Гидроочистка вакуумного газойля

Оптимальный перепад  давления в реакторах с аксиальным вводом сырья составляет 4-10 кПа на 1 м высоты слоя катализатора, что в зависимости от вида сырья соответствует условной скорости подачи сырья на свободное сечение ректора до 0.2 м/с. В реакторах промышленных установок принят нисходящий поток газо-сырьевой смеси. Если достигнуто равномерное распределение газового и жидкостного потоков над слоем катализатора, то реакторы с нисходящим потоком без внутри секционных устройств просты и надежны в эксплуатации и обеспечивают удовлетворительный контакт фаз. Реакторы данного типа применяют при гидроочистке прямогонных бензиновых и керосиновых фракций, где тепловой эффект реакции превращения серо-, азот- и кислородсодержащих соединений компенсируется потерями тепла с поверхности реакторов.

При гидроочистке прямогонных  фракций в зависимости от качества исходного сырья тепловой эффект реакции составляет 20-87 кДж/кг. С добавлением к прямогонному сырью до 30 % (масс.) вторичных фракций тепловой эффект реакции повышается до 125-187 кДж/кг в зависимости от содержания в них непредельных углеводородов. При тепловых эффектах реакции выше 125 кДж/кг с учетом тепло потерь во внешнюю среду температурный градиент в реакторе (разность температур между входом и выходом из него) может достигать 40-50 °С, что способствует усилению нежелательных вторичных реакций расщепления углеводородов. В этом случае экзотермический характер превращений требует отвода тепла из зоны реакции, поэтому выбирают реактор секционной конструкции. На промышленных установках применяют охлаждение холодным циркулирующим газом или впрыском жидкого сырья через распределительные устройства между слоями катализатора в реакторе.

 

Рисунок 1.5 ­ Схема двухсекционного (а) и односекционного (б) реакторов с аксиальным вводом сырья.

 1- гаситель потока; 2- распределительная тарелка; 3- фильтр; 4-штуцер для выгрузки катализатора; 5-колосниковая решетка; 6-штуцер для термопары; 7-сборник; 8-фарфоровые шары; 9-охлождающее устройство; 10-люк. I ­ сырье ; II – хладагент; III ­ очищенный продукт.

Для гидроочистки фракций  дизельного топлива при наличии  жидкой фазы и значениях теплового эффекта реакции выше 63 кДж/кг используют двухсекционный реактор (смотри рисунок 1.5 (а)). Катализатор загружают в реактор двумя слоями; газо-сырьевой поток направляют аксиально, сверху вниз. Распределительную тарелку 2 монтируют на расстоянии 0.8-1 м от низа отбойной пластины гасителя потока. Суммарная площадь переточных патрубков в этой тарелке занимает не менее 90% площади свободного сечения реактора. На колосниковой решетке 5 укладывают сетку с ячейками размером в свету 2 мм.

Для снижения гидравлического  сопротивления на границе с сеткой на решетку насыпают слой (высотой 0.25 м) фарфоровых шариков диаметром 12 мм. На этот слой равномерно загружают катализатор, а затем - снова слой (0.15 мм) фарфоровых шариков диаметром от 10 до 24 мм. Эти шарики предотвращают шевеление катализатора и задерживают продукты коррозии. Фильтр - набор перфорированных стаканов высотой 0,55м каждый (суммарная площадь свободного сечения всех стаканов не менее 50% площади сечения реактора) - предназначен для улавливания продуктов коррозии из газо-сырьевого потока перед его поступлением в реакционную зону.

Конструкция реакторов  с аксиальным вводом сырья для  гидроочистки бензиновых и керосиновых фракций (смотри рисунок 1.5 (б)) аналогична рассмотренной и отличается тем, что катализатор загружают одним слоем, поэтому охлаждающее устройство отсутствует. Высота слоя катализатора зависит от его прочности, потери давления в реакторе и обычно меньше либо равно (6-8) D (где D - диаметр реактора) /3/.

