Технология дизельного топлива и оценка его качества

-   гидродеароматизация прямогонных керосиновых фракций и газойлей каталитического крекинга с целью снижения содержания в них ароматических углеводородов;

- лёгкий гидрокрекинг вакуумных газойлей с целью облагораживания сырья каталитического крекинга с одновременным получением дизельных фракций;

- гидрокрекинг вакуумных дистиллятов с целью получения моторных топлив и основы высокоиндексных масел;

- гидрокрекинг нефтяных остатков с целью получения моторных топлив,  смазочных масел,  малосернистых котельных топлив и сырья для каталитического крекинга.

Его самое важное преимущество — это способность переключать  мощности нефтеперерабатывающего завода с выпуска больших количеств  бензина (когда установка гидрокрекинга  работает) на выпуск больших количеств  дизельного топлива (когда она отключена).

В процессе гидрокрекинга образуются значительные количества изобутана, что оказывается полезным для управления количеством сырья в процессе алкилирования.

В настоящее время широко используется около десяти различных  типов гидрокрекинг-установок, но все  они очень похожи на типичную конструкцию, описанную в следующем разделе.

Катализаторы гидрокрекинга  менее ценны и дороги, чем катализаторы риформинга. Обычно это соединения серы с кобальтом, молибденом или никелем (CoS, MoS2, NiS) и оксид алюминия. В отличие от каталитического крекинга, но так же как при каталитическом риформинге, катализатор располагается в виде неподвижного слоя. Как и каталитический риформинг, гидрокрекинг чаще всего проводят в двух реакторах.

Сырье смешивается с водородом, нагретым до 290— 400°С (550—750°F) и находящимся  под давлением 1200— 2000 psi (84—140 атм), и  направляют в первый реактор. Во время  прохождения сквозь слой катализатора примерно 40—50% сырья подвергается крекингу с образованием продуктов, соответствующих  по температурам кипения бензину (точка  выкипания до 200°С (400°F)).

Катализатор и водород  дополняют друг друга в нескольких аспектах. Во-первых, на катализаторе идет крекинг. Чтобы крекинг продолжался, требуется подвод тепла, то есть это  — эндотермический процесс. В  то же время, водород реагирует с  молекулами, которые образуются при  крекинге, насыщая их, и при этом выделяется тепло. Другими словами, эта реакция, которая называетсягидрирование, является экзотермической. Таким образом,

водород дает тепло, необходимое  для протекания крекинга[10].

Другой аспект, в котором  они дополняют друг друга, — это  образование изопарафинов. При крекинге получаются олефины, которые могут  соединяться друг с другом, приводя  к нормальным парафинам. За счет гидрирования двойные связи быстро насыщаются, при этом часто возникают изопарафины, и таким образом предотвращается  повторное получение нежелательных  молекул (октановые числа изопарафинов выше, чем в случае нормальных парафинов).

Когда углеводородная смесь  выходит из первого реактора, ее охлаждают, сжижают и пропускают через сепаратор для отделения  водорода. Водород снова смешивают  с сырьем и направляют в процесс, а жидкость подают на перегонку. Продукты, полученные в первом реакторе, разделяются  в ректификационной колонне, и в  зависимости от того, что требуется  в результате (компоненты бензина, реактивное топливо или газойль), отделяется их часть. Керосиновую фракцию можно  выделить как боковой погон или  оставить вместе с газойлем в качестве остатка от перегонки.

Остаток от перегонки снова  смешивают с током водорода и  запускают во второй реактор. Так  как это вещество уже подвергалось гидрированию, крекингу и риформингу в первом реакторе, процесс во втором реакторе идет в более жестком  режиме (более высокие температуры  и давления). Как и продукты первой стадии, смесь, выходящая из второго  реактора, отделяется от водорода и  направляется на фракционирование.

Толщина стенок стального  реактора иногда достигает 15 см. Основная проблема — это не дать крекингу выйти из-под контроля. Поскольку  суммарный процесс эндотермичен, то возможен быстрый подъем температуры  и опасное увеличение скорости крекинга. Чтобы избежать этого, большинство  установок гидрокрекинга содержат встроенные приспособления, позволяющие  быстро остановить реакцию.

