Файл: Калечиц И.В. Химия гидрогенизационных процессов в переработке топлив.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 156

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

л

 

 

О I

s a

 

 

 

 

О со

 

 

 

 

 

к "

 

 

Давление,

 

о, н

ей и

Катализаторы

 

кгс/см2

 

 

о g

 

 

 

 

к 5

 

 

 

 

к 2 м

 

 

 

 

 

Cd S3

Р

 

 

 

 

hi

£ S 3

 

 

230-35Ô 400-440

su

 

MoS2; WS2

 

 

 

 

 

490

5c

 

3% CoO + 5% M0O3

 

 

 

 

на A12 03

 

 

300-400

 

 

 

 

50-70

425-500

 

 

C0M0O4 на AI0O3

40

280—300

1,0

 

Co + Mo на A1

2 03

 

(I);

 

 

(I ступень);

 

 

380-390

 

 

M0O3 на A12 0

3

 

(И)

 

 

( I I ступень)

 

 

 

 

 

 

75

510

0,7-

 

To же

 

 

 

0,75

 

 

 

500

475-500

1,5

 

 

70

450-600

 

Т і 0 2 на каолините,

 

 

 

обработанный HF (I):

 

 

 

А1 2 0 3 , обработан­

 

 

 

ный HF (II)

 

 

 

WS2 ; MoS2

125

430

 

Co + Mo на А12 03

320

460

0,5

Fe(OH)2 на

активи­

 

 

 

рованном

угле

200

 

 

С0М0О4; Zn(Cr02 )2

Продолжение табл. 3

Основные результаты

Гидрировалась фракция дегтя 220—400°С. При исполь­ зовании для отвода тепла реакции холодного водорода удалось получить без расщепления пергидропроизводныо ди- и полициклических ароматических углеводородов

Нафталиновая фракция коксовой смолы очищалась до содержания 0,14 млн.-1 (против 0,82%) серы, азоти­ стых оснований 0,06% (против 1,5%) и полного отсут­ ствия кислот (2,5%). Выход продукта 93%

При гидрировании в две стадии

фракции 230 —

300 °С полукокервой смолы

с выходом

23% получено

реактивное топливо с т. заст.

—62 °С

 

Из нейтрального масла полукоксовой смолы получен насыщенный продукт, содержащий менее 0,1% азота и не содержащий серу

Фракции пиролизной смолы, выкипающие до 360 °С, гидрировались в две ступени. Расход водорода 0,6— 1,2%, выход гидрогенизата 100—101 объемн. %. Полу­ чено 32,8% бензола, 12,3% толуола, 7,2% этилбензола, 9,2% растворителя, 4,1% нафталина, 1,0% антрацена, 1,1% фенантрена, 16,5% ароматических углеводородов, выкипающих при 230—360 °С, 7,9% насыщенных угле водородов с т. кип. 137 °С, 4,4% пека

Разработана двухстадшгаая схема производства хи­ мических продуктов из полукоксовой смолы черемховских углей. После первой стадпи извлекаются

фенолы. Суммарный выход ароматических углеводоро­ дов, нафталина, растворителей и фенолов 62—66%, газообразных парафинов 33—37%, смол 5,7—6,0%

Изучалась гидрогенизация асфальтенистого пека из смолы битуминозного угля. Выход фракции фенолов < 250 °С не выше 5%

Смеси фенолов С7 —С8 подвергались деалкилпрованшо. Лучший выход фенола (13%) получен на катали­ заторе I I

При гидрогенизации антраценового масла получено реактивное топливо с высокой теплотворной способ­ ностью

При гндроочистке сырой сланцевой смолы удается удалить 93% азота цри расходе водорода 2,0%

Из пирокатехина и его гомологов, выделенных из полукоксовой смолы, наибольший выход фенолов полу­ чен при использовании ароматических растворите­ лей

Гидрокрекинг сырой полукоксовой смолы дает 31 — 59% бензина, который после экстракции щелочью и кислотой содержит менее 0,01% S и 0,01% N

50

420—700

0,5-

Co + Mo на А1 2 0 3

Из пековых дистиллятов при рециркуляции среднего

 