Теплообменная аппаратура

На действующих установках гидроочистки используют в основном кожухотрубчатые теплообменные аппараты с плавающей головкой. Наиболее эффективны кожухотрубчатые теплообменники с компенсатором на плавающей головке, так как в них обеспечивается хороший противоток и хорошая компенсация теплового расширения трубок относительно корпуса аппарата. Длина трубок в трубном пучке составляет 6000 и 9000 мм. В настоящее время на всех проектируемых и строящихся установках применяется воздушное охлаждение основных потоков с водяным доохлаждением. Эксплуатируемые установки гидроочистки с водяным охлаждением дооборудуются аппаратами воздушного охлаждения.

Компрессоры применяются для циркуляции водородсодержащего газа в цикле  реакции; циркуляции инертного газа в цикле газовоздушной регенерации; в качестве дожимных для повышения давления свежего водородсодержащего газа. В настоящее время на установках гидроочистки применяются два типа компрессоров – поршневые и центробежные.

Таблица 1.4 – Технологический  режим процесса гидроочистки вакуумного газойля /1/

Показатели	Вакуумный дистиллят (350-520°С)
Парциальное давление водорода в реакторе, МПа	4,0
Температура на входе  в реактор, °С в начале цикла в конце цикла	370-375 400-410
Содержание (объемное) водорода в циркуляционном газе, %	не менее 75
Объемная скорость подачи сырья, ч-1	до 1,2
Кратность циркуляции 100%-ного волорода, м3/м3 сырья	не менее 500
Тип катализатора	ГО-117, ГS-168ш
Рекомендуемый срок службы катализатора, годы     в том числе  до первой регенерации, месяцы	до 2,5 10

 

1.8 Материальный баланс процесса гидроочистки вакуумного газойля

 

Ниже приводится материальный баланс установки гидроочистки.

Таблица 1.5 – Материальный баланс /1/

Взято	%
Сырьё	100
Водород 100%-ный на реакцию	0,65
Всего	100,65
Получено
Гидроочищенный вакуумный газойль	86,75
Дизельная фракция	9,2
Отгон	1,3
Углеводородный газ	1,5
Сероводород	1,5
Потери	0,4
Всего	100,65

 

1.9 Существующие модели установок гидроочистки в России и за рубежом

Установка ЛЧ-24-7 состоит из двух самостоятельных блоков, позволяющих одновременно перерабатывать сырье двух видов.

Основное оборудование установки следующее:

• реактор с аксиальным вводом сырья сверху вниз; корпус реактора футерован изнутри, реактор не имеет защитного стакана, Д_Р=2600 мм;
• продуктово-сырьевые теплообменники с центральной трубой, бес сальниковые, диаметр корпуса 1200 мм;
• продуктовый холодильник высокого давления кожухотрубчатый;
• вертикальные цилиндрические печи с ротационными форсунками распыления жидкого топлива;
• турбокомпрессоры циркулирующего газа;
• колонные сепараторы различного диаметра с S-образными тарелками.

Опыт эксплуатации показал, что при работе на смеси прямогонных  и вторичных дизельных фракций глубина обессеривания составляет 87-91 % (масс.). При этом дизельный индекс топлив увеличивается примерно на 3-4 единицы, температура выкипания 90% гидрогенизата примерно на 4% ниже, чем в сырье, а температура застывания понижается на 2 °С.

Мощность установки 1200 тыс.т./год.

Принципиальная технологическая  схема установки ЛЧ 24-7 представлена на рисунке 1.6.

 

