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

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Самарский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)

филиал ФГБОУ ВО «СамГТУ» в г. Новокуйбышевске

Кафедра «Химия и химическая технология»
Допустить к защите

руководитель

образовательной программы

«Химическая технология»

__________ О.В. Хабибрахманова

«___» ____________ 2021 г.


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Теория и технология химических процессов органического и нефтехимического синтеза»

на тему

«Технологическое проектирование установки гидроочистки дизельной фракции мощностью 1910 тыс. т/год»

(название темы)

Выполнил студент

5 курса, группы 19-НФ17

Чинякин А.В.

(ФИО студента)
Руководитель:

к.х.н., доцент Хабибрахманова О.В.

(ученая степень, ученое звание, ФИО руководителя)
Работа защищена

«___» ______________ 20__ г.
Оценка ___________________

Новокуйбышевск 2021 г.

СОДЕРЖАНИЕ

---

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире нефтепереработка является неотъемлемой частью жизнедеятельности человека и важным направлением развития экономики государства, позволяющее продвигать развитие производства и промышленности в целом.

Изначально, применялись термические методы переработки нефти. Однако, в 1940-х годах началось применение каталитических процессов, позволяющие значительно повысить эффективность процессов за счет улучшения качества и количества получаемой продукции.

На сегодняшний момент установки гидроочистки, как отдельно работающие, так и в составе других вторичных процессов, является неотъемлемой частью нефтеперерабатывающих предприятий: данный процесс позволяет удалить нежелательные компоненты из углеводородных фракций, получаемых из сырой нефти, для дальнейшей переработки и получения широкого спектра товарных нефтепродуктов.

В связи с общей тенденцией утяжеления добываемой нефти, процессы гидрообработки на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) играют важную роль. Так, во время протекания различных термических реакций нефтяного сырья в присутствии водорода прекращаются реакции образования кокса и увеличивается выход низкокипящих компонентов, таких как бензин, керосин и другие средние дистилляты. Помимо этого, процессы гидроочистки становятся все более востребованными и необходимыми для предварительной очистки, основной целью которых является удаление серы, азота, влаги, металлов и асфальтенов [1].

---

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Назначение процесса

Процессы гидроочистки направлены на удаление примесей из дистиллятных фракций – бензиновых, керосиновых и дизельных – путем обработки сырья водородом при повышенных температуре и давление в присутствии катализатора. Также, в последние годы процессы гидроочистки применяются при переработке атмосферных остатков для снижения содержания серы и количества металлов для производства мазута с низким содержанием серы или дальнейшей каталитической переработке вакуумных газойлей. Основные нежелательные соединения, удаляемые в процессе гидроочистки являются сера, азот, кислород или вода, олефиновые углеводороды и металлы.

Установки гидроочистки являются важнейшей частью современных нефтеперерабатывающих предприятий, которые позволяют [2, 3]:

- снизить или устранить коррозионноактивные соединения, присутствующие в составе сырья, при дальнейшей переработке, транспортировке или использования различных нефтепродуктов;

- производить продукцию с требуемыми эксплуатационными характеристиками согласно современным стандартам (Евро 5);

- повышать стабильность бензина;

- уменьшать дымообразование реактивного топлива;

- снижать содержание гетероатомов в мазуте до экологически требуемого уровня, а также улучшающего его характеристики горения;

- исключить вредное воздействие примесей на оборудование, катализаторы и качество готовых продуктов;

- подготовить сырье для процессов изомеризации и риформинга с целью исключения отравляющего воздействия на платиновый катализатор;

- подготовить сырье для процесса каталитического крекинга с целью снижения уровня серы, повышения выхода целевого продукта и улучшения качества средних дистиллятов.

Технологические условия процесса зависят от типа перерабатываемого сырья, целей процесса и желаемого уровня очистки в получаемом продукте.

На рисунке 1.1 приведена схема типового НПЗ, которая отражает роль процесса гидроочистки при получении товарных нефтепродуктов.

