодная и горячая сепарация. При гидрообессеривании дизельных фракций чаще всего применяется схема горячей сепарации (рис.4). Газопродуктовая смесь после частичного охлаждения в теплообменниках поступает в горячий сепаратор. Выделенные в нем ВСГ и углеводородные газы охлаждаются до низкой температуры и далее поступают в холодный сепаратор, где отбирается ВСГ с достаточно высокой концентрацией водорода.

Основное преимущество горячей сепарации – меньший расход на нагрев и на охлаждение [17].

 

Рис. 4. Схема горячей сепарации.

ГС – горячий сепаратор, ХС -  холодный сепаратор

 

 

 

5. Стабилизационная колонна. Назначение колонны – отгон из нестабильного топлива бензиновой фракции вместе с углеводородным газом. Колонна имеет двойной диаметр: верхняя часть имеет меньший диаметр, чем остальная её часть. Уменьшение диаметра обусловлено подачей в верхнюю часть колонны холодного орошения, в связи с чем объем паров здесь резко уменьшается. Подача на верхнюю тарелку холодного орошения осуществляется с помощью автоматического регулятора температуры верха колонны.

Одна из проблем работы стабилизационных колонн установок – недостаточная четкость разделения между гидроочищенной дизельной фракцией и  бензиновой фракцией. Эффективность разделения можно повысить заменой имеющихся массообменных устройств более производительными. ОАО «Кедр-89» при реконструкции установок гидроочистки ЛЧ-24/6 на Рязанском НПЗ заменил тарелки колонны на центробежные тарелки, а на установках ЛЧ-24/7 Рязанского и Куйбышевского НПЗ была произведена замена имеющихся тарелок на трапециевидно-клапанные. При проведении пробега  было выявлено, что производительность колонн с центробежными тарелками в два раза выше, чем с трапециевидно-клапанными [19].

3. Другие установки гидроочистки.

Установка Л-24/6 состоит из двух самостоятельных реакторных блоков для одновременной переработки двух видов сырья. Мощность каждого блока составляет 300 тыс. т/год. Установка оборудована четырьмя реакторами с объемом реакционной зоны 19,2 м3 каждый [4]. Расчетное давление в реакторах 6 МПа. В настоящее время установка используется для очистки сырья установок «Парекс». В очищенном продукте содержание серы не превышает 0,01%. В качестве катализаторов используются алюмоникельмолибденовые ГКД-202 и ГКД-205 и алюмокобальмолибденовый ГКД-202П.

 

Установка ЛГ-24/7 состоит из двух независимо работающих блоков по 600 тыс. т/год каждый. Имеет два ректора и две нагревательные печи в каждом блоке. Сырье подается в реактор по трубе, проходящей через нижнее днище в верхнюю часть реактора. Газосырьевая смесь проходит через слой фарфоровых шаров, а затем через слой катализатора. Выход продуктов реакции осуществляется через нижний штуцер реактора. В настоящее время данная установка используется в основном для гидроочистки керосиновой фракции с целью удаления из нее меркаптанов и получения реактивного топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Конверсия газа

6.1. Понятие и роль конверсии газа

Сегодня для гидрогенизационных процессов требуется все большее количество водорода, особенно в условиях переработки высокосернистых нефтей.  Требуемый объем водорода может быть обеспечен лишь при условии использования альтернативных методов производства водорода. Наиболее распространенным из данных процессов является паровая каталитическая конверсия углеводородов. В качестве сырья в процессах паровой конверсии преимущественно используются природные газы.

Конверсия – это технологический процесс переработки топлива с целью изменения его состава, а именно –  неполное окисление углеводородов, например, природного газа, одним из продуктов которого является водород.

Конверсией природного газа получают синтез-газ (CO + H2), играющий ключевую роль в органическом синтезе и  производстве моторных топлив, а также водород. Возможности синтез-газа огромны: получение метанола, бутиловых спиртов, формальдегида и т.д. Водород применяется в промышленности для гидрирования ненасыщенных соединений и для очистки дистиллятов методом гидрогенизации. Большое количество водорода идет на производство аммиака.

Существует несколько способов осуществления конверсии природного газа (метана): с помощью водяного пара, диоксида углерода или кислорода.  Водяной пар является окислителем при паровой конверсии, кислород – при кислородной, а диоксид углерода – при углекислотной конверсии. Конверсия газа проводится, в основном, в таких аппаратах, как трубчатые печи (для паровой конверсии) и шахтные реактора (для парокислородной конверсии).

Наибольшее применение в промышленности получили паровая, парокислородная, паровоздушная, пароуглекислотная конверсии и комбинированная, которая включает в себя последовательно паровую, парокислородную или паровоздушную конверсию.

 

6.2. Подготовка к конверсии

При любом варианте конверсии первым этапом является удаление из газа сернистых соединений, которые являются каталитическими ядами для большинства катализаторов. Наличие в газе сернистых соединений объясняется как определенным содержанием сероводорода в исходном газе, так и наличием сильно пахнущих соединений (типа меркаптанов), добавляемых для облегчения обнаружения утечек при транспортировке.

Очистка природного газа проводится в два этапа [20]:

1. Гидрирование меркаптанов в сероводород на АКМ и АНМ катализаторе при температуре 350-4000С и давлении 2-4 МПА.

 

2. Поглощение сероводорода, образовавшегося на этапе гидрирования и содержащегося в исходном природном газе, адсорбентом на основе оксида цинка при температуре: