CC BY
619
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 66.092.094.25
А. И. Абдуллин, И. Р. Сираев
ГИДРОКРЕКИНГ КАК ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Ключевые слова: дизельное топливо, перспективы развития процесса гидрокрекинга.
В данной статье представлен обзор состояния развития процесса гидрокрекинга и вторичных процессов переработки нефти в России, а также роль гидрокрекинга в отечественной нефтепереработке и перспективы его развития. Приведены примеры и охарактеризованы процессы безостаточной переработки тяжелого углеводородного сырья в дистиллятные продукты под давлением водорода 15-17 МПа.
Keywords: diesel fuel, Prospects of development ofprocess of an hydrocracking.
This article presents the overview of the state of development of hydrocracking and secondary processes of oil refining in Russia, hydrocracking role in domestic petroleum processing and prospects of its development. Examples of heavy hydrocarbons processing into light product at a hydrogen pressure of 15-17 MPa have been given.
Введение
В рамках задач по увеличению количества вырабатываемых светлых продуктов в структуру переработки вводится процесс гидрокрекинга, который, являясь вторичным процессом, позволяет выпускать широкий ассортимент продуктов. В процессе могут перерабатываться легкие и тяжелые дистилляты первичной переработки в смеси с водородсодержащим газом на комплексных катализаторах. Гидрокрекинг является ценным процессом современной промышленности, т. к позволяет получить керосиновое и дизельное топливо [1].
Одним из продуктов топливного гидрокрекинга вакуумных газойлей является тяжелый остаток -фракция 350...530°С - с низким содержанием гетероатомных соединений, в частности соединений серы, и высоким содержанием насыщенных углеводородов. Как правило, на предприятиях топливного профиля остаток процесса гидрокрекинга используется либо как малосернистое котельное топливо, либо как компонент сырья процесса каталитического крекинга [2, 3].
Остаточный продукт процесса гидрокрекинга вакуумных газойлей представляет собой сложную смесь высококипящих соединений, состоящую преимущественно из парафиновых и нафтеновых углеводородов, с низким содержанием серы и фактически полным отсутствием тяжелых металлов. В связи с этим он может быть использован не только при получении топлив, но и как сырьё для нефтехимической промышленности, а также производства высококачественных базовых масел II и III групп в соответствии с требованиями API [4, 5].
Виды процесса
Основные процессы каталитической переработки вакуумного газойля в присутствии водорода в мире: - гидроочистка - проводится под давлением до 5 МПа, цель процесса - получение сырья для каталитического крекинга;
- легкий гидрокрекинг - проводится под давлением 5-10 МПа для того, чтобы получить дизельное топливо и сырье для каталитического крекинга;
- гидрокрекинг - проводится под давлением 1517 МПа на стационарном катализаторе для получения реактивных топлив, арктических и зимних дизельных топлив, а также сырья для производство базовых масел [6].
Несмотря на многочисленные работы ведущих зарубежных фирм в этой области, до настоящего времени не создано достаточно простой и эффективной технологии, позволяющей качественно перерабатывать нефтяные остатки в продукты для производства топливных фракций, в промышленном и полупромышленном масштабах освоен ряд процессов для безостаточной переработки тяжелого углеводородного сырья в дистиллятные продукты под давлением водорода 15-27 МПа. Известно 9 таких процессов [7, 8]:
1. Феба-комби-крекинг (компания «Фебаоль») -процесс, предназначен для получения синтетической нефти из остатков прямой перегонки. Получение продукта основано на опыте разжижения угля. Сырье во время гидрирования смешивается с порошкообразным одноразовым катализатором (буроугольный кокс или железный шлам), нагревается и подается в реактор, где температура 430-470 °С и давление 13-30 МПа. Конверсия процесса от 95 до 98,5% [9].
2. И-Р-С (Национальный исследовательский институт ресурсов и охраны окружающей среды, Япония) - в процессе предлагается в качестве катализатора использовать отработанный катализатор гидрообессеривания. В этом случае в реакторе протекают термические и термокаталитические реакции.
3. Кэнмет (министерство энергетики Канады) -процесс многостадийный и включает в себя следующие стадии:
- жидкофазный гидрокрекинг с дешевым угольным катализатором,
- отбор гидроочистка фракции от начала кипения до 340 °С,
- остаток подвергают деасфальтизации пентаном,
- гидроочистка полученного деасфальтизата в смеси с вакуумным газойлем.
Процесс позволяет удалять до 70% асфальтенов и до 80% ванадия [10].
4. Аурабон (компания ЮОП) - процесс предназначен для переработки наиболее неблагоприятного сырья по сравнению с процессом Кенмет. В процессе в качестве сырья используют тяжелые нефтяные остатки или тяжелые битумные нефти. Применяется суспендированный катализатор, который содержит сульфиды никеля и ванадия. Аурабон позволяет удалять из сырья до 95 % асфальтенов и металлов [11].
