Переработка тяжелых нефтей и нефтяных остатков. Гидрогенизационные процессы

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Hydroprocessing
of Heavy Oils
and Residua

Jorge Ancheyta
Instituto Mexicano del Petroleo
Instituto Politécnico Nacional
Mexico City, Mexico
James G. Speight
CD & W Inc.
Laramie, Wyoming, U.S.A.

CRC Press is an imprint of the
Taylor & Francis Group, an informa business

Boca Raton   London   New York

© 2007 by Taylor & Francis Group, LLC

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Санкт-Петербург

2012

Переработка тяжелых нефтей 
и нефтяных остатkов

Гидрогенизационные 
процессы

Перевод с английского языка под редакцией
О. Ф. Глаголевой

Х. Анчита, Дж. Спейт (ред.)

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

УДК 663.63 
ББК 35.514
А 74

А 74  Х. Анчита, Дж. Спейт (ред.). Переработка тяжелых нефтей и нефтяных остатков. Гидрогенизационные процессы : пер. с англ. / [Х. Анчита и др.] ; под ред. 
О. Ф. Глаголевой. — СПб. : ЦОП «Профессия», 2012. — 384 с., ил. 

ISBN 978-5-91884-040-5

В книге собраны и доступно изложены сведения из многочисленных источников, посвященных особенностям гидрогенизационной переработки тяжелого нефтяного сырья.
Обсуждены вопросы, связанные с химизмом, термодинамикой и кинетикой гидрогенизационных процессов (гидроочистки, гидрокрекинга), а также особенностями основных 
реакций. Выполнен анализ характеристик различных типов реакторов — с неподвижным, 
движущимся и кипящим слоем катализатора. Приведены принципиальные схемы процессов 
гидропереработки, параметры режима.
В книге подробно рассмотрены катализаторы гидропереработки с характеристикой 
носителей, вопросы дезактивации катализаторов и их регенерации.
Особый интерес представляют разделы, связанные с промышленными процессами 
гидроочистки и гидрокрекинга. Кратко описаны отдельные промышленные варианты гидропереработки атмосферных и вакуумных остатков, разработанные ведущими зарубежными 
фирмами.
Рассмотрены перспективы развития технологий и создания катализаторов гидропереработки на основе результатов экспериментальных  работ. 
Книга рекомендована специалистам в области переработки нефти, а также менеджерам и сотрудникам нефтяных компаний, работникам НПЗ, аспирантам, магистрам и студентам профильных вузов.
УДК 663.63
ББК 35.514

Copyright © 2007 Taylor & Francis Group, LLC
All Rights Reserved. Authorized translation from English language edition published by CRC Press, 
part of Taylor & Francis Group LLC

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного 
разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, 
имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту 
приводимых сведений и не несет ответственности за  возможные ошибки, связанные с использованием книги. 

ISBN 978-0-8493-7033-5 (англ.)  
© 2007 by Taylor & Francis Group, LLC

ISBN 978-5-91884-040-5 
© ЦОП «Профессия», 2012  

 
© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2012

 

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru


                ОГЛАВЛЕНИЕ




Предисловие к русскому изданию............................................10
Предисловие...............................................................12
Редакторы.................................................................14
Соавторы..................................................................15
Список сокращений.........................................................16

1.    Тяжелые нефти и остатки.............................................17
1.1.  Введение............................................................17
1.2.  Нефть...............................................................20
1.3.  Тяжелая нефть.......................................................22
1.4.  Битумы и битуминозный песчаник......................................23
1.5.  Остатки.............................................................25
Литература................................................................30

2.    Оценка сырья и его состав...........................................31
2.1.  Введение............................................................31
2.2.  Оценка сырья........................................................33
      2.2.1. Элементный (полный) анализ...................................33
      2.2.2. Содержание металлов..........................................34
      2.2.3. Плотность и удельный вес.....................................35
      2.2.4. Вязкость.....................................................37
      2.2.5. Углеродистый остаток (коксуемость)...........................41
      2.2.6. Удельная теплоемкость........................................42
      2.2.7. Теплота сгорания.............................................42
2.3.  Хроматографические методы...........................................43
2.4.  Молекулярная масса..................................................45
2.5.  Физический состав...................................................46
      2.5.1. Отделение асфальтенов........................................46
      2.5.2. Фракционирование.............................................47
Литература.................................................................49

3.    Химия процессов гидропереработки....................................52
3.1.  Введение............................................................52
3.2.  Термодинамические аспекты...........................................53
3.3.  Кинетика реакций в гидрогенизационных процессах.....................53
3.4.  Гидрирование........................................................59
      3.4.1. Гидрокрекинг.................................................61
      3.4.2. Гидроочистка.................................................62
3.5.  Молекулярная химия..................................................63
Литература.................................................................68

4.    Термодинамика реакций гидрогенизационных процессов..................70
4.1.  Введение............................................................70
4.2.  Теоретические исследования..........................................71
      4.2.1. Методы вкладов групп.........................................71
      4.2.2. Термодинамика гидрирования ароматических углеводородов.......72
             4.2.2.1. Константы равновесия и стандартные энтальпии........73

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены. вдвдвд.ерсргоГ.ги

Оглавление

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены. вдвдвд.ерсргоГ.ги

             4.2.2.2. Бензол и его гомологи..................................73
             4.2.2.З. Полициклические ароматические соединения...............75
      4.2.3. Термодинамика гидродесульфуризации..............................78
             4.2.3.1. Маршруты реакции гидродесульфуризации..................80
             4.2.3.2. Реакция рекомбинации...................................81
      4.2.4. Термодинамика гидродеазотирования...............................82
4.3.  Экспериментальные исследования.........................................86
      4.3.1. Оборудование и методика.........................................86
      4.3.2. Результаты и обсуждение.........................................86
4.4.  Выводы.................................................................88
Благодарности.................................................................89
Литература....................................................................89

5.    Реакторы гидропереработки..............................................91
5.1.  Введение...............................................................91
5.2.  Характеристики реакторов...............................................92
      5.2.1. Реакторы с неподвижным слоем катализатора.......................95
      5.2.2. Реакторы с подвижным слоем.....................................109
      5.2.3. Реакторы с кипящим слоем катализатора..........................113
      5.2.4. Реакторы с суспендированным слоем катализатора.................122
5.3.  Параметры процессов...................................................125
      5.3.1. Полное давление процесса и парциальное давление водорода.......125
      5.3.2. Температура реакции............................................128
      5.3.3. Соотношение водород / сырье и скорость рециркуляции газа.......135
      5.3.4. Удельная (объемная или массовая) скорость и расход свежего сырья.138
Литература..................................................................141

6.    Характеристики катализаторов гидропереработки тяжелого сырья..........145
6.1.  Введение..............................................................145
6.2.  Свойства тяжелого нефтяного сырья.....................................148
6.3.  Катализатор...........................................................156
      6.3.1. Носитель.......................................................156
      6.3.2. Химический состав носителя.....................................162
      6.3.3. Форма и размеры частиц катализатора............................165
      6.3.4. Механические свойства..........................................171
      6.3.5. Состав катализатора............................................172
6.4.  Характеристики катализаторов..........................................175
6.5.  Деактивация катализаторов.............................................185
6.6.  Регенерация деактивированных катализаторов............................196
6.7.  Реакторы и процессы гидропереработки тяжелой нефти....................197
6.8.  Закупорка слоя........................................................202
6.9.  Заключение............................................................206
Благодарность...............................................................208
Литература..................................................................208

7.    Катализаторы гидропереработки тяжелой нефти «Майя»....................221
7.1.  Введение..............................................................221
7.2.  Состав тяжелой нефти «Майя»...........................................224
7.3.  Носитель и активный металл катализатора гидропереработки нефти «Майя»...227

Оглавление

7

      7.3.1. Носитель........................................................227
      7.3.2. Катализатор.....................................................231
      7.3.3. Определение свойств свежего катализатора........................232
7.4.  Экспериментальные работы, посвященные катализаторам гидропереработки
      тяжелой нефти «Майя»...................................................237
      7.4.1. Загрузка катализатора и его предварительная обработка...........237
      7.4.2. Сырье для гидропереработки и его состав.........................239
      7.4.3. Активные центры и каталитическая активность.....................239
      7.4.4. Разбавление бензиновой фракцией.................................241
      7.4.5. Разбавление дизельной фракцией..................................246
              7.4.5.1. Влияние состава носителя..............................246
              7.4.5.2. Влияние структурных свойств...........................248
      7.4.6. Неразбавленная нефть «Майя».....................................249
7.5.  Деактивация отработанного катализатора и его свойства..................252
      7.5.1. Деактивация катализатора........................................252
      7.5.2. Свойства отработанного катализатора.............................253
      7.5.3. Стабильность катализаторов......................................257
      7.5.4. Закупорка устьев пор (полуколичественный анализ деактивации пор)... .261
7.6.  Заключение.............................................................264
Благодарности................................................................265
Литература...................................................................265

8.    Влияние состава сырья на работу катализаторов гидропревращения.........272
8.1.  Введение...............................................................272
8.2.  Асфальтены.............................................................273
8.3.  Изменчивость растворимости асфальтенов.................................276
8.4.  Закоксовывание.........................................................278
8.5.  Ванадий и никель.......................................................281
8.6.  Соединения серы........................................................285
8.7.  Соединения азота.......................................................286
8.8.  Заключительные примечания.
      Принципы разработки перспективных катализаторов........................287
Литература...................................................................288

9.    Процессы гидропереработки..............................................293
9.1.  Введение...............................................................293
9.2.  Варианты процессов.....................................................294
      9.2.1. Процесс АВС.....................................................298
      9.2.2. Процесс Адиасопуегыоп...........................................298
      9.2.3. Процесс гидрокрекинга САЫМЕТ....................................299
      9.2.4. Процессы обессеривания остатков КЛ8 котах
              и РВОВ компании Скекгоп........................................300
      9.2.5. Процесс гидроочистки деасфальтизата компании Скекгоп............300
      9.2.6. Процесс гидрообессеривания остатков компании
              Си1/Везеагск & Веуе1ортеш......................................301
      9.2.7. Процесс Н-ОИ....................................................301
      9.2.8. Процесс гидровисбрекинга (НУСАВ)................................302
      9.2.9. Процесс Ну\>ак1 Р...............................................303
      9.2.10. Процесс гидрокрекинга 1РР......................................303

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены. вдвдвд.ерсргоГ.ги

Оглавление

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены. вдвдвд.ерсргоГ.ги

      9.2.11. Процесс косгаскт§..............................................304
      9.2.12. Процесс ЬС-Ртт%................................................304
      9.2.13. Процесс М1сгоса1-КС............................................306
      9.2.14. Процесс мягкого гидрокрекинга..................................306
      9.2.15. Процесс МКН (мягкий гидрокрекинг остатков).....................307
      9.2.16. Процесс КСБ Ш1В0И (ВОС)........................................307
      9.2.17. Процесс КезМ/1пт§..............................................308
      9.2.18. Процесс ВНС (процесс гидропревращения остатков)................308
      9.2.19. Процесс гидрообессеривания нефтяных остатков компании 8ке11....309
      9.2.20. Процесс СШСВАСК1НС.............................................309
      9.2.21. Процесс УеЪа СотЫ Сгаскт§......................................310
9.3.  Катализаторы...........................................................311
Литература...................................................................314

10.   Промышленная гидроочистка и гидрокрекинг...............................317
10.1. Введение...............................................................317
10.2. Процессы гидропереработки: сходства и различия.........................317
10.3. Цели процессов.........................................................321
      10.3.1. Чистые топлива.................................................321
      10.3.2. Гидрокрекинг как промежуточный процесс.........................323
10.4. Моделирование процессов................................................324
10.5. Катализаторы гидропереработки..........................................324
      10.5.1. Изготовление катализаторов.....................................325
              10.5.1.1. Осаждение............................................326
              10.5.1.2. Фильтрование, промывка и сушка.......................327
              10.5.1.3. Формирование.........................................327
              10.5.1.4. Пропитка.............................................328
              10.5.1.5. Активирование........................................328
      10.5.2. Катализаторы на благородных металлах...........................329
      10.5.3. Катализаторы гидроочистки......................................329
      10.5.4. Катализаторы гидрокрекинга.....................................330
      10.5.5. Длительность цикла службы катализаторов........................330
              10.5.5.1. Регенерация катализаторов и их обновление............333
              10.5.5.2. Утилизация катализаторов.............................334
10.6. Схемы процессов........................................................335
      10.6.1. Установки с орошаемым слоем....................................335
      10.6.2. Гидрокрекинг в суспендированном слое...........................341
      10.6.3. Установки с кипящим слоем......................................343
10.7. Условия процесса.......................................................344
10.8. Выход продуктов и их свойства..........................................345
10.9. Обзор экономических аспектов...........................................345
      10.9.1. Затраты........................................................345
      10.9.2. Экономический эффект...........................................347
      10.9.3. Длительность цикла работы катализатора.........................348
10.10. Сравнение процессов гидрокрекинга и РСС...............................348
10.11. Технические вопросы...................................................348
10.12. Поставщики............................................................350
10.13. Заключение............................................................352
Литература...................................................................352

Оглавление

9

11.   Производство водорода................................................353
11.1. Введение.............................................................353
      11.1.1. Водородный баланс НПЗ........................................354
      11.1.2. Топливные элементы...........................................357
11.2. Получение водорода...................................................357
      11.2.1. Газификация углеводородов....................................357
             11.2.1.1. Текущее состояние технологии........................359
             11.2.1.2. Технологии Техасе и 8ке11...........................Ъ&2
      11.2.2. Паровой риформинг............................................366
             11.2.2.1. Автотермический риформинг...........................369
             11.2.2.2. Новые направления в процессах риформинга............370
      11.2.3. Каталитическое частичное окисление...........................371
      11.2.4. Разложение углеводородов.....................................373
      11.2.5. Получение синтез-газа........................................374
             11.2.5.1. Синтез жидких углеводородов.........................377
Литература.................................................................378

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены. вдвдвд.ерсргоГ.ги

Предисловие к русскому изданию

Вниманию русскоязычного читателя впервые предлагается перевод книги 
Hydroprocessing of Heavy Oils and Residua. Подготовленный коллективом авторов, этот труд представляет большой интерес для любого специалистатехнолога по переработке нефти. Здесь собраны и доступно изложены 
сведения из многочисленных источников, посвященных особенностям гидрогенизационной переработки тяжелого нефтяного сырья.

Ввиду некоторых рыночных и экономических факторов гидрогенизационная переработка тяжелых нефтей и нефтяных остатков приобретает большое 
значение. Известно, что добываемые во многих районах мира нефти становятся всё более тяжелыми, сернистыми, общее качество нефтей ухудшается, 
а добыча тяжелых и сверхтяжелых (битумных) нефтей продолжает возрастать. Одновременно растет потребность в моторных топливах и значительно 
ужесточаются требования к показателям качества нефтепродуктов.

Описание характеристик тяжелой, битумной нефти и битуминозных песков подкрепляется перечислением методов разделения и анализа этих веществ.

Обсуждаются вопросы, связанные с химизмом, термодинамикой и кинетикой гидрогенизационных процессов (гидроочистки, гидрокрекинга), 
а также особенностями основных реакций (гидродесульфуризации, гидродеазотирования, гидродеметаллизации и т. д.). Дается характеристика различных типов реакторов — с неподвижным, движущимся и кипящим слоем 
катализатора. Авторы приводят принципиальные схемы процессов гидропереработки, параметры режима.

В книге подробно рассмотрены катализаторы гидропереработки с характеристикой носителей; уделено внимание влиянию пористости, размеров 
частиц, удельной поверхности и т. п. на рассматриваемые процессы. Приводятся характеристики катализаторов с применением современных инструментальных методов, таких как рентгенолюминеcценция, эмиссионная 
спектрометрия, атомная адсорбция, ртутная порометрия и др. Рассмотрены 
вопросы дезактивации катализаторов и их регенерации. Описаны и результаты экспериментальной работы в области создания перспективных катализаторов гидропереработки.

Авторы уделяют внимание и одному из важных теоретических и практических вопросов — влиянию состава сырья на работу катализаторов гидрогенизационных превращений. Рассмотрены состав, свойства и роль основных 
коксогенов сырья — асфальтенов — в закоксовывании катализаторов.

Особый интерес представляют разделы, связанные с промышленными 

процессами гидроочистки и гидрокрекинга. Кратко описаны отдельные 
промышленные варианты гидропереработки атмосферных и вакуумных 
остатков, разработанные ведущими зарубежными фирмами.

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru