Краткий обзор гидрогенизации в суспензионной камере из угольного катрана:

Thread Content

Краткий обзор гидрогенизации в суспензионных котлах на угольном дегте: В последнее время интерес к гидрогенизации в суспензионных котлах значительно возрос. Под суспензионными котлами в широком смысле понимаются котлы с кипящей суспензией и котлы с пастообразной суспензией; в первых используются катализаторы на основе частиц молибдена и никеля, а во вторых — катализаторы на основе железосодержащих порошков. На сегодняшний день мы делим технологии использования суспензионных котлов на три поколения. Первое поколение включает в себя котлы с использованием катализаторов на основе железа в микрометровом размере; примером такой технологии является продукция немецкой компании Weba (в Китае – VCC). Хотя эта технология обеспечивает коэффициент преобразования тяжелого нефтяного фракта более 90%, при этом уровень выхода газа составляет более 15%, а объем получаемой гидрогенизированной нефти – более 10%. Это делает её менее привлекательной по сравнению с технологией задержанного коксования, при которой уровень получения жидкого продукта составляет около 78%. Второе поколение представляет собой технологию с использованием катализаторов на основе ферросульфата в наноразмерах в режиме пастообразного слоя; примером такой технологии является технология CanMet из Канады. В Китае процесс прямой ликвидации угля с получением нефти также основан на этой технологии. Однако по-прежнему существует проблема низкой активности железных катализаторов. Третьим поколением является молекулярно-гомогенный суспензионный катализатор на основе молибдена MCSH на молекулярном уровне; это приводит к качественным изменениям в области каталитики и технологии реакций. В частности, реактор упрощается до формы пустотелого корпуса; отсутствие нефтяной суспензии и способность катализатора противостоять образованию кокса снижают затраты на инвестиции в оборудование, а также расходы на его эксплуатацию и техническое обслуживание. В процессе продвижения технологий в данной отрасли в мировом масштабе показатели эффективности применения соответствующих решений следующие: коэффициент преобразования асфальтового тяжелого нефтяного сырья с использованием молибденовых катализаторов составляет около 70%, а при использовании железных катализаторов — около 90%. На самом деле, нет ни одного промышленного устройства, которое могло бы это сделать (хотя реклама не имеет злых намерений; в конце концов, мы, бедные исследователи, действительно можем добиться этого в лаборатории. К тому же существуют промышленные устройства, которые используются для получения определенного эффекта — они способны работать на полную мощность в течение нескольких дней). Котло-песчаная установка является наиболее распространенным устройством в мире для переработки асфальтовой нефти, однако коэффициент преобразования обычно составляет от 35% до 55%. Помимо промышленных установок на основе железных носителей, находящихся в эксплуатации у компаний Shenhua и Yanchang, почти все зарубежные промышленные и демонстрационные установки были демонтированы или списаны. Однако, по моим оценкам, уже будет хорошо, если коэффициент конверсии в этих двух установках превысит 50% (этого уже достаточно, чтобы руководство было довольно). В конце концов, отечественные промышленные версии на самом деле являются уменьшенной копией зарубежных технологий, что проявляется в снижении давления с 300 кг до менее чем 220 кг. Теоретически гидрогенизационный баланс с использованием железных катализаторов недостаточен для обеспечения стабильности процесса, за исключением случаев, когда используется термическая кристаллизация в условиях сверхвысокой температуры и высокого давления водорода. Меня спросили, что думать о том, что отечественная компания «Ван Женьруй» разработала технологию суспензионных катализаторов, имеющую собственную интеллектуальную собственность; коэффициент преобразования при использовании этой технологии превышает 90%. Во-первых, по поводу этих 90% автор не желает высказываться; он также не может сказать, какие именно продукты входят в состав этих 90% получаемой жидкости. Если это действительно так, то температура реакции должна быть очень высокой (обычно 470°C). Или же можно использовать более легкие сырьевые материалы, либо даже исключить часть сырья, содержащего осадок (это возможно). По мнению автора, системы суспензионных катализаторов на основе железного порошка всегда были проблематичными: они славились высоким уровнем превращения асфальта в другие вещества. Эту «вину» приходится брать на себя. Инженеры-разработчики неоднократно запирались в комнатах и наказывали инженеров по продажам, под предлогом того, что им нужно убрать «грязь», которую те создали. Честно говоря, не буду скрывать от вас: это тоже возможно. Но без сверхвысокого давления это будет довольно сложно. Конечно, замена давления водорода на снижение температуры в реакторе с плавающим слоем также способствует снижению выхода газа, а это улучшает технико-экономические показатели. Что касается температуры реакции, то автор хочет ещё немного подробнее об этом рассказать. Теоретически процесс гидрогенизации в суспензионной камере относится к категории гидрокракинга, поскольку механизм реакции заключается не в каталитическом гидрогенизации, а в термическом разложении в присутствии водорода; поэтому температура реакции является чрезвычайно важным показателем и параметром. Как в реакторах с кипящим слоем, так и в реакторах с подвешенным слоем температура реакции должна быть выше 410°C (в процессе VCC она достигает 470°C, а в реакторах с кипящим слоем — от 410°C до 450°C). В противном случае не только тяжелые нефтепродукты на основе асфальтенов не смогут быть разложены для получения легких продуктов, но и нефтепродукты, получаемые путем декомпрессионной перегонки (вакуумное газовое масло с температурой испарения менее 524°C), также не будут иметь высокого уровня преобразования; они будут использоваться лишь в качестве сырья для предварительного гидрирования. Пилотная установка Sinopec мощностью 50 тысяч тонн с реактором типа кипящего слоя в Цзиньлин была вынуждена прекратить работу на неопределенный срок из-за образования кокса и износа при высоких температурах. Отечественная компания Xin Qiyuan, будучи частным предприятием, нашла свой собственный путь: она снизила температуру работы своего оборудования для перегонки жидкостей мощностью 50 тысяч тонн (если учитывать также циркулирующее масло, то общая мощность составляет около 100 тысяч тонн) до уровня ниже 400°C. Кроме того, компания способна обрабатывать смесь нефтей, полученных в результате декомпрессионной перегонки, а также антраценовое масло. Это масло может использоваться в качестве средства для предварительного гидрирования или предварительной обработки в реакторах с фиксированным слоем. Такой подход позволяет избежать простоя оборудования. Однако, по мнению автора, при такой температуре степень преобразования нефтей с температурой кипения выше 360°C вряд ли превысит 20%. Это уже выходит за рамки принципов промышленного использования реакторов с фиксированным слоем и процессов гидрокракинга. Если рассматривать такой реактор лишь как дополнительный элемент для предварительной гидрирования, то, по мнению автора, лучше использовать реактор с меньшим объемом. Возможно, с помощью технических улучшений можно будет сделать так, чтобы этот реактор мог обрабатывать более тяжелые виды нефти. Поэтому мы рекомендуем, чтобы температура работы нового реактора с фиксированным слоем составляла 490°C – это позволит достичь оптимальной температуры в 450°C, характерной для использования молибденовых материалов. Бесспорно, преимуществом реакторов с кипящим слоем по сравнению с реакторами с подвешенными катализаторами на основе железа является высокая активность катализаторов на основе молибдена, более низкая температура реакции, отсутствие нефтяной смеси в нижней части реактора, а также относительно низкий уровень выхода газа. Однако из-за необходимости замены катализатора при высоком давлении и требования к наличию подвешенных частиц, реакторы с кипящим слоем являются сложными в эксплуатации; к тому же требуется значительный объем внутреннего циркуляции жидкости. Процесс реакции контролируется процессом диффузии между жидкостью и твердыми частицами, что способствует образованию кокса в системе. Это также стало движущей силой для применения технологий молекулярной гомогенности в целях модернизации производственных процессов на предприятиях, использующих котлы с кипящим слоем. Чэнь Сун (доктор)