Скорее связь вещей порвется В Шекспир «Макбет»
Гидрокрекинг - процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический рифор - минг, поэтому он более эффективно осуществляет те же задачи, что и эти два процесса. Гидрокрекинг позволяет увеличить выход компонентов бензина, обычно за счет превращения сырья типа газойля. Качество компонентов бензина, которое при этом достигается, недостижимо при повторном прохождении газойля через процесс крекинга, в котором он был получен. Гидрокрекинг также позволяет превращать тяжелый газойль в легкие дистилляты (реактивное и дизельное топливо). И, вероятно, самое важное - то, что при гидрокрекинге не образуется никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кокса, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.
Технологический процесс
Слово гидрокрекинг расшифровывается очень просто. Это каталитический крекинг в присутствии водорода. Сочетание водорода, катализатора и соответствующего режима процесса позволяют провести крекинг низкокачественного легкого газойля, который образуется на других крекинг-установках и иногда используется как компонент дизельного топлива. Установка гидрокрекинга производит высококачественный бензин.
Задумайтесь на минуту, насколько полезным может оказаться процесс гидрокрекинга. Его самое важное преимущество - это способность переключать мощности нефтеперерабатывающего завода с выпуска больших количеств бензина (когда установка гидрокрекинга работает) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).
К гидрокрекингу во многом применима известная шутка спортивного тренера, пренебрежительно заявляющего по поводу перехода его игрока в команду соперников: «полагаю, это усилит обе команды». Гидрокрекинг повышает качество как компонентов бензина, так и дистиллята. Он потребляет худшие из компонентов дистиллята и выдает компонент бензина выше среднего качества.
Следует отметить еще один момент: в процессе гидрокрекинга образуются значительные количества изобута - на, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования.
В настоящее время широко используется около десяти различных типов гидрокрекинг-установок, но все они очень похожи на типичную конструкцию, описанную в следующем разделе.
Катализаторы гидрокрекинга, к счастью, менее ценны и дороги, чем катализаторы Обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия. (Наверное, Вас давно интересовало, для чего вообще нужны эти металлы.) В отличие от каталитического крекинга, но так же как при каталитическом риформинге, катализатор располагается в виде неподвижного слоя. Как и каталитический риформинг, гидрокрекинг чаще всего проводят в двух реакторах, как показано на рисунке
Сырье смешивается с водородом, нагретым до 290- 400°С (550-750°F) и находящимся под давлением 1200- 2000 psi (84-140 атм), и направляют в первый реактор. Во время прохождения сквозь слой катализатора примерно 40-50% сырья подвергается крекингу с образованием
Продуктов, соответствующих по температурам кипения бензину (точка выкипания до 200°С (400°F)).
Катализатор и водород дополняют друг друга в нескольких аспектах. Во-первых, на катализаторе идет крекинг. Чтобы крекинг продолжался, требуется подвод тепла, то есть это - эндотермический процесс. В то же время, водород реагирует с молекулами, которые образуются при крекинге, насыщая их, и при этом выделяется тепло. Другими словами, эта реакция, которая называется гидрирование, является экзотермической. Таким образом, водород дает тепло, необходимое для протекания крекинга.
Другой аспект, в котором они дополняют друг друга, - это образование изопарафинов. При крекинге получаются олефины, которые могут соединяться друг с другом, приводя к нормальным парафинам. За счет гидрирования двойные связи быстро насыщаются, при этом часто возникают изопарафины, и таким образом предотвращается повторное получение нежелательных молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов).
Когда углеводородная смесь выходит из первого реактора, ее охлаждают, сжижают и пропускают через сепаратор для отделения водорода. Водород снова смешивают с сырьем и направляют в процесс, а жидкость подают на перегонку. Продукты, полученные в первом реакторе, разделяются в ректификационной колонне, и в зависимости от того, что требуется в результате (компоненты бензина, реактивное топливо или газойль), отделяется их часть. Керосиновую фракцию можно выделить как боковой погон или оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.
Остаток от перегонки снова смешивают с током водорода и запускают во второй реактор. Так как это вещество уже подвергалось гидрированию, крекингу и ри - формингу в первом реакторе, процесс во втором реакторе идет в более жестком режиме (более высокие температуры и давления). Как и продукты первой стадии, смесь, выходящая из второго реактора, отделяется от водорода и направляется на фракционирование.
Представьте себе, какое оборудование потребуется для процесса, проходящего при 2000 psi (140 атм) и 400°С Толщина стенок стального реактора иногда достигает см. Основная проблема - это не дать крекингу выйти из-под контроля. Поскольку суммарный процесс эндотермичен, то возможен быстрый подъем температуры и опасное увеличение скорости крекинга. Чтобы избежать этого, большинство установок гидрокрекинга содержат встроенные приспособления, позволяющие быстро остановить реакцию.
