Гидроочистка вакуумных дистиллятов. Назначение процесса. Материальный баланс. Катализаторы. Значения технологических параметров

Гидроочистка вакуумных дистиллятов. Вакуумные дистилляты являются сырьем для процессов каталитического крекинга и гидрокрекинга. Качество вакуумных газойлей определяется глубиной отбора и четкостью ректификации мазута.

Вакуумные газойли 350—500°С практически не содержат металлорганических соединений и асфальтенов, а их коксуемость не превышает обычно 0,2 %. С повышением t_KK до 540 - 560 °С коксуемость возрастает в 4-10 раз, содержание металлов - в 3-4 раза, серы - на 20-45 %. Влияние содержащихся в сырье металлов, азотистых соединений и серы проявляется в снижении активности работы катализатора за счет отложения кокса и необратимого отравления металлами.

Гидроочистка вакуумного газойля 350 -500°С не представляет значительных трудностей и проводится в условиях и на оборудовании, аналогичных для гидроочистки дизельных топлив. При давлении 4-5 МПа, температуре 360-410 °С и объемной скорости сырья 1-1.5 ч^-1 достигается 89-94%- ная глубина обессеривания; содержание азота снижается на 20—30%, металлов - на 75 - 85 %, а коксуемость — на 65 - 70 %.

Универсальным способом облагораживания сырья каталитического крекинга является процесс гидроочистки.

Применение гидроочистки вакуумных дистиллятов позволяет повысить качество и выход светлых продуктов, в основном, бензина, а также существенно уменьшить образование кокса и содержание SO в дымовых газах регенератора, что имеет большое экологическое значение.

Наибольший эффект достигается при гидрировании сырья с высоким содержанием серы, азота, ароматических углеводородов, коксообразующих компонентов и металлоорганических соединений: например, при гидроочистке высокосернистых газойлей.

В результате гидроочистки сырья с высоким содержанием азот- и металлоорганических соединений стабильность работы катализатора крекинга значительно возрастает.

В обычных условиях гидроочистки вакуумных дистиллятов западносибирской нефти (давление до 5 МПа, температура 350-400 °С, объемная скорость подачи сырья 1,0-2,2 час-1) среднее уменьшение вредных компонентов составляет в % масс.: серы – 60-80, азота – 15-25, кокса (по Конрадсону) – 40-50, тяжелых металлов – 60-70, ароматических углеводородов – 10- 20.

В табл. 1 приведены данные по влиянию степени гидроочистки сырья на результаты каталитического крекинга, полученные на промышленной установке ККФ в США. Они говорят о том, что применение обессеренного сырья обеспечивает при крекинге не только увеличения выхода бензина и фракции С3 – С4, но также способствует существенному снижению содержания серы во всех получаемых продуктах.

Это позволяет вырабатывать бензиновый компонент, не нуждающийся в дальнейшем облагораживании. Последующее облагораживание легкого газойля, компонента дизельного топлива, существенно облегчается.

На НПЗ России и стран СНГ процесс гидроочистки вакуумного дистиллята получил достаточно широкое развитие (табл. 2). Однако из-за низкого давления водорода (3,5-4,0 МПа) содержание серы в очищенном продукте, как правило, не удается снизить до уровня менее 0,25-0,30% масс. В результате, при каталитическом крекинге такого сырья получают бензиновый дистиллят, который содержит порядка 0,05-0,10% масс. серы, и дизельный дистиллят, содержащий 0,3-0,5% масс. серы. Указанные продукты нуждаются в дальнейшем гидрогенизационном облагораживании.

Радикальным решением вопроса является повышение давления в процессе гидроочистки до 8,0-10,0 МПа, что позволяет снизить содержание серы в вакуумном дистилляте до уровня 0,1-0,15% масс. Такое техническое решение применено в Рязанской НПК, что позволило существенно снизить содержание серы в бензиновом дистилляте до 100-200 ррм, в дизельном – до 0,05-0,10% масс.).

Статьи баланса	Бензиновая фракция	Керосиновая фракция	Дизельная фракция	Вакуумный газойль
Взято:
Сырье
Н2 100 %-ный на реакцию	0,15	0,25	0,40	0,65
Получено:
Гидроочищенная фракция	99,00	97,90	96,90	86,75
Дизельная фракция	-	-	-	9,20
Бензин-отгон	-	1,10	1,30	1,30
Углеводородные газы	0,65	0,65	0,60	1,50
Сероводород	-	0,20	1,20	1,50
Потери	0,5	0,4	0,4	0,4
ИТОГО	100,15	100,25	100,40	100,65

Гидроочистка масел. Сырье процессов. Назначение процессов. Влияние основных технологических параметров на качество продуктов. Изменение показателей качества масел в результате протекания реакций.

Наибольшее распространение в производстве смазочных масел получила гидроочистка в сравнительно мягких условиях: под давлением 3 – 7 МПа (чаще 4 – 5 МПа), при 280 – 400^оС. Процесс применяется для очистки от соединений серы, азота, кислорода, смолистых и асфальтеновых веществ. В процессе улучшается цвет, стабильность цвета, снижаются коксуемость, плотность, коэффициент рефракции, может быть существенно повышен индекс вязкости. Улучшается запах масла, восприимчивость к присадкам. К недостаткам процесса можно отнести некоторое понижение вязкости и возможное повышение температуры застывания на 1 – 2^оС.

