close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

651

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ULSD
ИЗ ТЯЖЕЛЫХ ФРАКЦИЙ
F. Morel, J. Bonardot, E. Benazzi, Axens, Рюэй-Мальмезон, Франция
Новые технологические альтернативы позволяют превращать вакуумные остатки в более ценные продукты
Предполагается что, несмотря на экономический кризис, спрос на дизельные топлива будет
увеличиваться до 2020 г., хотя и более медленными темпами Согласно прогнозам, мировой спрос
на дизельные топлива достигнет к 2020 г. примерно 28,2 млн брл/сут против существующего спроса
24,3 млн брл/сут. Разрыв между спросом на дизельное топливо и бензин, которые в течение 2008 г. составлял 2,6 млн брл/сут, удвоится приблизительно
до 5 млн брл/сут к 2020 г.
РЫНОК ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Рынок дизельного топлива включает две составляющие: топливо для внедорожной и дорожной техники.
К внедорожной технике относятся дизельное топлива
для внутреннего морского транспорта, отопления, локомотивов и тракторов. Ожидается, что годовой рост
этого рынка составит 0,4 %. Дорожное использование
дизельного топлива для автомобилей малой грузоподъемности (light-dute vehicles – LDV), тяжелого
автотранспорта для доставки товаров (heavy-goods
vehicles – HGV) и автобусов предположительно будет
ежегодно расти примерно на 1,8 % до 2020 г.
Внедорожное потребление дизельного топлива
будет сокращаться пропорционально суммарным
продажам. К 2020 г. внедорожное использование дизельного топлива составит всего лишь 40 % от объема
выработки против 58 % в 1990 г. Это изменение обусловлено, в основном, сокращением потребления газойля коммунального назначения (рис. 1)
Мировое потребление, %
Дорожное дизельное топливо
• Автомобилей (LDV)*
• Тяжелый автотранспорт (HGV)
• Автобусы
Предполагаемый годовой
прирост 08-20 + 1,8 %/год
Внедорожное дизельное
топливо
• Морской транспорт
• Железнодорожный транспорт
• Коммунально-бытовое топливо
• Прочее
Во всем мире дорожное потребление дизельного
топлива обусловлено главным образом перевозкой
грузов автотранспортом. В 2008 г. на долю HGV приходилось 74 % закупок дизельного топлива, тогда как
потребление автобусами и LDV составило на каждую
категорию по 13 % (рис. 2). К 2020 г. планируется увеличение спроса на 24 % до достижения 16,8 млн брл/сут.
В этом увеличении потребление топлива LDV возрастет
на 82 % и составит 19 % от общего спроса.
СПРОС НА ТОПЛИВА В АЗИАТСКО-ТИХООКЕАНСКОМ
И ЕС-25 РЕГИОНАХ
Самый высокий рост спроса на дизельное топливо
ожидается в Азиатско-Тихоокеанском и ЕС-25 регионах с увеличением на 0,7 млн брл/сут и на 1,04 млн
брл/сут, соответственно, в течение 12-летнего периода
(рис. 3). Следовательно, мировое соотношение бензина к дорожному дизельному топливу понизится с 1,9
в 2000 г. до примерно 1,3 в 2020 г. Европа продолжит
свою устойчивую тенденцию с падением до очень низкого соотношения – 0,4. Северная Америка, наоборот, останется ориентированным на бензин рынком.
Продолжится ужесточение спецификаций: дорожное
ультрамалосернистое топливо (ultra-low-sulfur diesel –
ULSD) – менее 10 млн–1, с низким содержанием полиароматических соединений и высоким цетановым числом.
Эти требования, очевидно, необходимы для выполнения
природоохранных требований по оксиду азота (nitrous
oxide – NOx) и твердым частицам (PM), предъявляемых
к отработавшим газам двигателей в таких регионах, как
Европа. В течение ближайших 15 лет сера фактически
исчезнет из всех дизельных топлив. И, завершая картину
топливного рынка, спрос на реактивное топливо увеличится, тогда как спрос на тяжелые топлива уменьшится.
Тяжелый автотранспорт для доставки товаров (HGV)
Автобусы
Автомобили малой грузоподъемности (LDV)
Предполагаемый годовой
прирост 08-20 + 0,4 %/год
*LDV = Легковые автомобили + спортивные автомобили-фургоны + легкие грузовые автомобили
Источник: Axxens и другие источники (2009)
2020: 16,8 млн
млн.брл/сут
брл/сут
2008: 13,5 млн брл/сут
Источник: Axxens (2009), World Business Council for Sustainable Development (2009)
Рис. 1. Мировое потребление дизельного топлива для дорожной
и внедорожной техники
80
Рис. 2. Мировой спрос на дорожное дизтопливо
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
№3 март • 2010
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
Сохранение разницы в цене между дизельным и тяжелым жидким
топливом делает привлекательными
возможности процессов гидрокрекинга остатков и вакуумного газойля
(vacuum gasoil – VGO). Задача будет
заключаться в производстве более
качественных средних дистиллятов,
в превращении труднокрекируемого
сырья и облагораживании заводских
продуктов низкого качества.
Бывший Советский Союз,
0,10 млн брл/сут
Северная Америка,
0,41 млн брл/сут
Европа,
0,7 млн брл/сут
Средний Восток,
0,46 млн брл/сут Азиатско-Тихоокеанский
Африка,
регион, 1,04 млн брл/сут
0,29 млн брл/сут
Коксовый остаток по Конрадсону
в сырье, %
ПЕРЕДОВОЙ
Латинская Америка,
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД
0,29 млн брл/сут
Технология гидрокрекинга предлагает превосходное решение этих проГлобальный прирост спроса на дорожное дизельное топливо,
блем, которое может способствовать
2008–2020 гг. + 3,3 млн. брл/сут
Источник: Axxens
повышению качества широкого многообразия сырья, подлежащего облагораживанию, включая VGO обыч- Рис. 3. Прирост спроса на дорожное дизельное топливо
ной и тяжелой нефти, деасфальтизат
(deasphalted oil – DAO) с установки деасфальтизации
растворителем (solvent deasphalting – SDA) вакуумного
Сырая
Отток легких
остатка (vacuum residue – VR), дистилляты установки
нефть
фракций
коксования, легкий газойль (light-cycle oil – LCO) и тяжелый газойль (heavy-cycle oil – HCO) с установок каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (fluid
catalytic cracker – FCC) и вакуумные дистилляты с установок гидрокрекинга вакуумного остатка (рис. 4).
Вакуумная
В зависимости от посторонних примесей в сырье и
Гидрокрекинг
перегонка
требуемой глубины превращения несколько зарекомендовавших себя процессов гидрокрекинга могут обеспечить облагораживание от низкой до средней конверсии
через высокую – до полной конверсии и получение
FCC
RDS***
остатка
высококачественных дистиллятов. Нет универсального
Гидрокрекинг
в кипящем слое
решения. Поэтому для удовлетворения различных потребностей НПЗ в конверсии необходимы разные техноГидрокрекинг
логии гидрокрекинга.
в кипящем слое
Гидрокрекинг в мягких условиях. Например, процесс мягкого гидрокрекинга, интегрированный с устаПек
новкой гидроочистки для доочистки средних дистилля*CFHT = Гидроочистка натурального сырья
**MHC
=
Мягкий
гидрокрекинг
тов, может облагородить сырье на основе VGO и DAO,
***RDS = Установка обессеривания остатков
потоки LCO и легкого и тяжелого газойлей коксования
(light and heavy cooker gasoil – LCGO и HCGO). Этот
Рис. 4. Процессы превращения VGO и остатков
процесс увеличивает производство ULSD на НПЗ, снижая при этом капитальные затраты (CAPEX). Кроме того,
непревращенный VGO, имея пониженное содержание
Тяжелое сырье
серы и более высокое содержание водорода, является
на основе DAO
превосходным сырьем FCC.
MHC в реакторе
Гидрокрекинг
с
предохранительным
Процессы гидрокрекинга глубокой конверсии в
в кипящем слое
слоем
стационарном слое при высоком давлении. Для достижения более высоких уровней превращения гидрокрекинг глубокой конверсии в стационарном слое при выМягкий
Интегрированный
соком давлении (high pressure – HP) может обеспечить
гидрокрекинг
гидрокрекинг/гидроочистка
полное превращение сырья на основе VGO, HCGO или
Сырье VGO/DAO с низким
легкого C3 или C4-DAO преимущественно в среднедиссодержанием асфальтенов
тиллятные продукты высшего качества. Этот метод может улучшить качество исходящих потоков FCC, таких
как LCO и HCO. Технология может быть разработана
Чистое превращение, %
для одноступенчатого и двухступенчатого процессов
с рециркуляции жидкости. Процессы гидрокрекинга
глубокой конверсии в стационарном слое при высоком
Рис. 5. Диаграмма конверсии VGO и DAO
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
№3 • март 2010
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
Таблица 1. Труднокрекируемый характер дизельного топлива
МНС обусловлен высоким содержанием азота и ароматики
Показатель
Сера, млн–1
SR-дизельное топливо,
гидроочищенное
Превращенное
дизельное
топливо МНС
265
340
37,4
35,7
Азот, млн–1
14
254
Ароматика, мас.%
25
56
4,6-DBT, %
от общей серы
давлении успешно производили ULSD из VGO при интеграции с установкой гидрокрекинга VR.
Технология с кипящим слоем может быть применена для глубокого превращения труднокрекируемого сырья, например, сырья на основе C5-DAO и особо трудных VGO3, превращая их главным образом в
средние дистилляты.
Кроме того, было разработано новое поколение
катализаторов гидрокрекинга для широкого диапазона характеристик сырья, ассортимента продуктов и требований к качеству. Эти катализаторы могут повысить селективность к дизельному топливу,
улучшить качество дизельных и реактивных топлив,
а также облагородить неконвертированные остатки
для производства смазочных масел.
Руководство для выбора этих технологий дано на
рис. 5. Ось X представляет уровень конверсии. Ось Y
определяет уровень сопротивления крекингу сырья,
подлежащего превращению, выраженный содержанием коксового остатка по Конрадсону (Conradson
carbon residue – CCR). Гидрокрекинг VR и технологии обессеривания остатка в этой статье не рассматриваются.
ИНТЕГРИРОВАННОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ
ПРОИЗВОДСТВА ULSD
Традиционный мягкий гидрокрекинг (mild
hydrocracking – MHC) имеет глубину превращения от
Легкие
продукты
нафты
Дизельное
топливо
Дизельное топливо = CDU, FCC,
VB, установки
коксования и т.д.
