Разработка процесса гидрооблагораживания углеводородов для производства высокооктановых топлив тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.13, кандидат технических наук Бабаева, Инна Альбертовна

• Бабаева, Инна Альбертовна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бабаева, Инна Альбертовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ ГИДРООЧИСТКИ

БЕНЗИНА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

1.1 .Назначение процесса и трудности его реализации

1.2.История развития

1.3.Химизм и кинетика ~

1.4. Параметры, характеризующие процесс гидроочистки

1.4.1. Температура

1.4.2. Парциальное давление

1.4.3. Объемная скорость подачи сырья

1.4.4. Кратность циркуляции

ГЛАВА II КАТАЛИЗАТОРЫ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ

2.1. Промышленные катализаторы гидроочистки

2.2. Испытания промышленных образцов катализаторов гидроочистки в процессе гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга

2.2.1. Описание пилотной установки для испытания катализаторов гидроочистки

2.2.2. Подготовка катализатора к испытанию

2.2.3. Испытания катализаторов

2.3. Методы загрузки катализатора в реактор

2.3.1. Загрузка в навал

2.3.2. Рукавная загрузка

2.3.3. Плотная загрузка 45 ^ 2.4. Разработка загрузочного устройства и способа равномерной (плотной) загрузки катализатора

2.5. Послойная (ранжированная) загрузка

2.6. Осернение (сульфидирование) катализаторов

2.7. Регенерация катализаторов

2.7.1. Регенерация катализатора на установке гидроочистки (in-situ)

2.7.2. Регенерация катализатора вне установки гидроочистки (ex-situ)

2.8. Утилизация отработанных катализаторов

ГЛАВА III СУЩЕСТВУЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ БЕНЗИНА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА НА БЛОКЕ ГИДРООЧИСТКИ ЗАВОДА БЕНЗИНОВ ОАО «ТАИФ-НК»

ДО РЕКОНСТРУКЦИИ

3.1. Техническая характеристика исходного сырья и основных продуктов

3.2. Техническая характеристика промежуточных продуктов

3.3. Принципиальная технологическая схема процесса

3.4. Характеристика основного оборудования

ГЛАВА IV МОДЕРНИЗАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ С ЦЕЛЬЮ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕТВА УГЛЕВОДОРОДОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ НЕСТАБИЛЬНОГО БНЗИНА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

4.1. Реконструкция основного оборудования

4.1.1. Рекомендации по принципиальной конструкции реактора Р

4.1.2. Рекомендации по принципиальной конструкции реактора Р

4.2. Основные технологические параметры процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга

4.3. Принципиальная схема потоков процесса по разработанной технологии гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга

4.3.1. Описание принципиальной технологической схемы потоков по разработанной технологии

ГЛАВА У СРАВНЕНИЕ РАБОТЫ БЛОКА ГИДРООЧИСТИ ЗАВОДА БЕНЗИНОВ ОАО "ТАИФ-НК" ДО И ПОСЛЕ РЕКОНСТРУКЦИИ

5.1. Основные показатели работы установки до проведения мероприятий по ее реконструкции

5.1.1. Технологические параметры процесса

5.1.2. Аналитический контроль качества сырья и продуктов процесса

5.2. Основные показатели работы установки после проведения мероприятий по ее реконструкции с целью внедрения разработанной технологии

5.2.1. Получение компонента товарного бензина, соответствующего требованиям ЕВРО

5.2.2. Получение компонента товарного бензина, соответствующего требованиям ЕВРО

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процесса гидрооблагораживания углеводородов для производства высокооктановых топлив»

Общемировые тенденции улучшения экологического состояния на планете требуют от нефтепереработчиков выпускать топлива по более жестким стандартам и нормам, содержащие все меньше и меньше нежелательных компонентов. В частности в последние 10 лет наблюдается стойкая тенденция на снижение содержания серы в моторных топливах (автомобильном бензине и дизельном топливе) [1].

Согласно принятому правительством Российской Федерации Технологическому Регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» от 27 февраля 2008 года, к товарным автомобильным бензинам ужесточаются требования по содержанию серы и олефиновых углеводородов.

