В статье представлен анализ вариантов совершенствования процессов гидроочистки дизельной фракции. На основании анализа выявлены основные достоинства и недостатки методов совершенствования этого процесса нефтепереработки, предложены варианты повышения надежности и эффективности проведения процесса.
Ключевые слова: нефтепереработка, гидрогенизационные процессы, гидроочистка, дизельные фракции.
Среди вторичных процессов нефтепереработки одними из важнейших являются гидрогенизационные, позволяющие не только реализовать современные технологии каталитических процессов, но и значительно улучшающих эксплуатационные характеристики моторных топлив, масел и других нефтепродуктов. Гидроочистка дизельной фракции позволяет удалить различные гетероорганические примеси из дизельного топлива, делая его более чистым и качественным. Для современных нефтеперерабатывающих заводов важно постоянное совершенствование процессов гидроочистки для повышения эффективности и качества продукции.
С увеличением спроса на низкокипящие фракции дизельного топлива и усилением контроля за соблюдением экологических норм для производителей дизельного топлива все большую актуальность приобретают современные методы гидроочистки дизельных фракций. Улучшение качества дизельного топлива может повысить эффективность двигателей, снизить выбросы вредных веществ и улучшить экологическую ситуацию в регионах активного использования дизельных двигателей, например Арктических и приполярных зон. [3]
Нами проведен анализ современных методов совершенствования процесса гидроочистки дизельной фракции и выявление их преимуществ и недостатков. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
— изучить основные методы гидроочистки дизельной фракции;
— провести сравнительный анализ современных методов;
— определить наиболее эффективные методы совершенствования процесса гидроочистки.
Гидроочистка дизельной фракции — это процесс гидропереработки нефтяного сырья широкого фракционного состава от 180 до 350 о С выкипания или узкого, например от 180 до 270 о С легкой дизельной фракции. При гидроочистке на селективных катализаторах происходит гидрогенолиз серосодержащих, азотсодержащих и других гетероатомных соединений, а также гидрирование непредельных соединений, реже при гидроочистке гидрируются ароматические углеводороды.
Одним из ключевых методов совершенствования процесса гидроочистки нефтяных фракций и топлива является подбор селективных катализаторов. Они помогают ускорить химические реакции, снизить температуру и давление работы процесса, повысить выборочность реакций и улучшить качество конечного продукта. Среди наиболее эффективных катализаторов для гидроочистки дизельной фракции можно выделить катализаторы, содержащие молибден, кобальт, никель и их соединения. [1]
Другим важным направлением поиска новых каталитических систем для современной гидроочистки является применение нанокатализаторов. Они обладают большей активностью и стабильностью по сравнению с традиционными нанесенными или пропиточными катализаторами, что позволяет снизить температуру и давление работы процесса, повысить селективность процесса и повысить выход качественного дизельного топлива. В работах [1] исследовано влияние наноразмерных каталитических систем, полученных путем разложения 2-этилгексаноатов никеля и цинка в углеводородном сырье, на процессы гидропереработки нефтяного сырья и термической деструкции мазута атмосферной перегонки. Отмечается, что степень гидрообессеривания нефтяного сырья на этих нанокатализаторах увеличивается на 4 процента, а также несколько снижается плотность получаемых продуктов.
Гидроочистка в отличие от гидрокрекинга, который характеризуется разрывом углерод — углеродных связей и сопровождается насыщением фрагментов деструкции водородом с образованием низкокипящих продуктов, относится к недеструктивым процессам и используется в целях улучшение качества продуктов или сырья без заметного изменения фракционного состава.
При гидроочистке в относительно мягких условиях происходит удаление серы, азота и кислорода соответственно в виде сероводорода, аммиака и воды, а олефины гидрируются с образованием более стабильных парафиновых углеводородов. [4]
Как уже указывалось, одновременно с удалением серы происходит и удаление азота, что является весьма важным, поскольку соединения азота оказывают негативное воздействие на стабильность нефтепродуктов при хранении, а также азотосодержащие соединения основного характера в сырье каталитических процессов могут значительно снижать активность катализаторов и даже отравлять их, нейтрализуя активные кислотные центры. Кислородсодержащие соединения, особенно нафтеновые кислоты, оказывают корродирующее действия, а также могут промотировать образование смол [2].
Металлы в сырье, предназначенном для каталитических процессов, забивают поры катализаторов, блокируют активные центры, снижают селективность, усиливают дегидрирующие действия катализаторов [2].
