Моделирование процесса каталитической гидроочистки

Моделирование процесса каталитической гидроочистки

1 Процесс гидроочистки

Каталитическая гидроочистка широко применяется в нефтеперерабатывающей промышленности для удаления примесей, таких как гетероатомы (сера, азот, кислород), полиядерные ароматические соединения и металлсодержащие соединения (прежде всего V и Ni). Концентрация этих примесей возрастает с увеличением температуры кипения нефтяной фракции. S-, N-, O- и соединения, содержащие несколько ароматических колец находятся в низкомолекулярном сырье, таком как дистилляты с прямым ходом (лигроин, керосин, газойль), в то время как высокомолекулярное сырье (вакуумный газоиль, атмосферные и вакуумные остатки) содержит те же самые примеси в более высоких концентрациях, а также сложные V- и Ni-содержащие соединения и асфальтены.

В зависимости от природы сырья, количества и типа различных гетероатомов (то есть различной реакционной способности соединений) были разработаны конкретные процессы гидроочистки. Реакции, возникающие во время гидроочистки: гидродесульфуризация (гидрообессеривание), гидродезазотирование, гидродезоксигенирование, гидродеароматизация, гидродеметаллизация и гидродеасфальтенизаация. Кроме того, средняя молекулярная масса сырья снижается путем гидрокрекинга, что может произойти без существенной потери выхода жидкого продукта, как в гидроочистке легких дистиллятов, или при умеренном или сильном уменьшении молекулярной массы, например в случае тяжелых исходных продуктов. Для выполнения строгих экологических норм при производстве чистого топлива (например, сверхнизкого серного топлива), степень каждой реакции должна быть максимизирована либо для получения конечного продукта, либо для подготовки сырья для последующих процессов. Для этого исследователи сосредоточили свое внимание на оптимизации свойств и состава катализатора, а также на реакторе гидроочистки и разработке процесса. Что касается конструкции реактора и процесса, каждый процесс оптимизируется индивидуально в соответствии с характером и диапазоном кипения (то есть физическими и химическими свойствами) сырья, подлежащего гидроочистке, для которого наиболее важными признаками являются условия реакции, тип и конфигурация реактора. Тяжесть условий реакции зависит от типа сырья и желаемого качества продукта. В целом, чем выше температура кипения сырья, тем выше степень реакции.

[pic 1]

Рисунок 1.1 – Различные типы реакторов каталитической гидроочистки

В отношении типа и конфигурации реактора следует прежде всего упомянуть, что реакторы (а также катализатор и условия реакции), используемые для гидроочистки тяжелого сырья, отличаются от реакторов, используемых для легких реакционных смесей. В целом, реакторы гидроочистки работают в неподвижных, движущихся, увеличенных или кипящих слоях и слоях суспензии. Принцип работы этих трех групп реакторов очень схож, но они отличаются некоторыми техническими деталями. На рис. 1.1 показаны схематические изображения реакторов, используемых для каталитической гидроочистки.

В прошлом реакторы с неподвижным слоем катализатора использовались исключительно для гидроочистки легких фракций, таких как лигроин и средние дистилляты, но в настоящее время они также используются для гидроочистки более тяжелого сырья (мазут). Однако, если сырье содержит большое количество металлов и других примесей (например, асфальтенов), использование реакторов следует тщательно контролировать в зависимости от срока службы катализатора. В то же время, реакторы с подвижным и кипящим слоем продемонстрировали надежную работу с тяжелым сырьем, таким как вакуумный остаток. При гидроочистке нефти, срок службы  катализатора имеет решающее значение для сохранения активности и селективности в течение некоторого времени. Из этого следует, что временной интервал дезактивации влияет на выбор реактора.