Скачать:  proekt-gidrokrekinga-vakuumnogo-gazoylya.zip [49,12 Kb] (cкачиваний: 264)

Литературный обзор

1 Назначение, сырье и продукты процесса

Процесс гидрокрекинга предназначен для полу­чения светлых нефтепродуктов - бензина, керосина, дизель­ного топлива, а также сжиженных газов С₃-С₄ - при переработке под давлением водорода нефтяного сырья, имеющего молекуляр­ную массу более высокую, чем получаемые целевые продукты. Развитию процессов гидрокрекинга способствует все возрастающая добыча сернистых и высокосернистых, тяжелых нефтей.

В качестве основного сырья гидрокрекинга используется дистиллятный продукт вакуумной перегонки ма­зута – остатка атмосферной перегонки нефти. В отдельных случаях на гидрокрекинг направляют среднедистиллятные фракции и тяжелый бензин с целью получения легкокипящих углеводородов С₃–С₇.

Широкое развитие гидрогенизационных процессов переработки нефти невозможно без достаточных ресурсов водорода. Основное количество водорода на нефтеперерабатывающих заводах получается в процессе каталитического риформинга. Однако при производстве малосернистых продуктов из сернистых и высокосернистых нефтей, а также при гидрокрекинге нефтепродуктов в больших объемах потребность в водороде не может быть удовлетворена только за счет платформинга. Дополнительно водород может быть получен двояким путем.

Во-первых, водород может быть выделен из водородсодержащих газов, метано-водородной фракции установок газоразделения, отдувочных газов установок гидроочистки и гидрокрекинга. Содержание водорода в этих газах колеблется от 30 до 60 объемн. %. Наиболее перспективные методы получения водорода с концентрацией 96-99 объемн. % – низкотемпературное фракционирование, адсорбция на молекулярных ситах, адсорбция нефтяными фракциями.

Во-вторых, водород можно получить специальными методами: каталитической конверсией углеводородных газов с водяным паром, термическим разложением углеводородных газов, газификацией тяжелого углеводородного сырья.

Основными продуктами гидрокрекинга являются бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, в отдельных случаях — сжи­женные газы С₃—С₄, очищенные остаточные фракции — исход­ное сырье для пиролиза, каталитического крекинга, производ­ства смазочных масел. Побочными продуктами являются серо­водород и углеводороды С₁—С₂.

Посредством гидрокрекинга можно получать высококачественное реактивное топливо. Оно характеризуется хорошей стабильностью, умеренным содержанием арома­тических углеводородов, высокой теплотой сгорания. Так, при пе­реработке вакуумного газойля по двухступенчатой схеме была полу­чена фракция 107—260 °С реак­тивного топлива следующего ка­чества: плотность—0,769 г/см³; содержание серы 1∙10^–4 %, пара­финовых углеводородов — 35 %, нафтеновых — 61 %, ароматичес­ких — 4% [1]. Реактивное топливо  рекомен­дуется получать только из  прямогонного сырья, типа вакуумных газойлей,    предпочтительно    ис­пользовать парафинистое  сырье. При   одновременном   получении бензина и реактивного топлива по стандартной двухступенчатой схеме можно получить примерно 45—55 мас. % реактивного топлива.

Одним из наиболее распространенных направлений гидрокрекин­га дистиллятного сырья является получение максимального выхода бензина. Было установлено, что октановые числа «головки» бензина (н. к.–82 °С) зависят только от глубины превращения сырья при крекинге (выраженной через выход этой фракции) и практически не зависят от качества сырья (кривая 1 на рис. 1). Октановое число более тяжелой части бензина (фракция 82—204 °С) также связано с глубиной превращения, но определяется еще и характеризующим фактором сырья: чем ниже характеризующий фактор сырья К, т. е. чем оно ароматизированнее, тем выше октановое число бензина. Наиболее типичное сырье гидрокрекинга — парафинистые тяжелые дистилляты — имеют характеризующий фактор около 11,8—12,0. Из рисунка видно, что в большинстве случаев бензин гидрокрекинга после отгона от него легких головных фракций имеет невысокое октановое число (около 60) и нуждается в облагораживании — ката­литическом риформинге. При этом значения октановых чисел, определенных исследовательским и моторным методом, для легкой бензи­новой «головки» составляют около 85 и практически совпадают; последнее объясняется содержанием в ней до 85% изопарафииовых углеводородов. В состав тяжелой части бензина входит 30—40% парафиновых углеводородов, 40—47% нафтеновых и до 15—25% ароматических.

