Гидрокрекинг остаточного сырья

Гидрокрекинг остаточного  сырья

Тяжелая высокомолекулярная часть нефти, составляющая 25 -30 % нефтяного  остатка, является основным резервом для  эффективного решения проблемы углубления ее переработки. До настоящего времени  значительная доля нефтяных остатков (гудронов, асфальтов) использовалась часто без гидрооблагораживания в качестве котельных топлив, сжигаемых в топках тепловых электростанций, котельных и бойлерных установках.

Все возрастающие требования к защите окружающей среды от загрязнений  при сжигании сернистых котельных  топлив явились веской причиной развертывания  широких научно-исследовательских  работ по разработке процессов получения  малосернистых котельных топлив. В 60-е гг. появились процессы по получению  котельных топлив с пониженным содержанием  серы путем гидрообессеривания вакуумных дистиллятов и последующим смешением их с гудроном.

В последующем, когда нормы  на содержание серы ужесточились, такая  технология уже не могла обеспечить получение котельных топлив с  содержанием серы менее 1 %. Появилась  необходимость в глубоком облагораживании  непосредственно тяжелых нефтяных остатков.

Как было отмечено ранее, при  разработке гидрокаталитических процессов облагораживания и последующей глубокой переработке нефтяных остатков возникли исключительные трудности, связанные с проблемой необратимого отравления катализаторов процессов металлами, содержащимися в сырье. Появилось множество вариантов технологии промышленных процессов гидрооблагораживания нефтяных остатков в зависимости от содержания в них металлов, прежде всего ванадия и никеля: одно- и многоступенчатые в реакторах со стационарным или движущимся слоем катализатора, с предварительной деметаллизацией различными способами или без специальной подготовки. Наиболее перспективными для промышленной реализации считались процессы гидрообессеривания и гидрокрекинга остаточного сырья с псевдоожиженным слоем катализатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидрокрекинг остаточного сырья 
 
Тяжёлая высокомолекулярная часть нефти, составляющая 25 – 30 % тефтяного остатка, является основным резервом для эффективного решения проблемы углубления её переработки. До настоящего времени значительная доля нефтяных остатков (гудронов, асфальтов) использовалась часто без гидрооблагораживания в качестве котельных топлив, сжигаемых в топках тепловых электростанций, котельных и бойлерных установках. 
 
В 60-е годы появились процессы по получению котельных топлив с пониженным содержанием серы путём гидрообессеривания вакуумных дистиллятов и последующим смешением их с гудроном. 
 
В последующем, когда нормы на содержание серы ужесточились, такая технология уже не могла обеспечить получение котельных топлив с содержанием серы менее 1 %. Появилась необходимость в глубоком облагораживании непосредственно тяжёлых нефтяных остатков. 
 
При разработке гидрокаталитических процессов облагораживания и последующей глубокой переработке нефтяных остатков возникли трудности, связанные с проблемой необратимого отравления катализаторов процессов металлами, содержащимися в сырье. Появилось множество вариантов технологии промышленных процессов гидрооблагораживания нефтяных остатков в зависимости от содержания в них металлов, прежде всего ванадия и никеля: одно- и многоступенчатые в реакторах со стационарным или движущемся слоем катализатора, с предварительной деметаллизацией различными способами или без специальной подготовки. Последующая глубокая переработка гидрооблагороженных нефтяных остатков не является серьёзной технологической проблемой. Если нефтяные остатки используются как малосернистое котельное топливо, то их можно перерабатывать или гидрокрекингом, или на установках каталитического крекинга. Причём гидрокрекинг может быть комбинирован с процессами деметаллизации и гидрообессеривания или совмещён с ними путём дооборудования дополнительным хвостовым реактором гидрокрекинга – процесса «Хайвал».  
 
 
 
 
Рисунок 29 – Схема привязки реактора гидрокрекинга к реакторному блоку процесса «Хайвал» 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Особенности химизма и механизма  реакций гидрокрекинга 
 
Гидрокрекинг можно рассматривать как совмещенный процесс, в котором одновременно осуществляются реакции как гидрогенолиза (т. е. разрыв связей C-S, C-N и С-0) и дегидрования-гидрировая, так и крекинга (т. е. разрыв связи С-С). Но без коксообразования, с получением продуктов более низкомолекулярных по сравнению с исходным сырьем, очищенных от гетероатомов, не содержащих алкенов, но менее ароматизированных, чем при каталитическом крекенге. 
 
