CC BY
16Д.С. Косьяненко, О.В. Анищенко
ВЛИЯНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ РЕАКТОРА ГИДРООЧИСТКИ МАСЕЛ
В данной работе представлены результаты анализа влияния распределительных устройств на эффективность работы реактора гидроочистки масел производительностью 120 000 т/год по одной сырьевой линии, позволяющие увеличить производительность за счет увеличения продолжительности срока службы катализатора.
Ключевые слова: гидроочистка, гидроочистка масел, распределительные устройства, модернизация реакторного блока гидроочистки масел, повышение эффективности работы реактора гидроочистки масел.
Масляная фракция в своем составе содержит огромное количество нежелательных соединений, таких как полициклические арены, высокомолекулярные твердые н-алканы, гетероатомные вещества, смолистые и смолисто-асфальтеновые вещества, которые возможно удалить разнообразными процессами их очистки.
Прежде масляные дистилляты очищали от серосодержащих соединений в основном серной кислотой и избирательными растворителями. В качестве побочных продуктов получали большое количество высокосернистых экстрактов и кислых гудронов. Помимо серы удалялась и органическая часть молекул серосодержащих соединений, что, в свою очередь, влияло на снижение выхода целевых продуктов. В связи с этим широкое распространение получили каталитические процессы гидроочистки, способствующие увеличению выхода и повышению конверсии продуктов.
Гидроочистка - это процесс гидрогенизационной очистки масла в среде водорода на поверхности катализатора при повышенных давлениях и температуре [1]. В ходе такого процесса протекают химические реакции углеводородов в направлении очистки от серо-, азот-, кислородосодержащих соединений гидрокрекинга, гидрирования непредельных углеводородов. Основной задачей процесса гидроочистки является окончательная очистка дистиллятных, остаточных депарафинированных масел, фракций масляных узких и гидроочистки рафинатов.
Ежегодное ужесточение требований к качеству товарных масел и ухудшение сырьевой базы спо-двигло совершенствовать существующие и разрабатывать новые технологии получения базовых масел. На сегодняшний день необходимы базовые масла с высоким индексом вязкости, окислительной стабильностью и минимальным содержанием вредных веществ. В связи с этим, задача по модернизации процесса гидроочистки, который в настоящее время используется на многих химических предприятиях и играет важную роль в получении базовых масел, является актуальной.
Основным аппаратом данного процесса является реактор с аксиальным вводом сырья, имеющий цилиндрическую форму. Он должен обладать такой конструкцией, которая могла бы обеспечивать заданный режим эксплуатации, быть технологически исправной на протяжении срока службы, гарантировать безопасность при изготовлении и монтаже, предоставлять возможность для осуществления контроля за его техническим состоянием [3].
Очень важным моментом при образовании контакта фаз может послужить среда, в которой протекает процесс. Поскольку гидроочистка, как и многие гидропроцессы, протекает в гетерогенной среде, то очень сложно создать условия для взаимодействия всех компонентов в полной мере. К тому же, необходимо сохранять активность катализатора во всех слоях, избегать закоксовывания его различными примесями и перепадами температур. Поэтому, одной из главных особенностей процесса гидроочистки, как и любого другого гидропроцесса, является качественное распределение сырьевого потока в реакторе. А именно, благодаря установке внутрикорпусных устройств, которые необходимы для рационального использования реактора, то есть: исключают возможность попадания сырьевого потока на слой катализатора в виде струи, обеспечивают движение сырья с одинаковой скоростью, служат для равномерного распределения газосырьевого потока по продольному и поперечному сечению реактора [4].
Расположение внутрикорпусных устройств может быть различным. Они могут размещаться в зонах входа в слой катализатора, внутри его и на выходе. Наиболее распространенными из них, и важными
© Д.С. Косьяненко, О.В. Анищенко, 2021.
для процесса гидроочистки, являются распределительные тарелки, устанавливаемые над слоем катализатора. В свою очередь, жидкостные распределительные устройства по своей конструкции делятся на пять категорий [3]:
1) Первый тип служит для последовательного разделения жидкости на множественные потоки перед ее контактом со слоем катализатора, который состоит из серии желобов и водосливов;
2) Второй, представляет собой перфорированную горизонтальную тарелку, которая может быть использована для предварительного жидкостного распределения в сочетании с более тонкой конечной жидкостной распределительной тарелкой [5];
3) К третьей категории относят тарелку с патрубком для прохода газа. Отличительной особенностью данного устройства является ряд вертикальных трубок с равномерным шагом на горизонтальной тарелке, установленных обычно по схеме квадрата или правильного треугольника [6];
4) Четвертая разновидность жидкостного распределительного устройства - колпачковая барбо-тажная тарелка. Само название говорит за себя, что в этом устройстве используются некоторое количество колпачков, которые равно распределены по поверхности горизонтальной тарелки.
5) Распределители пятого типа являются модернизированной версией предыдущего типа распределителей с барботажными колпачками. Главное отличие состоит лишь в том, что вертикальный патрубок имеет в своем строении дополнительные отверстия [8].
В ходе проведенного анализа патентной информации и статей было выявлено, что качественное распределение сырьевого потока в реакторах гидроочистки является часто встречаемой и достаточно серьезной проблемой. Решением служит совершенствование конструкции соответствующих внутренних устройств основного аппарата. А именно, установкой распределительной тарелки, которая будет обеспечивать равномерное распределение жидкости и газа по всей площади поперечного сечения слоя катализатора [10], [11].