 

1,6

 

масла получается

до 11,2% легких ароматических

 

 

 

 

углеводородов и до 25,7% нафталина

67-200

480

2,0

То же

Установлено, что повышением давления можно пред­

 

 

 

 

отвратить дезактивацию катализатора, так как скорость

 

 

 

 

отложения кокса

обратно пропорциональна давлению

 

 

 

 

в третьей степени

 


Давление,

Температура,°С

Объемнаяскорость (проточнаяуста­ чновка),-1

контактаВремя (статическаясисте­ чма),

кгс/см2 ^

 

 

 

 

 

.

 

140—385

600—760

500

70

70, 300

До 550 0,5—

 

2,0

 

70-140

480-537

 

50—100

350-430 0,2—

 

1,0

103

До 500

Продолжение табл. 3

Катализаторы

А12 О3 + 0,3% К 2 0

Основные результаты

В лабораторном полупроточном реакторе осущест­ влена гидрогазификация сланца. При времени контакта 5 мин выход СН4 и С 2 Н 6 составляет более 90% (считая на органическую массу сланца)

Каталитическое деалкилирование технических крезолов в фенол затрудняется отложением кокса на ката­ лизаторе, что может быть уменьшено добавкой щелочи

Литература

180

181

Описай процесс

получения

ароматических

углеводо­

182

родов С

б

—С8

из

коксового

легкого

масла

(процесс

 

«литол»).

 

В процессе осуществляются:

полимеризация

 

стиролов (в форполимеризаторе), гидрогенолиз сер­ нистых соединений, гидрокрекинг, дегидрирование циклоолефинов. Получаемый бензол содержит 0,5 м л н . - 1 тиофена

МоОз +

СоО. на

Si02 +

A l 2 0 3

С0М0О4

WS2 + NiS на А12 03 ; Мо03 на А12 03 ; Со + Мо на А12 03 ; А12 03

WS2 + NiS на А12 03

w s 2

Описана модификация катализатора для гидрирова­

183

ния полукоксовой смолы. Оптимальное содержание

 

М0О3 10-12%

 

Выход жидких продуктов при гидрогенизации сырой

8S

сланцевой смолы составил 89%, а при гидрогенизации

 

коксового дистиллята 97%. Полученные продукты

 

требуют дальнейшей переработки

 

Приведены

балансы распределения фенолов в про­

184

дуктах переработки буроугольной смолы. Выход низ­

 

ших фенолов

(до 225 °С) удваивается

при гидрогени- -

 

зации фракции 225—280 °С

 

 

 

 

 

 

 

Разработан

метод извлечения

органической

массы

185

сланца обработкой его горячим водородом

под давле­

 

нием, что предотвращает карбонизацию. Выход

смолы

 

111% от выхода в реторте Фишера (выход в процессе

 

полукоксования 90—95%)

 

 

 

 

 

 

 

Показана

возможность

получения

осветительного

186,

керосина из полукоксовой смолы тощих углей. Гидри­

187

рование в две стадии, расход водорода 150 м3

 

 

Изучалось

влияние температуры и давления на

188

скорость удаления серы, кислорода и азота из полукок­

 

совой

смолы

(фракция 200—325 °С). Повышение тем­

 

пературы до 400 °С ускоряет

удаление очень

быстро,

 

затем

медленнее,

полное

удаление

происходит при

 

500 °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

докладе

о

планируемой

разработке

сланцевых

28

месторождений Бразилии (завод-прототип мощностью

 

2,2 тыс. т сланца в сутки в

1971 г.,

проектирование

 

крупного завода

108 тыс. т в сутки в 1973—1974 гг.)

 

упоминается, что в масштабе пилотной установки про­

 

ведено гидрирование смолы на промышленных и спе­

 

циально приготовленных катализаторах. Олефины, сера

 

и азот удаляются почти полностью

 

 

 

 

Отработана

технология

горной

разработки и реторт­

189

ной перегонки сланцев (США). На будущих предпри­

 

ятиях сланцевая смола будет облагораживаться гидри­

 

рованием, возможна также

гидрогазификация

 

 


Методы гидрогенизации использованы и для получения и очистки нафталина 1 6 5 .

Большое внимание уделено получению наиболее ценных

топлив,

в частности реактивного топлива. Эта задача достаточно

сложна

при переработке сланцевых смол, которые содержат много углево­

дородов с прямыми цепями. Между тем для обеспечения

необходимой

низкой температуры застывания (—60

°С) должна быть

осуществлена

глубокая изомеризация

этих углеводородов, которая

затрудняется

в присутствии азотистых

соединений.

Только после

тщательного

изучения этих взаимозависимостей удалось предотвращать отравление катализаторов изомеризации и расщепления 1 4 3 - 1 7 9 и получать реак­ тивное топливо удовлетворительного качества 1 4 4 > 1 6 в ' 1 8 6 > 1 8 7 . Следует отметить еще одно интересное направление — исчерпывающее гид­ рирование ароматизированной фракции каменноугольных смол с целью получения полициклических нафтеновых углеводородов, от­ личающихся высокой теплотворной способностью и, следовательно, представляющих интерес как топливо для ракетных двигателей 1 6 4 > 1 7 4 .

Совершенствовалась и технология гидрогенизационной перера­ ботки смол. Здесь, как и в случае гидрогенизации углей, наблюдается отход от традиционной трехступенчатой технологии деструктивной гидрогенизации и стремление всемерно упростить технологические схемы путем сокращения числа ступеней * и снижения давления **. Выяснены зависимости между давлением и скоростью основных реак­ ций процесса 1 6 3 > 1 7 9 . Практически можно легко ориентироваться в вы­ боре давления, с тем чтобы найти разумный компромисс меяеду удо­ рожанием процесса из-за применения более сложной аппаратуры высокого давления и обеспечением нужных скоростей реакций и пред­ отвращением отравления катализаторов. Возможность защиты ката­ лизаторов при переработке сланцевых смол позволила сократить или полностью устранить самую неэффективную стадию традици­ онной технологии — жидкофазное гидрирование с плавающим ката­ лизатором, заменив ее гидрированием на активных стационарных катализаторах ***.

Применение стационарных катализаторов позволяет снизить тем­ пературу процесса и уменьшить расход водорода. Однако при этом снижается выход химических продуктов, так как именно в жидкофаз-

ном процессе

в присутствии

малоактивных

плавающих

катализа­

торов реакции восстановления кислород- и

азотсодержащих функ­

циональных

групп протекают

с умеренной

скоростью,

сравнимой

со скоростью расщепления сырья с образованием ценных легких продуктов. Очевидно, что выбор между более или менее активными катализаторами должен решаться в каждом отдельном случае в за­

висимости от целей процесса

и характера

сырья.

Применительно

к технологическим целям, изложенным выше, подбор

катализаторов

* См. ссылки 126, 135, 140,

141,

170,

182.

153.

 

**

См. ссылки 108, 118, 128,

129,

138,

141,

 

***

См. ссылки 122, 125, 126,

143—145,

152.

 

 

46


был направлен на обеспечение возможно более полного сохранения ценных ароматических углеводородов. Для этого понижали гидри­ рующую активность катализаторов по отношению к этим углеводо­ родам при сохранении или даже повышении расщепляющей актив­

ности и способности

гидрировать ди-

и полициклические

угле­

водороды. Применение

новых, более

селективных катализаторов

позволяет

обеспечить

более высокий

выход ароматических

угле­

водородов

1 3 0 ' 1 3 3 ' 1 в 0 - 1 8 3 .

 

 

Если ароматические углеводороды во многих случаях удается селективно сохранить, то задача селективного гидрирования с сохра­ нением олефиновых связей еще не решена "» 1 2 1 . Между тем возмож­ ность получения чистых высших а-олефинов, содержащихся в сланце­

вых смолах

в большом

количестве,

представляет большой

интерес для

нефтехимии,

например для

синтеза поверхностно-

активных веществ. Другой трудностью гидроочистки сланцевых

продуктов

является

необходимость

большой

полноты

удаления

азота 1 0 4 > 1 0 8 > 1 2 0 > 1 2 2 < 1 2 4 ' 1 3 1 , даже

небольшое

количество

 

которого

резко понижает эффективность каталитического крекинга

очищенных

продуктов 1 2 4 > 1 5 4 .