Продукты и выходы. Еще одним замечательным свойством процесса гидрокрекинга является увеличение объема продуктов на 25%. Сочетание крекинга и гидрирования дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья. Ниже приведено типичное распределение выходов продуктов гидрокрекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга. Продукты гидрокрекинга - это две основные фракции, которые используются как компоненты бензина.
Объемные доли
Газойль коксования 0,60 Светлые фракции с установки кат. крекинга 0.40
Продукты:
Изобутан 0,02
Н-Бутан 0,08
Легкий продукт гидрокрекинга 0,21
Тяжелый продукт гидрокрекинга 0,73
Керосиновые фракции 0.17
В таблице не указано требуемое количество водорода, которое измеряется в стандартных кубических футах на баррель сырья. Обычный расход составляет 2500 ст. Тяжелый продукт гидрокрекинга -
Это лигроин (нафта), содержащий много предшественников ароматики (то есть соединений, которые легко превращаются в ароматику). Этот продукт часто направляют на установку риформинга для облагораживания. Керосиновые фракции являются хорошим реактивным топливом или сырьем для дистиллятного (дизельного) топлива, поскольку они содержат мало ароматики (в результате насыщения двойных связей водородом). Более подробная информация на эту тему содержится в главе XIII «Дистил- лятные топлива» и в главе XIV «Нефтяной битум и остаточное
Гидрокрекинг остатка. Существует несколько моделей установок гидрокрекинга, которые были сконструированы специально для переработки остатка или остатка от вакуумной перегонки. Большинство из них работает по типу установок гидроочистки, как описано в главе XV. На выходе получается более 90% остаточного (котельного) топлива. Задачей данного процесса является удаление серы в результате каталитической реакции серосодержащих соединений с водородом с образованием сероводорода Таким образом остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.
Резюме. Теперь, когда мы можем включить установку гидрокрекинга в общую схему переработки нефти, необходимость согласованных операций становится очевидной. С одной стороны, установка гидрокрекинга является центральным пунктом, так как она помогает установить баланс между количеством бензина, дизельного топлива и реактивного топлива. С другой стороны, скорости подачи сырья и режимы работы установок каталитического крекинга и коксования не менее важны. Кроме того, ал- килирование и риформинг также следует учитывать при планировании распределения продуктов гидрокрекинга.
УПРАЖНЕНИЯ
Проанализируйте различия между гидрокрекингом, каталитическим и термическим крекингом с точки зрения сырья, движущей силы процесса и группового состава продуктов.
Как взаимодополняют друг друга гидрокрекинг и каталитический крекинг? Риформинг и гидрокрекинг?
Изобразите технологическую схему нефтеперерабатывающего завода, включив туда установку гидрокрекинга.
Гидрокрекинг - это каталитический процесс под давлением водорода, предназначенный для получения из нефтяного сырья (имеющего более высокую молекулярную массу, чем получаемые целевые продукты) светлых нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива), а также сжиженных газов С 3 - С 4 .
Используя гидрокрекинг, можно получить широкий ассортимент нефтепродуктов практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствующих катализаторов и условий. Гидрокрекинг является одним из наиболее эффективных и гибких процессов нефтепереработки.
Химические основы процесса. Качество получаемых продуктов гидрокрекинга определяются в основном свойствами катализатора(гидрирующей и кислотной активностью). Катализаторы гидрокрекинга могут иметь высокую гидрирующую и относительно низкую кислотную активность, а также относительно невысокую гидрирующую и высокую кислотную активность.
Превращения алканов. При использовании монофункциональных гидрирующих катализаторах (не обладающих кислотными свойствами), из линейных алканов получаются другие линейные алканы с меньшей молекулярной массой.
В тоже время при использовании кислотных и бифункциональных катализаторов алканы подвергаются крекингу и изомеризации по гетеролитическому механизму. На катализаторах с высокой кислотной и умеренной гидрирующей активностью гидрокрекинг идет с высокой скоростью, причем образуется много низкомолекулярных изоалканов.
Превращения циклоалканов. В присутствии гидрирующих катализаторов, незамещенные и метилзамещенные моноциклоалканы превращаются главным образом в алканы линейного и изостроения.
При использовании катализаторов с высокой кислотностью и низкой гидрирующей активностью превалируют реакции изомеризации шестичленных циклоалканов в пятичленные. При этом происходит изменение положения заместителей.
При гидрокрекинге циклоалканы с длинными алкильными боковыми цепями подвергаются в основном изомеризации и распаду алкильных заместителей. При этом у бициклических циклоалканов раскрывается одно кольцо и они превращаются в моноциклические с высоким выходом производных пентана.
