Główne czynniki wpływające na procesy katalitycznego uwodornienia
Główne czynniki operacyjne wpływające na uwodornienie katalityczneproces w praktyce to temperatura reakcji, ciśnienie reakcji, stosunek wodoru do oleju, prędkość powietrza reakcyjnego, aktywność katalizatora, czystość wodoru zawracanego do obiegu oraz skład i charakter surowca.
1. Temperatura reakcji
Temperatura reakcji jest głównym sposobem kontrolowania szybkości odsiarczania, odazotowania i konwersji otrzymanego oleju. Podwyższenie temperatury reakcji może poprawić szybkość odsiarczania i odazotowania oraz stworzyć warunki dla reakcji krakingu. Podwyższenie temperatury reakcji ma istotny wpływ na skład chemiczny produktu, zwiększając zawartość n-alkanów, zmniejszając zawartość izoalkanów, zmniejszając stosunek izoalkan/n-alkan i zwiększając stopień nasycenia olefinami, w wyniku czego w lepszej stabilności produktu. Proces uwodorniania jest procesem egzotermicznym i wzrost temperatury nie sprzyja temu procesowi. Zbyt wysoka temperatura reakcji będzie prowadzić do zmniejszenia konwersji, dlatego w praktyce należy dobrać odpowiednią temperaturę reakcji.
Wzrost temperatury reakcji spowoduje szybsze koksowanie powierzchni katalizatora i wpłynie na jego żywotność. Dlatego na wybór warunków temperaturowych zasadniczo wpływa aktywność katalizatora, warunki pracy i wydajność katalityczna.
Na wybór warunków temperaturowych zasadniczo wpływa wiele czynników, takich jak aktywność katalizatora, graniczne temperatury pracy i rozkład produktu. Zasadniczo stosuje się najniższą możliwą temperaturę, o ile pozwala na to aktywność katalizatora. Stosuje się najniższą możliwą temperaturę reakcji tak długo, jak pozwala na to aktywność katalizatora.
2. Ciśnienie reakcji
Rzeczywistym czynnikiem wpływającym na ciśnienie reakcji jest ciśnienie cząstkowe wodoru. Zwiększenie ciśnienia cząstkowego wodoru w układzie sprzyja reakcji uwodornienia, przyspiesza uwodornienie olefin i związków aromatycznych, zwiększa szybkość odsiarczania i odazotowania, korzystnie wpływa na usuwanie gum i asfaltenów, dzięki czemu otrzymany produkt charakteryzuje się niską ceną bromu, zawiera mniej związków siarki i azotu, ma dobrą stabilność oleju i może zwiększyć punkt dymienia paliwa do silników odrzutowych i szesnastą wartość spalania oleju napędowego. Jednocześnie zwiększenie ciśnienia cząstkowego wodoru może również zapobiegać lub ograniczać koksowanie, co sprzyja utrzymaniu aktywności katalizatora i poprawie stabilności katalizatora. Wybór ciśnienia reakcji jest związany z charakterem obrabianego surowca, im więcej wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i zanieczyszczeń znajduje się w surowcu. Im więcej PAH i zanieczyszczeń jest obecnych w surowcu, tym wyższe jest wymagane ciśnienie reakcji. Nadmierne ciśnienia cząstkowe wodoru prowadzą do zwiększonych inwestycji w instalację i odpowiednio zwiększonych kosztów operacyjnych. Dlatego ciśnienie reakcji należy określić zgodnie z wymaganiami zamierzonego produktu i charakterem przetwarzanego surowca.
3. Stosunek wodoru do oleju
Wielkość stosunku wodoru do oleju lub ilość krążącego wodoru jest bezpośrednio związana z ciśnieniem cząstkowym wodoru i czasem przebywania oleju, a także wpływa na szybkość parowania oleju. Wzrost krążącego wodoru zapewnia, że w układzie występuje wystarczające ciśnienie cząstkowe wodoru do zajścia reakcji uwodornienia. Ponadto nadmiar wodoru
gaz służy do ochrony powierzchni katalizatora iw pewnych granicach zapobiega skraplaniu i koksowaniu oleju na powierzchni katalizatora. Również
Zwiększony stosunek wodoru do oleju może z czasem odprowadzać ciepło reakcji z układu, co sprzyja bilansowi cieplnemu złoża reakcyjnego, a tym samym tworzy reaktor. Temperaturę wewnątrz reaktora można regulować płynnie.
Jednak zbyt duży stosunek wodoru do oleju spowoduje zwiększenie spadku ciśnienia w układzie i skrócenie czasu kontaktu oleju z katalizatorem, co doprowadzi do zmniejszenia głębokości reakcji, zwiększenia obciążenia cyrkulatora i wzrostu poboru mocy.
Stosunek wodoru do oleju=objętość krążącego wodoru (Nm3 /h) / objętość paszy (m3 /h)
Normalnie natężenie przepływu krążącego wodoru powinno być stałe przez cały cykl pracy katalizatora, ponieważ częste zmiany pracy sprężarki nie są możliwe.
4. Prędkość lotu
Prędkość powietrza jest stosunkiem objętości zasilania do ładunku katalizatora i dzieli się na dwa rodzaje: prędkość objętościową i prędkość masową.