Для

очистки

от

азота

требуется

применение

наиболее

активных

катализаторов 1 2 7 > 1 5 3

или

высоких

темпера­

тур 1 3 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжают

разрабатываться

упрощенные

технологические

ва­

рианты переработки сланцев: термическое

растворение 1 2 в ' 1 3 7 и

гид­

рогазификация 1 4 9 > 1 8 0 '

1 8 9 .

 

 

 

 

 

 

 

Общим выводом из рассмотрения результатов работ по гидроге­ низации сланцев и смол является то, что достигнут значительный прогресс в совершенствовании технологии, в изучении химических и кинетических закономерностей. Практически проверены и подго­ товлены к внедрению не только топливно-химические, но и химикотопливные схемы переработки, и их реализация зависит только от экономической конъюнктуры. По-видимому, из числа стран, исполь­ зующих гидрогенизацию смол, в ближайшие годы наибольшие темпы развития этих процессов будут в Бразилии 2 8 .

В табл. 4 сопоставляются работы по гидрогенизации нефти и неф­ тепродуктов.

Как указывалось выше (см. стр. 12) и как видно из данных, при­ веденных в табл. 4, наибольшее развитие в последние годы получили процессы гидроочистки, применяемые в настоящее время для удале­ ния серы не только из бензинов и прямогонных дизельных топлив, но и для очистки масляных фракций, нефтяных остатков, сырой нефти, т. е. практически любых видов сырья, полупродуктов и про­ дуктов нефтепереработки.

Имеется много различных фирменных модификаций процессов гидроочистки дистиллятных продуктов. Они очень близки и разли­ чаются только деталями приготовления катализаторов и некоторым варьированием условий процесса. Практически все катализаторы

гидроочистки представляют

собой алюмокобальтмолибденовые

или

алюмоникельмолибденовыѳ

композиции 4 3 ° . Эти катализаторы

хотя

47


Таблица 4. Гидрогенизация нефти, продуктов переработки нефти и другого углеводородного сырья

 

 

Объемная

 

 

Давле­

Темпера­

скорость

Катализаторы

Основные результаты

ние,

тура,

(проточи,

кгс/см*

 

уст . ),

 

 

 

 

ч - 1

 

 

50

343

10,0

 

I

15

0,4

 

400

50

1,0

 

370

10 415-425

50 413

20-25

300-450

 

1,5-2,0

450-480

50

375

550

480

0,7

300 327

600

460

0,8-1,0

ч

275 460 0,45

50-100 340-380 0,4-0,9

W + Ni

+

S (40 %W,

Приведены результаты гидроочистки различных неф­

250/oNi)

 

 

тепродуктов: легкий

крекинг-бензин — содержание се­

 

 

 

ры

уменьшается

с

0,065 до 0,0013%, бромное число

 

 

 

с 56 до 5 г Вг2 /100 г; тяжелый газойль — соответственно

 

 

 

с 0,26 до 0,002%, с 75 до 8,4;

бензин

соответственно

 

 

 

с 0,51 до 0,008%, ароматизированный дистиллят с

 

 

 

0,08 до 0,003%, с 28 до 0,5.

Расщепление

практиче­

 

 

 

ски не происходит, ароматические углеводороды не

 

 

 

затрагиваются,

обессеривание

 

протекает

несколько

 

 

 

быстрее гидрирования олефинов, сохранить которые,

 

 

 

однако,

не

удается

 

 

 

 

 

Co + Mo на

боксите (I);

При гидроочистке сырой нефти более активен ката­

Zn-f Mo на боксите (II)

лизатор I : содержание серы снижается с 2,08 до 0,17%,

 

 

 

тогда как в случае катализатора

I I — лишь до 0,32%

Состав

не

известен (не­

Содержание серы в циркулирующем масле каталити­

чувствительный к сере)

ческого

крекинга

уменьшалось

от 1,42 до

0,15%.