Исторически первым вариантом применения гидроочистки стал процесс завершающей гидродоочистки масел, прошедших селективную очистку и депарафинизацию; процесс применяли взамен доочистки отбеливающими глинами. Процесс проводят при давлении 4 – 5 МПа, температуре 300-380^оС, объемной скорости подачи сырья от 0,5 до 3 – 4 ч^-1и объемном отношении ВСГ к сырью от 300 до 800 нм³/м³. Режим процесса в значительной мере зависит от вязкости сырья и глубины его очистки селективными растворителями. Доочистку маловязких масел проводят при повышенных скоростях. По мере увеличения вязкости масел требуется более длительное контактирование сырья с водородом и катализатором, поэтому скорость подачи сырья уменьшают.

В зависимости от режима глубина очистки от соединений серы может достигать 70 %, глубина деазотирования – 40 %. Реакции расщепления протекают в минимальной степени – выход очищенного масла составляет 95 – 99,5 %. Продукты расщепления ухудшают испаряемость и температуру вспышки масла, поэтому для удаления их гидрогенизат подвергают стабилизации в отпарных колоннах. Помимо очистки от гетеросоединений и смолисто-асфальтовых веществ удаляются остатки селективных растворителей.

Возможны (и более рациональны) также другие варианты сочетания процесса гидроочистки, селективной очистки и депарафинизации. При этом условия гидроочистки других видов масляного сырья почти не отличаются от условий гидродоочистки.

Гидроочистка рафината позволяет снизить глубину экстракции, увеличить отбор рафината и повысить производительность установки селективной очистки.

Результаты испытания термоокислительной стабильности моторных масел

Масло	После контактной доочистки	После гидроочистки
при 320°С	при 380°С
Базовое масло коксуемость, % увеличение ν50, % Товарное масло коксуемость, % увеличение ν50, %	0,87 29,1   0,72 13,0	0,65 12,2   0,52 6,35	0,84 22,8   0,43 4,23

В ряде случаев гидроочистка является основной стадией очистки и позволяет исключить из технологической схемы процесс селективной очистки. Это возможно при наличии маловязкого сырья и сырья благоприятного химического состава. Гидроочистка как единственная ступень очистки осуществляется при более жестком режиме, чем в случаях сочетания с селективной очисткой. Очистка в жестком режиме существенно повышает индекс вязкости. На несколько градусов может повышаться температура застывания, что необходимо учитывать на стадии депарафинизации.

Гидроочистка как единственная ступень очистки может применяться и в других вариантах технологической схемы. Возможно, например, получение трансформаторных масел по схеме «гидроочистка – депарафинизация – гидродоочистка» (так называемый «гидрофинишинг»). При наличии сырья с достаточно низкой температурой застывания гидроочистка может являться единственным процессом в технологии производства базового масла из прямогонного дистиллята. Тем не менее сравнительно невысокие давления, применяемые в процессе гидроочистки, не позволяют достаточно глубоко гидрировать тяжелые и легкие ароматические углеводороды. Это возможно только в процессах гидрирования под высоким давлением.

Для выявления оптимальной схемы масляного производства с использованием гидрогенизационных процессов было изучено качество базовых масел, получаемых по различным схемам, включающим традиционные процессы селективной очистки и депарафинизации. Были исследованы следующие варианты: гидродоочистка конечного депарафинированного масла, рафината селективной очистки и исходной масляной фракции на примере деасфальтизата и IV масляной фракции.

В результате гидроочистки депарафинированных масел IV масляной фракции увеличивается индекс вязкости с 101 до 106 п., вязкость масла при 100^оС понижается с 7,17 до 6,58 мм²/с, снижаются содержание серы и плотность. Потери масла по сравнению с традиционной схемой производства масел увеличиваются на 0,8 % (табл. 5.4).

При гидроочистке остаточного депарафинированного масла наблюдаются аналогичные явления: снижаются вязкость, плотность, содержание серы, повышается индекс вязкости (табл. 5.5). Потери масла составляют 1,2 %. Температура масла повышается с -14 до -12^оС.

Гидроочистка рафината IV масляной фракции дает увеличение выхода базового масла на 1,5 %. При этом по качественным характеристикам базовое масло, полученное из гидроочищенного рафината, не уступает базовому маслу, полученному без использования гидрогенизационных процессов, а по температуре застывания и индексу вязкости превосходит его (см. табл. 5.4).

При гидроочистке остаточного рафината получаются низкозастывающие масла с регулируемыми в зависимости от температуры процесса вязкостью и индексом вязкости. При этом возрастает выход остаточного базового масла на 3,9 % (см. табл. 5.5). Понижение температуры застывания остаточных депарафинированных масел из остаточного рафината селективной очистки свидетельствует о снижении температурного градиента процесса депарафинизации, что улучшает его технико-экономические показатели.

Таблица