Замена Импортного Катализатора Гидроочистки На Отечественный С Возможностью Увелечения Выхода Товарного Целевого Продукта

1. Введение

В условиях постоянного ужесточения требований к экологическим характеристикам моторных топлив процессы гидроочистки приобретают определяющее значение в структуре нефтеперерабатывающих производств. Современные нормативы ограничивают содержание серы в дизельных топливах на уровне не более 10 ppm, что требует применения высокоактивных каталитических систем и поддержания стабильных параметров гидрогенизационных процессов.

Одним из ключевых факторов, определяющих эффективность установки гидроочистки, является состояние и активность катализатора. По мере эксплуатации происходит постепенная дезактивация каталитического слоя вследствие коксообразования, загрязнения металлами и термического старения активной фазы. Это приводит к снижению глубины удаления сернистых соединений, росту перепада давления в реакторе и увеличению расхода водорода.

Наиболее рациональным методом повышения эффективности действующих установок является модернизация реакторного блока посредством замены катализатора на более активную композицию, обладающую улучшенными гидрирующими и гидродесульфуризирующими свойствами.

В связи с этим актуальной задачей является исследование влияния замены катализатора на технологические показатели установки гидроочистки дизельного топлива.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования являлась оценка эффективности замены катализатора реактора гидроочистки дизельного топлива для повышения степени очистки нефтяных дистиллятов от сернистых соединений.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• анализ технологического режима установки гидроочистки;
• исследование механизмов каталитических реакций;
• изучение характеристик действующей каталитической системы;
• подбор перспективного катализатора для реконструкции реакторного блока;
• оценка влияния замены катализатора на качество целевого продукта;
• анализ изменения эксплуатационных параметров установки после модернизации.

3. Теоретические основы процесса гидроочистки

Процесс гидроочистки основан на взаимодействии углеводородного сырья с водородом в присутствии катализатора при повышенных температуре и давлении. Основными реакциями процесса являются гидродесульфуризация, гидродеазотирование, гидрирование непредельных соединений и частичное насыщение ароматических структур.

Наибольшее значение для производства экологически чистых дизельных топлив имеют реакции удаления сернистых соединений. В процессе гидродесульфуризации происходит разрушение связей C–S с последующим образованием сероводорода и насыщенных углеводородов. Скорость данных реакций определяется природой сернистых соединений, температурой процесса, парциальным давлением водорода и активностью катализатора.

Наиболее трудноудаляемыми компонентами являются бензотиофеновые и дибензотиофеновые структуры, характеризующиеся высокой термической устойчивостью. Для их эффективного гидрирования требуется применение катализаторов с развитой активной поверхностью и высокой дисперсностью металлической фазы.

В промышленных установках гидроочистки широкое распространение получили алюмокобальтмолибденовые и алюмоникельмолибденовые катализаторы. Активными центрами таких систем являются сульфидные фазы молибдена и кобальта, обеспечивающие высокую активность в реакциях гидрогенолиза сернистых соединений [1].

4. Анализ действующей технологической схемы

Исследуемая установка предназначена для гидроочистки смесевого дизельного сырья, включающего прямогонные и вторичные газойлевые фракции. Технологическая схема включает блок подготовки сырья, реакторную секцию, систему сепарации, отпарную колонну и секцию стабилизации продуктовых потоков.

Подготовленное сырьё после фильтрации и предварительного подогрева смешивается с циркулирующим водородсодержащим газом и направляется в реактор насыщения диолефинов. Далее поток поступает в основной реактор гидроочистки, содержащий три слоя катализатора.

В качестве действующей каталитической системы используется кобальт-молибденовый катализатор TK-578 BRIM, предназначенный для процессов глубокой гидродесульфуризации дизельных фракций. Катализатор обеспечивает удаление сернистых соединений до нормативных значений, однако в условиях переработки высокосернистого сырья наблюдается постепенное снижение активности каталитического слоя.

Эксплуатационный анализ показал, что к концу межрегенерационного цикла возрастает температура реактора, увеличивается перепад давления и повышается нагрузка на систему циркуляции водородсодержащего газа. Дополнительно наблюдается увеличение содержания полиароматических соединений в продуктовом потоке [1].

5. Обоснование замены катализатора

С целью повышения эффективности процесса предложена замена действующего катализатора на современную каталитическую систему с

повышенной гидрирующей активностью [1].

В качестве перспективного варианта рассмотрен катализатор гидроочистки на основе Co–Mo/Al2O3-композиции с модифицированной структурой носителя и увеличенной удельной поверхностью Ht‑110RN производства ООО «РН‑ЦИР» [4]. Применение данного катализатора позволяет обеспечить:

• повышение глубины гидродесульфуризации;
• увеличение степени гидродеазотирования;
• снижение интенсивности коксообразования;
• уменьшение скорости дезактивации активной фазы;
• повышение устойчивости к загрязнению металлами.

Дополнительным преимуществом новой каталитической системы является возможность работы при более низких температурах реакторного блока, что способствует снижению скорости термического старения катализатора и уменьшению энергозатрат.

За счёт оптимизированной пористой структуры обеспечивается улучшенная диффузия тяжёлых сернистых соединений к активным центрам катализатора, что особенно важно при переработке вторичных газойлевых фракций [2].

6. Оценка технологической эффективности модернизации

Результаты анализа показали, что после замены катализатора достигается более стабильное поддержание требуемого качества дизельного топлива по содержанию серы. Одновременно уменьшается скорость роста температурного профиля реактора в течение эксплуатационного цикла [3].

Снижение интенсивности коксообразования приводит к уменьшению гидравлического сопротивления каталитического слоя и повышению стабильности циркуляции водородсодержащего газа [3].

Дополнительно установлено, что использование более активного катализатора способствует частичному снижению содержания ароматических соединений в гидроочищенном продукте, что положительно влияет на экологические характеристики дизельного топлива.

Экономический эффект модернизации обусловлен [5]:

• снижением затрат на импорт катализатора;
• увеличением выхода целевого товарного продукта;
• уменьшением расхода водорода;

7. Заключение

В результате проведённого исследования установлено, что замена катализатора реактора гидроочистки является эффективным способом модернизации установки гидроочистки дизельного топлива.

Применение современной кобальт-молибденовой каталитической системы обеспечивает повышение глубины удаления сернистых соединений, снижение скорости дезактивации катализатора и улучшение эксплуатационных показателей реакторного блока.

Полученные результаты подтверждают целесообразность внедрения усовершенствованных каталитических композиций на действующих установках гидроочистки с целью обеспечения стабильного выпуска дизельного топлива экологического класса Евро-5.