Разработка процесса гидрооблагораживания углеводородов для производства высокооктановых топлив

Общемировые тенденции улучшения экологического состояния на планете требуют от нефтепереработчиков выпускать топлива по более жестким стандартам и нормам, содержащие все меньше и меньше нежелательных компонентов. В частности в последние 10 лет наблюдается стойкая тенденция на снижение содержания серы в моторных топливах (автомобильном бензине и дизельном топливе) [1].

Согласно принятому правительством Российской Федерации Технологическому Регламенту «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» от 27 февраля 2008 года, к товарным автомобильным бензинам ужесточаются требования по содержанию серы и олефиновых углеводородов.

Основными базовыми компонентами высокооктановых товарных с автобензинов являются бензин каталитического риформинга и бензин каталитического крекинга. Доля бензина каталитического крекинга в бензиновом фонде предприятий составляет на сегодняшний день более 40% и с развитием процесса каталитического крекинга постоянно увеличивается.

Бензин каталитического крекинга, полученный из негидроочищенного вакуумного газойля, характеризуется достаточно высоким содержанием серы, доля которой в общем бензиновом фонде составляет порядка 97%. В зависимости от содержания серы в сырье, в бензине каталитического крекинга содержание серы изменяется в пределах 0,15−0,4% масс. Такой бензин, даже при разбавлении его малосернистыми компонентами (риформатами, изомеризатами и др.) в ряде случаев не позволяет достигнуть требуемого содержания серы в товарном бензине.

В зависимости от используемого в процессе каталитического крекинга катализатора и температурного режима реакторно-регенераторного блока, содержание непредельных углеводородов, являющимися носителями октанового числа, в бензине каталитического крекинга составляет от 7 до 40% масс., что часто приводит к невозможности обеспечения требований Технологического Регламента по содержанию в товарном бензине непредельных углеводородов не более 18% без ухудшения его октанового числа.

Анализ исследовательских данных, опубликованных в научно-технической литературе, материалов научных конференций и семинаров, рекламных материалов и патентной литературы показывает, что во всем мире в последние десятилетия процесс гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга является весьма актуальной задачей.

Поэтому работа, связанная с доведением качества бензина каталитического крекинга до требуемых значений по содержанию серы и олефиновых углеводородов, перед введением его в состав товарных автомобильных топлив, является весьма важной.

Настоящая работа посвящена разработке и внедрению на комплексе каталитического крекинга Завода Бензинов ОАО «ТАИФ-НК» процесса повышения качества продуктов каталитического крекинга: фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и бензина каталитического крекинга, до уровня требований, предъявляемых к сырью процессов нефтехимии по содержанию серы, и к характеристикам автомобильного бензина класса 4 и 5, изложенных в Технологическом Регламенте, по содержанию серы и непредельных углеводородов.

Для этого необходимо проведение ниже следующих мероприятий:

— провести и проанализировать результаты пилотных лабораторных исследований катализаторов в процессе гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга негидроочищенного вакуумного газойля с целью определения требований к катализатору для данного процесса;

— определить основные параметры процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга;

— разработать методы загрузки катализатора в реактор технологической установки, позволяющие обеспечить эффективную работу катализатора в течение его межрегенерационного цикла;

— на основе принятых требований к качественным показателям компонентов автомобильных бензинов и фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и проведенных исследований осуществить разработку технологии процесса гидрооблагораживания углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга;

— разработать исходные данные для проекта реконструкции блока гидроочистки бензина каталитического крекинга Завода Бензинов ОАО «ТАИФ-НК» с целью внедрения разработанного процесса повышения качества продуктов каталитического крекинга ППФ, ББФ и бензина каталитического крекинга.

Целью работы является разработка новых условий технологии гидрооблагораживания с целью повышения качества продуктов каталитического крекинга: фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и бензина каталитического крекинга, которые входят в состав нестабильного бензина каталитического крекинга, до уровня требований, предъявляемых к сырью процессов нефтехимии по содержанию серы, и к характеристикам автомобильного бензина класса 4 и 5, изложенных в Технологическом Регламенте, по содержанию серы и непредельных углеводородов.