Процесс гидроочистки в структуре НПЗ

---

Рис. 1.1

1.2 Химизм и механизм реакции

В процессе гидроочистки происходит улучшение качества углеводородного сырья за счет удаления нежелательных компонентов без существенного изменения пределов выкипания.

Для процесса характерны такие химические превращения, как [4, 5]:

1. 
   Гидродесульфуризация или удаление серы (краткое обозначение ГДС или HDS);
   
2. 
   Гидродеазотирование или удаление азота (ГДА или HDN);
   
3. 
   Гидродеоксигенация или удаление кислорода (ГДО или HDO);
   
4. 
   Насыщение олефиновых и ароматических углеводородов;
   
5. 
   Удаление металлов (As, Pd, Cu, Ni, V).
   

Серосодержащие соединения представлены в основном меркаптанами, сульфидами, дисульфидами, полисульфидами и тиофенами. В тяжелых дизельных фракциях и вакуумных газойлях также присутствуют трудноудаляемые дибензотиофен и его гомологи. Реакционная способность сераорганических соединений более подробно представлена в разделе 1.3.

Удаление серы происходит путем гидрогенолиза связей C:S и преобразования гетероатомного сернистого соединения в сероводород. Ниже представлен пример реакции удаления серы в процессе гидроочистки на примере дибензотиофена (ДБТ).



Механизм реакций гидродесульфуризации может протекать либо напрямую через удаление атома серы из состава исходного гетероатомного соединения с получением (маршрут прямого обессеривания – DDS) с дальнейшим гидрированием непредельных связей, либо с предварительным гидрированием одного бензольного кольца с последующим удалением атома серы и насыщением оставшихся непредельных связей (маршрут предварительного гидрирования – HYD). Маршрут реакции обессеривания дибензотиофена [5]:



Рис. 1.2

ДБТ – дибензотиофен, БФ – бифенил, ТГДБТ – тетрагидродибензотиофен, ЦГБ – циклогексилбензол, ДЦГ – дициклогексан.

Выделяют три типа азотистых соединений в составе сырья гидроочистки: негетероциклические соединения, гетероциклы с пяти- и шестичленным кольцом. Первые азотсодержащие соединения, такие как алифатические амины и анилины

---

, легко подвергаются гидрогенолизу и не осложняют процесс гидроочистки. В основном, азот содержится в тяжелых нефтяных фракциях в виде гетероциклических соединений (пиридин, хинолин, акридин и т.д.). С увеличением пределов выкипания увеличивается количество азосодержащих соединений, а также сложность их удаления из-за молекулярного строения. Как правило, соединения азота оказывают ингибирующее влияние на реакции ГДС из-за конкурентной адсорбции на активных центрах катализаторов [5].

При гидродеазотирвании сначала насыщается ароматический фрагмент, а затем происходит удаление азота:



В большинстве нефтей содержится низкое количество кислородсодержащих соединений, которые представлены спиртами, кислотами и эфирами.

В ходе реакции гидродеоксигенации просиходит деструкция связи кислород-углерод с образованием соответствующего углеводорода и воды:



Насыщение ароматических соединений благоприятно влияет на показатели качества дизельного топлива, например, высоту некоптящего пламени, цетановое число и т.д. В составе сырья гидроочистки ароматические углеводороды представлены в виде моно-, би- и полициклических соединений.

В процессе гидроочистки ароматические углеводороды подвергаются последовательному гидрированию – от кольца к кольцу. В качестве примера ниже приведена реакция гидрирования нафталина.



Дистиллятные фракции нефти содержат мышьяк, свинец и в меньшей степени медь и никель, которые представляют наибольшую опасность для катализаторов изомеризации и риформинга. Вакуумные газойли и остаточное сырье могут содержать значительное количество ванадия и никеля. В процессе гидроочистки металлсодержащие соединения подвергаются гидрогенолизу, а образовавшиеся металлы улавливаются на катализаторах защитного слоя [2].

---