5. Мо-коук (компания «Экссон») - в этом процессе катализатор образуется непосредственно в реакторе из соединений каталитически активных металлов (чаще молибден), который используется в виде дешевых соединений. Эти соединения взаимодействуют с соединениями, входящими в состав сырья [12].
6. H-Oil (компания Axens) - особенность процесса обусловлена тем, что процесс проходит в кипящем слое с суспендированным катализатором. Кипящий слой создается подачей сырья со скоростью 0,2-0,3 м/с. Это достигается при помощи насосов наружного монтажа. Активность катализатора поддерживается на заданном уровне за счет замены части отработанного катализатора на свежий. Конверсия процесса от 50 до 85% [13].
7. LC-Fining (компания Chevron Lummus) -процесс так же проходит в кипящем слое с суспендированным катализатором. Но для создания суспензии в реакторе используется принудительное перемешивающее устройство (мешалка). В дальнейшем мешалки были заменены на насосы внутреннего монтажа. Суммарный выход фракций н. к.-524 °С - до 70% [14].
8. Uniflex (компания ЮОП) - особенностью процесса является применение наноразмерных катализаторов, поскольку при этих размерах катализатор более активен. Конверсия процесса до 95% [15].
9.Технология ИНХС РАН - процесс гидроконверсии с ультрадисперсным катализатором. Процесс осуществляется в среде водорода под давлением 7-14 МПа. Конверсия составляет не менее 92-95% [16].
Эти процессы так же внедряются в России, чтобы эффективно увеличить глубину переработки нефти.
Развитие гидрокрекинга и вторичных процессов в России, по сравнению с другими странами
В табл. 1 в приведены данные за 2005 и 2015 гг. по объемам производства основных нефтепродуктов и объемам загрузки основных процессов переработки
Как видно из вышеприведенной таблицы Россия отстает от Германии и США по доле вторичных
процессов (36.4% в России на 2015 год, 88% в США, 61% в Германии), а по процессу гидрокрекинга отставание тоже существенное (4.8% в России на 2015 год, 9,64% в США, 8,32% в Германии). Все это показывает то, что в России надо увеличить долю вторичных процессов.
Таблица 1 - Сравнение ретроспективных и прогнозных показателей российской
нефтепереработки с современными
показателями по США и Германии
Показатель 2005 г. 2015 г. США Германия
Объем переработки нефти, млн. т 202 291.9 801.5 106.81
Суммарный объем основных светлых нефтепродуктов 48.7 51.9 75.22 72.23
В том числе:
бензин 15.7 20.3 43.3 24.3
Дизельное топливо 29 26.2 23 44
Реактивное топливо 4 3.9 8.9 3.9
Доля основных п] роцессов. %. в том числе:
каталитический крекинг 7.80 7.1 36.22 16.13
риформинг 8.90 10.6 18.61 15,21
гидрокрекинг 1.81 4.8 9.64 8.32
коксование 1.87 2.5 15.6 5.5
висбрекинг 4.60 8.1 0.31 12.45
алкилирование 0.26 0.6 5.82 1.02
изомеризация 0.52 2.7 2.84 2.72
Сейчас намечается увеличение количества установок вторичных процессов и установок, которые производят топлива, отвечающие современным требованиям. Это происходит благодаря переходу отечественных моторных топлив к стандарту «Евро-5» [17-19].
Гидрокрекинг с точки зрения востребованности его продуктов в России
В гидрокрекинге основным продуктом является дизельное топливо. Поэтому дизельное топливо является объектом рассмотрения.
Модернизация работающих на сегодняшний день заводов дала бы возможность при переработке 100 млн. тонн нефти получить около 30 млн. тонн автомобильного бензина, 38 млн. тонн дизельного топлива, 6 млн. тонн реактивного топлива и 7 млн. тонн мазута при неизменном объеме производства масел и битумов [20]. Из этого следует, что выход бензина и есть сдерживающий фактор в российской нефтепереработке. В свою очередь дизельное топливо является резервным продуктом.
Из выше изложенного следует, что главными направлениями модернизаций по углубления переработки являются процессы, основной продукт
которых автомобильный бензин. Наилучший пример: установка каталитического крекинга с гидроочищенным сырьем и установки
замедленного коксования с облагораживанием светлых продуктов.
При сравнении цен на дизельное топливо в нашей стране и за рубежом внутренний рынок является привлекательнее внешнего - продавать дизельное топливо внутри страны на 30% более выгодно, чем за рубеж. Причина же экспорта дизельного топлива в том, что объемы его производства в стране больше объемов спроса в среднем на 54 %. Это может свидетельствовать об экономической зависимости НПЗ страны от зарубежных покупателей, и в случае ограничения экспорта в отношении российского дизельного топлива, может возникнуть проблема с реализацией продукции [21].
