Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

Итак, рассмотрим несколько технологий гидрокрекинга. Первым будет процесс, разработанный Lurgi. Как уже упоминалось, в этой установке не используется катализатор. Процесс протекает при давлении 12–15 МПа и температуре 380–420 °C. Реакция гидровисбрекинга отличается стабильностью и позволяет перерабатывать около 70 % поступающего гудрона без сильного коксообразования. Однако, несмотря на эти преимущества, данный процесс не получил широкого промышленного распространения. Но процесс, доработаный Институтом нефтехимпереработки Республики Башкортостан, был испытан на пилотной установке, хотя у него и есть отличия от своего старшего брата: давление около 5 МПа и более высокая температура – до 500 °C.

Рисунок 13. Реакции гидрокрекинга

Еще одним интересным примером аналогичного термического процесса является установка Veba Combi Cracking (VCC). Эта технология подразумевает протекание реакции во взвешенном слое адсорбента, твердого материала, поглощающего определенные вещества. К этой же категории относится Дина-крекинг. Отличия этих процессов в том, что в Дина-крекинге водород поступает с узла газификации кокса, а в процессе VCC водород в реактор подают отдельно.

VCC

Рассмотрим процесс VCC. Он берет свое начало с технологии ожижения угля, который разработали немецкие химики Ф. Бергиус и М. Пир в 1913 году. В период с 1927 по 1944 год 12 таких установок обеспечивали суммарно 4 млн тонн жидких углеводородов. Давление процесса – 30–70 МПа, а температура достигает 450 °C. Но в 1960-х годах по экономическим соображениям производство было остановлено. Второе рождение установка получила двадцать лет назад, в 2006 году, когда началось переосмысление технологической составляющей. А в 2009 году установку возвели в США. Улучшенная схема процесса представлена на рисунке 14.

Параметры основного процесса: давление 15–20 МПа, температура 430–450 °C. Сначала происходит смешение трех потоков с добавлением непрореагировавшего сырья и водорода. Исходная смесь проходит предварительный нагрев в теплообменнике, а затем направляется в печь. Далее она поступает в реактор первой ступени, где осуществляется основной процесс крекинга (разложения). Полученная смесь разделяется в сепараторе, и остаток сырья возвращается на рециркуляцию через вакуумную колонну. А целевые продукты крекинга направляются в реактор второй ступени на процесс гидрирования. После полного прохождения реакции смесь поступает на разделение. В колонне путем ректификации получают газ, нафту, дизельную фракцию и газойль. Причем дизельного топлива получают на установке около 60 % от массы сырья.

Дина-крекинг

Теперь давайте перейдем к более простой установке – Дина-крекингу. В процессе используется реактор с рециркуляцией адсорбента. Он разделен на три секции: гидрокрекинг, отпарная зона, газификация кокса. В этом процессе кокс мелкодисперсный может применяться в качесте адсорбента. Параметры реакции в данном случае 2,8 МПа и 500–760 °C. Сама установка представлена на рисунке 15.

Рисунок 14. Схема установки VCC: 1 – теплообменник, 2 – печь, 3 – реактор, 4 – вакуумная колонна, 5 – реактор второй ступения, 6 – ректификационная колонна, 7 – блок очистки газов, 8 – сепаратор. I – сырье, II – адсорбент, III – водород, IV – остаток сырья, V – газ, VI – нафта, VII – дизельная фракция, VIII – вакуумный газойль, IX – сернистый газ, X – рециркулирующий водород, XI – водяной пар

Сырье поступает на установку, предварительно смешавшись с рециркулятом процесса тяжелого газойля, затем происходит нагрев в реакторе, в который подается парокислородная смесь для процесса газофикации. Прореагировавшая смесь идет на разделение в ректификационную колонну. С блока ректификации выводятся следующие продукты: газ, бензин, легкий газойль и тяжелый газойль. Часть последнего идет на рецикл. Если говорить о продуктах в количественном плане, то выход зависит от температуры процесса: при высокой температуре сухого газа получается 49 %, кокса – 32 %, тяжелого газойля – 11 %; при более низкой температуре сумма жидких углеводородов – 67 %, кокс – 21 %, сухой газ – 7 %.

Рисунок 15. Принципиальная схема Дина-крекинга

Проведя логическое сравнение двух вариантов термических процессов крекинга, можно сказать, что с использованием водорода получаются более предпочтительные продукты реакции. Однако есть свои минусы по затратам на технологическое оформление, а также требуется соблюдение более жестких условий протекания реакции и дополнительное производство водорода (установка электролиза). Отсюда вывод, что при востребованности высококачественного бензина и моторных масел предпочтительнее будет установка гидрокрекинга, но для минимизации убытков и максимального удовлетворения рыночного спроса можно варьировать потоками сырья между двумя установками: крекинга и гидрокрекинга.

Производство битума

Битум – это общее название твердых и жидких веществ или продуктов их переработки, растворимых в органических растворителях и состоящих из углеводородов, а также из их кислородных, сернистых и азотистых производных. Органическое вещество собой представляет смесь углеводородов и их производных (неметаллических). Порядка 70–87 % в нем содержится углерода, 8–12 % водорода, 0,5–7 % серы, 0,2–12 % кислорода и до 2 % азота.

Битум подходит, как и многие другие соединения, под определение нефти. Но стоит обозначить, что различие гудронов, битумов, газойлей состоит в их средней молекулярной массе, что влияет на плотность, вязкость, а также на свойства как теплоносителя. Проще говоря, их главное различие – в структуре молекул. Отсюда и крайне широкий спектр применения углеводородов. Газ – горючее, алкены – будущий пластик, газойль – специальное топливо, масла – смазывающая жидкость, битум – строительный материал, кокс – материал для атомной промышленности. А ведь все эти углеводороды не так уж и отличны сами по себе.

Сырьем для битумного производства являются остатки ЭЛОУ-АВТ, процесса крекинга, асфальтены из процессов деасфальтизации и прочие тяжелые фракции. Главным качеством битума является низкое содержание парафинов, а это достигается, как правило, при использовании сырья от процесса перегонки.

Одним из способов выделения и улучшения битума до товарного качества является установка окисления, представленная на рисунке 16. Режим установки: давление 0,08–0,12 МПа, температура 200–280 °C. Материальный баланс установки – 97 % битума, все остальное – отходы: черный соляр и дымовые газы.

Битумы по консистенции классифицируются на:

– твердые: высокопластичные, хрупкие, пластичные;

– вязкие;

– жидкие (разжиженные), получаемые смешиванием битумов вязких с разжижителями (лигроином, керосином, мазутом и др.). В зависимости от использованного разжижителя получают те или иные свойства материала. Эта группа подразделяется на битумы средне- и медленногустеющие (СГ и МГ).

Все они используются в строительстве. Для основных работ предпочтительным считается марка БН 50/50, 70/30, 90/10. Для кровельных работ выбирают битумы с температурой воспламенения 240 °C – БНК 45/90, 45/180, 90/30, которые идеально пропитывают поверхность, наделяя ее влагозащитными свойствами. Для покрытия дорог в работу берут дорожные нефтяные битумы марок БНД 40/50, 90/130 (для асфальтобетонных горячих смесей), 60/90 (для дорожных