Малосернистый
VGO
Дизельное
топливо,
S 10 млн–1,
на отпаривание
Рис. 6. Низкое содержание хлоридов в конденсаторе негативно
влияет на его стабильность
82
низкой до средней, как правило, в пределах от 20 до
40 % сырья, превращенного, в основном, в дизельное
топливо. Непревращенный продукт является высококачественным сырьем FCC, обеспечивающим более высокие выходы бензина, лучшие октановые характеристики и получение малосернистых продуктов. Несмотря
на заметное улучшение операций FCC, MHC не является панацеей.
Низкое парциальное давление водорода (обычно
от 40 до 80 атм) не позволяет достигнуть ULSD ниже
10 млн-1 (вес). Полученное дизельное топливо, имеющее
слишком высокое содержание ароматики и азота, труднее поддается гидрокрекингу, чем прямогонное дизельное топливо, и требует дополнительной гидроочистки.
Это привело к разработке интегрированного MHC.
Интегрированный процесс MHC решает проблему, не
связывая качество дизельной фракции с глубиной превращения, достигая, таким образом, спецификации на
ULSD и избегая использования сверхкачественного сырья FCC. В табл. 1 приведены данные по более высокому содержанию ароматики и азота в дизельном топливе
MHC, чем в SR, которые тормозят реакции гидрообессеривания, делая этот продукт более пригодным для
крекинга, чем для гидропереработки [1].
В технологической схеме интегрированного процесса MHC (рис. 6) сырьевой VGO поступает в реакционную секцию MHC. Продукт из реактора отдувают
от газов и фракционируют. Гидроочищенная фракция
VGO направляется на установку FCC или на хранение, тогда как дизельное топливо MHC получает всю
подпитку водородом, необходимую для обеих реакционных секций, после чего оно подвергается доочистке
в реакторе с однопроходным режимом.
Высокое парциальное давление водорода в реакторе доочистки позволяет конвертировать трудноподдающиеся соединения серы и азота, оставшиеся в
гидрокрекированной дизельной фракции. Несмотря
на операционные изменения в секции MHC качество дизельного топлива гарантированно остается постоянным в течение всего рабочего цикла процесса.
Независимость качества дизельного топлива от процесса MHC позволяет улучшить другие характеристики, такие как плотность и содержание полиароматических соединений.
В инженерном плане интегрированный процесс MHC
исключает два компрессора и воздушный холодильник,
обеспечивая при этом лучшую интеграцию тепла, чем
две раздельные установки. Системы могут быть спроектированы для переработки другого трудного заводского
сырья, в основном LCO, LCGO и GO висбрекинга.
Промышленный опыт. Более 40 установок MHC
было лицензировано, четыре из них используют интегрированные методы гидроочистки дизельного топлива.
CAPEX находятся в пределах от 1700 до 3200 долл/брл в
зависимости от мощности, свойства сырья и глубины
превращения.
В табл. 2 представлены результаты промышленной
интегрированной установки MHC, использующей
смесь тяжелого VGO из аравийской/российской нефти, работающей при 30 % превращении и в то же время перерабатывающей в интегрированной секции доочистки смесь тяжелого SRGO и LCO.
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
№3 март • 2010
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
Дизельная фракция, выходящая из секции VGO, не
соответствует спецификации Евро V. Эта дизельная
фракция подвергается затем совместной гидроочистке
в секции доочистки вместе со смесью LCO и тяжелого
SRGO. Конечная дизельная фракция достигает требования спецификации Евро V, имея удельный вес ниже
0,845, цетановое число выше 51 и содержание серы
ниже 10 млн–1.
Непревращенный продукт (unconverted oil – UCO)
используется как сырье FCC, с содержанием водорода
13 мас. % обеспечивает увеличение производства бензина на FCC примерно на 14 мас. %. Дополнительное
содержание водорода в UCO привело бы только к небольшому увеличению выхода бензина. В этом случае
интегрированная технология MHC может производить
в то же время оптимальное сырье для FCC и дизельное
топливо, отвечающее спецификации Евро V, сокращая
при этом CAPEX и расход водорода.
Таблица 2. Результаты мягкого гидрогрекинга
Показатель
Секция VGO
Секция доочистки
Характеристики сырья
Уд. вес
Сера, мас.%
Азот, млн–1
0,9317
0,889
2,67
2,0
1,392
ИТК-пределы, °С
350–570
200–360
Выходы в зависимости от сырья, об. %
Нафта
Дизельное топливо
3,4
0,5
28,7
99,0
Гидроочищенный VGO
70,7
–
Расход H2, мас. %
1,17
1,08
Свойства HDTV GO
(сырье FCC)
Свойства
дизельного
топлива
Уд. вес
0,897
<0,845
РЕШЕНИЯ, КАСАЮЩИЕСЯ ГИДРОКРЕКИНГА
ГЛУБОКОЙ КОНВЕРСИИ
Сера, млн–1
<400
<10
Технология гидрокрекинга глубокой конверсии в
Цетановое число
–
>51
стационарном слое при высоком давлении пригодна
Водород, мас. %
13,0
–
при максимальном увеличении производства среднего дистиллята из VGO и легкого DAO, и она может
обеспечить превосходные характеристики и высокие
наряду с хорошим отношением дизельного топлива к
степени превращения для дистиллятов. Двадцать пять
керосину.
