СПЕЦИФИКА РАБОТЫ БЛОКОВ ГИДРООЧИСТКИ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ НК-75 УСТАНОВОК ГИДРОИЗОМЕРИЗАЦИИ БЕНЗИНА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Х

И

М

И

Ч

Е

С

К

И

Е

НАУКИ

А.Р. Хошимжонов, О.В. Анищенко

СПЕЦИФИКА РАБОТЫ БЛОКОВ ГИДРООЧИСТКИ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ НК-75 УСТАНОВОК ГИДРОИЗОМЕРИЗАЦИИ БЕНЗИНА

В статье представлен анализ процесса гидроочистки бензиновых фракций. На основании анализа процессов, протекающих в реакторе блока гидроочистки, предложены варианты интенсификации процесса с повышением выхода и селективности реакций.

Ключевые слова: нефтепереработка, гидрогенизационные процессы, гидроочистка, бензиновые фракции, реактор, распределительная тарелка.

Несмотря на современные вызовы, которые усложняют и без того непростую работу нефтеперерабатывающей отрасли, целью нефтепереработки в нашей стране останется сохранение современного высокого уровня технологичности производства моторных топлив. В связи с этим технология изомеризации бензиновых фракций, как способ получения высокооктановых неароматических компонентов товарных топлив из прямогонных легких фракций нефти, является не только технологией производства экологичного топлива, но и высокоэффективным способом переработки легких бензиновых фракций. Увеличение производственных мощностей и повышение эффективности работы установок изомеризации требуют более полного удаления из сырья примесей, отравляющих катализаторы изомеризации, что в настоящее время невозможно без процесса предварительной гидроочистки сырья.

Процесс гидроочистки бензиновых фракций НК-75, является этапом подготовки сырья на установках гидроизомеризации. Он представляет собой каталитический процесс глубокого гидрирования ге-тероорганических соединений, протекающий в среде водородсодержащего газа с использованием сульфи-дированных алюмокобальтмолибденовых или алюмоникельмолибденовых катализаторов [1].

К задачам, стоящим перед предварительной гидроочисткой сырья изомеризации, относят удаление из него веществ, дезактивирующих катализатор процесса изомеризации. Дезактивирующие катализатор вещества это - соединения серы, кислорода и азота; металлоорганические соединения, содержащие мышьяк, медь и др., а также непредельные соединения. Гидрогенолиз этих соединений возможен с разной

© А.Р. Хошимжонов, О.В. Анищенко, 2023.

долей конверсии, поэтому подбор условий позволяющих, конвертировать полностью эти соединения основная проблема этого процесса [2].

Как видно из таблицы требования к сырью изомеризации достаточно жесткие.

Таблица

Предельно допустимое содержание примесей в сырье блока изомеризации_

№ Загрязняющая примесь: Типичное предельно допустимое содержание:

1 Общая сера 0,1 ррм масс

2 Общий азот 0,1 ррм масс

3 Суммарное содержание кислородсодержащих соединений 0,1 ррм масс.

4 Вода 0,05 ррм масс.

5 Медь отсутствие

6 Свинец отсутствие

7 Мышьяк отсутствие

8 Фториды 0,5 ррм масс.

9 Бромное число 4

10 Суммарное содержание хлоридов 0,5 ррм масс.

Соединения серы в бензиновых фракциях представлены меркаптанами, сульфидами, ди- и полисульфидами, тиофенами. Возможно наличие элементарной серы, образующейся в процессе перегонки нефти за счёт термического разложения сернистых соединений и в результате окисления сероводорода при контакте с воздухом.

В целом удаление серы в процессе гидроочистки происходит довольно легко. В зависимости от строения, сернистые соединения превращаются в парафиновые или ароматические углеводороды с выделением сероводорода.

При температурах выше 350 оС возможна полная конверсия сероорганических соединений. Но при этом может происходить побочная реакция рекомбинации сероводорода с олефинами или компонентами крекинга углеводородов, участвующими в образовании олефинов, с образованием меркаптанов.

СНзСН2СН2СН=СНСНз+ H2S ^ СН3СН2СН2СН2СНСН3

I

SH

Чтобы исключить протекание этой реакции температура в реакторе поддерживается на уровне (315...340) °C. Это позволяет обеспечить высокие скорости реакций гидрирования и не приведёт к образованию значительных количеств олефинов и рекомбинации сероводорода с ними. Температура в реакторе, при этом, зависит от состава сырья, рабочего давления и объёмной скорости реакционной массы.

Гидрогенолиз азоторганических соединений в процессе гидроочистки бензиновой фракции (НК-75) °С происходит значительно труднее, чем удаление серы. Степень денитрификации составляет всего лишь одну пятую степени обессеривания. Азоторганические соединения претерпевают различные превращения с образованием аммиака. Аммиак выводится из сырья с водой.

Насыщение олефинов происходит почти с такой же скоростью, что и обессеривание. Большинство прямогонных бензинов содержат олефины только в следовых количествах, однако в бензинах деструктивных процессов содержание олефинов обычно весьма значительно. Переработка сырья с высоким содержанием олефинов на установках гидроочистки прямогонных бензинов требует соблюдения определенных мер предосторожности из-за высокой экзотермичности реакций насыщения олефинов

Органические галогеносодержащие соединения при гидроочистке фракции (НК-75) °С разлагаются до соответствующего галогеноводорода, который либо абсорбируется при водной промывке продуктов из реактора, либо уходит вместе с головным погоном газа из отпарной колонны. Разложение органических галогеносодержащих соединений происходит значительно труднее, чем разложение серосодержащих соединений. Считается, что при очистке сырья можно удалить максимум 90 % органических галогенидов, однако в условиях, создаваемых для удаления только азота и серы, эта величина намного меньше. По этой причине необходимо периодически осуществлять анализ гидрогенизата на содержание хлорида, так как количество хлоридов, подаваемых на установку изомеризации регламентировано.