Основными базовыми компонентами высокооктановых товарных с автобензинов являются бензин каталитического риформинга и бензин каталитического крекинга. Доля бензина каталитического крекинга в бензиновом фонде предприятий составляет на сегодняшний день более 40 % и с развитием процесса каталитического крекинга постоянно увеличивается.

Бензин каталитического крекинга, полученный из негидроочищенного вакуумного газойля, характеризуется достаточно высоким содержанием серы, доля которой в общем бензиновом фонде составляет порядка 97 %. В зависимости от содержания серы в сырье, в бензине каталитического крекинга содержание серы изменяется в пределах 0,15-0,4 % масс. Такой бензин, даже при разбавлении его малосернистыми компонентами (риформатами, изомеризатами и др.) в ряде случаев не позволяет достигнуть требуемого содержания серы в товарном бензине.

В зависимости от используемого в процессе каталитического крекинга катализатора и температурного режима реакторно-регенераторного блока, содержание непредельных углеводородов, являющимися носителями октанового числа, в бензине каталитического крекинга составляет от 7 до 40 % масс., что часто приводит к невозможности обеспечения требований Технологического Регламента по содержанию в товарном бензине непредельных углеводородов не более 18 % без ухудшения его октанового числа.

Анализ исследовательских данных, опубликованных в научно-технической литературе, материалов научных конференций и семинаров, рекламных материалов и патентной литературы показывает, что во всем мире в последние десятилетия процесс гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга является весьма актуальной задачей.

Поэтому работа, связанная с доведением качества бензина каталитического крекинга до требуемых значений по содержанию серы и олефиновых углеводородов, перед введением его в состав товарных автомобильных топлив, является весьма важной.

Настоящая работа посвящена разработке и внедрению на комплексе каталитического крекинга Завода Бензинов ОАО «ТАИФ-НК» процесса повышения качества продуктов каталитического крекинга: фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и бензина каталитического крекинга, до уровня требований, предъявляемых к сырью процессов нефтехимии по содержанию серы, и к характеристикам автомобильного бензина класса 4 и 5, изложенных в Технологическом Регламенте, по содержанию серы и непредельных углеводородов.

Для этого необходимо проведение ниже следующих мероприятий:

- провести и проанализировать результаты пилотных лабораторных исследований катализаторов в процессе гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга негидроочищенного вакуумного газойля с целью определения требований к катализатору для данного процесса;

- определить основные параметры процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга;

- разработать методы загрузки катализатора в реактор технологической установки, позволяющие обеспечить эффективную работу катализатора в течение его межрегенерационного цикла;

- на основе принятых требований к качественным показателям компонентов автомобильных бензинов и фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и проведенных исследований осуществить разработку технологии процесса гидрооблагораживания углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга;

- разработать исходные данные для проекта реконструкции блока гидроочистки бензина каталитического крекинга Завода Бензинов ОАО «ТАИФ-НК» с целью внедрения разработанного процесса повышения качества продуктов каталитического крекинга ППФ, ББФ и бензина каталитического крекинга.

Целью работы является разработка новых условий технологии гидрооблагораживания с целью повышения качества продуктов каталитического крекинга: фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и бензина каталитического крекинга, которые входят в состав нестабильного бензина каталитического крекинга, до уровня требований, предъявляемых к сырью процессов нефтехимии по содержанию серы, и к характеристикам автомобильного бензина класса 4 и 5, изложенных в Технологическом Регламенте, по содержанию серы и непредельных углеводородов.

Задачи исследования:

- провести и проанализировать результаты стендовых лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга негидроочищенного вакуумного газойля с использованием существующих алюмокобальтовых и алюмоникелевых катализаторов;

- на основе принятых требований к качественным показателям компонентов автомобильных бензинов и фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и проведенных исследований осуществить разработку технологии процесса гидрооблагораживания углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга.