Prędkość lotu (godz-1)=objętość zasilania reaktora (m3/h) / objętość wsadu katalizatora reaktora (m3)
Zmniejszając prędkość lotu, wydłuża się czas reakcji surowca, zwiększa się głębokość i zwiększa się współczynnik konwersji. Jednakże, jeśli prędkość powietrza jest zbyt mała, wtórna reakcja krakingu nasila się i chociaż można wtedy zwiększyć całkowitą konwersję, następuje odpowiedni wzrost wytwarzanych gazowych węglowodorów. Jednocześnie prawdopodobieństwo koksowania kondensacyjnego wzrasta w pewnych temperaturach ze względu na wydłużony czas przebywania cząsteczek oleju w katalizatorze. Dlatego niska prędkość powietrza przez długi okres czasu jest szkodliwa dla aktywności katalizatora. Wybór prędkości zmienia się w zależności od rodzaju surowca i katalizatora. Wzrost prędkości lotu oznacza wzrost zdolności przerobowych, dlatego należy zwiększyć prędkość lotu tak bardzo, jak to możliwe, bez wpływu na głębokość konwersji surowca. Jednak wzrost prędkości powietrza jest ograniczony obciążeniem projektowym sprzętu i odpowiednimi granicami temperatury.
5. Aktywność katalizatora
Aktywność katalizatora ma znaczący wpływ na warunki prowadzenia uwodorniania, wydajność produktu i właściwości produktu, zwiększenie aktywności katalizatora może obniżyć temperaturę i ciśnienie w reaktorze, zwiększyć prędkość powietrza lub zmniejszyć stosunek wodoru do oleju. Zwiększenie selektywności katalizatora skutkuje wytwarzaniem większej ilości zamierzonego produktu, ograniczeniem zbędnych reakcji ubocznych oraz zwiększeniem odporności katalizatora na toksyczność. Wraz ze wzrostem cyklu rozruchu aktywność katalizatora stopniowo maleje, w którym to momencie temperatura reakcji musi być odpowiednio zwiększona, aby utrzymać zaprojektowaną szybkość konwersji. Należy zauważyć, że poziom działania i różne nieprawidłowe metody działania mają znaczący wpływ na aktywność katalizatora podczas produkcji i należy zwrócić na to uwagę zaangażowanych osób.
6. Czystość krążącego wodoru
Czystość krążącego wodoru jest bezpośrednio związana z ciśnieniem cząstkowym wodoru w złożu katalizatora, a utrzymanie wysokiej czystości krążącego wodoru pozwala utrzymać wysokie ciśnienie cząstkowe wodoru, co jest korzystne dla reakcji uwodornienia i jest kluczowym elementem ulepszania produktu jakość. Jednocześnie utrzymanie wysokiej czystości krążącego wodoru ogranicza również kondensację oleju i koksowanie na powierzchni katalizatora, co chroni katalizator i pomaga poprawić jego aktywność i stabilność oraz wydłużyć jego żywotność. Jednakże, jeśli wymagana jest zbyt wysoka czystość krążącego wodoru, konieczne jest odprowadzanie dużej ilości wodoru odpadowego. Powoduje to zwiększone zużycie wodoru i wyższe koszty. Ogólnie czystość krążącego wodoru jest kontrolowana tak, aby wynosiła nie mniej niż 85 procent. Jeśli czystość wodoru jest niższa niż 85 procent, część wodoru poddanego recyklingowi będzie musiała zostać odprowadzona z instalacji i konieczne będzie dodanie nowego wodoru.
7. Rodzaj surowca
Względna stałość charakteru surowca jest ważnym czynnikiem wpływającym na płynne działanie. Jeśli surowiec staje się ciężki, należy zwiększyć temperaturę złoża, aby utrzymać określony współczynnik konwersji. Ponadto duży wpływ na przebieg reakcji hydrorafinacji i hydrokrakingu mają zmiany zawartości zanieczyszczeń surowca (np. siarki, azotu). Z punktu widzenia egzotermii zarówno reakcji odsiarczania, jak i odazotowania, wzrost zawartości zarówno siarki, jak i azotu będzie miał wpływ na wzrost temperatury reakcji. Jednak wzrost zawartości siarki spowoduje wytwarzanie dużych ilości H2S, który tworzy sole z NH3 wytwarzanym przez odazotowanie i blokuje system. Jednocześnie wysokie stężenie H2S może również powodować korozję sprzętu, a stężenie H2S w systemie nie powinno normalnie przekraczać 2 procent . Gdy stężenie siarkowodoru w krążącym wodorze jest wyższe niż 2%, należy zainstalować dodatkowe urządzenia odsiarczania wodoru obiegowego. Azot z hydrogenolizy wytwarza NH3, który zmniejsza aktywność katalizatora. Dlatego charakter surowca musi być ściśle kontrolowany.
Tam, gdzie wybrano katalizator i olej surowcowy, najważniejszy jest wpływ temperatury. W normalnych warunkach produkcyjnych ciśnienie w układzie i nowa czystość wodoru nie różnią się znacznie, a stosunek wodoru do oleju jest zasadniczo stały, więc temperatura staje się najskuteczniejszą kontrolą.
Zanieczyszczenia w surowcu (np. siarka), zwłaszcza azot, wpływają zarówno na reakcje hydrorafinacji, jak i hydrokrakingu. Z tego powodu temperatura złoża reaktora musi być dostosowana do ilości siarki i azotu zawartych w surowcu.