Одним из основных свойств гидрокрекинга является увеличение объема продуктов на 25%. Сочетание крекинга и гидрирования дает продукты, относительная плотность которых значительно ниже, чем плотность сырья. Ниже приведено типичное распределение выходов продуктов гидрокрекинга при использовании в качестве сырья газойля с установки коксования и светлых фракций с установки каталитического крекинга. Продукты гидрокрекинга — это две основные фракции, которые используются как компоненты бензина.

Существует несколько  моделей установок гидрокрекинга, которые были сконструированы специально для переработки прямогонного остатка  или остатка от вакуумной перегонки. Большинство из них работает по типу установок гидроочистки. На выходе получается более 90% остаточного (котельного) топлива. Задачей данного процесса является удаление серы в результате каталитической реакции серосодержащих соединений с водородом с образованием сероводорода (H2S). Таким образом  остаток с содержанием серы не более 4% может быть превращен в  тяжелое жидкое топливо, содержащее менее 0,3% серы.

 

2.2. Очистка нефтепродуктов

Гидроочистка — процесс удаления из нефтепродуктов гетероатомов в результате гидрирования серу-,  азотсодержащих и конденсированных соединений. При этом происходит гидрогенолиз гетероатомных соединений в результате разрыва связей С-S, С-N и С-О и насыщении водородом образующихся гетероатомов.  Одновременно гидрируются диеновые,  олефиновые и частично полициклические ароматические углеродороды и удаляются металлы,  содержащиеся в виде металлоорганических соединений.

Реакторный блок установки  состоит из поочередно работающих защитных реакторов Р-1  а и Р-1  б,  двух последовательно работающих основных реакторов глубокой гидродеметаллизации и двух последовательно работающих реакторов гидрообессеривания. Защитные реакторы работают в режиме взаимозаменяемости; когда катализатор в работающем реакторе теряет свою деметаллизирующую активность, переключают на другой резервный реактор без остановки установки. Продолжительность непрерывной работы реакторов составляет: защитных — 3-4 месяца, а остальных — 1 год.

Исходное сырье  (мазуты, гудроны) смешивают с ВСГ, реакционную  смесь нагревают в печи до требуемой температуры и последовательно подают в защитный и основные реакторы гидродеметаллизации и реакторы гидрообессеривания. Продукты гидрообессеривания подвергают горячей сепарации в горячем и холодном газосепараторах, далее стабилизации и фракционированию на атмосферных и вакуумных колоннах.

В качестве катализатора в процессе используют модифицированный гидрирующими металлами оксид алюминия, обладающий высокой металлоемкостью  (катализатор имеет шероховатую поверхность с порами в форме "ежа"). 

Блок компаундирования устанавливается на складе нефтепродуктов и производит путем смешивания компонентов и вводом присадок следующие продукты: бензин автомобильный; топливо реактивное; дизельное топливо; другие виды моторных топлив и топливные смеси, масла моторные и другие нефтепродукты.

Блоки компаундирования выпускаются  согласно ТУ в 7 исполнениях, учитывающих  вязкость приготавливаемых нефтепродуктов и необходимость предварительного подогрева. Для работы в условиях низких температур изготавливается  северное исполнение блока.

Блок компаундирования состоит  из двух модулей: Б1 – модуль насосов  компонентов топлив и присадок; Б2 – модуль управления. Модуль управления изготавливается на основе современных  микроэлектронных компонентов зарубежного  производства, что обеспечивает высокую  точность объемного дозирования, и  может сопрягаться с персональным компьютером. Трубопроводы, соединяющие: модуль Б1 с резервуарами склада нефтепродуктов, поддоны модуля Б1 с системой канализации, для прокладки кабелей между  модулями Б1 и Б2, в комплект поставки не входят.

Блок компаундирования размещается  на наземном или подземном складе нефтепродуктов. Модуль Б1 устанавливается  на площадке размещения резервуаров  склада нефтепродуктов. Модуль Б2 устанавливается  в операторном помещении на расстоянии не более 40м по горизонтали от модуля Б1.

Технологический процесс  представляет собой смешивание компонентов  топлива и введение присадок с  последующей гомогенизацией смеси. Компоненты топлива и присадки насосами Н1..Н4 закачиваются в диспергатор  Д1, где происходит тщательное перемешивание  смеси. Дозирование производится при  помощи счетчиков Т1..Т3. Необходимое  количество компонента устанавливается  оператором на пульте управления модуля Б2. Автоматика поддерживает расход каждого  компонента или присадки в пропорции  к расходу базового компонента с  точностью 0,5% об.