В результате решения поставленных задач впервые разработана технология повышения качества углеводородов, кипящих в пределах выкипания нестабильного бензина, включая предварительное фракционирование широкой фракции бензина каталитического крекинга с получением легкой головной и тяжелой фракций, очистку головной легкой фракции от сернистых соединений методом экстракции, стабилизацию сероочищенной головной легкой и гидрооблагораживание тяжелой фракции путем контактирования сырья при повышенных температуре и давлении в присутствии водородсодержащего газа с неподвижным слоем катализатора гидрооблагораживания, смешение сероочищенной легкой и гидрооблагороженной тяжелой фракции.

Разработанные научные и инженерные решения использованы при модернизации действующей установки процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга негидроочищенного вакуумного газойля на ОАО «ТАИФ-НК» (г. Нижнекамск). Это позволило обеспечить получение компонента товарного бензина, соответствующего требованиям Технологического Регламента к классу 4 автомобильных топлив и высококачественных фракций ППФ и ББФ, используемых в качестве сырья процессов нефтехимии. Экономический эффект, от внедрения разработанной технологии, составил 130 млн. рублей в год.

Основные положения и результаты диссертации докладывались на Международной научно- практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия-2005» (Уфа, 2005 г.) и 5-ом Международном форуме «Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты» (Санкт-Петербург, 2005 г.).

По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 2 тезиса докладов, выдано 5 патентов на изобретения.

Заключение диссертации по теме «Нефтехимия», Бабаева, Инна Альбертовна

Выводы.

1. Разработка новых технологических условий гидрооблагораживания позволила установить, что наиболее предпочтительным является использование в процессе гидрооблагораживания углеводородов легких фракций вторичного происхождения, таких как бензин каталитического крекинга, алюмокобальтмолибденовых катализаторов, которые характеризуются высокой активностью в реакциях гидрогенолиза сернистых соединений и умеренной активностью в реакциях гидрирования.

2. На основании опытных исследований определены оптимальный способ и схема загрузки катализаторов для процессов гидрооблагораживания углеводородов, характеризующихся склонностью к коксообразованию. Разработано устройство для загрузки катализаторов в реактора технологических установок, позволяющее формировать однородный по своим свойствам (плотность) слой катализатора.

3. На основании анализа нестабильного крекинга была определена оптимальная граница деления широкой бензиновой фракции на легкую и тяжелую часть 75 °С, что позволило выбрать способы снижения содержания серы для каждой из частей бензина каталитического крекинга.

На основе проведенных исследований разработана технология процесса получения высококачественных продуктов процесса каталитического крекинга: газовых фракций пропан-пропиленовой ППФ и бутан-бутиленовой ББФ — сырья для нефтехимической промышленности и компонента товарного бензина, соответствующего требованиям класса 4 Технического регламента, из углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга.

4. Экспериментальные результаты пилотных испытаний дали возможность определить оптимальные технологические параметры процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга: температуру и объемную скорость подачи сырья, которая определяет время пребывания сырья в зоне реакции.

В результате были определены основные условия процесса гидрооблагораживания тяжелой фракции бензина каталитического крекинга, что позволило добиться минимальной потери октанового числа при степени гидрообессеривания 99 % отн.

5. Предложена принципиальная конструкция реакционных аппаратов, которая обеспечила возможность промежуточного теплосъема в процессе реакции и ведение процесса гидрооблагораживания в термодинамически более выгодных условиях протекания целевых реакций гидрообессеривания, что определило возможность работы всего слоя катализатора в одинаковых термодинамических условиях и высокую степень его активности в реакциях гидрообессеривания.

6. Разработаны исходные данные проекта реконструкции блока гидроочистки Завода Бензинов ОАО "ТАИФ-НК", что позволило осуществить промышленное внедрение разработанной технологии на вышеупомянутой установке.

В результате промышленного внедрения разработанной технологии получен компонент товарного бензина с содержанием серы не более 50 ppmw, при потере октанового числа, определенного по моторному методу, не более 0,9 пункта. Получаемый компонент бензина соответствует всем требованиям класса 4 Технического регламента.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бабаева, Инна Альбертовна, 2008 год

1. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологические аспекты. М.: Издательство «Техника», 2001.-384 с.