 

 

 

При этом происходило заметное гидрирование

аромати­

 

 

 

ческих колец (число ароматических атомов на молекулу

 

 

 

при неизменяющемся молекулярном весе 208—209

 

 

 

уменьшается

с 11,5

до 8,8, неароматических — возра­

 

 

 

стает с 3,8 до 6,9), протекающее за счет

бициклических

 

 

 

ароматических углеводородов. Для полного насыще­

 

 

 

ния ароматических углеводородов необходимо давле­

 

 

 

ние

200

кгс/см2

 

 

 

 

 

 

 

Мо0 3 на A l 2 0 3 W + Ni + S

Гидроочистке

подвергался продукт

адсорбционного

 

 

 

разделения легкого крекинг-бензина,

содержавшего

 

 

 

ароматические углеводороды, олефины и 3,4—4,5%

 

 

 

серы. Остаточное содержание серы 0,05%, водород

 

 

 

расходуется

на

обессеривание

и

насыщение

 

олефинов

 

 

 

в отношении 3 : 1 , ароматические углеводороды не за­

 

 

 

трагиваются

 

 

 

 

 

 

 

 

Мо03

на А12 03 (I)

Катализатор

дегидрирования, содержащий

60 — 80 г

То же (II)

Мо03

на 1 л носителя, может быть применен для гидро­

 

 

 

очистки. При режиме I удаляются олефины, сера, азот

 

 

 

и кислород, а ароматические углеводороды сохраня­

Со + Мо

 

ются; при режиме I I сохраняются также и олефины

 

Проведены опыты гидроочистки тридекана, к ко­

 

 

 

торому добавлялись сернистые соединения до содер­

 

 

 

жания серы 1,4%.

Октадецилмеркаптан,

диоктилсуль-

 

 

 

фид, бензилоктилсульфид и фенилдецилсульфид вос­

 

 

 

станавливаются

почти полностью

(до 0,01—0,02% S ) ,

 

 

 

несколько больше остается бензтиофена (0,05% S).

 

 

 

Ароматические

 

кольца

гидрируются

незначительно

WS2 ; WSa-r-NiS на А12 03 ;

Описан первый вариант переработки нефтяных остат­

Fe

на терране

ков (выкипающих выше

360 °С)

по трехступенчатому

WS2

«угольно-смоляному варианту». В первой ступени осу­

 

 

 

ществлялась

циркуляция

гидрогенизата,

кипящего

 

 

 

выше

360 °С;

выход бензина

13,2%,

широкой

фрак­

 

 

 

ции 74,5%. Во второй ступени выход жидкого гидро­

 

 

 

генизата по широкой фракции 97,4%,

в третьей —

 

 

 

95,3%. Общий выход бензина 82% (октановое число 64,

 

 

 

с добавкой 0,04% ТЭС — 78,5), выход

газов

2 —С4 )

 

 

 

8,1%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WS2

на

терране

Найдено, что более целесообразно объединение двух

 

 

 

парофазных ступеней в одну и переработка

суммар­

 

 

 

ного жидкофазного гидрогенизата (процесс Kombiver­

 

 

 

fahren), который содержит 48% фракций, кипящих выше

 

 

 

360 °С. За один

проход

образуется

до 50%

бензина.

 

 

 

При

рециркуляции

фракции

выше

180 °С

произво­

Новый

катализатор на

дительность установки повышается на 27%

 

 

Суммарный жидкофазный гидрогенизат (см. преды­

основе

алюмосиликатов

дущую аннотацию) перерабатывался над более эффек­

 

 

 

тивным катализатором при меньшем давлении;

окта­

 

 

 

новое число бензина с 0,04% ТЭС равно 71—72

MoS3

на глине (1 : 3)

Показана возможность

гидроочистки

коксохимиче­

 

 

 

ского

бензола;

содержание

серы

снижается

с

0,249

 

 

 

до 0,0028—0,0046%,

фактических

смол

с 14 до 1 —

 

 

 

7 мг/100 мл