Превращения алкенов. При гидрокрекинге на кислотных центрах катализатора алкены изомеризуются и подвергаются распаду по β-правилу. При этом на гидрирующих центрах происходит насыщение алкенов- как исходных, так и образовавшихся при распаде. То есть из линейных алкенов при гидрокрекинге сначала образуются низкомолекулярные алекны линейного и изостроения, а затем они првращаются на гидрирующих центрах в низкомолекулярные алканы линейного и изостроения.
Превращения аренов. В процессе гидрокрекинга на катализаторах с высокой гидрирующей и низкой кислотной активностью происходит гидрирование ареновых колец. При этом замещенные арены гидрируются труднее, чем незамещенные. Следует отметить, что наряду с последовательным гидрированием ароматических колец происходит расщепление образовавшихся насыщенных колец и выделение алкилзамещенных аренов.
При использовании катализаторов с высокой кислотной и низкой гидрирующей активностью превращения аренов во многом аналогичны каталитическому крекингу. Незамещенные моноциклические арены стабильны. При этом метил- и этилбензолы в основном вступают в реакции изомеризации по положению заместителей, а алкилбензолы с более длинными цепями деалкилируются. При отрыве алкильных заместителей образуются алкильные карбкатионы, которые после изомеризации подвергаются β-распаду и насыщаются по схеме, описанной для гидрокрекинга алканов, с образованием смеси низкомолекулярных алканов нормального и изостроения. Важно отметить, что в результате гидрокрекинга полициклических аренов происходит раскрытие ароматических колец и в значительном количестве образуются производные тетралина и индана.
Катализаторы процесса. Крекирующую и изомеризующую функции кислотного компонента катализатора выполняют цеолиты, оксид алюминия, алюмосиликаты. При этом для усиления кислотности в катализатор вводят галоген, а также оксидные добавки и др.
Металлы VIII группы (Pt, Pd, Ni, Co, Fe) , а также оксиды или сульфиды некоторых металлов VI группы (Мо, W) являются гидрирующим компонентом катализатора. Для повышения активности перед использованием металлы VIII группы восстанавливают водородом, а оксидные молибден- и вольфрамсодержащие катализаторы сульфидируют; кроме того, для активирования катализаторов используют также разнообразные промоторы (рений, родий, иридий и др.).
Важно отметить, что сульфиды и оксиды молибдена и вольфрама с промоторами являются бифункциональными катализаторами.
Макрокинетика процесса. На первой стадии макрокинетика аналогична процессам, протекающим при гидроочистке. Одновременно происходит гидрирование алкенов. Затем полициклические арены и циклоалканы гидрируются в замещенные моноциклические, а алканы подвергаются изомеризации и расщеплению.
Важно отметить, что температура проведения гидрокрекинга 300-425°С является оптимальная. Если понизить температуру реакции будут протекать с малой скоростью, а чрезмерное повышение температуры ограничивается термодинамическими факторами реакции гидрирования и увеличением скорости коксообразования и повышением выхода легких фракций и газа. При давлении менее 5 МПа начинается интенсивное закоксовывание катализатора. Поэтому для тяжелых газойлей и тем более остаточного сырья для предотвращения обратной реакции дегидрирования циклоалкановых колец в полициклических системах требуется более высокое давление водорода (до 20- 30 МПа).
Гидрокрекинг в промышленности. В промышленности широко используются следующие виды гидрогенизационных процессов:
Гидрокрекинг бензиновых фракций для получения сжиженного нефтяного газа, углеводородов С 4 -С 5 изостроения, в нефтехимическом синтезе и при выработке легкого высокооктанового компонента автомобильных бензинов;
Гидрокрекинг средних дистиллятов (прямогонных и вторичного происхождения) с температурой кипения 200-350 0 С для получения бензинов и реактивных топлив;
Гидрокрекинг атмосферного и вакуумного газойлей, газойлей коксования и каталитического крекинга для получения бензинов, реактивного и дизельного топлив;
Гидрокрекинг высококипящих нефтяных дистиллятов для получения реактивных и дизельных топлив, смазочных масел, малосернистых котельных топлив и сырья каталитического крекинга;
Селективный гидрокрекинг бензинов с целью повышения октановых чисел;
Селективный гидрокрекинг реактивных и дизельных топлив с целью снижения температуры застывания;
Селективный гидрокрекинг масляных фракций - для улучшения цвета, стабильности и снижения температуры застывания;
Гидродеароматизация и гидродепарафинизация.
Гидрокрекинг вакуумного дистиллята на установки 68-2к
Как было сказано выше, гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким каталитическим процессом. Этот процесс позволяет оптимально решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов, в результате, которого получается различные виды моторных топлив, соответствующих современным требованиям. На рис. 10 приведена принципиальная схема установки одноступенчатого гидрокрекинга 68-2к производительностью 1 млн.т по дизельному топливу и 0.63 млн. т по реактивному топливу.