установок HP гидрокрекинга глубокой конверсии в стаКОНКРЕТНЫЙ СЛУЧАЙ –
ционарном слое, включающие все три конфигурации,
ТРИ КОНФИГУРАЦИИ ПРОЦЕССА
были лицензированы. Капитальные затраты на баррель
Проведено сравнение трех разных конфигураций
сырья в пределах от 4100 до 6700 долл. Выбор конфигупроцесса с использованием VGO + HCGO в качесрации определяется ассортиментом продуктов и стратве сырья, как определено в табл. 3. Во всех случаях
тегией инвестирования.
средние дистилляты, включая керосин, реактивное
Одноступенчатая конфигурация за один проход.
топливо и фракцию ULSD, превзошли международПоток сырья проходит через два последовательных реные спецификации. В табл. 4 показаны выходы и
актора, содержащих катализаторы гидроочистки и гидсвойства продуктов.
рокрекинга, соответственно. Достигается 90%-ное превращение сырья, как показано на рис. 7.
ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ КОНФИГУРАЦИЯ
В случае необходимости перерабатывать сырье с
содержанием азота 5000+ млн-1 лицензиар технологии
ЗА ОДИН ПРОХОД
очистки предложил добавить реактор гидроочистки и
Это самая малозатратная конфигурация, и она
сепаратор для снижения давления аммиака в основной
обеспечивает высокие выходы нафты, плюс средние
технологической секции и повышения активности гидрокрекинга (рис. 8).
Одноступенчатая с рециркуляцией жид- Таблица 3. Сырье, полученное из тяжелой аравийской нефти
кости. С помощью рециркуляции непревраПоказатель
VGO+HCGO
LCO
C5DAO
щенного остатка в реакторе гидрокрекинга
–
–
70
(см. рис. 7) может быть достигнуто полное Выход на VR, мас.%
превращение. Превращение за один проход Уд. вес
0,943
0,945
0,996
обычно равно примерно 60 об. %, при этом
Сера, мас.%
3,36
0,13
4,45
достигается более высокая селективность к
–1
1550
100
2600
средним дистиллятам по сравнению с одно- Азот, млн
проходной конфигурацией. Небольшая про- Кокс по Конрадсону, мас.%
<1
<0,1
12
дувка предупреждает скопление тяжелой Никель+ванадий, млн–1
<2
<0,1
52
полициклической ароматики (poly-nucleas,
мас.%
<0,05
<0,05
<0,05
Нерастворимые
в
С
7
aromatics – PNA) в контуре рециркуляции.
Двухступенчатый гидрокрекинг. Первая Разгонка по ASTM, °С
ступень работает как однопроходный про- Т 5 %
366
239
529
цесс для мягкой конверсии; непревращенТ 50 %
459
281
ную фракцию отделяют для переработки
Т
95
%
555
350
на второй ступени (рис. 9). Процесс дает
максимальный выход средних дистиллятов
Примечание. Смесь VGO+HCGO является типичным сырьем гидрокрекинга, содержащим 24 % HCGO.
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
№3 • март 2010
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
Таблица 4. Результаты гидрокрекинга глубокой конверсии в стационарном слое при высоком давлении
Показатель
Превращение, %
Выходы в зависимости
от сырья, об. %
VGO + HCGO
1-ступенчатая за один
проход
VGO + HCGO +
LCO 1-ступенчатая за
один проход
VGO + HCGO
1-ступенчатая
с рециркуляцией
VGO + HCGO
2-ступенчатая
85
85
Полное
Полное
Базовый
Нафта
30–35
Базовый –2
Базовый +0,5
Базовый –8
Средн. дистиллят
(керосин + дизельное топливо)
65–70
Базовый +2
Базовый +15
Базовый +24
UCO
14–20
Базовый –3
<4
<2
2,5–2,9
Базовый +0,2
Базовый +0,1
Базовый +0,1
0,820
0,829
0, 823
0,826
<10
<10
<10
<10
53
50
54
56
0,835
0,835
0,838
Расход водорода, мас. %
Свойства среднего дистиллята (керосин + дизельное топливо)
Уд вес
-1
Сера, млн
Цетановое число
Свойства UCO
Уд вес
Сера, млн-1
<50
<50
<50
Водород, мас. %
14,3
14,3
14,3
BMCI
<10
<10
<10
Индекс вязкости после
депарафинизации
>120
>120
>120
дистилляты наряду с UCO. Легкую нафту с типичным
октановым числом 80 используют для получения товарного бензина, тогда как тяжелая нафта с содержанием нафтеновых более 50 % служит превосходным
сырьем для каталитического риформинга.
Выход средних дистиллятов составляет обычно
65–70 об. %, и их качество соответствует спецификациям на ULSD. Продукт может быть разделен между
отвечающим спецификации керосином с высотой некоптящего пламени 25 мм и тяжелым дизельным топливом с цетановым числом выше 60 (см. табл. 4, кол. 1).
UCO с индексом корреляции менее 10 является высокогидрированным продуктом, который может быть
использован в качестве сырья на установке крекинга
с водяным паром[2]. После депарафинизации UCO с
индексом вязкости выше 120 пригоден в качестве базового компонента для смазочных масел Группы III.
Для удовлетворения спроса на средние дистилляты некоторые НПЗ увеличивают производство LCO с
установки FCC несмотря на необходимость облагораживания LCO перед смешением с фондом дизельного топлива. Одно решение заключается в совместной
переработке LCO и потока на основе VGO на той же
самой установке гидрокрекинга.