Гидрогенолиз хлорорганических соединений происходит по схеме:

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CI + H2 ^ HCl + СН3СН2СН2СН2СН2СН3

Большинство примесей металлов присутствуют в сырье гидроочистки в количестве нескольких частей на миллион (ррт или мг/т). Катализатор гидроочистки способен, при нормальных рабочих условиях обеспечить удаление металлов, присутствующих в сырье в довольно высоких концентрациях - до 5 ррт или более.

В процессе очистки сырья металлы оседают на катализаторе. В отработанном катализаторе гидроочистки находят мышьяк, железо, кальций, магний, фосфор, свинец, кремний, медь и натрий. Удаление металлов из сырья происходит в условиях псевдоидеального потока по отношению к слою катализатора.

При температурах выше 315 °С удаляются практически все металлы, присутствующие в количествах до (2-3) % от массы катализатора.

Наибольшую проблему при эксплуатации реактора со стационарным слоем катализатора представляет развитие в слое катализатора определенных каналов и мест спекания катализатора. Кроме того, постепенно накапливается в слое не выводимые примеси, такие как металлы, мышьяк и смолы, это ведет к необходимости в периоды капитальных ремонтов, с периодичностью раз в два года или чаще прибегать к операции либо частичной перегрузки катализатора, либо пересыпки катализатора. Такие мероприятия приводят к дополнительным затратам на закупку свежего катализатора, либо потерям прибыли от производства из-за простоев установки. Еще более серьезная ситуация возникает при достижении на катализаторе гидроочистки состояния равновесного насыщения, что является скрытой угрозой для блока изомеризации. Возникает проскок металлоорганических примесей и безвозвратное отравление катализатора изомеризации. Возможными вариантами решения проблем связанных с эксплуатацией катализатора является использование многослойной загрузки. Где первые по ходу газосырьевой смеси слои представляют собой так называемые защитные слои, содержащие пониженную концентрацию активных компонентов катализатора, оксидов никеля или молибдена, а также могут представлять собой насадку нерегулярного типа, улучшающую распределение по поверхности катализатора сырья. Такой прием достаточно распространен в нефтепереработки, но ведет к уменьшению загрузки катализатора в реактор. Снижение загрузки катализатора очевидно снизит конверсию сырья, в особенности трудногидрируемых гетероорганических соединений, что укоротит срок службы катализатора изомеризации. Наиболее применимы в этом случае, как мы считаем, внутренние контактные устройства в виде компактных распределительных тарелок. Их использование позволяет еще более эффективно распределять газосырьевую смесь по поверхности катализатора, почти полностью исключает образование каналов в слоях катализатора, практически вся поверхность катализатора равномерно «смочена» сырьем, к тому же на тарелке возможно улавливание шлама, уносимого с потоком. В периоды ремонта отложения с поверхности тарелки удаляются простой механической чисткой. Среди разнообразного ассортимента конструкций распределительных тарелок производимых и предлагаемых исследователями, не все конструкции достаточно надежны. Нами предложена распределительная тарелка [3], позволяющая значительно интенсифицировать распределение сырьевого потока в реакторе. Особая конструкция этой тарелки создает запас поверхности орошения в 3,9%, что при пресечении факелов разбрызгивания равных 1/3 собственной ширины разбрызгивания, что в свою очередь будет компенсировать избыточную поверхность орошения и позволит создать равномерное распределение жидкости по поверхности катализатора, что позволит повысить производительность всей установки в целом.

Рис. Распределительная тарелка

В конструкции тарелки имеются специальные газовые патрубки 3 с возможностью осевого перемещения внутри переливных труб 2. Под плитой 1 также имеется жёстко закрепленный кольцевой козырек

5, который позволяет предотвратить унос капель жидкости с газовым потоком, увеличить смоченную поверхность насадки или слоя катализатора 7 и сам объем орошающей жидкости, взаимодействующий с насадкой и слоем катализатора 7, что способствует росту производительности тепло - и массообменного процесса или процесса, сопровождаемого химической реакцией.

При этом возможно контролировать качество стабильного гидрогенизата, не допуская наличия примесей в сырье изомеризации выше допустимого.

Таким образом использование распределительной тарелки в реакторе блока гидроочистки бензиновой фракции НК 75 установок изомеризации позволит за счет интенсификации масс- и теплообмена добиться следующих результатов:

1.Продлить срок службы катализатора гидроочистки и снизить время ремонта, за счет исключения операций по пересыпке и перегрузки катализатора.

2.Увеличить конверсию трудногидрируемых гетероорганических соединений, что позволит увеличить срок службы катализатора изомеризации.

Библиографический список:

1.Алиев Р. Р. Катализаторы и процессы переработки нефти / Р. Р. Алиев. - Москва : ОАО «ВНИИ НП», 2010.

- 389 с.

2.Икрянников, Е.А. Повышение производительности блока гидроочистки сырья на установках изомеризации бензиновых фракций / Е.А. Икрянников, О.В. Анищенко // Вестник магистратуры. - 2020. - № 5-3 (104). - С 143-147.

3.П. м. 208968 Российская Федерация, МПК В0Ш 3/00 Распределительная тарелка / А.Б. Голованчиков, А.А. Шурак, О.В. Анищенко, Н.А. Меренцов, Н.А. Прохоренко, Д.С. Косьяненко; ФГБОУ ВО ВолгГТУ. - 2022.

ХОШИМЖОНОВ АББОСБЕК РАВШАНБЕК УГЛИ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.

АНИЩЕНКО ОКСАНА ВИТАЛЬЕВНА - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.