Эти установки работают на нескольких НПЗ России применительно к переработке вакуумных газойлей 350-500°С с содержанием металлов не более 2 м.д. и под давлением около 15МПа.
Для проведения одноступенчатого процесса гидрокрекинга вакуумных дистиллятовиспользуют реактор, имеющий несколько слоев (до пяти) катализаторов нескольких типов. При этом градиент температур в каждом слое не должен превышать 25°С, между отдельными слоями катализатор. Для выполнения этого условия предусмотрен ввод охлаждающего водородсодержащего газа между слоями катализатора через контактно распределительные устройства, обеспечивающие тепло- и массообмен между газом и реагирующим потоком над слоем катализатора.
Смесь сырья (с пределами выкипания 350-500°С) с рециркулируемым гидрокрекинг-остатоки водородсодержащим газом, нагреваютсначала в теплообменниках, затем в печи П- 1 до температуры реакции иподаютвреакторы Р-1.
Реакционную смесь, входящую и реактора, охлаждают в сырьевых теплообменниках, затем в воздушных холодильниках и с температурой 45-55°С направляют в сепаратор высокого давления С-1.
Рисунок – 10 Принципиальная технологическая схема установки одноступенчатого гидрокрекинга 68-2к.
I - сырье; II - водородсодержащий газ; III - дизельное топливо; IV - легкий бензин; V - тяжелый бензин; VI - тяжелый газойль; VII - углеводородные газы на ГФУ; VIII - газы отдува; IX - регенерированный раствор моноэтаноламин; X - отработанный моноэтаноламин на регенерацию; XI - водяной пар
В сепараторе происходит отделение водородсодержащего газа от нестабильного гидрогенизата. Водородсодержащий газ направляют в абсорбер К-4, где происходит его очистка от сероводорода моноэталамином. Очищенный водородсодержащий газ компрессором подают на циркуляцию. Отработанный моноэтаноламин направляют на регенерацию. Нестабильный гидрогенизат через редукционный клапан направляют в сепаратор низкго давления С-2. В сепараторе выделяют часть углеводородных газов от гидрогенизата. Затем гидрогенезат подают через теплообменники в стабилизационную колонну К-1 для отгонки углеводородных газов и легкого бензина. Затем стабильный гидрогенизат разделяют в атмосферной колонне К-2 на тяжелый бензин и дизельную фракцию. Эту фракция отбирают через отпарную колонну К-3 , а кубовую жидкость (фракцию >360 °С) частично используют как рециркулят, а основное количество выводят с установки. Кубовая жидкость может быть использована как сырье для пиролиза, в качестве основы смазочных масел и т. д.
Таким образом, в результате гидрокрекинга фракции 350-500°С получено, % масс.: 88.03 – дизельное топливо; 1.28 – легкий бензин; 1.19 – углеводородный газ; 3.03 – сероводород; 8.53 – тяжелый бензин. Всего 102.06% (с учетом использованного водорода).
Гидрокрекинг – каталитический процесс переработки нефтяных дистиллятов и остатков при умеренных температурах и повышенных давлениях водорода на полифункциональных катализаторах, обладающих гидрирующими и кислотными свойствами (а в процессах селективного гидрокрекинга и ситовым эффектом).
Гидрокрекинг позволяет получать с высокими выходами широкий ассортимент высококачественных нефтепродуктов (сжиженных газов С 3 -С 4 , бензина, реактивного и дизельного топлив, компонентов масел) практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствующих катализаторов и технологических условий и является одним из экономически эффективных, гибких и наиболее углубляющих нефтепереработку процессов.
Легкий гидрокрекинг вакуумного газойля
В связи с устойчивой тенденцией опережающего роста потребности в дизельном топливе по сравнению с автобензином за рубежом с 1980 г. была начата промышленная реализация установок легкого гидрокрекинга (ЛТК) вакуумных дистиллятов, позволяющих получать одновременно с малосернистым сырьем для каталитического крекинга значительные количества дизельного топлива. Внедрение процессов JIГК вначале осуществлялось реконструкцией эксплуатируемых ранее установок гидрообессеривания сырья каталитического крекинга, затем строительством специально запроектированных новых установок.
Отечественная технология процесса ЛГК была разработана во ВНИИ НП еще в начале 1970-х гг., однако до сих пор не получила промышленного внедрения.
Преимущества процесса ЛГК над гидрообессериванием:
Высокая технологическая гибкость, позволяющая в зависимости от конъюнктуры спроса на моторные топлива легко изменять (регулировать) соотношение дизтопливо: бензин в режиме максимального превращения в дизельное топливо или глубокого обессеривания для получения максимального количества сырья каталитического крекинга;
За счет получения дизельного топлива при Л ГК соответственно разгружается мощность установки каталитического крекинга, что позволяет вовлечь в переработку другие источники сырья.