2. Технологический Регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», 27 февраля 2008 года

3. Сомов В.Е., Садчиков И.А., Шершун В.Г. Стратегические приоритеты российских нефтеперерабатывающих предприятий. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2002. 292 с.

4. Радченко Е.Д., Нефедов Б.К., Алиев P.P. Промышленные катализаторы гидрогенизационных процессов нефтепереработки, М.: Химия, 1987. — 224 с.

5. Суханов В. П. Каталитические процессы в нефтепереработке. 3-е изд., перераб. и доп., М., Химия, 1979, 344 е., ил.

6. Абышова М. Е., Белоусова М. Р., Людмирская Г. С. Изомеризация легких углеводородов С4-Сб. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1967.

7. J. Hydrocarbon processing, november, 2000 , p. 104

8. Пат. №№2106387, 1567598 РФ

9. Нефтепераработка и нефтехимия, № 4, 1969, с. 1-4

10. Ю.Пат. №№ 5397455, 5401389, 5411658, 5413696 США11.Пат.№ 3950389 США

11. Пат. №2686617, 2689517 Франция13 ,J. Hydrocarbon processing, november, 2000 , p. 123

12. Семинар ЮОПи по вопросам переработки нефти "Переработка нефти. Проблемы и их решение", М., 28 сентября, 2000

13. Нефтепереработка и нефтехимия, № 1, 2000, с.8-10.

14. Технологический регламент блока гидроочистки бензина каталитического крекинга ОАО "ТАИФ".

15. Аспель Н.Б., Демкина Г.Г. Гидроочистка моторных топлив. М.: Химия, 1977.- 160 с.

16. Алиев P.P., Ёлкин А.И., Сердюк Ф.И.// Нефтепереработка и Нефтехимия. -2001.-№6.-с. 15-18.

17. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. М.: Химия, КолоСС, 2004. 456 с.24.0боленцев Р. Д., Машкина А.В. Гидрогенолиз сероорганических соединений. М.: Гостоптехиздат, 1960. 144 с.

18. Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов. М.:Химия, 1985. — 464 с.

19. Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы. Пер. с англ./Под ред. Рубинштейна А. М., Мир, 1973.

20. Соркин Я. Г. Особенности переработки сернистых нефтей и охранаокружающей среды. М., Химия, 1975.3О.Герасименко Н.М. Гидроочистка нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат, 1962.

21. Чернышева Е.А., Глаголева О.Ф. Гидрогенизационные процессы. 2003.

22. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002. 672 с.

23. Калечиц И. В. Химия процессов гидрообессеривания топлив. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1974.

24. Калечиц И. В. Химия гидрогенизационных процессов в переработке топлив. М., Химия, 1973.

25. Суханов В. П. Каталитические процессы в нефтепереработке. 2-изд. перераб. и доп. М., Химия, 1973.

26. Жермен Дж. Каталитические превращения углеводородов. Пер. с англ. М., Мир, 1972.37,Орочко Д. И., Сулимов А. Д., Осипов JI. Н. Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке. М., Химия, 1971http://www.akzonobel-catalysts.com

27. Бурсиан Н. Р. Химия и технология топлив и масел, 1975, № 3, с. 3.

28. Магарил Р. 3. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. М., Химия, 1976.

29. Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. М., Химия, 1968. Часть вторая.

30. Аспель Н. Б., Демкина Г. Г. Гидроочистка моторных топлив. М., Химия, 1977.

31. Эрих В. Н., Расина М. Г., Рудин М. Г. Химия и технология нефти и газа. 2-е изд., перераб. JL, Химия, 1977.

32. Курганов В. М., Весейко А. И., Финелонов В. П. и др. Гидроочистка нефтепродуктов на алюмоникельмолибденовом катализаторе. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1975.

33. Труды конференции по крекингу и гидрогенизации. Грозный, 1931. М.-JI., Гостехиздат, 1931.