Рисунок 1 - Октановые числа бензинов гидрокрекинга в зависимости от глубины превращения

1 – легкий бензин н.к. – 82 ^оС; 2 – тяжелый бензин 82 – 204 ^оС.

Для получения максимального выхода бензина в большинстве случаев используется двухступенчатый процесс с удалением на I ступени гидрокрекинга сернистых и азотистых соединений. Рабочее давление в реакторах обеих ступеней около 100 – 150 атм, температура 370 – 420 ^оС, циркуляция водорода около 1000 м³/м³ сырья [3].

Дальнейшая переработка сероводорода осуществляется на установках производства серы или серной кислоты, углеводород­ные газы С₁—С₂ используются в качестве сырья для производства водорода или как топливо, сжиженные газы С₃—С₄ находят как техническое, так и бытовое применение. Легкий бензин с окта­новым числом до 85 (и. м. и м. м.) является высококачественным компонентом товарного автомобильного бензина.

Тяжелый бензин отличается высоким содержанием нафтено­вых углеводородов и используется в качестве компонента сырья риформинга, обеспечивая получение автомобильного бензина с улучшенными антидетонационными характеристиками.

В процессе гидрокрекинга может быть получен весь ассорти­мент дизельных топлив от арктических до летних утяжеленных сортов. Дизельные топлива отличаются практическим отсутствием непредельных, сернистых и азотистых соединений и низким со­держанием ароматических углеводородов, что обеспечивает им высокие эксплуатационные показатели.

Глубокоочищенная фракция 350—500 °С может быть исполь­зована как сырье для пиролиза; ее применение позволяет высво­бодить из производства этилена фракции бензина и дизельного топлива.

Остаточные фракции гидрокрекинга практически не содер­жат би- и полициклических углеводородов и могут быть успешно использованы для получения масел с высоким индексом вязкости без применения стадии селективной очистки.

2 Химизм процесса

В основе процессов гидрокрекинга лежат следующие реакции:

1)гидрогенолиз гетероорганических соединений серы, кисло­рода, азота;

2)гидрирование ароматических углеводородов;

3)раскрытие нафтеновых колец;

4)деалкилирование циклических структур;

5)расщепление парафинов и алкильных цепей;

6)изомеризация образующихся осколков;

7) насыщение водородом разорванных связей.

Превращения носят последовательно-параллельный характер. Последовательность превращений обусловлена природой соеди­нений, молекулярной массой, энергией разрываемых связей, каталитической активностью системы, условиями процесса, т. е. термодинамическими и кинетическими закономерностями.

Гидрогенолиз серо-, азот- и кислородсодержащих соединений завершается образованием сероводорода, воды, аммиака и соот­ветствующего углеводорода.

Гидрирование ароматических углеводородов осуществляется последовательным насыщением ароматических колец с возмож­ным сопутствующим разрывом образующихся нафтеновых колец и деалкилированием.

Раскрытие нафтеновых колец осуществляется последовательно с отрывом алкильных радикалов.

Разрыв высокомолекулярных парафиновых структур осуществ­ляется преимущественно в средней части с наименьшей энергией связи С—С.

Реакции полимеризации и конденсации с образованием кокса сильно заторможены.

Большая часть реакций на кислотных катализаторах про­текает  по карбокатионному механизму. В результате в продуктах практически не содержится низко­молекулярных  углеводородов — метана  и  этана.

Голоядерные или содержащие радикалы С₁ и С₂ ароматические углеводороды не подвергаются расщеплению без предваритель­ного гидрирования и способны образовывать кокс [2].

Азотистые соединения, особенно основного характера, смолы и асфальтены являются ядами для кислотных катализаторов. С повышением кислотности катализаторов реакции расщеп­ления преобладают над реакциями гидрирования. С понижением кислотности катализаторов наблюдается обратная картина.

Характер распределения продуктов по фракционному составу в принятых условиях гидрокрекинга в зависимости от глубины расщепления сырья в основном определяется типом катализатора и практически не зависит от сочетания технологических пара­метров (давление, температура, объемная скорость подачи сырья и т. д.). Преобладают два типа распределения: один — в случае применения окисноалюминиевых и аморфных силикатных ката­лизаторов, второй — цеолитсодержащих. Для первой группы катализаторов характерен преимущественно последовательный ход превращений с большим выходом первого промежуточного про­дукта, для второй — параллельные реакции расщепления с низким выходом среднедистиллятных фракций и преимущественным образованием бензиновых фракций.

Большая часть реакций гидрокрекинга имеет положительный порядок, и их скорость падает по мере снижения концентрации реагирующего вещества.

