Какие из различных способов гидрогенизации каменноугольного дегтя являются наилучшими?

Thread Content

За последние два года в стране активно появляются проекты, использующие технологию гидрогенизации каменноугольного дегтя. 30 апреля 2014 года технологический пакет установки для гидроразложения каменноугольного нафталена с использованием суспензионной каталитической колонны мощностью 500 тыс. тонн в год, принадлежащей компании Усай Тэй Цзингхуа Груп в Внутренней Монголии, был одобрен. 25 июля 2015 года была успешно запущена установка для гидрогенизации каменноугольного дегтя с использованием технологии кипящего слоя мощностью 150 тысяч тонн в год в компании Hebei Xinqiyuan Energy Technology Development Co., Ltd. Это была первая в Китае установка такого типа. В настоящее время на предприятии Anyuan Chemical Co., Ltd., входящем в группу компаний Yanchang Petroleum, находится на этапе испытаний первый этап пилотного проекта по гидроразложению всего спектра компонентов каменноугольного дегтя с использованием технологии гидроразложения в режиме суспензионной каталитической колонны. Объем производства на этом этапе составляет 500 тысяч тонн нефти, получаемой из каменноугольного дегтя. На сегодняшний день в Китае находят применение 6 типов технологий гидрообработки каменноугольного тара: технология гидрорефинирования на фиксированном слое, технология гидрокракинга на фиксированном слое, технология гидрокракинга полного спектра компонентов каменноугольного тара на фиксированном слое, совмещенная технология замедленного коксования и гидрокракинга на фиксированном слое, а также технологии гидрокракинга на подвесном и кипящем слоях. Как же сравнивать эти технологии? Какая технология станет направлением применения и поведет в будущее отрасль гидрирования каменноугольного дегтя? Эксперты отрасли высказали свои комментарии. Угольный катран — это вязкая жидкость темно-коричневого или полностью черного цвета. В зависимости от температуры дегидратации угля он делится на низкотемпературный угольный катран, среднетемпературный угольный катран и высокотемпературный угольный катран. Гидрогенизация каменноугольного нафталена — это процесс, при котором с помощью гидрорефинирования или гидротермической обработки удаляются из каменноугольного нафталена такие примеси и нечистоты, как сера, азот, кислород, металлы, а также насыщенные альдегиды и ароматические углеводороды. В результате получаются такие целевые продукты, как нейтральное нефтяное масло, дизельное топливо, тяжелое топливо с низким содержанием серы и азота. Эксперты отрасли рассказали журналистам, что принципы работы шести типов технологий гидризации каменноугольного дегтя одинаковы; различия заключаются лишь в способе предварительной обработки, а далее процесс осуществляется с использованием фиксированного слоя для гидризации. На этапе предобработки у них есть свои особенности. Технология гидрорефинирования в фиксированном слое представляет собой процесс дистилляции при нормальном и пониженном давлении. При этом весь спектр коксового нефтяного тара разделяется на легкие фракции и тяжелые масла. Легкие фракции используются в качестве сырья для дальнейшей обработки в фиксированном слое с целью удаления из них серы, азота, кислорода и т. д. Кроме того, происходит гидрогенизация эфирных соединений и некоторых ароматических веществ, в результате чего получаются нейтральный нефтяной газ и дизельное топливо с низким содержанием серы. Преимущества этой технологии заключаются в простоте процесса и небольших инвестициях, однако выход продуктов на основе легкого нефтяного топлива минимален, и она может обрабатывать только фракции при температуре ниже 350 градусов Цельсия. Технология гидрокракинга в фиксированном слое предполагает добавление этапа гидрокракинга в технологический процесс; при этом каменноугольный нафтален сначала разделяется на фракционные масла и асфальтовые продукты. При этом фракции нефти поочередно попадают в секцию гидрорефинирования и секцию гидрокракинга. В секции гидрорефинирования удаляются атомы серы, азота, кислорода и т. д., содержащиеся в сырой нефти; кроме того, происходит гидрогенизация альдегидов и некоторых ароматических веществ. На этапе гидрокракинга фракции нефти при давлении от 350 до 500 градусов Цельсия превращаются в легкие масла с температурой кипения ниже 350 градусов Цельсия, что способствует повышению выхода нефтепродуктов. Теоретически, если правильно контролировать температуру сухого точки дистиллятов при снижении давления, то эффективность использования каменноугольного катрана может увеличиться примерно на 30%. Но на практике температуру сухого точки фракционированного масла обычно трудно контролировать. В технологии гидрокракинга на фиксированном слое для всего спектра нефтей была добавлена составляющая из дегтя и асфальта, что ещё больше повысило эффективность использования каменноугольного дегтя. Зу Юйфэй, старший инженер Института низкоуглеродных чистых источников энергии в Пекине, считает, что если целевым продуктом являются топливные масла, такие как бензин или дизельное топливо, то гидроргенизация предпочтительнее коксования. Поскольку гидрогенизация позволяет более полно использовать ресурс каменноугольного тара, она способствует максимальному преобразованию сырья из каменноугольного тара в продукты легкой нефти. Совмещенная технология замедленной коксовки и гидрогенизации может служить способом переработки угольного катрана. Но его явным недостатком является высокий уровень получения кокса: значительная доля жидкого угольного тара преобразуется в твердый кокс, что с точки зрения использования ресурсов является нежелательным. Особенно с высокотемпературным каменноугольным дегтем процесс отложенной коксовки становится ещё более сложным. Инженер компании Shaanxi Shenmu Tianyuan Chemical Co., Ltd. Яо Лэй считает, что процесс деликатной коксовки представляет собой полупродолжительный производственный процесс. При этом объем обрабатываемого материала за один раз довольно велик, а эффективность процесса также высока. К тому же, в отличие от других технологий, которые требуют использования нескольких серий гидрогенизационных катализаторов, данный метод позволяет значительно снизить затраты на обработку угольного катрана, а также операционные расходы. Это, в свою очередь, способствует повышению экономической эффективности процесса обработки угольного катрана. Однако заместитель генерального директора компании Gansu Honghui Energy Chemical Co., Ltd. Чжан Цзяньцян считает, что если учитывать максимально возможный срок эксплуатации, то, хотя эффективность технологии совместной каталитической конверсии и гидрирования невысока — всего 75%, тем не менее, с учетом факторов, таких как износ катализатора и потери при запуске и остановке оборудования, эта технология остается довольно экономичной и пригодной для использования. Технологии гидрокракинга с использованием плавающих и кипящих слоев в настоящее время привлекают особое внимание. В этом технологическом реакторе катализатор находится не в состоянии покоя, а в движущемся состоянии. Благодаря реакционной среде тепло, образующееся в процессе гидрогенизации, уносится прочь, что предотвращает засорение катализаторного слоя из-за оседания загрязнителей, содержащихся в сырье, и образования кокса. Некоторые специалисты считают, что в реакторах с подвешенным или кипящим слоем катализатор можно заменять его в процессе работы, тем самым сохраняя стабильность его активности внутри реактора. Это позволяет обеспечить стабильную работу реактора в течение длительного времени, повысить коэффициент преобразования каменноугольного нефтяного тара и выход легких нефтепродуктов; уровень выхода нефти может достигать 90% и даже больше. Чжу Юйфэй считает, что технология гидрогенизации в подвесном слое более подходит для переработки угольного катрана, поскольку она позволяет обрабатывать тяжелые нефти с высоким содержанием асфальтенов и обладает значительными преимуществами при работе с сырьем, содержащим большое количество примесей. По его мнению, не все технологии гидрогенизации в суспензионных камерах могут быть применены для переработки каменноугольного нафталена, поскольку реакционные свойства каменноугольного нафталена отличаются от свойств нефтяных фракций; для достижения хороших результатов гидрогенизации требуются соответствующие катализаторы и условия процесса. Ван Сюэбинг, генеральный директор компании Shandong Zibo Taitong Catalysis Technology Co., Ltd., считает, что в процессе гидрогенизации каменноугольного нафталена в суспензионной камере катализатор находится в состоянии суспензии в каменноугольном нафталене. Плотность катализатора близка к плотности реагентов, что обеспечивает равномерную реакцию катализатора с каменноугольным нафталеном и высокую активность реакции. Зан Сяоцзин, директор Института ликвидации угля при Главном институте угольных наук, считает, что технологии гидрокракинга в реакторах с подвешенным слоем и кипящим слоем имеют разные реакторы, разные реакционные системы и уровень сложности реакций. Поэтому необходимо сравнивать затраты на эксплуатацию, степень сложности управления и инвестиции. Старший инженер компании Sinopec Luoyang Engineering Co., Ltd. Цзо Теэ дополнительно пояснил, что система добавления и замены катализаторов в реакторах с кипящим слоем является сложной, в связи с чем затраты на её создание на 10–15% выше, чем при использовании реакторов с подвешенным слоем. Технология плавающего слоя предполагает постоянную подачу катализатора в реактор, что обеспечивает использование самого свежего катализатора в процессе реакции с угольным нафталином. В результате практически весь асфальт, содержащийся в нафталине, превращается в продукт реакции. Уровень выхода продукта высок: для угольного нафталина средней и низкой температуры он составляет 92%, а для угольного нафталина высокой температуры — 83%. Почетный председатель Шэньсийского общества химической промышленности Хэ Йонгде провел сравнение различных методов: при использовании технологии гидроразложения на фиксированном слое с использованием каменноугольного дегтя в полном составе получается на 10% больше нефти, однако потребление водорода выше; на производство 1 тонны нефти требуется на 200 кубических метров больше водорода, чем при использовании комбинированной технологии задержанного коксования и гидроразложения на фиксированном слое. С точки зрения инвестиций, технология гидроразложения угольного катрана на фиксированном слое требует на 25–30% меньших инвестиций, чем комбинированная технология задержанной коксовки и гидроразложения на фиксированном слое. При использовании одного и того же угольного катрана, с учетом всех факторов, экономическая эффективность обеих технологий примерно одинакова. Технологии водородной гидрогенизации в плавающих и кипящих слоях обеспечивают более высокий уровень получения нефти по сравнению с технологией на твердом слое. Заместитель генерального директора компании Shoushan Coking Company в Пиндиншане, провинция Хэнань, Ли Чжиюэ, генеральный директор компании Henan Baoshuo Tar Chemical Co., Ltd. Чжан Синьцяо и другие специалисты единодушно считают, что гидрогенизация в режиме плавающего или кипящего слоя является технологическим направлением для гидрогенизации угольного тара. Этот метод позволяет получать высокий процент превращения сырья в готовую продукцию, а также подходит для гидрогенизации всех фракций угольного тара при высоких температурах. Только некоторые из них поддерживают котлочные установки, а другие — плавающекорпусные. Чжан Цзяньцян отметил, что плавающие и кипящие котлы отличаются лишь способом перемешивания, но оба являются направлениями развития в будущем. Однако можно ли, чтобы система работала стабильно в течение длительного времени при полной нагрузке, можно узнать только после года непрерывной эксплуатации. Как сообщили журналистам такие эксперты, как Гао Гун Цао Сяньюн из компании Xinjiang Guanghui Energy, а также другие специалисты, суспензионные и кипящие котлы являются наиболее современными технологиями для гидрогенизации угольного нефтяного эфира. Однако инвестиции в их внедрение довольно велики. Путь следует определять в зависимости от качества каменноугольного тара и масштабов его переработки. Если качество каменноугольного тара хорошее, а масштабы переработки невелики, то подходят как фиксированные каталитические установки, так и метод замедленной каталитической конверсии; более того, даже высокотемпературный каменноугольный тар в небольших масштабах может обрабатываться с использованием фиксированных каталитических установок для гидрогенизации. Что касается высокотемпературного угольного тара с большим объемом переработки, высоким содержанием асфальтенов и металлов, то для него более подходят технологии гидроразложения в суспензионных и кипящих камерах. Главный инженер компании Shandong Jineng Coal Chemical Co., Ltd. Фань Аньлин сказал журналистам, что не существует абсолютно лучшего варианта — либо использование суспензионной камеры, либо камеры кипения. Выбор технологического решения должен осуществляться на основе сравнения таких факторов, как качество каменноугольного нафталена, наличие ресурсов каменноугольного нафталена, финансовые возможности компании, качество топлива, получаемого в результате гидрогенизации каменноугольного нафталена, а также цены на готовую нефть. Необходимо также учитывать экономические аспекты для принятия решения. Помимо производства нефтепродуктов с помощью технологии гидрирования каменноугольного нафталена, в практике применяются и другие подходы. Как известно, в настоящее время большинство установок для гидрогенизации каменноугольного катрана используют нефтяной нейтрал и легкий дизельное топливо в качестве конечной продукции. Основной особенностью этих продуктов является высокое содержание ароматических и циклоалкановых углеводородов. При этом потенциальное содержание ароматических углеводородов обычно составляет 70–80%, что значительно выше, чем в нефти; это делает его ценным сырьем для производства ароматических углеводородов. Чжу Юйфэй заявил, что при использовании технологии селективной гидроразгонки можно преобразовать многокольцевые ароматические углеводороды в однокольцевые, которые затем будут использоваться для производства ароматических продуктов. Это позволяет избежать проблемы низкого октанового числа легкого дизельного топлива, а также эффективно использовать ароматические ресурсы, содержащиеся в этом фракционном масле. Угольный катехин используется в процессе гидрогенизации для производства ароматических продуктов, а также позволяет снизить потребление водорода в производственном процессе. Эксперты в отрасли, включая Ли Чжиюэ, также отмечают, что если каменноугольный деготь использовать для производства ароматических углеводородов, это позволит значительно повысить эффективность установок каталитического риформинга, а также полностью раскрыть преимущества этого сырья. Ароматические углеводороды имеют высокую добавленную стоимость, к тому же на них нет налога на потребление — это правильное направление, экономически оно определенно разумно. Однако некоторые специалисты считают, что вопрос о вводе производства ароматических углеводородов также должен определяться на основе рынка их производства и продаж в регионе, где расположена компания.