Рисунок 1.6 ­ Принципиальная технологическая схема установкики ЛЧ-24-7

Н-1,2 – сырьевой насос; Н-3 – насос подачи МЭА в колонну  К-1, К-3, К-5; Н-4 – насос откачки  стабильного дизельного топлива; Н-5 – насос для создания горячей струи вК-2 ; Н-6 – насос для создания орошения в К-2; Н-7 – насос для подачи МЭА в С-8; Н-8 –  насос для создания орошения в К-4; ПК-1 – Компрессор ЦВСГ; Т-1..6 – сырьевые теплообменники; Т-7..9 – теплообменники стабилизации; Т-10 – теплообменник МЭА; Т-11-кипятильник колонны К-4; Т-12- паровой  теплообменникП-1,П-2 – нагревательные печи; Х-1,2-воздушные холодильники; ХК-1,2,3- воздушный конденсатор-холодильник;  Д-1-холодильник; ДК-1,2-водяной доохладитель; Р-1,2 – реактор гидроочистки;  С-1-деаэратор; С-2 – капле уловитель; С-3-сепаратор высокого давления; С-4 –сепаратор ЦВСГ; С-5 – газосепаратор ЦВСГ; С-6 – сепаратор низкого давления;  С-7,8,9,10,11 – сепараторы; К-1 – абсорбер ЦВСГ; К-2 – стабилизационная колонна; К-3 – абсорбер  углеводородных газов; К-4 – десорбер сероводорода из раствора МЭА; К-5- абсорбер топливных газов.

 

Для гидроочистки прямогонных  дизельных фракций из нефтей типа ромашкинской запроектирована установка ЛЧ-24-2000, производительностью 2000 тыс.т/год.

Основное оборудование установки следующее:

• реактор с аксиальным вводом сырья, корпус выполнен из двухслойного металла, предусмотрена наружная изоляция, Др=3600 мм;
• трубчатая печь вертикально-секционного типа, состоящая из двух секций, каждая из которых имеет радиантную и конвекционную камеру;
• сырьевой теплообменник - кожухотрубчатый с плавающей головкой одноходовой;
• воздушный холодильник типа АВГ с коэффициентом оребрения 22;
• стабилизационная колонна с 25 клапанными тарелками;
• колоны очистки циркулирующего и углеводородных газов стабилизации, а также отгонная колонна с S-образными тарелками /7/.

Принципиальная технологическая  схема установки ЛЧ 24-2000 изображена на рисунке 1.7 /2/.

 

 

Рисунок 1.7 - Принципиальная технологическая схема установки ЛЧ-24-2000

1 – теплообменник; 2 – печь; 3 – реактор; 4 – абсорбер; 5 – холодильник; 6 – горячий сепаратор; 7 – холодный сепаратор; 8 – стабилизационная колонна; 9 – сепаратор. Потоки: I-сырье; II-свежий ВСГ; III-гидрогенизат;  IV-бензин; V­углеводородный газ на очистку; VI ­ отдувочный ВСГ; VII ­ егенерированный МЭА; VIII-рствор МЭА на регенерацию.

На промышленных гидрогенизационных установках применяются два способа  сепарации ВСГ из газопродуктовой  смеси: холодная (низкотемпературная) и горячая (высокотемпературная).

Рисунок 1.8 ­ Схемы холодной (а) и горячей (б) сепарации.

СВД – сепаратор высокого давления; СНД – сепаратор низкого  давления;

ГС – горячий сепаратор; ХС – холодный сепаратор.

Холодная сепарация  ВСГ применяется на установках гидроочистки бензиновых, керосиновых и иногда дизельных фракций; заключается в охлаждении газо-продуктовой смеси, отходящей из реакторов гидроочистки, сначала в теплообменниках, потом в холодильниках (воздушных и водяных) и выделение ВСГ в сепараторе при низкой температуре. В сепараторе низкого давления выделяют низко молекулярные углеводородные газы.

Горячая сепарация ВСГ  применяется преимущественно на установках гидрообессеривания высококипящих фракций нефти: дизельных топлив, вакуумных газойлей, масляных дистиллятов и парафинов. Газо-продуктовая смесь после частичного охлаждения в теплообменниках поступает в горячий сепаратор, выделяемые в нем ВСГ и углеводородные газы охлаждаются до низкой температуры в воздушных и водяных холодильниках, где отбирается ВСГ с достаточно высокой концентрацией водорода.

Схема с холодной сепарацией ВСГ по сравнению с горячей, обеспечивает более высокую концентрацию водорода в ВСГ. Основным достоинством варианта горячей сепарации является меньший расход, как тепла, так и холода /2/.