В условиях гидрокрекинга исходное сырье по мере расщеп­ления изменяет свой углеводородный состав. В зависимости от роли реакций гидрирования-дегидрирования его реакционная способность может как возрастать, так и падать.

Скорость отложения кокса на катализаторах возрастает с по­вышением их кислотности, увеличением размера частиц, повышением содержания в сырье ароматических углеводородов (особенно полициклических), азотистых соединений, смол, асфальтенов, снижением давления водорода и др.

Максимальный выход целевых продуктов обеспечивается под­бором соответствующего катализатора и ограничением глубины превращения сырья с направлением непревращенного остатка на рециркуляцию. Эффективность превращения циркулирующего остатка в це­левые продукты определяется его реакционной способностью, которая не должна быть ниже реакционной способности исходного сырья.

Проведение процесса в реакторе идеального вытеснения обес­печивает наибольший выход целевых продуктов.

Для процессов гидрокрекинга характерно наличие трех фаз, от полноты их контакта между собой зависит эффективность процесса. Полнота контакта фаз зависит от нагрузки сечения катализатора по жидкой фазе. Растекание жидкости в слое катализатора зависит от многих факторов, но определяющим является поверх­ностное натяжение. В свою очередь, установившаяся плотность орошения является оптимальной величиной, при которой все частицы катализатора одинаково смачиваются жидкой фазой. При меньшей плотности орошения отмечается неполное сма­чивание частиц, при большей — «захлебывание» слоя и возникно­вение радиального движения жидкости. В процессе гидрокре­кинга установившаяся плотность орошения составляет 12—18 м³/ч на 1 м² сечения слоя. При этом в промышленном реакторе практически отсутствует разница температур в поперечном сечении слоя.

3 Катализаторы процесса

В современных процессах гидрокрекинга наи­большее распространение получили бифункциональные катализаторы, содержащие в качестве гидрирующих компонентов ме­таллы VI и VIII групп, чаще в виде оксидов и сульфидов молиб­дена, никеля, кобальта, ванадия, реже — платины, палладия, рения. Основой катализаторов являются оксид алюминия или алюмосиликаты. Аморфные алюмосиликаты используются в случае производства среднедистиллятных топлив, цеолитсодержащие – при получении бензина [5].

Для повышения скорости процесса и защиты расщепляющих катализаторов от воздействия ядов, содержащихся в сырье, ис­пользуют на предварительной стадии гидрокрекинга гидрирую­щие катализаторы, отличающиеся высокой активностью в реак­циях гидрогенолиза гетероорганических соединений и гидриро­вания полициклических ароматических углеводородов.

Наиболее широко в процессе гидрокрекинга применяется алюмокобальтмолибденовый катализатор, в последние годы стали также использовать катализаторы, содержащие никель и вольфрам.

4 Параметры процесса

К основным параметрам гидрогенизационных процессов, как и других каталитических процессов, описанных ранее, относятся температура, давление, объемная скорость подачи сырья, количество циркулирующего водородсодержащего газа и содержание в нем водорода. 

Температура. С повышением температуры жесткость процесса возрастает, что приводит к снижению содержания серы, азота, кислорода и металлов в продуктах гидрогенизации. По мере повышения температуры расход водорода увеличивается, а затем может несколько снизится, так как могут начаться реакции дегидрирования. Однако до этого момента расход водорода возрастает весьма быстро при увеличении температуры. Поэтому рекомендуется поддерживать температуру процесса возможно более низкой, естественно, если это не отражается на качестве получаемых продуктов. При этом надо стремиться еще и к тому, чтобы свести к минимуму скорость отравления катализатора. При гидроочистке температуру поддерживают в пределах 260–415^оС. Если температура выше, например 400-455^оС, преобладающими становятся реакции гидрокрекинга.  Характерным интервалом температур для процесса является 360—440 ^оС с постепенным повышением от нижней границы к верх­ней по мере отработки катализатора [4].

Давление в гидрогенизационных процессах следует рассматривать комплексно - учитывать общее давление в системе и парциальное давление водорода в циркулирующем газе. С повышением парциального давления водорода увеличивается скорость гидрирования и достигается более полное удаление серы, азота, кислорода и металлов, а также насыщение непредельных углеводородов; на катализаторах, вызывающих деструкцию (гидрокрекинг), снижается содержание ароматических углеводородов и асфальтенов и уменьшается закоксованность катализаторов, что увеличивает срок их службы. Целесообразно также поддерживать содержание водорода в циркулирующем газе на максимально возможном уровне. 

Процесс гидроочистки лучше вести при повышенном парциальном давлении водорода – в циркулирующем газе должно быть 75–90 объемн. % Н₂. Большинство промышленных уста­новок гидрокрекинга работает под давлением 15—17 МПа с цир­куляцией водородсодержащего газа, объемное содержание водо­рода о котором находится в пределах 80—85%. В отдельных слу­чаях, например при производстве масел, давление поддерживается на уровне 20—25 МПа. Кратность циркуляции водородсодержащего газа по отноше­нию к перерабатываемому сырью принимается, в зависимости от назначения процесса, в пределах 800—2000 м³/м³ (указан объем газа при нормальных условиях).

Если ресурсы водорода недостаточны, чтобы поддерживать данный режим, парциальное давление водорода приходится снижать, а для уменьшения расхода водорода – повышать температуру. Последнее обеспечивает усиление дегидрогенизации нафтеновых углеводородов.

Объемная скорость подачи сырья может сильно влиять на результаты гидрогенизации. Повышение скорости ведет к снижению интенсивной реакции, вследствие этого снижаются расход водорода и коксообразование. Чем легче продукт, подвергаемый гидрированию, тем более высокую объемную скорость можно поддерживать в процессе. Обычно объемную скорость поддерживают на уровне 0,5-0,7 ч^-1. При переработке продуктов, полученных из вторичных процессов, объемную скорость приходится снижать по сравнению со скоростью переработки продуктов такого же фракционного состава, но полученных при первичной переработки нефти. Так, при переработке фракций 240-350^оС первичной переработки сернистой нефти типа Ромашкинской объемную скорость можно поддерживать на уровне 4 ч^-1, а при переработке такой же фракции и из той же нефти, но полученной на установках вторичной переработки (термического и каталитического крекинга), объемную скорость приходится снижать до 2–1,5 ч^-1. Важное значение имеет и содержание серы в перерабатываемом сырье: чем оно выше, тем ниже должна быть объемная скорость. 

Выбор объемной скорости в значительной степени зависит от природы и фракционного состава сырья, а также от технологии его получения (первичная перегонка или вторичные процессы). При переработке того или иного сырья необходимо выдерживать объемные скорости, соответствующие данному сырью. Если на установку направляется новый вид сырья, приходится менять объемную скорость; при этом меняется производительность установки и другие параметры технологического режима. Если новое сырье, по сравнению с ранее перерабатываемым, позволяет повысить объемную скорость, производительность установки будет повышаться. Объемная скорость подачи сырья зависит от качества сырья, применяемого катализатора, давления процесса и получаемых продуктов. При безостаточной переработке вакуумного дистиллята в моторные топлива она оставляет 0,2—0,5 ч^–1, при ведении процесса в режиме легкого гидрокрекинга — до 1 ч^–1.

При неизменных температурах, объемной скорости и общем давлении соотношение циркулирующего водородсодержащего газа и сырья влияет на долю испаряющего сырья, парциальное давление водорода и продолжительность контакта с катализатором.

Скорость реакции. Хотя скорости реакции гидрогенизации различных нефтепродуктов изучены недостаточно, некоторые закономерности все же выявлены. Как правило, кислородсодержащие соединения гидрируются легче, чем сернистые с такими же углеводородными радикалами, а эти, в свою очередь, легче, чем соответствующие азотсодержащие соединения. На активных катализаторах, если в сырье нет катализаторных ядов, обеспечивается гидрирование непредельных углеводородов. Скорость гидрирования зависит не только от режима, но и от фазового состояния, активности и структуры катализатора.

Температура влияет не только на скорость реакций, протекающих из поверхности катализатора, но и на диффузию (особенно в гетерофазных системах) к активным центрам внутри катализатора. Вследствие увеличения летучести углеводородов при повышении температуры уменьшается количество жидкой фазы, что ведет к увеличению скорости диффузий. Повышение температуры в целях увеличения скорости может привести к нежелательным реакциям, что значительно снижает выход целевых продуктов в результате образования большого количества газа.

При переработке дистиллятного сырья можно использовать более активные катализаторы; кроме того, сокращается расход водорода и удлиняется пробег установки. Если на переработку поступает гидрогенизат с 1 ступени гидрокрекинга, освобожденный от серы, азота и металлов, то на него можно воздействовать активным расщепляющим катализатором, содержащим платину, никель или палладий. Чаще всего на установке перерабатывается дистиллятное сырье, содержащее дезактивирующие примеси. При одноступенчатом процессе такое сырье попадает на катализатор типа алюмокобальтмолибденового и подвергается более или менее глубокому превращению.