Содержание LCO в сырье зависит от мощности установок FCC и гидрокрекинга HP высокой конверсии
в стационарном слое. В табл. 4, кол. 2, показаны выходы и продукты, полученные при смешении 20 % LCO с
VGO + HCGO и гидрокрекировании в однократном
варианте. Большая часть LCO остается средним дистиллятом, остальное превращается в нафту. Общее
количество бензина снизилось при увеличении выходов средних дистиллятов по сравнению с предыдущим
84
случаем. Цетановое число среднего дистиллята ниже,
но остается приемлемым. Расход водорода выше из-за
более высокого содержания ароматики в потоке LCO.
ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ КОНФИГУРАЦИЯ
С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ЖИДКОСТИ
Обе конфигурации, одноступенчатая с рециркуляцией и двухступенчатая, пригодны полного превращения сырья. Каждая производит сходные объемы C+5,
но двухступенчатая конфигурация дает более высокое
отношение дизельное топливо/керосин.
В одноступенчатой схеме с рециркуляцией жидкости выход средних дистиллятов обычно от 80 до 85 об %,
и качество остается высоким. Необходима небольшая
продувка для предупреждения концентрации тяжелых PNA в контуре рециркуляции, полученный продукт впоследствии может быть переработан как часть
сырья FCC или как сырье установки крекинга с водяным паром. Расход водорода несколько выше, чем в
конфигурации за один проход.
КОНФИГУРАЦИЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО
ГИДРОКРЕКИНГА
Эта конфигурация обеспечивает оптимальный выход средних дистиллятов, который может превысить
90 об. % с максимальной долей выхода дизельного топлива. Качество продуктов превосходит спецификации
на топлива. Необходима ограниченная продувка, расход водорода аналогичен другим конфигурациям.
РАЗРАБОТКИ КАТАЛИЗАТОРОВ ГИДРОКРЕКИНГА
Типичная установка гидрокрекинга может использовать три катализатора нового поколения, разра-
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
№3 март • 2010
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
Топливный газ/сжиженный
нефтяной газ
Топливный газ/
сжиженный
нефтяной газ
Фонд нафты/CCR
Сырье
Интегрированный
гидрокрекинг/
гидроочистка
1
Керосин
Реактивное топливо A1
2
Сырье
Дизельное топливо
Евро V
1
Гидрокрекинг
в стационарном
слое
Гидрокрекинг
в стационарном
слое
Слив
Рис. 7. Процесс одноступенчатого гидрокрекинга при высоком
давлении за один проход или с рециркуляцией жидкости:
1 – гидроочистка; 2 – сепаратор
2
3
Интегрированная
реакционная секция
Топливный газ/сжиженный
нефтяной газ
Фонд нафты/
CCR
Керосин
Реактивное
топливо A1
4
Дизельное
топливо
Евро V
Гидрокрекинг
1
2
Вторая ступень
Рециркуляция жидкости
Сырье
Керосин
Реактивное
топливо A1
Дизельное
топливо
Евро V
Фракционирование
Фракционирование
H2S + NH3
Нафта, CCR/
изомеризация
Фракционирование
Непревращенный
продукт
Смазочное масло
Рис. 8. Процесс одноступенчатого гидрокрекинга при высоком
давлении за один проход с использованием промежуточного
разделения:
1 – гидроочистка 1; 2 – сепаратор 1; 3 – гидроочистка 2;
4 – сепаратор 2
Слив
Рис. 9. Процесс двухступенчатого гидрокрекинга при высоком
давлении:
1 – гидроочистка; 2 – сепаратор
основе цеолитов (серия HYK), как показано на рис. 10.
Качество продукта остается превосходным в течение
цикла без заметного изменения цетанового числа дизельного топлива или высоты некоптящего пламени
керосина. В зависимости от содержания в сырье металлов и других примесей может потребоваться катализатор деметаллизации в верхней части первого
реактора для гарантии большей продолжительности
цикла.
Для определения рабочих условий предварительной обработки и выбора самых подходящих катализаторов необходимо хорошее знание ингибирующих
веществ, соединений, трудно поддающихся крекингу
и состава сырья. Понимание кинетики превращения
молекул сырья желательно для выбора соотношения
гидрирующей и кислотной активности катализатора,
что улучшает селективность выхода дистиллята и его
качества (см. рис. 10). Это – ключевые параметры
для успешного проектирования установки и выбора
катализаторов, обеспечивающих повышение управляемости и экономичности процесса.
ботанных для переработки широкого многообразия
сырья и производства разнообразного ассортимента
продуктов с высокими качественными характеристиками [3]. Катализаторы гидроочистки высоко стабильны и помогают реакции (hydrodenitrogenation –
ИНТЕГРАЦИЯ ПРОЦЕССА ГИДРОКРЕКИНГА
HDN) гидродеазотирования для защиты катализатоVGO ГЛУБОКОЙ КОНВЕРСИИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ
ров последующего гидрокрекинга. Они также обесГИДРОКРЕКИНГА VR
печивают гидрообессеривание (hydride sulfurization
Процессы гидрокрекинга остатков используют тех– HDS) и реакции насыщения ароматики [4].