Отечественный одностадийный процесс ЛГК вакуумного газойля 350…500 °С проводят на катализаторе АНМЦ при давлении 8 МПа, температуре 420...450 °С, объемной скорости сырья 1,0...1,5 ч -1 и кратности циркуляции ВСГ около 1200 м 3 /м 3 .
При переработке сырья с повышенным содержанием металлов процесс ЛГК проводят в одну или две ступени в многослойном реакторе с использованием трех типов катализаторов: широкопористого для гидродеметаллизации (Т-13), с высокой гидрообессеривающей активностью (ГО-116) и цеолитсодержащего для гидрокрекинга (ГК-35). В процессе ЛГК вакуумного газойля можно получить до 60% летнего дизельного топлива с содержанием серы 0,1 % и температурой застывания - 15 °С (табл. 8.20).
Недостатком одностадийного процесса ЛГК является короткий цикл работы (3...4 мес.). Разработанный во ВНИИ НП следующий вариант процесса - двухступенчатый ЛГК с межрегенерационным циклом 11 мес. - рекомендован для комбинирования с установкой каталитического крекинга типа Г-43-107у.
Гидрокрекинг вакуумного дистиллята при 15 МПа
Гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким каталитическим процессом, позволяющим комплексно решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов (ГКВД) с получением широкого ассортимента моторных топлив в соответствии с современными требованиями и потребностями в тех или иных топливах.
Одноступенчатый процесс гидрокрекинга вакуумных дистиллятов проводят в многослойном (до пяти слоев) реакторе с несколькими типами катализаторов. Для того чтобы градиент температур в каждом слое не превышал 25 °С, между отдельными слоями катализатора предусмотрен ввод охлаждающего ВСГ (квенчинг) и установлены контактнораспределительные устройства, обеспечивающие тепло- и массообмен между газом и реагирующим потоком и равномерное распределение газожидкостного потока над слоем катализатора. Верхняя часть реактора оборудована гасителями кинетической энергии потока, сетчатыми коробками и фильтрами для улавливания продуктов коррозий.
На рис. 8.15 приведена принципиальная технологическая схема одной из двух параллельно работающих секций установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного дистиллята 68-2к (производительностью 1 млн. т/год по дизельному варианту или 0,63 млн. т/год при получении реактивного топлива).
Сырье (350...500 °С) и рециркулируемый гидрокрекинг-остаток смешивают с ВСГ, нагревают сначала в теплообменниках, затем в печи П-1 до температуры реакции и подают в реакторы Р-1 (Р-2 и т.д.). Реакционную смесь охлаждают в сырьевых теплообменниках, далее в воздушных холодильниках и с температурой 45...55°С направляют в сепаратор высокого давления С-1 , где происходит разделение на ВСГ и нестабильный гидрогенизат. ВСГ после очистки от H 2 S в абсорбере К-4 компрессором подают на циркуляцию.
Нестабильный гидрогенизат через редукционный клапан направляют в сепаратор низкого давления С-2 , где выделяют часть углеводородных газов, а жидкий поток подают через теплообменники в стабилизационную колонну К-1 для отгонки углеводородных газов и легкого бензина.
Стабильный гидрогенизат далее разделяют в атмосферной колонне К-2 на тяжелый бензин, дизельное топливо (через отпарную колонну К-3 ) и фракцию >360 °С, часть которой может служить как рециркулят, а балансовое количество - как сырье для пиролиза, основа смазочных масел и т. д.
В табл. 8.21 представлен материальный баланс одно- и двухступенчатого ГКВД с рециркуляцией гидрокрекинг-остатка (режим процесса: давление 15 МПа, температура 405...410°С, объемная скорость сырья 0,7 ч -1 , кратность циркуляции ВСГ 1500 м 3 /м 3).
Недостатками процессов гидрокрекинга являются их большая металлоемкость, большие капитальные и эксплуатационные затраты, высокая стоимость водородной установки и самого водорода.
В 2012 году в рамках контракта, заключенного ОАО «Ижорские заводы» с ООО «РН-Туапсинский НПЗ» (входит в структуру НК «Роснефть») в 2010 году, Группа ОМЗ закончила изготовление и поставила шесть тяжеловесных емкостных аппаратов, предназначенных для глубокой переработки нефти и получения высококачественного топлива стандарта Евро-5. Общая масса оборудования составила более 5 тыс. тонн, при этом два сосуда обладают уникальными весогабаритными характеристиками: высота - более 40 метров, диаметр - более 5 метров, вес - около 1400 тонн. Такие нефтехимические реакторы были произведены в Российской Федерации впервые.
Изготовление сосудов осуществлялось в соответствии с требованиями Кода ASME и российских нормативных документов для оборудования нефтехимического производства. Лицензиаром проекта выступила компания Chevron Lummus Global (США) - одна из крупнейших мировых компаний по разработке новейших технологий глубокой переработки углеводородов.
Отгрузка реакторов гидрокрекинга в адрес Туапсинского НПЗ стала уникальной транспортной операцией, так как впервые в истории Ижорских заводов продукция отгружалась заказчику партиями сразу их трех нефтехимических сосудов общим весом более 2600 тонн. Все сосуды были отгружены заказчику водным путем с грузового причала Ижорских заводов на реке Неве в поселке Усть-Славянка».
Заказчик
«Роснефть» - лидер российской нефтяной отрасли и одна из крупнейших публичных нефтегазовых компаний мира. Основными видами деятельности «Роснефти» являются разведка и добыча нефти и газа, производство нефтепродуктов и продукции нефтехимии, а также сбыт произведенной продукции. Компания включена в перечень стратегических предприятий России.
География деятельности «Роснефти» в секторе разведки и добычи охватывает все основные нефтегазоносные провинции России: Западную Сибирь, Южную и Центральную Россию, Тимано-Печору, Восточную Сибирь, Дальний Восток, шельф Арктических морей. Компания также реализует проекты в Казахстане, Алжире, Венесуэле и ОАЭ.
Основное конкурентное преимущество «Роснефти» - размер и качество ее ресурсной базы. Компания располагает 22,8 млрд барр. н. э. доказанных запасов, что является одним из лучших показателей среди публичных нефтегазовых компаний мира.
Суммарный объем переработки нефти на НПЗ Компании составил по итогам 2010 г. рекордные для российского перерабатывающего сектора 50,5 млн тонн (369 млн барр.) Заводы «Роснефти» имеют выгодное географическое положение, что позволяет значительно увеличить эффективность поставок производимых нефтепродуктов. В настоящее время «Роснефть» реализует проекты расширения и модернизации своих НПЗ с целью улучшения баланса между добычей и переработкой, а также для увеличения выпуска качественной продукции с высокой добавленной стоимостью, соответствующей самым современным экологическим стандартам.
Особое место в программе развития перерабатывающего сектора Компании занимает проект расширения мощностей Туапсинского НПЗ с 5 до 12 млн т (c 37 до 88 млн барр.) в год. Фактически речь идет о строительстве на территории действующего НПЗ нового современного завода с индексом сложности Нельсона около 8 и выходом светлых нефтепродуктов 90%. При этом автомобильное топливо, производимое на НПЗ, будет соответствовать классам 4 и 5 (эквивалент Евро-4 и Евро-5). Туапсинский завод отличается наиболее выгодным географическим положением среди перерабатывающих активов «Роснефти», что определяет высокую экономическую эффективность проекта по расширению его мощностей.
Проект реализуется в два этапа. Первый этап, который планируется завершить в 2012 г., включает строительство установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-12 с секцией гидроочистки нафты, а также объектов общезаводского хозяйства. Второй этап, который планируется завершить в 2014 г., включает в себя строительство установки гидрокрекинга вакуумного газойля и гидроочистки дизельного топлива, установки по производству водорода, изомеризации и гидроочистки нафты, установки каталитического риформинга, производства серы, установки флексикокинга.
ОАО «Ижорские заводы» более десяти лет являются крупнейшим машиностроительным предприятием России по выпуску уникального реакторного оборудования для установок: гидрокрекинга, гидроочистки, каталитического крекинга и т.п. За последние годы спроектировано и изготовлено более 150 сосудов, в том числе с уникальными весогабаритными характеристиками.
Технологические возможности
На Ижорской промышленной площадке разработана и внедрена комплексная (сквозная) технология производства тяжелых нефтехимических реакторов из крупногабаритных кованых обечаек из хромиолибденванадиевой стали - основного материала для изготовления аналогичного оборудования мировыми лидерами.
Ижорские заводы располагают технологическими возможностями для изготовления нефтехимического оборудования в соответствии с кодами ASME и российскими стандартами со следующими параметрами:
- Наружный диаметр, мм: от 500 до 9000
- Длина, мм: от 300 до 80000
- Толщина стенки, мм: от 4 до 450
- Масса, т: от 0,05 до 1450
- Рабочее давление, МПа: до 250
- Рабочая температура, 0C: от минус 70 до плюс 600
Важным конкурентным преимуществом Ижорских заводов является наличие на одной производственной площадке собственной высококачественной металлургии (предприятие ООО «ОМЗ-Спецсталь»); научно-исследовательского центра (предприятие ТК «ОМЗ-Ижора»), осуществляющего металловедческое сопровождение на всех этапах производства; и конструкторского бюро, способного проектировать с использованием современных программных комплексов оборудование в соответствии с требованиями мировых лицензиаров.
