Каталитические процессы нефтепереработки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

Н. Л. Солодова, Е. А. Емельянычева, Н. А. Терентьева 

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ 

Монография 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 665.6.097 
ББК 35.514 

С60

Печатается по решению редакционно-издательского совета 
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
канд. техн. наук И. Н. Галимуллин 
канд. техн. наук А. В. Вахин 

С60

Солодова Н. Л. 
Каталитические процессы нефтепереработки : монография / Н. Л. Солодова, 
Е. А. Емельянычева, Н. А. Терентьева; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 88 с. 

ISBN 978-5-7882-2965-2

Содержит краткий обзор основных каталитических процессов переработки нефти. 
Рекомендована широкому кругу специалистов в области переработки 
нефти, а также студентам, обучающимся по направлению «Химическая технология». 
Подготовлена на кафедре химической технологии переработки нефти и 
газа. 

ISBN 978-5-7882-2965-2 
© Солодова Н. Л., Емельянычева Е. А., 
Терентьева Н. А., 2020 

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 665.6.097 
ББК 35.514

О Г Л А В Л Е Н И Е

Глава 1. КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ .............. 4 

1.1. Процесс каталитической изомеризации ............................................... 4 

1.2. Современное состояние и тенденции развития 
каталитического крекинга нефтяного сырья ............................................... 9 

1.3. Каталитический риформинг. Пути снижения бензола 
в катализатах риформинга .............................................................................. 27 

Глава 2. ГИДРОГЕНИЗАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ 
НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ............................................................................................ 44 

2.1. Гидроочистка дизельного топлива ........................................................ 44 

2.2. Гидрокрекинг как процесс получения дизельного топлива ....... 55 

2.3. Катализаторы в процессах гидрокрекинга остаточного 
сырья ......................................................................................................................... 59 

2.4. Методы оптимизации гидрогенизационных процессов .............. 67 

2.5. Распределительные устройства реакторов 
гидропроцессов .................................................................................................... 74 

Литература ................................................................................................................. 80 

Гл а в а  1  
К АТА Л И Т И Ч Е С К И Е  П Р О Ц Е С С Ы
Н Е ФТ Е П Е Р Е РА Б ОТ К И  

1.1. Процесс каталитической изомеризации 

Изомеризация сегодня является одним из необходимых процессов для получения компонентов высокооктановых моторных топлив. 
Обусловлено это введением стандартов «Евро», в которых ограничивается содержание ароматических соединений, в том числе бензола. Несмотря на то, что в России переход на «Евро-5» значительно затянулся 
по сравнению с ведущими странами Евросоюза, необходимость переоснащения и модернизации действующих установок – все более очевидна. 
Изомеризация имеет очень высокие технико-экономические показатели по сравнению с другими процессами, повышающими октановое число топлива. В связи с этим интерес к такому процессу очень велик. Свидетельство тому – большое количество разработанных технологий. 
Установка изомеризации представляет собой технологическую 
систему, состоящую из взаимосвязанных технологическими потоками 
блоков: 
– блок подготовки сырья (в основном состоит из гидроочистки
сырья, стабилизации гидрогенизата в отпарной колонне, а также может 
включать адсорбционную очистку сырья на молекулярных ситах); 
– блок четкой ректификации сырья изомеризации и/или полученного изомеризата; 
– блок изомеризации (как правило, включает непосредственно реакторный блок и узел осушки циркулирующего газа); 
– блок стабилизации полученного изомеризата [1].
В настоящее время разработано три типа промышленных процессов изомеризации: 
– высокотемпературная изомеризации, протекающая при 360–
440 °С на алюмоплатиновых фторированных катализаторах [2]; 
– среднетемпературная изомеризация при 250–300 °С на цеолитных катализаторах; 

– низкотемпературная изомеризация на оксиде алюминия, промотированном хлором 120–180 °С, и на сульфатированных оксидах металлов 180–210 °С. 
Цеолитные катализаторы наименее активны и используются при 
более высоких температурах по сравнению с катализаторами других типов, и как следствие – низкие октановые числа изомеризата. Однако они 
обладают высокой устойчивостью к отравляющим примесям в сырье и 
способностью к полной регенерации в реакторе установки. 
В технологической схеме данного процесса предусматриваются 
огневые подогреватели для нагрева газо-сырьевой смеси до температуры реакции. Требуется высокое отношение водорода к углеводородному сырью (наряду с изомеризацией водород тратится на гидроочистку и деароматизацию сырья), поэтому необходимы компрессор 
для подачи циркулирующего водородсодержащего газа и сепаратор для 
отделения водородсодержащего газа (рис. 1.1). 

Рис. 1.1. Схема процесса изомеризации на цеолитных катализаторах 

Основными лицензиарами процессов изомеризации на цеолитных катализаторах за рубежом являются UOP (HS-10), Axens (IP-632), 
SüdChemie (Hysopar). На сегодняшний день лидер в области лицензирования технологий изомеризации – американская UOP. По технологиям этой компании работает более 220 установок по всему миру, из которых около 120 установок работают по процессу Penex, 60 установок 
на цеолитных катализаторах (процесс TIP), чуть более 10 установок работают по процессу Par-Isom. Порядка 30 установок в мире пользуются 

лицензиями фирмы Axens. Чуть более 20 установок было построено 
с использованием технологий компании SüdChemie.  
Отечественным лицензиаром процесса изомеризации является 
ООО «НПП Нефтехим» с представленным на рынке процессом «Изомалк-2». Данный процесс эксплуатируется не только в России, также 
имеется по одной установке в Украине и Румынии.  
Чтобы иметь представление о составе бензинового фонда в 
нашей стране, обратимся к составу бензинового фонда США, России и 
Европы (табл. 1.1) [3]. Как видно из табл. 1.1, в России отмечается значительное отставание от США и европейских стран по содержанию 
в бензиновом фонде изомеризата (1,5 % в России, 4,0 % в Европе и 5,0 % 
в США). А значит, имеется еще очень большой потенциал для развития 
процесса изомеризации в нашей стране.  

Таблица 1.1 

Состав бензинового фонда США, России и Европы 

Бензины 
Россия, % 
Европа, % 
США, % 

Бензин кат. риформинга
54,1
52,0
34,0

Бензин кат. крекинга
20,0
25,5
35,5

Изомеризат
1,5
4,0
5,0

Алкилат
0,3
4,0
11,0

Оксигенаты
0,2
2,0
3,5

Бутаны
5,7
6,0
7,0

Прочее
18,2
6,5
4,0

 В России основными лицензиарами являются ОАО «НПП Нефтехим» (СИ-1, технология «Изомалк-1»), ООО Научно-производственная 
фирма «Олкат» (CИП-2А), ОАО «ВНИИНефтехим» (ИПМ-02). 
Среди цеолитных катализаторов следует выделить катализатор 
Hysopar (CKSSüdChemie), который значительно превосходит все другие 
катализаторы по устойчивости к действию ядов в сырье (допустимое 
содержание серы составляет 100 ppm на постоянной основе и 200 ppm – 
в короткие промежутки времени) и является наиболее прогрессивным 
на мировом рынке цеолитных катализаторов. 
Катализаторы на основе хлорированной окиси алюминия наиболее активны и обеспечивают самый высокий выход и октановое число 
изомеризата. Следует отметить, что в ходе изомеризации катализаторы 

теряют хлор, в результате чего их активность снижается. Поэтому 
предусматривается введение в сырье хлорсодержащих соединений 
(обычно ССl4) для поддержания высокой активности катализатора, и, 
как следствие, необходима щелочная промывка от органического хлорида в специальных скрубберах. Существенным недостатком является 
то, что данный тип катализатора очень чувствителен к каталитическим 
ядам (к кислородсодержащим соединениям, включая воду, и азоту) и 
требует обязательной предварительной гидроочистки и осушки сырья. 
Кроме того, возникают проблемы при регенерации (рис. 1.2). 

Рис. 1.2. Схема процесса изомеризации на хлорированных 
катализаторах 

Основными лицензиарами этого процесса за рубежом являются 
UOP и Axens. 
Катализатор первого поколения у UOP – катализатор марки I-8 – 
впоследствии был усовершенствован в более активный катализатор 
марки I-80. Последними разработками компании UOP являются высокоэффективные катализаторы I-8 Plus, I-82, I-84 для процесса Penex и 
катализаторы I-122, I-124, используемые в процессе Butamer (процесс 
изомеризации н-бутана с целью получения сырья алкилирования – изобутана). 
При разработке новых катализаторов UOP ставит цель уменьшить содержание в них платины без потери активности, тем самым значительно снизить эксплуатационные расходы, что является немаловажным для современной нефтепереработки. 

Катализатор IS-614A – это одна из первых разработок фирмы 
Axens, впоследствии на его базе был создан более совершенный катализатор ATIS-2L – продукт совместной работы с фирмой AkzoNobel. 
ATIS-2L отличается более высокой активностью (октановое число изомеризата выше на один пункт) и более низкой насыпной плотностью 
(загрузка катализатора снижается на 22 %), а также меньшим содержанием платины (на 10 %). Первая промышленная загрузка была осуществлена в 2003 г. 
В России лицензиарами этого процесса являются ООО «Научнопроизводственная фирма «Олкат» (НИП-3А), ОАО «ВНИИНефтехим» 
(ИП-05). 
К катализаторам, содержащим сульфатированные оксиды металлов, в последние годы проявляется повышенный интерес, так как они сочетают основные достоинства среднетемпературных и низкотемпературных катализаторов (активны и устойчивы к действию каталитических 
ядов, способны к регенерации). Единственным недостатком так же, как 
и для цеолитных катализаторов, является потребность в компрессоре для 
подачи циркулирующего водородсодержащего газа (рис. 1.3). 

Рис. 1.3. Схема процесса изомеризации на катализаторах, 
содержащих сульфатированный оксид циркония 

Основными разработчиками катализаторов, содержащих сульфатированный оксид циркония, являются UOP (технология Par-Isom на 

катализаторах LPI-100 и PI-242) и ООО «НПП Нефтехим» (технология 
«Изомалк-2» на катализаторе СИ-2).  

Катализатор СИ-2 по активности превышает катализатор PI-242 

и отличается уникальной сероустойчивостью: процесс при необходимости можно проводить без предварительной гидроочистки сырья. В этом 
случае октановое число изомеризата снижается на два пункта, но общий 
срок службы (8–10 лет) не меняется, а межрегенерационный период составляет не менее 12 месяцев. Сырье может содержать значительное количество бензола, который эффективно гидрируется на катализаторе. 

По лицензии ООО «НПП Нефтехим» катализатор СИ-2 произво
дится ЗАО «Промышленные катализаторы» (г. Рязань) и ОАО «Ангарский завод катализаторов и органического синтеза». 

Более высокие активность и селективность в реакции изомериза
ции н-алканов по сравнению с катализатором на сульфатированном оксиде циркония, проявил катализатор Pt/WO3–ZrO2, разработанный в 
университете г. Хокайдо (Япония). Превосходство данного типа катализатора объясняется быстрой поверхностной диффузией атомов водорода, которые на льюисовских кислотных центрах превращаются в протоны и гидриды, тем самым увеличивая активность и селективность катализатора [3]. 

В настоящее время развитие изомеризации во многом зависит от 

качеств катализатора, используемого в процессе. Повышение активности, селективности и стойкости катализатора изомеризации – вот основная задача, стоящая перед лицензиарами [4–7]. 

На сегодняшний день на нефтеперерабатывающих заводах для ком
паундирования товарного бензина изомеризат является неотъемлемой составной частью. Изомеризация как процесс получения высокооктановых 
компонентов моторных топлив – один из самых передовых [8, 9]. 

1.2. Современное состояние и тенденции развития 

каталитического крекинга нефтяного сырья 

В настоящее время возможности нефтепереработки многих стран 

мира для удовлетворения растущих потребностей в моторных топливах 
за счет увеличения объемов добычи нефти практически исчерпаны. Для 
решения этой актуальнейшей проблемы представляют интерес