CC BY
3
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ПУТЁМ МОДЕРНИЗАЦИИ РЕАКТОРА
Е.И. Мартыненко, магистрант В.О. Яблонский, канд. техн. наук, доцент Волгоградский государственный технический университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2025-2-2-88-91
Аннотация. В статье рассматривается повышение эффективности работы установок гидроочистки дизельного топлива путём модернизации реактора, определены параметры, влияющие на полноту и эффективность реакций гидроочистки, намечены пути совершенствования технологического процесса, предложено внедрение линии подачи циркулирующего водородсо-держащего газа от дожимных компрессоров с клапанами-регуляторами между слоями катализатора в реакторе для охлаждения реакционного потока и недопущения роста температуры выше регламентных значений, описана зависимость производительности установки от объема катализатора.
Ключевые слова: гидроочистка, дизельное топливо, реакции гидрогенизации, параметры процесса гидроочистки, технологическая схема, установка.
Процесс гидроочистки дизельных фракций на современных нефтеперерабатывающих заводах основывается на реакциях гидрогенизации, в результате которых соединения серы, кислорода и азота превращаются в присутствии водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака, олефины преобразуются в более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового рядов в зависимости от их природы в исходном сырье [1]. Эффективность и полнота химических реакций зависят от параметров процесса, таких как физико-химические свойства сырья, применяемый тип катализатора и количество отработанных циклов [2]. Ужесточение экологических требований по содержанию остаточной серы в дизельном топливе обуславливает необходимость модернизации установок отечественных нефтеперерабатывающих заводов [3].
Выбор оптимальных температур гидроочистки зависит от качества исходного сырья, условий протекания процесса, потери активности катализатора с течением времени и осуществляется в пределах температур от 320 до 410 °С и давлений в диапазоне от 3,5 до 4,2 МПа. Сырьё, представленное в виде смеси дизельных фракций и водородсодержащего газа, предварительно нагревается в верти-
кально-цилиндрической трубчатой печи до достижения необходимой температуры и подается в реактор [4]. На слоях катализатора происходит глубокое гидрообессеривание и удаление азот- и кислородсодержащих соединений с образованием сероводорода, аммиака и воды [5].
Основным параметром для достижения необходимого остаточного содержания серы в товарном дизельном топливе является температура на входе в реактор, которая поддерживается расходом газа, подаваемого для нагрева продукта в змеевике реакторной печи. С целью недопущения снижения межрегенера-ционного цикла катализатора входная температура должна поддерживаться на минимально допустимом уровне для достижения нормативных показателей качества готового продукта. Однако увеличение расхода сырьевой смеси создает необходимость увеличения её температуры на входе в реактор, что может повлечь за собой рост температуры по слоям катализатора выше регламентных значений.
С целью повышения производительности установки гидроочистки дизельного топлива предлагается усовершенствованная технологическая схема реакторно-печного блока, представленная на рисунке 1.
1 - ёмкость-отстойник; 21,2,3 - сырьевые теплообменники; 3 - реактор гидроочистки дизельного топлива; 4 - вертикально-цилиндрическая трубчатая печь; 51,2 - аппараты воздушного охлаждения; 6 - холодильник; 7 - сепаратор высокого давления; 8 - сырьевой насос Рис. 1. Модернизированная технологическая схема установки гидроочистки дизельного топлива
Гидроочистка исходных дизельных фракций на модернизированном реакторно-печном блоке установки осуществляется следующим образом. Сырьевая смесь дизельных фракций, поступающих с установок первичной переработки нефти из ёмкости-отстойника 1 с помощью сырьевого насоса 8 подается в тройник на смешение с циркулирующим водород-содержащим газом, нагнетаемым дожимными компрессорами. Затем с давлением в диапазоне от 4,45 до 4,6 МПа и температурой в пределах 70 °С газосырьевая смесь (далее -ГСС) направляется в межтрубное пространство сырьевых теплообменников 2з,2,1, где нагревается до температуры не выше 320 оС за счет тепла газопродуктовой смеси (далее -ГПС), поступающей из реактора гидроочистки 3 в трубное пространство вышеуказанных теплообменников, из которых ГСС поступает на нагрев в вертикально-цилиндрическую печь 4, где нагревается до температуры в пределах 410 °С и с давлением в диапазоне от 3,5 до 4,2 МПа поступает в реактор гидроочистки 3, на слоях катализатора которого происходит глубокое гидрообессеривание и удаление азот- и кислородсодержащих соединений с образованием сероводорода, аммиака и воды.