Для обеспечения высокой прочности ректоров для нефтепереработки на Ижорских заводах разработано и успешно используется большое количество уникальных технологий сварки и наплавки. Технологией сварки хроммолибденванадиевых сталей большой толщины (более 200 мм) располагает всего несколько предприятий в мире, в России - только Ижорские заводы. Еще одной уникальной технологией, которая была разработана и внедрена в производстве реакторов для нефтепереработки, является однородная однослойная коррозионностойкая наплавка лентой шириной 90 мм, выполняемая электрошлаковым способом.
Гидрокрекинг предназначен для получения малосернистых топливных дистил-лятов из различного сырья.
Гидрокрекинг - процесс более позднего поколения, чем каталитический крекинг и каталитический риформинг, поэтому он более эффективно осуществляет те же задачи, что и эти 2 процесса.
В качестве сырья на установках гидрокрекинга используют вакуумные и атмосферные газойли, га-зойли термического и каталитического крекинга, деасфальтизаты, мазуты, гудроны.
Технологическая установка гидрокрекинга состоит обычно из 2 х блоков:
Реакционного блока, включающего 1 или 2 реактора,
Блока фракционирования, состоящего из различного числа дистилляционных колонн.
Продуктами гидрокрекинга являются автомобильные бензины, реактивное и дизельное топливо, сырье для нефтехимического синтеза и СУГ (из бензиновых фракций).
Гидрокрекинг позволяет увеличить выход компонентов бензина, обычно за счет превращения сырья типа газойля.
Качество компонентов бензина, которое при этом достигается, недостижимо при повторном прохождении газойля через процесс крекинга, в котором он был получен.
Гидрокрекинг также позволяет превращать тяжелый газойль в легкие дистилляты (реактивное и дизельное топливо). При гидрокрекинге не образуется никакого тяжелого неперегоняющегося остатка (кокса, пека или кубового остатка), а только легко кипящие фракции.
Преимущества гидрокрекинга
Наличие установки гидрокрекинга позволяет переключать мощности НПЗ с выпуска больших количеств бензина (когда установка гидрокрекинга работает) на выпуск больших количеств дизельного топлива (когда она отключена).
Гидрокрекинг повышает качество компонентов бензина и дистиллята.
В процессе гидрокрекинга используются худшие из компонентов дистиллята и выдает компонент бензина выше среднего качества.
В процессе гидрокрекинга образуются значительные количества изобутана, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования.
Использование установок гидрокрекинга дает увеличение объема продуктов на 25%.
В настоящее время широко используется около 10 различных типов установок гидрокрекинга, но все они очень похожи на типичную конструкцию.
Катализаторы гидрокрекинга менее дороги, чем катализаторы каталитического крекинга.
Технологический процесс
Слово гидрокрекинг расшифровывается очень просто. Это каталитический крекинг в присутствии водорода.
Ввод холодного водородсодержащего газа в зоны между слоями катали-затора позволяет выравнивать температуры сырьевой смеси по высоте реактора.
Движение сырьевой смеси в реакторах нис-ходящее.
Сочетание водорода, катализатора и соответствующего режима процесса позволяют провести крекинг низкокачественного легкого газойля, который образуется на других крекинг-установках и иногда используется как компонент дизельного топлива.
Установка гидрокрекинга производит высококачественный бензин.
Катализаторы гидрокрекинга - обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS 2 , NiS) и оксид алюминия.
В отличие от каталитического крекинга, но так же как при каталитическом риформинге, катализатор располагается в виде неподвижного слоя. Как и каталитический риформинг, гидрокрекинг чаще всего проводят в 2-х реакторах.
Сырье, пода-ваемое насосом, смешивается со свежим водородсодержащим газом и циркуляционным газом, ко-торые нагнетаются компрессором.
Газосырьевая смесь, пройдя теплообменник и змеевики печи, нагревается до температуры реакции 290- 400°С (550-750°F) и под давлением 1200- 2000 psi (84-140 атм) вводится в реактор сверху. Учитывая большое тепловыде-ление в процессе гидрокрекинга, в реактор в зоны между слоями катализатора вводят холодный водородсодержащий (циркуляционный) газ с целью выравнивания температур по высоте реактора. Во время прохождения сквозь слой катализатора примерно 40-50% сырья подвергается крекингу с образованием продуктов, соответствующих по температурам кипения бензину (точка выкипания до 200°С (400°F).
Катализатор и водород дополняют друг друга в не-скольких аспектах. Во-первых, на катализаторе идет кре-кинг. Чтобы крекинг продолжался, требуется подвод теп-ла, то есть это - эндотермический процесс. В то же время, водород реагирует с молекулами, которые образуются при крекинге, насыщая их, и при этом выделяется теп-ло. Другими словами, эта реакция, которая называется гидрирование, является экзотермической. Таким образом, водород дает тепло, необходимое для протекания кре-кинга.
Во-вторых - это образование изопарафинов. При крекинге получаются олефины, которые могут соединяться друг с другом, при-водя к нормальным парафинам. За счет гидрирования двой-ные связи быстро насыщаются, при этом часто возникают изопарафины, и таким образом предотвращается повтор-ное получение нежелательных молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов).
Выходящая из реактора смесь продуктов реакции и циркуляционного газа охлаждается в теплооб-меннике, холодильнике и поступает в сепара-тор высокого давления. Здесь водородсодержащий газ для обратного направления в процесс и смешивания с сырьем отделяется от жидкости, которая с низа сепара-тора через редукционный клапан, поступает далее в сепаратор низкого давления. В сепараторе выделяется часть углеводородных газов, а жидкий поток направляется в теплообменник, располо-женный перед промежуточной ректификационной колонной, для дальнейшей перегонки. В колонне при небольшом избыточном давлении выделяются углеводородные газы и лег-кий бензин. Керосиновую фракцию можно выделить, как бо-ковой погон или оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.
Бензин частично возвращается в промежуточную ректификационную колонну в виде острого орошения, а балансовое его количество через систему «защелачивания» откачивается с уста-новки. Остаток из промежуточной ректификационной колонны разделяется в атмосфер-ной колонне на тяжелый бензин, дизельное топ-ливо и фракцию >360°С. Так как сырье на данной операции уже подвергалось гидрированию, крекингу и риформингу в 1-м реакторе, процесс во 2-м реакто-ре идет в более жестком режиме (более высокие температуры и давления). Как и продукты 1-й стадии, смесь, выходящая из 2-го реактора, отделяется от водорода и направляется на фракционирование.
Толщина стенок стального реактора для процесса, проходящего при 2000 psi (140 атм) и 400°С, иногда до-стигает 1 см.
Основная задача - не дать крекингу выйти из-под контроля. Поскольку суммарный процесс эндотермичен, то возможен быстрый подъем температу-ры и опасное увеличение скорости крекинга. Чтобы избе-жать этого, большинство установок гидрокрекинга содержат встроенные приспособления, позволяющие быст-ро остановить реакцию.
Бензин атмосферной колонны смешивается с бен-зином промежуточной колонны и выводится с уста-новки. Дизельное топливо после отпарной колонны охлаждается, «защелачивается» и откачивается с уста-новки. Фракция >360°С используется в виде горя-чего потока внизу атмосферной колонны, а остальная часть (остаток) выводится с установки. В случае произ-водства масляных фракций блок фракционирования имеет также вакуумную колонну.
Регенерация катализатора проводится смесью воздуха и инертного газа; срок службы катализа-тора 4-7 мес.
Продукты и выходы.
Сочетание крекинга и гидрирования дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья.
Ниже приведено типичное распределение выходов продуктов гидро¬крекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга.
Продукты гидрокрекинга - это 2 основные фракции, которые используются как компоненты бензина.
Объемные доли
Газойль коксования 0,60
Светлые фракции с установки каталитического крекинга 0,40
Продукты:
Изобутан 0,02
Н-Бутан 0,08
Легкий продукт гидрокрекинга 0,21
Тяжелый продукт гидрокрекинга 0,73
Керосиновые фракции 0.17
Напомним, что из 1 ед сырья получается около 1,25 ед продукции.
Здесь не указано требуемое количество водорода, которое измеряется в стандартных фт 3 /барр сырья.
Обычный расход составляет 2500 ст.
Тяжелый продукт гидрокрекинга - это лигроин (нафта), содержащий много предшественников ароматики (то есть соединений, которые легко превращаются в ароматику).
Этот продукт часто направляют на установку риформинга для облагораживания.
Керосиновые фракции являются хорошим реактивным топливом или сырьем для дистиллятного (дизельного) топлива, поскольку они содержат мало ароматики (в результате насыщения двойных связей водородом).
Гидрокрекинг остатка.
Существует несколько моделей установок гидрокрекинга, которые были сконструированы специально для переработки остатка или остатка от вакуумной перегонки.
На выходе получается более 90% остаточного (котельного) топлива.
Задачей данного процесса является удаление серы в результате каталитической реакции серосодержащих соединений с водородом с образованием сероводорода.
Таким образом, остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.
Использовать установки гидрокрекинга необходимо в общей схеме переработки нефти.
С одной стороны, установка гидрокрекинга является центральным пунктом, так как она помогает установить баланс между количеством бензина, дизельного топлива и реактивного топлива.
С другой стороны, скорости подачи сырья и режимы работы установок каталитического крекинга и коксования не менее важны.
Кроме того, алкилирование и риформинг также следует учитывать при планировании распределения продуктов гидрокрекинга.
