Файл: Курсовой проект по дисциплине Теория и технология химических процессов органического и нефтехимического синтеза на тему Технологическое проектирование установки гидроочистки дизельной фракции мощностью 1910 тыс тгод.docx

1.5 Основные параметры и их влияние на процесс

Основными переменными, влияющими на протекание процесса гидроочистки, являются [12]:

- Парциальное давление водорода;

- Объемная скорость подачи сырья (ОСПС);

- Температура реакции;

- Свойства сырья.

Помимо того, что водород участвует в химических превращениях в процессе гидроочистки, требуемое парциальное давление водорода является необходимым фактором для минимизации реакций коксования. С повышением увеличивается скорость протекания основных реакций гидрогенолиза гетероатомных соединений и снижается степень закоксовывания катализатора, что приводит к увеличению срока эксплуатации. При сильном снижении давления водорода в любом месте реакционной системы может произойти преждевременная дезактивация катализатора, которая потребует остановки установки для дальнейшей регенерации или перегрузки катализатора старение оставшейся части катализатора.

Необходимое парциальное давление водорода зависит от концентрации водорода в циркулирующем водородсодержащем газе (ЦВСГ), применяемом в процессе для протекания реакций. Обычно, концентрация водорода в ЦВСГ поддерживается не ниже 75 % об. и регулируется количеством сдуваемого ЦВСГ, содержащего также газообразные продукты реакции (H₂S, NH₃) и углеводороды, и подпиткой свежего водородсодержащего газа [5, 13].

При снижении объемной скорости подачи сырья увеличивается глубина протекания реакций гидроочистки в связи возрастанием времени контакта сырья с катализатором. Однако, это приводит к снижению производительности установки. При необходимости увеличения ОСПС скомпенсировать снижение степени обессеривания можно повышением парциального давление водорода и температура в реакторе.

Температура процесса гидроочистки начинается с 280 °С. Реакции Процесс гидроочистки является экзотермическим, поэтому увеличение температуры приводит к увеличению скорости реакций гидрогенолиза гетероатомных соединений. При этом увеличение температуры более 420 °С нецелесообразно ввиду того, что в большей степени увеличиваются реакции гидрокрекинга и снижения выхода целевого продукта, а также повышается коксообразование на катализаторе и снижение его активности [14].

---

Начальная температура процесса подбирается таким образом, чтобы катализатор обеспечивал требуемое степень очистки сырья. По мере снижения активности катализатора вследствие его постепенной закоксовыванности повышают температуру в реакционной зоне.

В разделе 1.3 указано влияние химического строения гетероатомных соединений на протекание реакций гидроочистки. Фракционный состав перерабатываемого сырья также оказывают влияние на условия процесса гидроочистки. Скорость реакций обессеривания, гидродеазотирования и гидродезоксигенации снижается с увеличением температур выкипания сырья из-за увеличения содержания химически сложных и устойчивых химических соединений.

Также, качество сырья, перерабатываемого в процессе гидроочистки, влияет выбор катализатора, для которого подбирается оптимальный состав активных компонентов, обеспечивающих удаление характерных химических соединений.

1.6 Математическое моделирование процесса

Современные возможности позволяют использовать различные программные инструменты моделирования при оценке эффективности технологических процессов нефтепереработки. Так, можно оптимизировать рабочие параметры, автоматизировать различные стадии проектирования и осуществления процесса, снизить трудовые и материальные затраты. В последние годы появляется множество программных сред, позволяющие моделировать процесс гидроочистки. К наиболее известным и распространенным можно отнести HYSYS, Hysim, Pro II от Simulation Sciences Inc., CHEMCAD III, AutoCAD, а также российские Компас 3D, "КОМФОРТ ВНИИГАЗ" и "ГИББС". Основным недостатком этих систем моделирования является отсутствие возможности полного учета реакционной способности компонентов сырья, что приводит к ошибкам в расчетах [9].

Математическая модель представляет собой совокупность фундаментальных уравнений, описывающих элементарные химические превращения, учитывающих влияние качественного и количественного состава исходных веществ, учитывающих влияние технологических параметров на физико-химические свойства индивидуальных компонентов [15].

Математическое моделирование процесса включает в себя сбор данных, оказывающих влияние на протекание процесса,

---

выявление закономерностей и ограничений, оценка физической характеристики с дальнейшим составлением математического описания объекта и построением модели с применением определенного программного обеспечения. Также, необходимо оценить, насколько модель приближена к реальности путем сравнения экспериментальных данных провести анализ расчетов полученной модели.

В общем виде математическая модель гидроочистки дизельного топлива имеет следующий вид [16]:

= - ;

= - ;

…

= - ;

где С_Si –концентрация i-го сераорганического компонента в исходном сырье, τ – время контакта сырья с катализатором, K_i – эффективная константа скорости i-й реакции.

Применение метода математического моделирования на действующем предприятии нефтяной или газовой отрасли позволит осуществлять прогнозирование оптимальных схем и режимов работы технологических процессов, снизить затраты на производство, достичь повышения производительности установок и качества получаемой продукции, а также обеспечить потребности граждан во всех требуемых ресурсах (топлива, масла и др.) требуемого качества [17].

---

1.7 Сведения о существующих технологиях (патентный обзор)

Согласно проведенному патентному обзору, интенсификация процесса гидроочистки возможна по двум направлениям: модернизация каталитических систем, используемых в процессе, и переоборудование и модификация технологической схемы с использованием дополнительного реакторного оборудования, а также композитных катализаторов.

Так, был предложен способ получения высокоактивного катализатора гидроочистки, позволяющий перерабатывать дизельные фракции с повышенным содержанием серы (более 1 % масс.) [18].

Были проведены исследования процесса гидроочистки дизельной фракции при температуре 300-320°С, при соотношении водорода к сырью 300-350:1, давлении 2,5-3,0 МПа, в присутствии нового массивного сульфидного катализатора в виде нанопорошка, полученного из товарных сульфида молибдена и кобальта или никеля методом механохимической активации. Данный катализатор отличается от классических каталитических систем установок гидроочистки тем, что представляет собой чистые активные металлические компоненты без применения носителя, за счет чего характеризуется более высокой активностью. При оценке результатов исследования было получено, что остаточное содержание серы в гидрогенизате при использование нового массивного катализатора ниже, чем для нанесенных катализаторов.

При получении катализатора гидроочистки важны также условия введения активных компонентов в состав алюмооксидного носителя, которые обеспечат стабильность катализатора в процессе эксплуатации.

Так, известны способы получения катализатора гидроочистки нефтяного сырья, которые включают синтез модифицированного носителя и нанесение активных компонентов с использованием растворов гетерополисоединений [19], пропитку прокаленного алюмооксидного носителя водным раствором комплексных соединений фосфатов с активными компонентами Мо и Ni или Мо и Со [20], пропитку комплексными соединениями бора и/или фосфора, молибдена и переходного металла (никеля и/или кобальта) с добавлением 30%-ного раствора Н₂О₂ и лимонной кислоты [21], одностадийную

---

пропитку прокаленного алюмооксидного носителя, содержащим одновременно соединения молибдена и никеля или молибдена и кобальта c введением ортофосфорной и органических кислот (лимонной и щавелевой) [22] и т.д.

По результатам проведенных исследований отмечается, что предлагаемые технические решения дают возможность получать катализаторы гидроочистки с высокими показателями механической прочности и активностью, а также позволяют значительно упростить способ получения катализаторов гидроочистки и сохранить их высокую каталитическую активность.

В [23] описан метод гидроочистки дизельных фракций с использованием ранжированной загрузки катализаторов. Дизельные фракции подвергают гидроочистке контактированием с первым слоем катализатора - сульфидным алюмокобальтмолибденовым, затем со вторым слоем катализатора - окисным алюмокобальтмолибденовым и третьим слоем окисного алюмокобальтмолибденового катализатора. Применение в технологии изобретения пакета из смешанных металлических сульфидных и окисных катализаторов в определенных соотношениях позволяет повысить каталитическую активность системы.

Существует способ гидроочистки дизельного топлива с предварительным разделением прямогонного дизельного топлива на легкую и тяжелую фракции, дальнейшую их раздельную переработку в двух параллельно работающих реакторах гидроочистки и смешении полученных легкого и тяжелого гидрогенизатов. Данное решение позволяет снизить энергозатраты на подготовку сырья гидроочистки и подобрать наиболее оптимальные условия процесса [24].

Известен способ гидроочистки углеводородов в полностью жидкостных реакторах с одним или несколькими независимыми рециркуляционными потоками жидкости. Данный способ организации технологического процесса способен обеспечивать жидкий продукт с меньшими содержаниями серы и азота, который удовлетворяет требованиям производства сверхчистого дизельного топлива (содержание серы менее 10 ppm и цетановое число не менее 55 пунктов) [25].

Существует изобретение устройства вихревого типа для реактора гидроочистки с нисходящим потоком. Изобретение позволяет создать выраженный дугообразный поток для входящей в него газо-жидкостной смеси и высокую степень перемешивания между слоями катализатора в ограниченном пространстве реактора гидроочистки и обеспечивает повышение эффективности смешения сырья с катализатором, что позволяет максимально использовать всю поверхность контакта катализатора при получении гидрогенизата требуемого качества [26].

---