нологию с кипящим слоем для переработки сырья, соАморфные катализаторы гидрокрекинга (серия hydrocracking
catalysts – HDK) отличаются выСырье
Секция предварительной обработки
Секция гидрокрекинга
сокой крекирующей активностью
n изопарафины
n изопарафины
n изопарафины
и превосходной селективностью,
при этом они очень активны в отношении удаления последних ор1-ко
Наф
л
тены
2-ко ьцо
ганических соединений азота. Эти
Аро
л
мати
3-ко ьцо
ка
л
ь
катализаторы ориентируют селекц
Наф
>3-к
о
тены
ольц
о
тивность на средние дистилляты
Время 1-й колонки (мин)
и улучшают характеристики UCO
Время 1-й колонки (мин)
Время 1-й колонки (мин)
в производстве базовых масел для
Непревращенный продукт
получения высокоиндексных сма(370+ °С)
зочных масел.
Настройка активности HDN, HAD
Очень высокие активность и сеБаланс предварительная обработка/
гидрокрекинг
лективность в сочетании с полным
превращением даже с труднокрекируемым сырьем обеспечены новым поколением катализаторов на Рис. 10. Подробное развитие реакции – газовая хроматография 3D
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
№3 • март 2010
Вре
кол мя 2онк й
и (с
ек)
Пик амплитуды
+
Вре
кол мя 2(се онки й
к)
+
Вре
кол мя 2(се онки й
к)
Пик амплитуды
Пик амплитуды
+
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
Газ для отделения водорода
и очистки
1-я ступень
2-я ступень
3-я ступень
Общий компрессор подпитки
Отходящий
газ
Общие HP и MP
аминные PSA
и MPU
Ввод катализатора
Газ, насыщенный H2
Сепаратор
Продукт на разделение
и фракционирование
Вакуумная перегонка
Гидрокрекинг в
стационарном
слое с полным
превращением
VGO
Нафта
Разделение VGO и
фракционирование
Реактор
установки
гидрокрекинга в
кипящем слое
Установка
гидрокрекинга в
кипящем слое
ULSD и Евро V
Нафта и бензин
Разделение и
Малосернистое
фракционирование жидкое топливо
Выход катализатора
Барботажный насос
Водород
Рис. 11. Упрощенная схема для гидрокрекинга VR с гидрокрекингом
VGO
Сырье
Рис. 13. Система реактора гидрокрекинга в кипящем слое
5
Прямогонный газойль
1
Вакуумный
газойль Интегрированные
СНГ
4
С3
FCC
2
3
Вакуумный
остаток
Установка гидрокрекинга в стационарном слое
Нафта
Бензин
Средний
дистиллят
2
Установка гидрокрекинга
в кипящем слое
6
Тяжелый рецикловый газойль
Существующая/реконструированная
Новая
Средний дистиллят 52 %
33 % нафта
и бензин
Рис. 12. Конфигурация, выбранная заводом:
1 – атмосферная перегонка; 2 – атмосферный осадок; 3 – вакуумная
перегонка; 4 – гидроочистка; 5 – отходящий газ; 6 – малосернистое
жидкое топливо
держащего большое количество микропримесей металлов, серу, азот, асфальтены и твердые вещества. Они
могут достигать превращения без производства кокса.
Реактор установки гидрокрекинга VR в кипящем
слое превращает более 75 % остатка, производя при
этом высококачественный дистиллятный VGO и непревращенные остатки, которые могут быть включены в состав мало- или среднесернистого жидкого топлива. Необходимы дополнительные установки гидропереработки для облагораживания основных продуктов гидрокрекинга остатка.
Интеграция методов гидрокрекинга глубокой
конверсии в стационарном слое при HP с технологией в кипящем слое является интересным решением для превращения VGO, полученного при гидрокрекинге остатка, а также SRVGO, в дизельное
топливо (см. рис. 11). Это решение основано на опти86
мизированном управлении балансом чистого водорода высокого давления, питающего две установки
гидрокрекинга с аминной секцией. Разработанное
решение может снизить CAPEX, гарантируя при
этом гибкость и независимую работу. Установки
гидрокрекинга VGO и VR – обе оснащены секцией разделения и фракционирования, благодаря чему
увеличено производство дизельного топлива. Это
обусловлено полной рекуперацией VGO, поступающего с установки гидрокрекинга VR (никакой потери фракции жидкого топлива), отсутствием аммиака и легких углеводородов и исключением уноса
асфальтенов с установки гидрокрекинга в кипящем
слое в интегрированную установку гидрокрекинга/
гидроочистки.
КОНКРЕТНЫЙ СЛУЧАЙ В ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЕ
Восточно-Европейским НПЗ была выбрана интегрированная конфигурация кипящий слой/гидрокрекинг. Цель заключалась в достижении 70 % превращения VR для максимального производства дизельного топлива Евро V и для производства тяжелого
жидкого топлива с содержанием серы менее 1 %.
Установка гидрокрекинга в кипящем слое будет
перерабатывать 43 000 брл/сут VR с содержанием
серы 2,9 % и микропримесей никеля и ванадия приблизительно 350 млн–1. Интегрированная установка
гидрокрекинга/гидроочистки предназначена для
обработки 36 000 брл/сут смеси SRVGO и VGO, полученного на установке гидрокрекинга в кипящем
слое.
На рис. 12 показано также преимущество облагораживания HCO, произведенного на существующей установке FCC. Инвестирование позволит
НПЗ увеличить производство дизельного топлива
Евро V и средних дистиллятов, которое составляет
52 % от сырой нефти, и сократит производство малосернистого жидкого топлива (low-sulfur-fuel-oil
– LSFO) до 7 %.