Заключение
В целом гидрокрекинг - перспективный процесс для получения ассортимента топлив, отвечающих всем современным требованиям, но в России производится избыток летнего дизельного топлива. Можно увеличить количество бензина путем комбинации гидрокрекинга с каталитическим крекингом, но это многого не даст. Для России более перспективным является процесс гидроочистки вакуумного газойля с последующим каталитическим крекингом, так как такая комбинация дает больший выход бензина.
Литература
1. Орочко Д. И., Сулимов А. Д., Осипов Л.И., Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке -М.:, «Химия»,1971. С. 34 - 90.
2. Мановян, А.К., Технология переработки природных энергоносителей , А.К. Мановян. - М.:, Химия, Колос С, 2004. С. 456 .
3. Hydrocarbon Processing's 2008 Refining Processes Handbook, 296 р.
4. Основные процессы нефтепереработки: справочник, Р.А. Мейерс [и др.]; пер. с англ. 3-го изд.; под ред. О.Ф. Глаголевой, О.П. Лыкова. - СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. С. 944.
5. Фамутдинов, Р.Н., Определение качества сырья для высокоиндексных масел из остатка гидрокрекинга, Р.Н. Фамутдинов, С.В. Дезорцев, Башкирский химический журнал, 2013, Т. 20, № 4. С. 37-39.
6. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М.: Техника, ООО «Тума групп», 2001.
7. Справочник процессов нефтепереработки, Нефтегазовые технологии, Рустамов М.И., Абадзаде Х.И., Мухтарова Г.С., Касумова З.А., Эфендиева Н.Х., 2005. № 3. С. 63—93; № 4. С. 61—90.
8. Процессы нефтехимии и нефтепереработки, 2007. № 2 (29), С. 46—55. Абадзаде Х.И., Кулиев А.Д., Мухтарова Г.С., Гусейнова М.Э., Гадиров Х.Г., Нефтехимия. 2010. Т. 50. № 2. С. 174—176.
9. Вайль К.К, Маншилин В.А. и др., Тем обзор. Каталитические процессы глубокой переработки нефти, М. ЦНИИТЭНефтехим, 1980. С. 312 с.
10. Лекция 11. Гидрокрекинг с добавками, Моя библиотека URL: http://mybiblioteka.su/tom2/1-22342.html (дата обращения: 04.03.2016).
11. Производственные материалы и технологии, Нoneywell Россия URL: https://honeywell.com/country/ru/industry-technology/Pages/sm.aspx (дата обращения: 04.03.2016)
12. Х. Н. Ясавеев, А. Г. Лаптев, М. И. Фарахов, Модернизация установок переработки углеводородных смесей, Казань: Издательство «ФЭН», 2004. С. 25-26.
13. H-Oil RC, Axens IFP Technologies URL: http://www.axens.net/product/technology-licensing/10092/h-oil-rc.html (дата обращения: 04.03.2016).
14. Residuum Hydro treating/Hydrocracking , CBI & TECHNOLOGIES URL: http://www.cbi.com/technologies/technologies-servicesresiduum-hydrotreatinghydrocracking (дата обращения: 04.03.2016).
15. D. Gillis, M. VanWees, P. Zimmerman UOPUNIFLEX PROCESS, UOP LLC, A Honeywell Company Des Plaines, Illinois, U.S.A., 2009, С. 5 - 6.
16. В РФ создана технология практически полной переработки тяжелых нефтяных остатков, Информ Девон агенство URL: http://iadevon.ru/news/petroleum/v_rf_sozdana_tehnologiya _prakticheski_polnoy_pererabotki_tyazhelih_neftyanih_osta tkov-3232/ (дата обращения: 04.03.2016).
17. Лавров Н.П., Топливно-энергетические ресурсы: состояние и рациональное использование. Энергетика России: проблемы и перспективы. //Труды научной сессии РАН. Москва, 2006. С. 61-75.
18. BP Statistical Review of World Energy June 2015, BP Energy Outlook 2035, 2015 №64th edition, С. 16-20.
19. Исследование состояния и перспектив направлений переработки нефти и газа, нефте- и газохимии в РФ / В. И. Фейгин, О. Б. Брагинский, С. А.Заболотский, И.Г. Кукушкин, А. В. Маевский, Н. И. Масленников, Ю. Г. Рыков, - Москва: ЭКОН-ИНФОРМ, 2011. С. 806.
20. Некрасов А.С., Синяк Ю.В. Перспективы развития топливно-энергетического комплекса России на период до 2030 года, Проблемы прогнозирования. 2007. № 5.
21. Калинин А. А. Возможные направления совершенствования переработки нефти в России, Проблемы прогнозирования. - 2008. С. 73-91.
© А. И. Абдуллин - канд. техн. наук, доц. каф. ХТПНГ КНИТУ, [email protected]; И. Р. Сираев - студент-магистр гр.414-МП4, той же кафедры, [email protected].
© A. 1 Abdullin - Ph.D., Associate Professor, KNRTU, Department HTPNG, [email protected]; I. R. Siraev - Undergraduate, KNRTU, Department HTPNG, [email protected].