Зачастую, распределительные тарелки обычной конструкции сконструированы таким образом, что сырьевой поток вводится в слой катализатора через переточные трубки, отдельно выступающие над тарелкой, или через отверстия в тарелке. В связи с этим, на поверхность слоя катализатора попадает достаточно крупная струя, за счет чего "смачивается" только зона непосредственно под переточной трубкой или отверстием. Ненамного лучше и колпачковые барботажные распределительные тарелки, у которых "смачивание" верхней поверхности составляет всего около 30% [9].
По этим причинам, следует воспользоваться распределительной тарелкой с паровым подъемом (рис. 1), которая обеспечивает равномерное увлажнение расположенного ниже катализатора за счет особенностей своего строения, а именно, наличия беспрецедентного количества капельных отверстий. Помимо всего прочего, устройство представляет собой самонесущий блок, который уменьшает деформацию тарелки и устраняет необходимость применения опорных балок, что, в свою очередь, позволяет увеличить загрузку катализатора. Поэтому при использовании тарелок данной конструкции резко падает актуальность использования инертного материала перед слоем катализатора, что может привести к сокращению высота его слоя с 0,6 до 0,1 метра [12].
Рис. 1. Чертеж распределительной тарелки с паровым подъемом а - Капельные отверстия; б - Крепления с модульным принципом
В основе конструкции распределительной тарелки лежит модульный принцип, что помогает оптимизировать и приспособить эту модель к любому реактору. Каждый модуль имеет монтажную маркировку для облегчения сборки и монтажа. Также, данное устройство оборудовано быстроразъемными креплениями для осуществления быстрого монтажа, демонтажа и облегчения доступа через люки. Кроме того, количество болтовых соединений сведено к минимуму с целью устранения проблемы заедания и сокращения общего времени монтажа [12].
Помимо всего прочего, распределительная тарелка способна к удержанию большого количества примесей и частиц, без предоставления неудобств для прохода газа и жидкости и их распределения на расположенный ниже слой катализатора, при этом обладая наименьшей чувствительностью к изменениям условий технологического процесса.
Таблица 1
Сравнительная таблица старого и нового способов_
Параметры процесса Промышленный аналог Новый способ
Перепад давления до 60 кПа 20-25 кПа
Смачивание поверхности катализатора 30-40% до 99%
Продолжительность цикла работы катализатора 18 месяцев 24 месяца
Производительность 120000 т/год 130000 т/год
В заключении можно сделать вывод о том, что в результате модернизации установки гидроочистки средневзвешенная температура слоя в реакторе была снижена более чем на 15 °С, что соответствует увеличению продолжительности цикла работы катализатора примерно на 6 месяцев и способствует повышению производительности на 8,3% (см. табл. 1).
Библиографический список:
¡.Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов; Под ред. С. А. Ахметова. — СПб.: Недра, 2006. - 868 с.
2.Рябов, В. Д. Химия нефти и газа: учеб. пособие / В. Д. Рябов. - Москва : ФОРУМ, 2012. - 336 с. : ил.
3.Леонтьев B.C., Сидоров С.И. Современные насадочных колонны: особенности конструктивного оформления / Химическая промышленность. 2005г. — № 7
4. Аннотация статей журнала «Химическое и нефтегазовое машиностроение за 2010г». [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http:// himnef.ru/arhiv/list.html
5.Пат. 2640070 Российская Федерация, МПК B01J 8/04, B01F 3/04. Смесительное устройство вихревого типа для реактора гидроочистки с нисходящим потоком / К. Бояк, А. Кемун, Р.Э. Киллен и др. ; патентообладатель ШЕВРОН Ю.Эс.Эй. ИНК - 2010/0303685 A1 ; заявл. 18. 09 .2013 ; опубл. 26. 12.2017.
6.Пат. 2281804 Российская Федерация, МПК B01J 8/02, B01D 3/20, B01D 53/18. Трубчатый распределитель тарелки высокодисперсного распределения / А.С. Пинаев, В.В. Ленчевский, З.Г. Сулейманов, Г.В. Шевченко ; патентообладатель общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма «РИФИНГ» - № 2005105398/15 ; заявл. 25.02. 2005 ; опубл. 20.08.2006.
7. Алексеев К.А., Мухаметзянова А.Г. Экспериментальное исследование гидродинамических характеристик статического смесителя, заполненного кольцами Рашига. Вестник КНИТУ. 2013, №24. 2013 - с.152-156.
8.Садовин Е.В., Емельянычева Е.А. Распределительные устройства реакторов гидропроцессов. Вестник технологического университета.2017. - №8. - Т.20.
9.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов. 13-е изд. М.: ООО ИД «Альянс», 2006.
10.Пат. 2691965 Российская Федерация, МПК C10G 65/14. Способ гидроочистки дизельного топлива / И.А. Мнушкин, Н.А. Самойлов, В.А. Жилина ; патентообладатель Мнушкин Игорь Анатольевич - № 2019102093 ; заявл. 25.01.2019 ; опубл. 19.06.2019.
11. Доминик Нья А. Анищенко О.В. Модернизация реакторного узла процесса гидроочистки остаточных ма-сел.2017, №2-2. 2017 - с.278.
12.Комов Р.А., Кожухова Н.Ю. Сравнительный анализ распределительных устройств реакторов аксиального типа. Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. В 2-х томах. 2016. - с. 257260.
КОСЬЯНЕНКО ДЕНИС СЕРГЕЕВИЧ - магистрант. Волгоградский государственный технический университет, Россия.
АНИЩЕНКО ОКСАНА ВИТАЛЬЕВНА - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