34. Скипин Ю. А., Шапиро Р. Н., Маслянский Г. Н. Нефтепереработка и нефтехимия, 1974, № 11, с. 5.

35. По материалам компании Eurecat fhttp://www.eurecat.fr/eurecat/gb/technical doc/PaperKFUPM Expert serv1. FV.pdf), p. 1047.http://www.akzonobel-catalysts.com48.Пат. №2111911 РФ.49.Пат. № 3949908 США.50.Пат. № 3995753 США.51.Пат. № 2582955 Франция.

36. Chris Cutchey. Spent Catalyst Recycling and the oil refining industry. 3rd European Catalyst Technology Conference. 27th February 2002, Amsterdam, Netherlands53.Пат. № 2431449 Франция.54.Пат. № 2252067 Франция

37. Патент РФ на изобретение № 2252067 Способ загрузки катализаторов реакторы технологических установок/В .К. Смирнов, ЕЛ. Талисман, И. А. Бабаева, М.И. Бабаев, К.Н. Ирисова. Б.И. 2005, № 14.

38. Проспект «Topsoe Refinary Catalysts. Pressure Drop Control» rhttp://www.haldortopsoe.com/site.nsf/vALLWEBDQCID/KVOQ-5PGF79/$file/Cat%20-%20Topsoe%20Pressure%20Drop%20brochure.pdf)

39. Пигузова JI. И. Высококремнеземные цеолиты и их применение в нефтепереработке и нефтехимии. М., Химия, 1974.

40. Научные основы подбора и производства катализаторов. Новосибирск, изд. СО АН СССР, 1964.

41. Брек Д. Цеолитные молекулярные сита. Пер. с англ. М., Мир, 1976.

42. Технология нефти. Катализ и адсорбция на цеолитах. Труды ГрозНИИ, 1975, вып. XXIX.

43. Френкель В. Я. и др. В сб.: Исследование и применение гидрогенизационных процессов в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М. ЦНИИТЭнефтехим, 1968.

44. Всесоюзная конференция. Превращения углеводородов на кислотно-основных гетерогенных катализаторах. Тезисы докладов. Грозный, 1977.

45. Сулимов А. Д. Каталитический риформинг бензинов. 2-ое изд. М., Химия, 1973.

46. Балашова В. В., Дорогочинский А. 3., Максимова Н. С. Катализ на цеолитах и окислах. Грозный, 1975.

47. Целиди Е.И., Рябочкина О.В., Городецкий М.Л. // Химия технология топлив и масел. 1998. - №2. - с. 45-46.

48. Технологический регламент установки JI-35/5-300 Рязанского НПЗ.

49. Пути интенсификации основных процессов нефтеперерабатывающей промышленности в связи с перспективами ее развития. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1964.

50. Чукин Г. Д. и др. В кн.: Материалы I Всесоюзной конференции "Применение цеолитов в катализе". Новосибирск, изд. СО АН СССР,1976, Т. 2, с. 66.

51. Семинар ТОПСЕ по технологиям нефтепереработки. Высокоэффективные катализаторы гидроочистки. Палм-Спрингс, Калифорния, 24-26 февраля, 1999, 7 с.

52. Фрост А. В. Труды по кинетике и катализу. М., изд. АН СССР, 1956.

53. Левинтер М. Е., Танатаров М. А., Галикеев Р. К. Химия и технология топлив и масел, 1969, № 6, с. 15.

54. Калечиц И. В. Современное состояние и перспективы технического прогресса нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. По материалам IX Мирового нефтяного конгресса. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1976.

55. Гензель В., Бергер Ч. В. В кн.: Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки. М., Гостоптехиздат, 1960. Т. 1, с. 202.

56. Рубекен Н. Ф., Козлов И. А. Системы автоматического управления каталитическими процессами платформинга и гидроочистки. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1972.

57. Химия и переработка нефти и газа. Экспресс-информация ВИНИТИ, 1972, №30, с. 26.

58. Технологический регламент блока гидроочистки на Новокуйбышевском МПЗ.