Работа блока может  быть запрограммирована либо по необходимому количеству произведенного нефтепродукта, либо по времени работы. В конце  работы оператор может получить рапорт о работе блока за необходимый  период времени с выводом на печать. В рапорте отражается: продолжительность  работы, количество произведенного нефтепродукта, количество израсходованных компонентов  и т.д. Режим работы блока компаундирования – непрерывный, автоматический. Количество обслуживающего персонала – 2. Количество смешиваемых компонентов – до 4. Благодаря усовершенствованной  конструкции блок компаундирования не производит выбросов углеводородных газов через дыхательные клапаны, количество запорной арматуры и фланцевых  соединений сведено к минимуму[11].

Аппарат смешивания блока  не требует регистрации в органах  Ростехнадзора.  

Высокое качество получаемого  нефтепродукта достигается при  условии, что сырье, поступающее  на переработку, и дозируемые компоненты (присадки) соответствуют требованиям, установленным технологическим регламентом на компаундирование.

Базовыми компонентами автомобильных  бензинов могут быть: бензин прямой гонки; риформат; бензин крекинга; бензин пиролиза; полимербензин; алкилат; изомеризат; бутан. Высокооктановые кислородсодержащие компоненты: МТБЭ, фетерол; ТАМЭ; этанол; метанол; изопропиловый спирт и  т.д. В качестве присадок, повышающих октановое число бензина, можно  рекомендовать: N-метиланилин технический; «Экстралин»; «АДА»; «ДАКС»; «БВД»; «Феррада»; «Автовэм».

Компаундирование – это:

- производство товарных  продуктов из сырья методом  вовлечения в его состав добавок  и компонентов в заданных объемах  согласно технологической рецептуры;

- повышение октанового  числа товарных продуктов методом  вовлечения в состав товарных  продуктов добавок и компонентов  в заданных объемах.

Технологическая схема производства дизельного топлива представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Технологическая схема производства дизельного топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 3. Оценка качества дизельного топлива

Дизельное топливо предназначено  для быстроходных дизельных и  газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Условия смесеобразования и воспламенения топлива в  дизелях отличаются от таковых в  карбюраторных двигателях. Преимуществом  первых является возможность осуществления  высокой степени сжатия (до 18 в  быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них  на 25—30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с карбюраторными двигателями.

Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:

-цетановое число

-фракционный состав;

-вязкость и плотность;

-степень чистоты;

-йодное число;

-химическая стабильность.

Цетановое число — основной показатель воспламеняемости дизельного топлива. Оно определяет запуск двигателя, жесткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива и дымность отработавших газов. Чем выше цетановое число топлива, тем ниже скорость нарастания давления и тем менее жестко работает двигатель. Однако с повышением цетанового числа топлива сверх оптимального, обеспечивающего работу двигателя с допустимой жесткостью (менее 0,5 МПа/°ПВК), ухудшается его экономичность в среднем на 0,2—0,3 % и дымность отработавших газов на единицу цетанового числа повышается на 1—1,5 единицы Хартриджа.

Чем выше цетановое число  топлива, тем быстрее произойдут процессы предварительного окисления  его в камере сгорания, тем скорее воспламенится смесь и запустится двигатель.

Цетановое число топлив зависит  от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетановыми числами обладают нормальные парафиновые углеводороды, причем с повышением их молекулярной массы оно повышается, а по мере разветвления — снижается. Самые  низкие цетановые числа у ароматических  углеводородов, не имеющих боковых  цепей; ароматические углеводороды с боковыми цепями имеют более  высокие цетановые числа и  тем больше, чем длиннее боковая  парафиновая цепь. Непредельные углеводороды характеризуются более низкими  цетановыми числами, чем соответствующие  им по строению парафиновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды обладают невысокими цетановыми числами, но большими, чем ароматические углеводороды. Чем выше температура кипения топлива, тем выше цетановое число, и эта зависимость носит почти линейный характер; лишь для отдельных фракций цетановое число может снижаться, что объясняется их углеводородным составом.