Proiectarea Tehnologică a Unei Instalații de Hidrofinare a Unui Amestec de Benzine

1 INTRODUCERE

1.1 Generalitaţi

Procedeele de tratare cu hidrogen au evaluat foarte rapid şi s-au dezvoltat în domenii foarte variate ale industriei de prelucrare, de la rafinarea fracţiunilor petrolifere cu hidrogen sub denumirea de "hidrofinare", până la hidrogenarea însoţită de reacţii de cracare şi disproporţionare, sub denumirea de "hidrocracare".

Procesele de hidrotratare, în care reacţiile principale sunt reacţiile de hidrogenare a alchenelor şi a aromaticelor, de hidrogenoliză a compuşilor cu grupări funcţionale conţinând sulf, azot, oxigen, metale, precum şi reacţii de hidroizomerizare. Din această categorie fac parte procesele de hidrofinare, hidrogenare selectivă şi de hidroizomerizare.

Hidrotratarea a fost introdusă în practica industrială înaintea hidrocracării, iniţial fiind dezvoltate procedeele de hidrofinare a benzinelor pentru reformarea catalitică, pentru ca apoi să fie extinsă la aproape toate fracţiunile petroliere, de la benzine până la produsele grele reziduale.

În distribuţia capacităţilor de hidrofinare primul loc îl deţine hidrofinarea benzinelor utilizate ca materii prime pentru reformarea catalitică, însă este în continuă creştere capacitatea afectată hidrofinării petrolurilor, a motorinelor primare şi a celor provenite din procese distructive de prelucrare a uleiurilor, a parafinei, a distilatelor grele de vid, precum şi a hidrofinării reziduurilor.

În urmatorul deceniu, disponibilitatea stocurilor de ţiţei care să conţină cât mai puţin sulf va fi din ce in ce mai mică, iar cererea de distilate medii cu conţinut redus de sulf va fi în continuă crestere. Aceasta noua situatie va forţa companiile producatoare de combustibili să investeasca in modernizarea instalaţiilor deja existente si/sau sa construiască noi unitati pentru a veni în întâmpinarea cerinţelor din ce in ce mai severe privind continuţul compuşilor indezirabili din combustibili, in special a celor cu sulf.

1.2 Scopul procesului

Prin hidrofinare (hidro-rafinare) si hidrotratare se inteleg procesele de tratare cu hidrogen a fractiunilor petroliere pe catalizatori monofunctionali sulfuri sau oxizi metalici, prin care se urmareste eliminarea compusilor heteroatomici, hidrocarburilor nesaturate si partial a aromaticelor din fractiunile petroliere. Hidrofinarea a aparut din necesitatea desulfurarii distilatelor atmosferice pentru respectarea normelor impuse produselor finale sau in cazul benzinelor, pentru a le face apte pentru alimentarea reformarii catalitice in scopul protejarii catalizatorilor platinici. Cresterea exigentelor calitative privind continutul de sulf si de azot in distilatele grele si cele de vid a condus la situatia in care hidrogenoliza legaturilor C-S si C-N, asigurata de hidrofinarea clasica sa nu mai fie suficienta. În plus a intervenit necesitatea indepartarii Ni si a V continuti in structuri chimice mai complexe, in special pentru a putea supune distilatele grele de vid cracarii catalitice.

Aceste cerinte noi au impus modificari ale sistemului catalitic si ale regimului tehnologic al hidrofinarii, pentru a se asigura hidrogenarea prealabila a unor legaturi C-C astfel incat heteroatomii de S, N, V, Ni continuti in fractiune sa poata deveni accesibili si sa poata fi eliminati.

Probleme si mai dificile au aparut odata cu inasprirea normelor privind continutul de sulf, azot si metale in combustibilii reziduali. Dificultatile erau determinate de faza mixta vapori/lichid in care au loc aceste procese, hidrogenul fiind nevoit sa difuzeze prin pelicula lichida pentru a atinge centrele active ale catalizatorului.

Hidrotatarea constituie o alta categorie de procese, in care, in afara reactiilor de hidrogenoliza, are loc hidrogenarea aromaticelor bi-si policiclice in hidrocarburi hidroaromatice.

În cazul motorinelor rezulta in urma procesului o crestere semnificativa a cifrei cetanice, motorine puternic aromatice cum sunt cele rezultate din cracarea catalitica devin apte pentru a fi folosite drept combustibil diesel.

În cazul uleurilor, hidrotatarea conduce la cresterea indicelui de viscozitate, in conditii ce sunt de multe ori de preferat solventarii selective.

Realizarea hidrogenarii partiale a hidrocarburilor aromatice policiclice impune hidrotratarii un regim tehnologic mai sever decat cel al hidrofinarii si folosirea unor catalizatori specifici.

Cu toate ca, asa cum rezulta din cele expuse, hidrofinarea distilatului si a reziduurilor si hidrotratarea prezinta deosebiri importante, multitudinea aspectelor comune permite tratarea in comun a bazelor teoretice.

1.3 Materii prime

Aplicarea hidrofinarii in industria de prelucrare a titeiului a fost stimulata de sursele de hidrogen disponibile in rafinarii prin dezvoltarea procesului de reformare catalitica. Se supun hidrofinarii o gama larga de produse petroliere : benzine de la distilarea atmosferica, benzine rezultate din procese distructive, motorine de diverse proveniente, distilate grele, uleiuri lubrifiante, parafine, cerezine, titei si reziduuri.

Scopul procesului de hidrofinare este pe de o parte, de a ameliora caracteristicile produselor finite astfel incat acestea sa fie in conformitate cu normele de poluare existente si pe de alta parte, de a furniza materii prime proceselor de izomerizare, reformare, cracare catalitica si hidrocracare.

1.4 Tipuri de procese de tratare cu hidrogen

Procesele de tratare cu hidrogen, aplicate in rafinarii , pot fi grupate in doua mari categorii :

• procese de hidrotratare : in care reactiile principale sunt reactiile de hidrogenare a alchenelor si a aromaticelor, de hidrogenoliza a compusilor cu grupari functionale continand sulf, azot, oxigen, metale precum si reactii de hidroizomerizare ;

• procesele de hidrocracare : in care reactiile principale sunt reactiile de disproportionare, pe catalizatori bifunctionali, avand drept rezultat modificarea sensibila a masei moleculare a fractiunilor obtinute.

1.4.1 Procese de hidrotratare

Hidrotratarea se aplica unei game foarte largi de fractiuni petroliere : benzine, petroluri, motorine, uleiuri, parafine, cerezine, reziduuri si titeiuri.

Hidrotratarea benzinelor se realizeaza in trei variante de proces :

• hidrotratarea benzinelor utilizate drept componenti pentru benzinele comerciale – cu reducerea continutului compusilor cu sulf ;

• hidrotratarea benzinelor folosite ca materii prime in procesul de reformare catalitică

reducerea continutului de hidrocarburi nesaturate si a compusilor cu sulf, azot oxigen, arsen, plumb;