Задачи исследования:

— провести и проанализировать результаты стендовых лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга негидроочищенного вакуумного газойля с использованием существующих алюмокобальтовых и алюмоникелевых катализаторов;

— на основе принятых требований к качественным показателям компонентов автомобильных бензинов и фракций пропан-пропиленовой ППФ, бутан-бутиленовой ББФ и проведенных исследований осуществить разработку технологии процесса гидрооблагораживания углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга.

В результате решения поставленных задач впервые разработана технология повышения качества углеводородов, кипящих в пределах выкипания нестабильного бензина, включая предварительное фракционирование широкой фракции бензина каталитического крекинга с получением легкой головной и тяжелой фракций, очистку головной легкой фракции от сернистых соединений методом экстракции, стабилизацию сероочищенной головной легкой и гидрооблагораживание тяжелой фракции путем контактирования сырья при повышенных температуре и давлении в присутствии водородсодержащего газа с неподвижным слоем катализатора гидрооблагораживания, смешение сероочищенной легкой и гидрооблагороженной тяжелой фракции.

Разработанные научные и инженерные решения использованы при модернизации действующей установки процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга негидроочищенного вакуумного газойля на ОАО «ТАИФ-НК» (г. Нижнекамск). Это позволило обеспечить получение компонента товарного бензина, соответствующего требованиям Технологического Регламента к классу 4 автомобильных топлив и высококачественных фракций ППФ и ББФ, используемых в качестве сырья процессов нефтехимии. Экономический эффект, от внедрения разработанной технологии, составил 130 млн. рублей в год.

Основные положения и результаты диссертации докладывались на Международной научнопрактической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия-2005» (Уфа, 2005 г.) и 5-ом Международном форуме «Топливно-энергетический комплекс России: региональные аспекты» (Санкт-Петербург, 2005 г.).

По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 2 тезиса докладов, выдано 5 патентов на изобретения.

Выводы.

1. Разработка новых технологических условий гидрооблагораживания позволила установить, что наиболее предпочтительным является использование в процессе гидрооблагораживания углеводородов легких фракций вторичного происхождения, таких как бензин каталитического крекинга, алюмокобальтмолибденовых катализаторов, которые характеризуются высокой активностью в реакциях гидрогенолиза сернистых соединений и умеренной активностью в реакциях гидрирования.

2. На основании опытных исследований определены оптимальный способ и схема загрузки катализаторов для процессов гидрооблагораживания углеводородов, характеризующихся склонностью к коксообразованию. Разработано устройство для загрузки катализаторов в реактора технологических установок, позволяющее формировать однородный по своим свойствам (плотность) слой катализатора.

3. На основании анализа нестабильного крекинга была определена оптимальная граница деления широкой бензиновой фракции на легкую и тяжелую часть 75 °C, что позволило выбрать способы снижения содержания серы для каждой из частей бензина каталитического крекинга.

На основе проведенных исследований разработана технология процесса получения высококачественных продуктов процесса каталитического крекинга: газовых фракций пропан-пропиленовой ППФ и бутан-бутиленовой ББФ — сырья для нефтехимической промышленности и компонента товарного бензина, соответствующего требованиям класса 4 Технического регламента, из углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга.

4. Экспериментальные результаты пилотных испытаний дали возможность определить оптимальные технологические параметры процесса гидрооблагораживания бензина каталитического крекинга: температуру и объемную скорость подачи сырья, которая определяет время пребывания сырья в зоне реакции.

В результате были определены основные условия процесса гидрооблагораживания тяжелой фракции бензина каталитического крекинга, что позволило добиться минимальной потери октанового числа при степени гидрообессеривания 99% отн.

5. Предложена принципиальная конструкция реакционных аппаратов, которая обеспечила возможность промежуточного теплосъема в процессе реакции и ведение процесса гидрооблагораживания в термодинамически более выгодных условиях протекания целевых реакций гидрообессеривания, что определило возможность работы всего слоя катализатора в одинаковых термодинамических условиях и высокую степень его активности в реакциях гидрообессеривания.

6. Разработаны исходные данные проекта реконструкции блока гидроочистки Завода Бензинов ОАО «ТАИФ-НК», что позволило осуществить промышленное внедрение разработанной технологии на вышеупомянутой установке.

В результате промышленного внедрения разработанной технологии получен компонент товарного бензина с содержанием серы не более 50 ppmw, при потере октанового числа, определенного по моторному методу, не более 0,9 пункта. Получаемый компонент бензина соответствует всем требованиям класса 4 Технического регламента.