Полученная ГПС с температурой в пределах 415 оС и давлением от 2,8 до 4,2 МПа поступает в трубное пространство сырьевых теплообменников 21,2,3, где охлаждается ГСС до температуры 180 °С, и затем последовательно направляется в аппараты воздушного 51,2 и водяного охлаждения 6 для достижения температуры смеси 60 °С. Далее ГПС поступает в сепаратор высокого давления 7 для разделения на циркулирующий водородсодержащий газ, который направляется на аминовую очистку и возвращается в реакторно-печной блок, и нестабильный гидрогенизат, поступающий на блок стабилизации для удаления нежелательных примесей и достижения необходимых показателей качества готового продукта.
Технологическая схема была усовершенствована за счет разделения циркулирующего водородсодержащего газа на три потока и его последующего введения в газосырьевую смесь не только традиционным способом -перед сырьевыми теплообменниками, но, и, непосредственно, в вертикальный четырехступенчатый каталитический реактор для поддержания заданной температуры на слоях
реактора и защиты катализатора от коксооб-разования.
В схеме применена усовершенствованная конструкция реактора, особенностью которой является наличие 4 слоев катализатора с системой тарелок для распределения потока газосырьевой смеси, а также вводом потока охлажденного циркулирующего водородсо-держащего газа от дожимных компрессоров через регулирующие клапаны между первым и вторым, а также третьим и четвертым слоями катализатора.
Одним из параметров, влияющих на процесс гидроочистки дизельного топлива, является объемная скорость подачи сырья - отношение объема перерабатываемого жидкого сырья в м3/ч к объему катализатора в м3. Увеличение объемной скорости снижает глубину обессеривания сырья, так как снижается пе-
риод контакта сырьевой смеси с катализатором. Снижение объемной скорости повышает интенсивность протекания реакций, однако негативно сказывается на технико-экономических показателях установки.
Согласно нормам технологического режима для снижения содержания серы в дизельном топливе до 0,001 % масс. (10 ррт), объемная скорость подачи сырья должна быть в пределах 0,6...2 ч-1. При указанных параметрах производительность установки по сырью может варьироваться от 88,3 до 294,3 м3/ч. Увеличение объема катализатора от 100 до 147 м3 повышает максимальный объем перерабатываемого установкой сырья на 94 м3/ч (47%), сохраняя при этом необходимую степень гидрообессеривания. Приведенная зависимость, полученная экспериментальным путём, отображена на рисунке 2.
-Производительность установки при объеме катализатора 100 м3
■Производительность установки при объеме катализатора 147,16 м-'
Рис. 2. Зависимость производительности установки гидроочистки дизельного топлива от объема
катализатора
Таким образом, предлагаемая модернизация реактора гидроочистки дизельного топлива позволит повысить производительность установки с соблюдением нормативных показателей качества готового продукта за счёт увеличения температуры сырьевой смеси на
входе в реактор, поддержания заданного соотношения водорода к углеводородам и возможности охлаждать реакционную смесь с целью недопущения образования кокса и снижения межрегенерационного цикла.
Библиографический список
1. Бесков В.С. Моделирование каталитических процессов и реакторов / В.С. Бесков, Ф. Флокк. - Москва: Химия, 1991. - 256 с.
2. Солодова Н.Л. Гидроочистка топлив: учеб. пособие / Н.Л. Солодова, Н.А. Тереньтева. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2008. - 63 с.
3. Райкова Е.Ф., Шейхгасанов Ш.К. Анализ процесса предварительной гидроочистки дизельного топлива // Альманах мировой науки. - 2019. - № 4 (30). - С. 34-36.
4. Грин Н.В., Бондаренко Е.А. Теоретические основы процесса гидроочистки дизельного топлива // Современные технологии и научно-технический прогресс. - 2019. - Т. 1. - С. 7-8
5. Басиров Р.Н. Реакторы гидроочистки / Р.Н. Басиров // Молодой исследователь: вызовы и перспективы: сборник статей по материалам CLXVI международной научно-практической конференции, Москва, 18 мая 2020 года. Том 19 (166). - Москва: Общество с ограниченной ответственностью "Интернаука", 2020. - С. 364-370. - EDN ZFXALD.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF THE DIESEL FUEL HYDROTREATING PROCESS
BY UPGRADING THE REACTOR
E.I. Martynenko, Graduate Student
V.O. Yablonsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Volgograd State Technical University (Russia, Volgograd)
Abstract. The article discusses improving the efficiency of diesel fuel hydrotreating plants by upgrading the reactor, defines the parameters that affect the completeness and efficiency of hydrotreating reactions, outlines ways to improve the technological process, and proposes the introduction of a circulating hydrogen-containing gas supply line from booster compressors with control valves between the catalyst layers in the reactor to cool the reaction stream and prevent temperature rise above the regulation, the dependence of the plant's performance on the volume of the catalyst is described.
Keywords: hydrotreating, diesel fuel, hydrogenation reactions, parameters of the hydrotreating process, flow chart, plant.
