Гидроочистка дизельного топлива

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет»

 

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра ТПНиГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

 

по дисциплине «Технология переработки  нефти и газа»

 

 

Гидроочистка дизельного топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент группы 8ХТ-1                                                                А.С.Алексеенко

 

Руководитель проекта                                                                       А.А. Кулик

 

 

2012

 

Содержание

 

1 Аналитический обзор …………………………………………………… 3

1.1 Назначение гидроочистки дистиллятных фракций…………... 3

1.2 Теоретические основы………………………………………….. 3

1.3 Катализаторы……………………………………………………. 4

2 Технологическая часть………………………………………………….. 8

2.1 Технологические схемы………………………………………... 8

2.2 Технологическое оборудование………………………………... 9

2.3 Теплообменная аппаратура…………………………………….. 10

2.4 Мощность установок…………………………………………… 10

3 Инженерная часть………………………………………………………...11

3.1 Расчет выхода гидроочищенного дизельного топлива………. 11

3.2 Расчет материального баланса…………………………………. 13

3.3 Материальный баланс установки……………………………… 14

3.4 Тепловой баланс………………………………………………… 15

3.5 Расчет потери напора на слое катализатора…………………... 16

4 Заключение………………………………………………………………. 19

5 Список литературы……………………………………………………… 20 
1 Аналитический обзор

 

1.1 Назначение гидроочистки  дистиллятных фракций

 

Целью гидроочистки является удаление из нефтяных фракций S-, N-, O-, металлсодержащих соединений, насыщение непредельных и диеновых углеводородов и в отдельных случаях частичное гидрирование ароматических структур.

 

Гидроочистка моторных топлив – один из наиболее распространенных процессов нефтепереработки, так как с его помощью достигается улучшение качества топлив и появляется возможность регулировать на заводах соотношение вырабатываемых количеств различных моторных топлив. Особенно значение гидроочистки возросло с увеличением добычи сернистых и высокосернистых нефтей и ужесточением требований к содержанию гетероэлементов. Удаление сернистых соединений способ значительному увеличению ресурса двигателей, снижению или полному устранению коррозии аппаратуры при переработке и транспортировании нефтепродуктов, а также увеличению их стабильности к смолообразованию при хранении. Кроме того, применение малосернистых топлив предотвращает загряз окружающей среды.

 

Содержание серы в бензинах, направляемых после гидроочистки на риформинг 1,2・10^-4 - 2・10^-6 %. В гидроочищенном реактивном топливе – 0,002 - 0,005 %, в дизельном топливе – 0,02 - 0,2 %.

В отличие от других гидрогенизационных процессов гидроочистку осуществляют в сравнительно мягких условиях, поэтому превращение затрагивает неуглеводородные компоненты.

 

1.2 Теоретические основы 

Основными реакциями при гидроочистке являются:

 

1)  гидрогенолиз сернистых соединений (меркаптанов, сульфидов, дисульфидов, тиофенов).

2)  гидрогенолиз   азотсодержащих   соединений.

3)  удаление кислородсодержащих  соединений.

4)  гидрирование ненасыщенных  соединений.

5)   гидрирование ароматических  связей.

6. гидрокрекинг.

 

Основные реакции  гидроочистки  идут с выделением тепла.

 

В процессе гидроочистки на катализаторе происходит отложение кокса в результате уплотнения ароматических углеводородов, конденсации непредельных соединений с ароматическими и полимеризации непредельных углеводородов.

 

 

 

 

 

Скорость протекания реакций гидроочистки моторных топлив зависит от химической природы и  физических свойств сырья, типа катализатора, парциального давления водорода, объемной скорости подачи сырья, температуры  и других факторов. Она является сложной функцией каждого из этих параметров, которые к тому же взаимосвязаны, поэтому оценить влияние на процесс  каждого из них в отдельности  практически невозможно. Однако можно  выявить, какие факторы наиболее важны и как их следует изменять для достижения оптимальных результатов.

 

Для всех видов  сырья степень обессеривания  возрастает с повышением температуры, но до известных пределов. Каждый вид сырья имеет свой максимум температуры, после которого скорость реакций разложения и насыщения непредельных углеводородов увеличивается быстрее, чем скорость реакции гидрирования сернистых соединений. Избирательность действия катализатора по отношению к сернистым соединениям замедляется, возрастает выход газа, легких продуктов, расход водорода. Увеличивается коксообразование. Вследствие этого для каждого вида сырья и катализатора существует свой оптимальный интервал температур.

Объемная скорость подачи сырья также в значительной степени влияет на процесс. Оптимальное ее значение для каждого вида сырья определяется опытным путем.

При росте общего давления процесса растет парциальное давление водорода. Повышение парциального давления ускоряет реакции гидрирования, уменьшает возможность отложения кокса на катализаторе.

 

Однако заметное влияние парциального давления водорода на глубину обессеривания наблюдается лишь в определенном интервале.

 

Важным фактором является кратность циркуляции. С  экономической точки зрения заданное соотношение целесообразно поддерживать циркуляцией водородсодержащего газа. Для каждого вида сырья имеется свой оптимум кратности циркуляции, после которого эффективность гидроочистки снижается и увеличивается скорость реакций разложения и насыщения непредельных углеводородов по сравнению со скоростью реакции гидрирования сернистых соединений. Это в свою очередь ведет к уменьшению избирательного действия катализатора по отношению к сере, и скорость обессеривания замедляется.

 

 

1.3  Катализаторы

Современные катализаторы гидропереработки представляют собой сложную систему, состоящую из трех групп компонентов, функции которых различны: активных компонентов, структурирующих компонентов и модификаторов. На практике иногда бывает трудно отнести определенный компонент к той или иной группе. Обычные модификаторы катализаторов гидроочистки–цеолиты–при увеличении их содержания в составе каталитической системы резко увеличивают ее расщепляющую активность, выступая в качестве активных компонентов.

 

Используемые в промышленных гидрогенизационных процессах катализаторы являются сложными композициями, в их состав входят, как правило, следующие компоненты:

1) металлы VIII группы: никель, кобальт, платина, палладий, иногда железо;

2) оксиды или сульфиды VI группы: молибден, вольфрам, иногда хром;

3) термостойкие носители с развитой удельной поверхностью и высокой механической прочностью, инертные или обладающие кислотными свойствами;

4) модификаторы.

 

Применение носителей позволяет снизить содержание активных компонентов в катализаторах, что особенно важно в случае использования дорогостоящих металлов. В зависимости от типа реакторов катализаторы на носителях изготавливают в виде таблеток, шариков, цилиндров или микросфер.

 

Носители нейтральной природы (оксиды алюминия, кремния, магния и др.) не придают катализаторам на их основе дополнительных каталитических свойств.

 

Носители, обладающие кислотными свойствами, как, например, синтетические аморфные и кристаллические алюмосиликаты и цеолиты, магний- и цирконийсиликаты, фосфаты, обеспечивают катализаторам дополнительно изомеризующие и расщепляющие (крекирующие) свойства.

 

В мировой практике наибольшее распространение в гидрогенизационных процессах получили алюмокобальтмолибденовые (АКМ), алюмоникельмолибденовые (АНМ) и смешанные алюмоникелькобальтмолибденовые (АНКМ), а также алюмоникельмолибденсиликатные (АНМС) катализаторы. В процессах глубокого гидрирования азотсодержащих и ароматических соединений, парафинов и масляных фракций применяют алюмоникель- или алюмокобальтвольфрамовые катализаторы (АНВ или АКВ).

 

Наиболее распространен катализатор гидроочистки АКМ, содержащий 2–4 % СоО, 9–15 % МоО3. Активность катализатора при изменении соотношения кобальта и молибдена меняется (оптимальное атомное соотношение 0,2:1). Суммарное содержание кобальта и молибдена – 8–13 %. Реже применяются АНМ–катализаторы.

 

В общем, катализаторы гидроочистки представляют собой сочетания оксидов и сульфидов кобальта (или никеля) с оксидами или сульфидами молибдена (вольфрама), а именно молибдатов кобальта (никеля), сульфовольфраматов никеля и т.д. В качестве носителей обычно используются оксиды алюминия в чистом виде, модифицированные добавками, а также цеолиты, пемза, бокситы, силикагель.

 

Сульфидная форма катализаторов более активна, чем оксидная. Сульфидные катализаторы способны одновременно ускорять реакции гидродесульфидирования и гидродеазотирования сернистых и азотистых соединений углеводородного сырья, гидрирования олефинов и ароматики, изомеризацию алканов и циклоалканов. В сочетании с нечувствительностью к отравляющему действию сернистых и азотистых соединений это имеет важное значение, так как не требуется специальной подготовки сырья. Возрастание объемов промышленного применения сульфидных катализаторов объясняется также необходимостью углубления переработки нефти и вовлечение в переработку остаточного и тяжелого сырья, а также дистиллятов вторичного происхождения. В процессе гидроочистки под действием образующегося сероводорода оксиды металлов переходят в сульфиды. Однако, наряду с увеличением активности катализаторов в основных реакциях, возрастает их активность и в реакциях уплотнения.

 

Катализаторы в сульфидной форме являются пирофорными, и их хранение, загрузка связаны с опасностью самовозгорания, поэтому потребителю поставляются катализаторы с активными металлами в окисленном состоянии. Перевод оксидов гидрирующих металлов в сульфиды проводится непосредственно в реакторах промышленных установок. Цель операции сульфидирования заключается в повышении активности, селективности и стабильности катализаторов формированием активных центров – сульфидов металлов строго определенного состава и структуры.

 

В процессе эксплуатации катализатора может происходить частичное его рассернение под воздействием водородсодержащего газа. Переход высших сульфидов металлов в низшие можно рассматривать как положительное явление, поскольку низшие сульфиды обладают более высокой гидрирующей активностью. Однако верхние слои катализатора, работающие в условиях дефицита сероводорода, способны к восстановлению гидрирующих компонентов до металлической формы и полной потери активности (восстановление происходит при более низкой температуре, чем гидрогенолиз). В результате на верхней поверхности катализаторного слоя иногда образуются плотные корки коксовых отложений.

 

Предварительно сульфидированный катализатор не только обладает высокой активностью, меньшей склонностью к коксообразованию, но и обладает вдвое большим сроком межрегенерационного цикла.

 

Периодически, один раз в два года, проводят регенерацию катализатора, в результате которой выжигается кокс и сера, отложившиеся на катализаторе, и активность катализатора восстанавливается.

 

Постепенно катализатор “стареет” за счет адсорбции на его поверхности металлорганических и других веществ, блокирующих активные центры, каталитическая активность снижается, и катализатор меняют на новый.

 

Регенерацию катализатора осуществляют окислительным выжигом кокса при температуре до 550 0C. Выбор способа регенерации (газо-воздушная или паро-воздушная) зависит от состава катализатора. Катализаторы, в состав которых входят цеолиты, нельзя подвергать паро–воздушной регенерации, так как она приводит к аморфизации и разрушению последних.

 

В качестве структурообразующего компонента катализаторов гидроочистки наряду с оксидом алюминия могут использоваться другие вещества, обладающие развитой пористой структурой: графитизированный уголь, оксид кремния, алюмосиликаты, оксиды магния, титана и цинка. Эффект замены оксида алюминия на другие носители зависит от способа его приготовления, количества, метода нанесения на него активных компонентов, специфики взаимодействия активных компонентов с поверхностью носителя, возможностью варьирования удельной поверхности.

 

Промышленные катализаторы гидроочистки наряду с активными компонентами кобальт (никель) – молибден (вольфрам) и структурообразующими компонентами содержат различные неорганические модификаторы: кремний, фосфор, бор, магний, марганец, хром, цинк, калий, мышьяк, сурьма, титан, цирконий, редкоземельные элементы, галоиды, цеолиты и др. в количестве 1–20 (чаще 2–10) % в расчете на оксиды. Указанные добавки улучшают качество катализаторов: повышают их активность, селективность, стабильность, механическую прочность, улучшают формуемость катализаторной массы и термостабильность пористой структуры гранул. Эффективность действия модификаторов наряду с природой основного химического элемента определяется типом соединения, в составе которого этот элемент вводят в катализатор, и способом его введения. Ниже кратко указан характер действия основных модифицирующих добавок на показатели качества катализаторов гидроочистки.

 
2 Технологическая часть

 

 

2.1 Технологические схемы