33. Гидрокрекинг дистиллятов гидрирования угольной пасты

На рис. 5.24 приведена полная блок-схема процесса получения искусственных жидких топлив из угля, из которой видно, что тяжелое масло VI после жидкофазного гидрирования пасты и после переработки шлама возвращается на ступень приготовления пасты, а жидкий гидрогенизат III поступает на 1-ю ступень гидрокрекинга, где очищается от примесей и облагораживается. Очищенный гидрогенизат направляется на 2-ю ступень гидрокрекинга (бензинирование),, где превращается в основном в бензин, а неразложившееся среднее масло IX вновь возвращается в процесс. И, наконец, все газовые потоки IX идут на многоступенчатую очистку для выделения из них ценных компонентов.

В отличие от жидкофазного гидрирования, где использован супендированный (молотый вместе с углем) катализатор, в процессе гидрокрекинга применяются стационарные катализаторы.

Сырьем 1-й ступени гидрокрекинга. Кроме широкой фракции жидкофазного гидрирования угля, могут служить смолы (полукоксования и коксования), а также тяжелые нефтепродукты, выкипающие до 300-350 °C. Надо при этом иметь в виду, что широкая фракция жидкофазного гидрирования содержит большое количество олефинов и ароматических соединений, а также фенолов (иногда до 10-12%), причем на стадии гидрирования пасты расходуется основная часть водорода (до 75%), а остальной водород тратится на облагораживание продуктов, то есть на стадии гидрокрекинга – предварительного гидрокрекинга и окончательного гидрокрекинга (бензинирования).

На первой, предварительной, стадии применяют катализаторы, обладающие одновременно гидрирующей и расщепляющей способностью, - сульфиды молибдена, вольфрама и никеля. Широко распространен комбинированный катализатор: смесь 25-27% сульфида вольфрама и 3-5% сульфида никеля с 70% оксида алюминия.

Предварительное гидрирование (1-я ступень гидрокрекинга) проводят при температуре от 360 °C (в начальный период) до 440 °C (конечный период) и при давлении 20-30 МПа. При переработке средних масел весьма эффективен чистый сульфид вольфрама, так как он очень активен и работает бессменно 3-4 года. Следует отметить, что при предварительном гидрировании идут в основном реакции гидрогенолиза, а реакции крекинга имеют второстепенное значение. Поэтому на этой стадии выход бензина небольшой (10-20%), причем получается он в основном за счет превращения кислород- и азотсодержащих соединений в углеводороды и только небольшая его часть – за счет крекинга.

Сырье 1-й ступени гидрокрекинга не должно содержать механических примесей и должно иметь четкий конец кипения. чтобы не снижать активность катализатора и тем самым увеличить срок его службы. Кроме того, в сырье содержание серы должно быть не менее 0,3-0,4% во избежание потерь серы из катализатора.

Принципиальная схема 1й и 2й ступеней гидрокрекинга показана на рис. 5.25.

Исходным сырьем I в данном случае является широкая бензодизельная фракция жидкофазного гидрирования угля. Оно проходит два последовательных теплообменника трубчатого типа. Нагретая в теплообменниках и печи 2 сырьевая смесь поступает в реакторы 3 диаметром 1 м и высотой 18 м. в каждом реакторе загружено по 8 м3 катализатора. Температура на разных уровнях реактора замеряется многозонной термопарой и обычно на выходе из реактора эта температура на 50-70 °C выше, чем на входе.

Продукты реакции IV (катализат), пройдя теплообменники, охлаждаются в холодильнике и посутпают в холодный СВД 4, после которого схема во многом повторяет схему жидкофазного гидрирования: неочищенный ВСГ очищается в абсорбере 6 и возвращается на смешение с сырьем. Жидкость же из СВД 4 проходит двухступенчатое дросселирование в ССД и СНД 5. Где отделяют бедный и богатый углеводородные газы и фенольную воду и после которых стабильный катализат VIII насосом подают подогретым в ректификационную колонну 7. В этой колонне получают бензин IX с концом кипения при 160-200 °C, в количестве 15-20%, немного газа и снизу колонны – среднее масло (КК-300-325 °C), которое может выводиться как дизельное топливо IX или являться исходным сырьем X 2й ступени гидрокрекинга.

При нормальном режиме в среднем масле должно оставаться не более 0,02% фенолов и не более 3-5 мг на литр азота, и оно должно иметь анилиновую точку не ниже +50 °C.

Основные показатели работы 1й ступени гидрокрекинга широкой фракции, полученной при жидкофазном гидрировании угля, таковы:

Производительность - 15-16 т/ч

Выход стабильного гидрогенизата (X+XI) - 94-97%

Расход водорода – 4-4,5%

Объемная скорость подачи сырья – 0,6-0,8 ч-1

Кратность циркуляции ВСГ – 2000 об/об

Количество холодного ВСГ, % от циркулирующего – 50-100

Расход холодного газа – 25000 м3/ч

Распределение холодного ВСГ в системе, %:

между печью и первым реактором – 13-15

в первый реактор – 25-27

во второй и третий реакторы – 30-35

Основной задачей 2й ступени гидрокрекинга является получение максимального количества высокооктанового бензина (поэтому эта ступень получила название «бензинирование»). На сульфид-вольфрамовом катализаторе (10% сульфида вольфрама, нанесенного на алюмосиликат) получают бензин, бутановая фракция которого состоит на 70% изобутана, и поэтому октановое число бензина достаточно высокое.

Схема 2й ступени гидрокрекинга показана на том же рис 5.25. Сырьем этой ступени является смесь среднего масла X с 1й ступени гидрокрекинга и среднего масла XII – остатка 2й ступени, рециркулирующего с целью увеличения выхода бензина. Сырье, смешанное с циркулирующим II и свежим III ВСГ, проходит, как и в 1й ступени, теплообменник 8, печь 9 и реакторы 10; катализат XIII поступает в холодный СВД 11. А далее, по аналогичной схеме, стабильный катализат XIV идет на перегонку в ректификационную колонну 14, где получают газ XVI , целевой продукт – бензин XV и рециркулирующее среднее масло XII. Трубчатая печь этой ступени имеет поверхность 2000 м2. Температура в реакторах 360-460 °C (поднимается по мере увеличения пробега), давление 25 МПа.

Некоторые показатели работы этой ступени:

Соотношение между сырьем X и рециркулятом XII - 70:30

Объемная скорость подачи сырья 1,1ч-1

Расход циркуляционного газа:

м3/м2 сырья – 550-800

м3/ч – 6-12

Производительность, м3/ч – 36

Количество получаемого бензин, м3/4 – 20-22

Возможно получение бензина из широкой фракции жидкофазного гидрирования угля в одну ступень (то есть без 1й ступени гидрокрекинга), но в этом случае необходимо проводить процесс при 70 МПа и при этом бензин можно получить в 3-4 раза более ароматизированным, чем при 30 МПа.