Постоянное совершенствование процесса гидроочистки в течение последних двух десятилетий дало катализаторы, способные работать без существенной потери активности или сокращения срока службы, а также противостоять воздействию значительных количеств серы, азота, кислорода, металлов [2].
Эффективность гидроочистки обычно оценивается по глубине обессеривания, так как содержание сернистых соединений обычно значительно превышает содержание других гетероатомных компонентов и зависит от типа соединения, а также от его молекулярной массы [2].
Трудность удаления серы возрастает в ряду: меркаптаны < дисульфиды<тиофены<бензотиофены<дибензотиофены. Причем для каждого класса она увеличивается с увеличением молекулярной массы [2].
Также немаловажным фактором глубины обессеривания является общее давления в реакторе, с увеличением последнего, а именно, парциального давления водорода, увеличивается глубина обессеривания, что обусловлено с дополнительным восстановлением активных центров на поверхности катализатора [3]. При этом замедляются реакции дегидрирования нафтеновых углеводородов, уменьшается закоксовывание катализатора, продлевая таким образом, его непрерывную работу, ускоряются реакции насыщения водородом непредельных углеводородов и гидрогенизации ароматических углеводородов.
При существенном повышении общего давления часть сырья, даже сравнительно легкого, поступает в реактор в жидком состоянии. Высокое парциальное давление водорода обеспечивается только с помощью циркуляции ВСГ [3]. Хотя все положительные результаты достигаются за счет увеличения расхода водорода, целесообразно поддерживать общее давление и содержание водорода в циркуляционном газе на максимально возможном уровне, насколько это допускается ресурсами свежего ВСГ и экономическими соображениями [6].
Кроме того, для повышения эффективности процесса гидроочистки применяют различные методы интенсификации, такие как ультразвуковая и микроволновая обработка сырья, используя физические явления для совершенствования химических процессов. Эти методы позволяют улучшить равномерность протекания реакций и увеличить выход конечного продукта. Зачастую волновые технологии сочетают несколько различных воздействий, как электромагнитных, так и механических, в том числе и разной мощности. В литературе используют различные термины, описывающие применение волновых воздействий или их комбинаций: активация (например, электромагнитная, виброструйная, виброструйная магнитная), обработка (электромагнитным или магнитным полем), стимуляция (микроволновая, радиационная, электронная). Достоинством волновых методов является их безреагентность и эффективность. В комплексе с волновыми технологиями могут применяться также и различные реагенты, добавки, присадки, нейтрализаторы и другие вещества, причем их потребление в таких случаях, как правило, существенно ниже [3].
Таким образом, современные методы совершенствования процесса гидроочистки дизельной фракции включают в себя использование различных катализаторов, методы ультразвуковой обработки сырья и применение нанокатализаторов. Их совместное применение позволяет повысить эффективность процесса, улучшить качество конечного продукта и снизить энергозатраты на производство. [4]
Литература:
- Ахметов, А. Ф. Нанокатализ в нефтепереработке / А. Ф. Ахметов, А. Р. Ханов, И. А. Мустафин, Д. З. Бурангулов, О. М. Судакова // Башкирский химический журнал. — 2022. — Т. 29. — № 4. — С. 110–118.
- Кубеткин Н. В. Автоматизация участка гидроочистки в процессе каталитического риформинга // Материалы XIII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: https://scienceforum.ru/2021/article/2018024145 (дата обращения: 25.05.2024).
- Пивоварова, Н. А. Использование волновых воздействий в переработке углеводородного сырья (обзор)/ Н. А. Пивоварова // Нефтехимия. — 2019. — T. 59. — № 6–2. — стр. 727–738
- Самборская М. А., Баклашкина К. А. Усовершенствование процесса гидроочистки дизельной фракции // Деловой журнал «Neftegaz.RU»: интернет-журн. 18.09.2020.
- https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/631249-usovershenstvovanie-protsessa-gidroochistki-dizelnoy-fraktsii/ (дата обращения 25.05.2024)
- Солодова Н. Л., Нурмухаметова А. Р. Катализаторы гидроочистки // Вестник Казанского технологического университета. 2017. № 10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/katalizatory-gidroochistki (дата обращения: 25.05.2024).
- Технология переработки нефти и газа. Ч.1 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://tehnoinfa.ru/pererabotkaneftiigaza/37.html (дата обращения: 25.05.24)