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
№3 март • 2010
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
ГИДРОКРЕКИНГ DAO
Использование потоков DAO с установки SDA
может увеличить выработку продуктов. DAO5 от C3
до C5, смешанные с VGO, могут быть переработаны
с использованием модифицированного MHC и интегрированных технологий гидрокрекинга/гидроочистки с адаптированными рабочими условиями. В
случае если более тяжелый C5-DAO имеет высокое
содержание микропримесей металлов (часто выше
50 млн–1) и CCR превышает 10 мас. %, установка гидроконверсии в кипящем слое больше подходит для
производства легких продуктов. Установка гидроконверсии DAO в кипящем слое является эквивалентом
установки гидрокрекинга VR в кипящем слое.
Гидрокрекинг DAO в кипящем слое требует замены катализатора в режиме онлайн и предназначен для превращения как тяжелого VGO, так и DAO
Типичное вложение капитала приблизительно от
4500 до 5500 долл. на баррель сырья.
В процессе используется один или несколько последовательно распложенных реакторов с кипящим
слоем и восходящим потоком жидкости (рис. 13).
Циркуляционный насос поддерживает катализатор в
состоянии оптимального смешения и взвеси с постоянными низким перепадом давления. Слой с обратным перемешиванием – это движение как катализатора, так и жидкой фазы в реакторе. Постоянное
движение гранул катализатора и изотермический
профиль температуры внутри реактора ослабляют
уплотнение катализаторного слоя по сравнению со
стационарным слоем. В системе с движущимся слоем
могут поддерживаться более высокие температуры
реактора, чем в системе стационарного типа с достижением более высокой степени превращения сырья
в легкие фракции. Посредством уравновешивания
рабочей температуры, времени контакта и частоты
замены катализатора может быть достигнута глубина превращения более 80 % и получены 90–98%-ные
уровни гидрообессеривания.
Регулирование конверсии и уровня HDS – активности в реакторе достигается в результате непрерывного обновления катализатора от верхней части реактора до блока выгрузки в нижней части. Ежедневное
введение небольших количеств катализатора в реактор с кипящим слоем – ключевая особенность, которая обеспечивает постоянное качество продуктов. В
отличие от системы со стационарным слоем рабочий
период установки не зависит от активности катализатора или перепада давления в слое, скорее он определяется инспектированием и графиками циклов,
установленных между 24 и 36 месяцами.
Были разработаны катализаторы с высокими механическими свойствами для снижения образования
катализаторной мелочи; достижения высокой HDSактивности, способности удалять металлы и удерживающей способности; и для обеспечения селективного превращения DAO во фракции с температурами
кипения дизельного топлива.
Во время переработки C4 и C5-DAO3 есть вариант
возврата непревращенных фракций VR, смешанных
со свежим VR, на установку SDA. Эта схема достигает
почти полного превращения DAO в более легкие про-
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
№3 • март 2010
Таблица 5. Гидроконверсия тяжелого DAO в процессе
гидрокрекинга в кипящем слое
Сырье
C5 DAO
Выходы на сырьевой DAO, об. %
Нафта
10,3
Средний дистиллят (керосин + дизтопливо)
49,6
VGO
40,7
Вакуумный остаток
–
Расход H2 на сырьевой DAO, мас. %
3,03
Выход асфальта на сырьевой VR, мас. %
33,5
Свойства среднего дистиллята
Удел. вес
0,865
Сера, млн-1
<300
Цетановое число
45
Свойства VGO
Удел. вес
0,910
Сера, масс. %
<0,20
Водород, мас. %
12,5
CCR, мас. %
<0,5
Никель + ванадий, млн-1
<0,1
дукты, такие как бензин, дизельное топливо и VGO,
с небольшим увеличением только выхода асфальта
(рис. 14).
КОНКРЕТНЫЙ СЛУЧАЙ: ОБЪЕДИНЕНИЕ
ГИДРОКРЕКИНГА ОСТАТОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
В КИПЯЩЕМ СЛОЕ И SDA
В табл. 5 даны подробные характеристики C5-DAO,
полученного из тяжелой аравийской нефти, при переработке на установке гидрокрекинга в кипящем
слое. Чистая глубина превращения на уровне 80 %
может быть достигнута на одноступенчатой однопроходной установке гидрокрекинга в кипящем слое.
Однако непревращенный DAO, при использовании
продуктового VR, не будет в достаточной степени облагорожен и его можно будет использовать только
в качестве низкосортного малосернистого жидкого
топлива. Более привлекательный вариант – возвра-
Вакуумный
остаток
SDA при 75 %
повышении
DAO
Деасфальтизат
Асфальт
Непревращенный DAO
Установка гидрокрекинга в кипящем Продукты
слое при 85%-ном
превращении
Итоговая конверсия на
Уральском сырье: 74 %
Рис. 14. Схема SDA и рециркуляции остатков гидрокрекинга в
кипящем слое
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА
щение продуктового VR с низким содержанием асфальтенов на установку SDA вместе со свежим сырьевым VR. Это приведет к незначительному увеличению производства асфальта с 30 до 33,5 %.
Главным достоинством рециркуляционной схемы
является полное избавление от тяжелого DAO и VR в
результате превращения в более ценные продукты,
как показано в табл. 5. Небольшой объем наличной
нафты – хорошее сырье для установки реформинга.
