УДК 553.98.042:662.665.6.976
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ В СОСТАВЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
© 2011 г. С. Н. Хаджиев, И. М. Герзелиев, В. М. Капустин, Х. М. Кадиев, К. И. Дементьев, О. А. Пахманова
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Москва E-mail: gerzeliev@ips.ac.ru Поступила в редакцию 27.08.2010 г.
Тенденция развития процесса каталитического крекинга — одного из наиболее важных и крупнотоннажных процессов нефтепереработки — интеграция в комплексы глубокой переработки нефти нефтеперерабатывающего завода. Представлены исследования по варьированию отношения дизельное топливо/автобензин, переработке гудрона, возобновляемой биомассы и полимерсодержащих отходов в комбинированных системах, включающих каталитический крекинг и гидроконверсию на наноразмер-ных гетерогенных катализаторах.
К настоящему времени на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) нашей страны практически завершается первый этап глубокой переработки нефти — превращение вакуумного дистиллята в моторные топлива и сырье для нефтехимии. В реализации первого этапа глубокой переработки нефти решающую роль играют процессы каталитического крекинга и гидрокрекинга [1].
Второй этап глубокой переработки нефти — превращение гудрона (остатка вакуумной колонны) практически завершен в большинстве развитых стран, но до настоящего времени не имеет эффективного технологического и схемного решения. При реализации второго этапа глубокой переработки нефти на западных НПЗ применяемые технологии и их место в схеме завода определялись ценой нефти, традиционной направленностью по производству тех или иных продуктов в зависимости от рыночной ситуации и наличием к моменту модернизации приемлемых технологий. Это привело к тому, что из-за чрезмерно высоких капитальных и эксплуатационных затрат для перспективных процессов принимались компромиссные решения по применению приемлемых, но недостаточно эффективных технологий таких, как коксование, деасфальтизация избирательными растворителями, каталитический крекинг мазута, деметаллизация остатков на специальных катализаторах гидрогенизации или адсорбентах и т.д. Вследствие этого большинство нефтедобывающих стран, в том числе и РФ, реализовали только первый этап глубокой переработки нефти, применяя новейшие технологии переработки дистиллятной части мазута, включенные в единый комбинированный комплекс, объединяющий процессы по потокам сырья и полупродуктов, использованию тепла и энергии, минимизации выбросов в окружающую среду. Этот подход был использован на многих отечествен-
ных НПЗ при реализации первого этапа глубокой переработки нефти. Отечественный комбинированный комплекс Г-43-107 типовой мощностью 2.0 млн. тонн в год по сырью включает в свой состав гидроочистку вакуумного дистиллята и каталитический крекинг гидроочищенного сырья на микросферическом цеолитсодержащем катализаторе [2]. Комплекс Г-43-107 был реализован на Московском, Новоуфимском, Грозненском, Лисичанском и Бакинском НПЗ. Дальнейшее развитие этого подхода привело к созданию отечественного комбинированного комплекса КТ-1 (рис. 1) типовой мощностью 4.0 млн. тонн в год по сырью, включающего вакуумную перегонку, гидроочистку и каталитический крекинг на микросферическом цеолитсодержащем катализаторе вакуумного дистиллята и висбрекинг гудрона [3]. Комплекс был реализован в нашей стране и за рубежом на Павлодарском, Мажейкяйском, Омском и Бургасском НПЗ.
Комплекс КТ-1 занимает промежуточное положение между комплексами, обеспечивающими первый и второй этапы глубокой переработки нефти. При этом включению висбрекинга гудрона в комбинированный комплекс глубокой переработки нефти типа КТ-1 способствовали принципиально новые идеи и решения, возникшие при фундаментальных исследованиях поведения нефтяных дисперсных систем в процессе термокаталитической переработки. К ним относится использование добавок и присадок различной природы (ароматические углеводороды, спирты, кетоны), позволяющих резко снизить скорость коксообразования в нагревательно-реакционной системе змеевиков, подачу бензина на турбули-зацию с целью регулирования времени контакта и дополнительного производства легких олефинов, применение специальных термопар, позволяющих
Дизельное топливо
Рис. 1. Комбинированный комплекс КТ-1.
осуществить непрерывный контроль за состоянием коксования змеевиков и т.д.
Однако создание и реализация комбинированных комплексов, в которых центральное место занимает каталитический крекинг, приемлемо в тех случаях, когда на рынке имеет место преимущественное потребление автобензинов (например, Россия и США). В странах ЕС, в которых больше потребляется дизельное топливо, в составе НПЗ зачастую применяется гидрокрекинг и поэтому всегда при развитии НПЗ для достижения успеха на рынке решается вопрос предпочтения каталитического крекинга или гидрокрекинга. Этот вопрос затрагивает и российские НПЗ, расположенные вблизи границ и ориентированные по поставкам нефтепродуктов на страны ЕС.
Отставание нашей страны в реализации второго этапа глубокой переработки нефти приводит, с одной стороны, к неоправданным затратам нефти на единицу целевой продукции (в 1.5 раза больше, чем в США), но, с другой стороны, дает возможность использовать весь комплекс научных и практических достижений в этой области и реализовать наиболее передовые и экономически выгодные технологии и схемные решения. Одновременно появилась возможность рассматривать второй этап глубокой переработки нефти в комплексе с каталитической переработкой возобновляемой биомассы и угле-родсодержащих техногенных отходов.
Успехи последних лет исследовательских и инженерных центров, специализирующихся в области нефтепереработки и нефтехимии, позволяют эф-
фективно решать перечисленные задачи и создать комбинированные комплексы глубокой переработки нефти, биомассы и техногенных отходов, легко перенастраиваемых на бензиновый или дизельный вариант работы. Центральная роль каталитического крекинга при этом сохраняется за счет использования новейших достижений по технологии процесса и гибкого сочетания с гидропроцессами. Ниже приведены итоги разработок ведущих западных инженерных центров, а также результаты совместных исследований и разработок отечественных технологий, осуществленные ИНХС РАН совместно с ГрозНИИ, ЭлИНП и другими прикладными институтами. Так как для ряда решений по составу комплексов используются опубликованные в литературе данные, то отдельно не дается методика эксперимента, а при необходимости в описании результатов приводятся ссылки или условия экспериментов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Варьирование соотношения дизельное топливо/автобензин в комплексах, включающих каталитический крекинг. Развитие технологии и катализаторов гидрокрекинга делают возможным его эффективное сочетание с каталитическим крекингом. Использование в схеме комплекса КТ-1 вместо гидроочистки легкого гидрокрекинга вакуумного газойля (комплекс КТ-1лг) позволяет увеличить выработку высококачественного дизельного топлива с 9.2 до 29.6 мас. % на пропущенное сырье, обеспечивая при этом равную загрузку сырьем блока каталитического крекинга (табл. 1). Технология
Таблица 1. Материальный баланс гидроочистки и легкого гидрокрекинга вакуумного дистиллята
Показатели Гидроочистка Гидрокрекинг
мас. % тыс. т в год мас. % тыс. т в год
Взято:
вакуумный дистиллят 100 2200 100.0 3000
водородсодержащий газ, 1.2 26.0 1.6 48.0
в т.ч.: Н2 0.9 19.6 1.2 35.7
Итого: 101.2 2226.0 101.6 3048
Выход продуктов:
гидроочищенный вакуумный дистиллят 87.6 1927.9 64.5 1931
компонент дизтоплива 9.2 201.7 29.6 89
бензин (НК - 160°С) 1.0 22.0 2.3 69
сероводород 1.4 30.5 1.6 48
углеводородный газ 1.2 25.2 2.5 75
отдув водородсодержащего газа 0.8 18.7 1.1 33
Итого: 101.2 2226.0 101.6 3048
Таблица 2. Основные показатели систем глубокой переработки нефти
№ Показатели Единица измерения КТ-1: ВД + ВБ + + ГО + КК КТ-1лг: ВД + ВБ + + ЛГК + КК Система для сравнения: ВД + ВБ + ГК
1 Мощность по сырью — мазуту тыс. т 4000 4000 4000
2 Потребность в 100% водороде тыс. т 34 40 59
3 Соотношение дизельного топлива к автобензину — 0.73 3.0 3.6
4 Глубина переработки нефти топливных НПЗ мас. % 70—72 70—72 70—72
5 Глубина переработки нефти с учетом производства битума, кокса, масел и др. мас. % 80—82 80—82 80—82
ВД — вакуумная дистилляция; ВБ — висбрекинг; ГО — гидроочистка; КК — каталитический крекинг; ЛГК — легкий гидрокрекинг; ГК — гидрокрекинг.
легкого гидрокрекинга обычно предусматривает двухстадийную схему переработки утяжеленного вакуумного дистиллята: на первой стадии осуществляется гидрирование и гидроочистка исходного сырья; на второй — гидрокрекинг подготовленного сырья. Двухстадийная технология процесса позволяет превращать тяжелое дистиллятное сырье в среднедистиллятные продукты, обеспечивая при этом низкое газообразование и небольшой выход бензиновых фракций, не отличающихся хорошими октановыми характеристиками. Один из вариантов такой технологии с применением отечественных катализаторов был разработан ВНИИНП. Сравнение показателей комплекса глубокой переработки нефти с гидроочисткой или легким гидрокрекингом в сочетании с каталитическим крекингом с аналогичным комплексом, включающим только гидрокрекинг, приведено в табл. 2. Соотношение производства дизельного топлива/бензин составляет 0.73 для комплекса гидроочистка и
каталитический крекинг и 3.6 для комплекса с гидрокрекингом. Сочетание легкого гидрокрекинга с каталитическим крекингом позволяет производить дизельное топливо и компонент автобензина в соотношении 3 : 1, что близко к их потреблению в ряде стран ЕС и соответствует мировой тенденции изменения соотношения дизельного топлива и автобензина [4]. Важно и то, что это соотношение в зависимости от сезонных потребностей может изменяться в интервале от 0.73 до 3.0. Чрезвычайно высокая гибкость схемы, сочетающей легкий гидрокрекинг с каталитическим крекингом, вне всякого сомнения приведет к массовой ее реализации при модернизации отечественных НПЗ и реализации второго этапа глубокой переработки нефти. Ориентировочные р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.