Результаты гидрокрекинга (материальный баланс и качество продуктов) нефтяного сырья в сильной степени определяются свойствами катализатоpa: его гидрирующей и кислотной активностями и их соотношением. В зависимости от целевого назначения могут применяться катализаторы с преобладанием либо гидрирующей, либо крекирующей активности, в результате будут получаться продукты, соответствующие лёгкому гидрокрекингу или глубокому гидрокрекингу. 
 
В основе каталитических процессов гидрокрекинга нефтяного сырья лежат реакции: 
 
- гидрогенолизаза гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и гидрирования аренов и алкенов (т. е. все те реакции, которые протекают при гидроочистки); 
 
- крекинга алкановых и циклановых углеводородов, деалкелирования циклических структур и изомеризации образующихся низкомолекулярных алканов. 
 
Реакции ароматизации и поликонденсации до кокса, протекающие при каталитическом крекинге, в процессах гидрокрекинга, проводимых при высоком давлении водорода и пониженных температурах, сильно заторможены из-за термодинамических ограничений и гидрирования коксогенов посредством водорода. 
 
Гидрогенолиз серуорганических соединений, азотоорганических соединений и кислородоорганических соединений протекает по механизму так же, как в процессах гидроочистки, и завершается образованием сероводорода, аммиака, воды и соответствующих углеводородов. 
 
Гидрирование аренов осуществляется последовательным насыщением ароматических колец с возможным сопутствующим разрывом образующихся нафтеновых колец и деалкелированием. 
 
Гидрокрекинг высокомолекулярных алканов на катализатоpax с высокой кислотной активностью осуществляется по карбоний-ионному механизму преимущественно с разрывом в средней части с наименьшей энергией связи С-С. Как и при каталитическом крекинге, вначале на металлических центрах катализатора происходит дегидрирование алканов с образованием алкенов. Затем алкены на кислотных центрах легко превращаются в карбкатионы и инициируют цепной карбоний-ионный процесс. Скорость гидрокрекинга при этом также возрастает с увеличением молекулярной массы алканов. Алканы с третичными углеродными атомами подвергаются крекингу со значительно большей скоростью, чем н-алканы. Так как распад карбоний-ионов с отщеплением фрагментов, содержащих менее 3 атомов углерода, сильно эндотермичен, при гидрокрекинге почти не образуются метан и этан и высок выход изобутана и изопентанов (больше равновесного). На катализатоpax с высокой гидрирующей и умеренной кислотной активностями происходит интенсивное насыщение карбоний-ионов, в результате образуются алканы с большим числом атомов углерода в молекуле, но менее изомеризованные, чем на катализатоpax с высокой кислотностью.  
 
Основные отличия гидрокрекинга от каталитического крекинга заключаются в том, что общая конверсия алканов выше в первом процессе, чем во втором. Это обусловлено легкостью образования алкенов на гидро-дегид-рирующих центрах катализаторов гидрокрекинга. В результате наиболее медленная и энергоемкая стадия цепного механизма - инициирование цепи при гидрокрекинге протекает быстрее, чем при каталитическом крекинге без водорода. Катализаторы гидрокрекинга практически не закоксовываются, т. к. алкены подвергаются быстрому гидрированию и не успевают вступать в дальнейшие превращения с образованием продуктов полимеризации и уплотнения. 
 
Циклоалканы с длинными алкильными цепями при гидрокрекенге на катализаторах с высокой кислотной активностью подвергаются изомеризации и распаду цепей, как алканы. Расщепление кольца происходит в небольшой степени. Интенсивно протекают реакции изомеризации 6-членных в 5-членные циклоалканы. Бицикличсские циклоалканы превращаются преимущественно в моноциклические алканы с высоким выходом производных циклопентана. На катализаторах с низкой кислотной активностью протекает в основном гидрогенолиз - расщепление кольца с последующим насыщением образовавшегося углеводорода.