Несмотря на то, что средний дистиллят (выход 50 об. %)
имеет приемлемый уровень цетанового числа, необходима дополнительная его обработка на установке
гидроочистки для получения фракции ULSD. VGO с
низким содержанием серы и хорошим уровнем водорода может быть направлен на FCC или на установку
гидрокрекинга VGO для дополнительного увеличения производства средних дистиллятов.
БОЛЬШЕ ВЫЖИМАТЬ ИЗ ОСТАТКА
Для гидрокрекинга VGO, HCGO и DAO имеются
различные технологические альтернативы, выбор которых зависит от спроса на конкретные готовые продукты и ограничения на CAPEX.
1. Мягкий гидрокрекинг с интегрированной установкой гидроочистки (доочистка) может улучшить
качество сырья на основе VGO, давая возможность
производить малосернистое сырье FCC наряду с производством дополнительного ULSD и ограничением
выхода малосернистого бензина.
2. Установка гидрокрекинга глубокой конверсии в
стационарном слое осуществляет почти полное превращение сырья на основе VGO в среднедистиллятные продукты высшего качества.
3. Установка гидрокрекинга конверсии в стационарном слое, интегрированная с установкой гидрокрекинга остатков, может увеличить производительность по ULSD и снизить выработку жидкого топлива
на НПЗ.
4. Технология с кипящим слоем адаптирована для
глубокой конверсии труднокрекируемого сырья, такого как сырье, содержащее C5-DAO. Дополнение
схемы установкой SDA гарантирует почти полное
превращение DAO в более легкие продукты с незначительным увеличением выхода асфальта.
Перевела Н. Иванова
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Sarrazin, P., J. Bonnardot, C. Guйret, F. Morel and S. Wambergue,
«Direct Production of Euro-IV Diesel at 10 ppm Sulfur via HyC-10™
Process», ERTC, Prague, Nov. 15–17, 2004.
2. Fernandez, M., J. Bonnardot, F. Morel and P. Sarrazin,
«Advantageously Integrating a High Conversion Hydrocracker with
Petrochemicals», ERTC, London, Nov. 17–19, 2003.
3. Benazzi, E., L. Leite, N. Marchal-George, H. Toulhoat and P.
Raybaud, «New Insights into Parameters Controlling the Selectivity in
Hydrocracking Reactions», Journal of Catalysis, Vol. 217, No. 2, pp.
376-387, July 25, 2003.
4. Axens website—www.axens.net
Frederic Morel (Ф. Морел) – менеджер по ассортименту продуктов конверсии VGO и остатков
в Axxens, отдел технологии, с 30-летним опытом
работы в нефтеперерабатывающей промышленности. Раньше работал в IFP Lyon Development
Centre инженером-исследователем, руководителем проекта гидропереработки дистиллятов
и остатков, менеджером в отделе разработок.
Имеет ученую степень в области химической технологии.
Jérôme Bonnardot (Дж. Боннардот), заместитель
менеджера по ассортименту продуктов гидроконверсии VGO. Работает в Axxens с 2001 г., сначала
инженером-технологом в области гидропереработки и гидроконверсии, затем техническим
менеджером по технологии гидрокрекинга.
Имеет ученые степени магистра по химии и доктора.
Eric Benazzi (Э. Бенацци),директор по маркетингу в Axxens с 21-летним опытом работы в области
катализа. Поступил в Axxens в 2001 г. в качестве
менеджера стратегического маркетинга: анализ
рынка, планирование бизнеса, оценка приобретений. Свою профессиональную карьеру начал
инженером-исследователем в IFP, где работал
в области катализа, специализируясь по цеолитам и процессам гидрокрекинга. Затем перешел в экономический
отдел ответственным за изучение рентабельности инвестиций в
проекты нефтепереработки и нефтехимии. Имеет ученую степень доктора по химии и химическим технологиям.
РЕГИОНАЛЬНЫЕ НОВОСТИ О КОМПАНИЯХ
СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА
Air Products планирует построить новый блок
сепарации воздуха мирового уровня (ASU) на установке промышленного газа в Ла Порте, Техас.
Энергоэффективный блок заменит более старые установки на площадке и обеспечит преимущества клиентам благодаря более высокой надежности подачи
кислорода и азота по трубопроводу и увеличенному
производству коммерческих продуктов и электроники,
включая аргон и ксенон. Промышленный ввод в эксплуатацию новой установки намечен в октябре 2010 г.
БЛИЖНИЙ ВОСТОК
Компания Al-Waha Petrochemical Co успешно запустила в работу новый производственный комплекс
в промышленной зоне г. Эль-Джубайль, Саудовская
88
Аравия. Этот комплекс будет производить полипропилен по технологии фирмы LyondellBasell мощностью
450000 тыс. т/год. Компания Al-Waha была основана
в 2006 г. и является совместным предприятием Sahara
Petrochemical Co и LyondellBasell.
Компания Qatar Petroleum недавно запустила этап
испытаний проекта «Pearl» по конверсии природного
газа в жидкие углеводороды, официально открывая
центральный диспетчерский пункт на предприятии.
Этот проект реализует консорциум компаний Shell и
Qatar Petroleum. В то время пока осуществляется проверка и испытания тысяч единиц установленного на
заводе оборудования, продолжаются строительно-монтажные работы и планируется, что они будут завершены к концу 2010 г. Увеличение объема выпуска продукции займет приблизительно 12 мес.
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
№3 март • 2010
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
15
Размер файла
998 Кб
Теги
651
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа