Гидрокрекинг - важнейший процесс глубокой переработки нефти, позволяющий получать высококачественные моторные топлива и сырье для нефтехимии из тяжелых нефтяных остатков.
Сущность процесса гидрокрекинга
Гидрокрекинг - это процесс крекинга углеводородного сырья с использованием водорода в присутствии катализатора. Основными целями процесса являются:
- Получение легких дистиллятных фракций из тяжелого сырья
- Удаление серы, азота и металлов
- Насыщение непредельных соединений водородом
В процессе гидрокрекинга происходят следующие основные реакции:
- Гидрирование ароматических и непредельных соединений
- Гидрогенолиз серо- и азотсодержащих соединений с образованием H2S и NH3
- Гидрокрекинг высокомолекулярных парафинов и циклопарафинов
Различают легкий и жесткий гидрокрекинг. Легкий гидрокрекинг проводят при более низких температурах, он позволяет получить в основном дизельное топливо. Жесткий гидрокрекинг ведут при более высоких температурах, он дает бензиновые и керосиновые фракции.
Основными преимуществами гидрокрекинга являются высокое качество получаемых продуктов и отсутствие неперерабатываемого остатка. К недостаткам следует отнести высокое давление процесса, быструю дезактивацию катализатора и повышенный расход водорода.
Сырье для гидрокрекинга
Сырьем для процесса гидрокрекинга могут служить:
- вакуумный газойль
- деасфальтизат
- мазут
- гудрон
К сырью предъявляются следующие требования:
- низкое содержание серы, азота и металлов
- отсутствие механических примесей и воды
- температура застывания не выше 40°С
Для выполнения этих требований сырье подвергают предварительной подготовке, включающей обессоливание, обезвоживание и удаление механических примесей.
Продукты гидрокрекинга
Основными продуктами гидрокрекинга являются:
- бензиновые фракции
- реактивное и дизельное топливо
- сырье для нефтехимии
Кроме того, образуются попутные продукты:
- сжиженные газы
- котельное топливо
- сера в элементарном виде
Получаемые продукты гидрокрекинга обладают следующими характеристиками:
- высокие цетановое и октановое числа
- низкое содержание серы и ароматики
- хорошие низкотемпературные свойства
Продукты гидрокрекинга используются в качестве компонентов высококачественных автомобильных и авиационных топлив, а также как сырье для нефтехимических производств.
Описание технологической схемы установки
Технологическая схема установки гидрокрекинга включает следующие основные блоки:
- Блок подготовки и очистки сырья
- Реакторный блок
- Блок фракционирования продуктов
- Блок регенерации катализатора
На установке "гидрокрекинг" на УфаНефтеХим используется схема с двумя последовательно расположенными реакторами, работающими в разных температурных режимах.
В блоке фракционирования происходит выделение целевых фракций - бензина, керосина, дизельного топлива. Непревращенное сырье возвращается в реакторный блок.
Гидрокрекинг позволяет перерабатывать тяжелые нефтяные остатки в высококачественные моторные топлива и ценное сырье для нефтехимии с минимальным выходом неперерабатываемого остатка.
Оборудование установки гидрокрекинга
Основным оборудованием установки гидрокрекинга являются:
- Реакторы
- Компрессоры
- Теплообменники
- Насосы
- Колонны и сепараторы
На установке используются реакторы со стационарным или псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор имеет цилиндрическую форму и выполнен из легированных хромомолибденовых или хромоникелевых сталей.
Для циркуляции водородсодержащего газа и сырья служат компрессоры центробежного или поршневого типа из углеродистых или нержавеющих сталей.
В теплообменниках происходит рекуперация тепла продуктов реакции для подогрева сырья и водородсодержащего газа. Их изготавливают из высоколегированных хромоникелевых сталей.
Условия процесса
Гидрокрекинг осуществляют в жестких условиях высокого давления (до 20 МПа), температуры (400-450°C) и скорости потоков. Это накладывает повышенные требования к герметичности оборудования и может приводить к взрывам на установках.
Для предотвращения самовоспламенения и взрывов сырье тщательно очищают от серы и других примесей, а также поддерживают необходимый расход водорода.
Катализаторы процесса
В качестве катализаторов гидрокрекинга применяют цеолитсодержащие цинк-хром-, никель-молибден- и кобальт-молибден содержащие катализаторы.
Катализаторы должны обладать высокой активностью в жестких условиях процесса, быть устойчивыми к отравлению и иметь развитую пористую структуру. Их регенерация осуществляется продувкой водяным паром либо восстановлением водородом.
Контроль процесса
В автоматизированной системе управления установки гидрокрекинга контролируются следующие параметры:
- Давление и температура в реакторах
- Расход сырья и водорода
- Состав газов и жидких продуктов
Данные с приборов контроля и автоматики поступают на щит управления, где оператор может вмешиваться в ход технологического процесса.
Перспективы развития гидрокрекинга
Основные направления развития гидрокрекинга:
- Создание более активных и селективных катализаторов на основе цеолитов
- Применение высокоэффективных адсорбентов для очистки сырья и продуктов
- Внедрение систем онлайн-мониторинга для предупреждения внештатных ситуаций
- Повышение энергоэффективности процесса
- Комплексная автоматизация на основе цифровых двойников
Цифровизация процессов гидрокрекинга
Одним из важнейших направлений развития является комплексная цифровизация процессов на основе технологий машинного обучения и искусственного интеллекта.
Создание цифровых двойников установок позволит моделировать различные режимы работы, предсказывать возникновение нештатных ситуаций и подбирать оптимальные параметры процесса.
Датчики и контрольно-измерительные приборы
Для сбора достоверных данных о текущем состоянии установки применяют высокоточные датчики давления, температуры, расхода, состава сырья и продуктов.
Сигналы с датчиков поступают в интеллектуальную систему управления, которая обрабатывает данные, выявляет отклонения параметров и выдает рекомендации оператору.
Моделирование и оптимизация режимов
На основе накопленных данных о работе установки создается ее виртуальная модель - цифровой двойник. В нем могут моделироваться различные режимы для выбора оптимальных условий процесса.
Прогнозирование и предупреждение аварийных ситуаций
Система искусственного интеллекта на базе цифрового двойника способна заблаговременно распознавать признаки возникновения аварийных ситуаций, таких как рост давления или температуры.
Это позволяет своевременно вносить корректировки в режим работы установки и избегать инцидентов.
Повышение ресурса оборудования
Контроль текущего состояния оборудования на основе данных датчиков вибрации, температуры, шума помогает спрогнозировать необходимость ремонта или замены узлов до возникновения критических отказов.
Это способствует увеличению межремонтного периода работы установки и снижению затрат.
