11.3.2. Общее давление и парциальное давление водорода

В случае гидроочистки бензиновых фракций, находящихся при температурах процесса в газовой фазе, термодинамические огра­ничения гидрирования серу-, азотсодержащих соединений и алке­нов определяют глубину гидроочистки при парциальных давлениях водорода ниже 2,5—3 МПа. При более высоких парциальных дав­лениях водорода термодинамические ограничения отсутствуют. Дальнейшее повышение общего давления при заданном соотноше­нии водород: сырье мало влияет на степень очистки, так как по­верхность катализатора насыщена водородом; повышение давле­ния в этом случае увеличивает время реакции. При постоянном общем давлении и повышении парциального давления водорода в результате увеличения отношения водород: сырье степень очист­ки понижается вследствие уменьшения парциального давления сырья. При общем давлении 4—5 МПа и парциальном давлении водорода 3,5—4 МПа достигается очень глубокая очистка бензи­нов прямой перегонки нефти.

В случае гидроочистки фракций 200—350 °С повышение общего давления при заданном соотношении водород: сырье ухудшает результаты процесса при выделении жидкой фазы; в области дав­лений ниже давления начала конденсации сырья повышение дав­ления увеличивает глубину очистки. При заданном общем давле­нии и повышении соотношения водород: сырье результаты очистки улучшаются до полного испарения сырья. В случае наличия жид­кой фазы транспортирование водорода к поверхности катализа­тора обычно является лимитирующей стадией процесса и повы­шение парциального давления водорода увеличивает скорость диффузии в результате как пропорциональности ее парциальному давлению водорода, так и уменьшения доли сырья, находящегося в жидкой фазе, т. е. уменьшения толщины пленки жидкости на поверхности катализатора.

После полного испарения сырья глу­бина гидроочистки с увеличением парциального давления водорода при неизменном общем давлении уменьшается вследствие сниже­ния парциального давления сырья (рис. 11.1). При общем давле­нии 4—5 МПа и парциальном давлении водорода 3—4 МПа до­стигается хорошая очистка легких газойлей.

Сырье, перегоняющееся выше 350 °С, находится при гидро­очистке в основном в жидкой фазе, и повышение парциального давления водорода до очень высоких значений увеличивает ско­рость очистки, ускоряя транспортирование водорода через пленку жидкости к поверхности катализатора. Из-за удорожания обору­дования увеличение давления ограничивается; обычно оно не пре­вышает 7—8 МПа, однако применяются и более высокие давления.

В случае снижения парциального давления водорода до 1,3—1,5 МПа при 400—420 °С очистка бензиновых фракций проходит в режиме автогидроочистки, т. е. водород, необходимый для гидрирования серусодержащих соединений, образуется при дегидрировании циклоалканов и алканов, и вводить водород извне не нужно. Глубина обессеривания при этом, конечно, ниже, чем при высоких парциальных давлениях водорода, срок работы катализатора уменьшается в результате закоксовывания активных центров гидрирования-дегидрирования до 600—1000 ч. С утяжелением сырья парциальное давление водорода без ввода водорода извне сильно снижается в результате увеличения содержания в выше кипящих фракциях аренов, поэтому для фракций тяжелее бензина автогидроочистка неприменима вследствие как низкой глубины обессеривания, так и быстрой дезактивации катализатора.

Автогидроочистка вообще оправдана в немногих случаях: в отсутствие источника получения водорода извне и при низких требованиях к качеству очищенного продукта.