Исследование одноступенчатого гидрокрекинга, при котором остаток выше 350° С направлялся на рециркуляцию, показало, что расход водорода при этом возрос примерно в 1,5 раза. Использова­ние рециркуляции позволило увеличить выход дизельной фракции с 44—45 (при одноходовом процессе) до 82% на сырье, но глубина разложения значительно снизилась [7].

Повышение давления в реакторе с 50 до 100 атм способствует сни­жению коэффициента рециркуляции с 4 до 1,7, т.е. увеличивается глубина разложения сырья за однократный пропуск. Естественно, что вследствие рециркуляции пропускная способность установки по свежему сырью значительно сокращается.

Пониженные расходы водорода и более умеренные давления при гидрокрекинге возможны по следующим причинам:

1)      в качестве сырья используются не остатки, а главным образом тяжелые дистилляты, в которых содержится относительно большое количество водорода;

2)      целевыми продуктами гидрокрекинга часто являются не бензин, а керосино-газойлевые фракции и еще более тяжелые продукты – сырье для каталитического крекинга, котельное топливо;

3)      разработаны высокоэффективные и селективные катализаторы, обеспечивающие необходимую гибкость процесса гидрокрекинга;

4)      в некоторых случаях гидрокрекинг сопровождается образованием кокса, что также допускает проведение процесса при умеренных давлениях водорода.

5 Разновидности, аппаратурное оформление процесса

В зависимости от состава исходного сырья, назначения процесса, применяемых катализаторов и ин­женерных решений технологические схемы гидрокрекинга могут быть разделены на три основных категории:

1)одноступенчатая одностадийная;

2)одноступенчатая двухстадийная;

3)двухступенчатая.

Технологические схемы принципиально схожи с установками гидроочистки - сырьё, смешанное с водородосодержащим газом (ВСГ), нагревается в печи, поступает в реактор со слоем катализатора, продукты из реактора отделяются от газов и поступают на ректификацию. Однако, реакции гидрокрекинга протекают с выделением тепла, поэтому технологической схемой предусматривается ввод в зону реакции холодного ВСГ, расходом которого регулируется температура. Гидрокрекинг - один из самых опасных процессов нефтепереработки, при выходе температурного режима из-под контроля происходит резкий рост температуры, приводящий к взрыву реакторного блока.

Аппаратурное оформление и технологический режим установок гидрокрекинга различаются в зависимости от задач, обусловленных технологической схемой конкретного НПЗ, и используемого сырья. Например, для получения малосернистого вакуумного газойля и относительно небольшого количества светлых (лёгкий гидрокрекинг) процесс ведётся при давлении до 80 атм на одном реакторе при температуре около 350°С. Для максимального выхода светлых (до 90%, в том числе до 20% бензиновой фракции на сырье) процесс осуществляется на 2-х реакторах. При этом продукты после первого реактора поступают в ректификационную колонну, где отгоняются полученные в результате химических реакций светлые, а остаток поступает во второй реактор, где повторно подвергается гидрокрекингу. В данном случае при гидрокрекинге вакуумного газойля давление составляет около 180 атм, а при гидрокрекинге мазута и гудрона - более 300. Температура процесса, соответственно, варьируется от 380 до 450°С и выше.

С разработкой эффективных аморфных и цеолитсодержащих алюмосиликатникельмолибденовых катализаторов, устойчивых к действию каталитических ядов, двухступенчатые схемы были заменены па одноступенчатые. При этом в случае производства среднедистиллятных продуктов (в основном, дизельного топлива) и сырья для пиролиза применяется одностадийная схема (про­цессы Эйч-Си Юнион фирмы UOP, гидрокрекинг фирмы Linde AG, гидрокрекинг фирмы BASF и Французского института нефти, гидрокрекинг фирмы British Petroleum International, изокрекинг фирмы Shevron Research, гидрокрекинг институтов ВНИИ НП — ВНИПИНефть) [8].

На рис.2 показана типовая технологическая схема одно­стадийного варианта процесса. Смесь свежего сырья, рециркулирующего остатка, циркулирующего и свежего водорода нагре­вается до температуры реакции и подается в реактор. Продукты, выходящие из реактора, отдают тепло сырьевой смеси и посту­пают в сепаратор высокого давления, где отделяется циркули­рующий газ, возвращаемый в реактор. Жидкие продукты, поки­дающие сепаратор высокого давления, проходят последовательно сепаратор низкого давления, колонну дебутанизации и поступают в ректификационную колонну, где они разделяются на компо­ненты.

Двухстадийная схема используется для получения более широкого ассортимента продуктов: сжиженного газа, бензина, реактивного топлива, дизельного топлива и др. (процессы юникрекинг фирмы Union Oil of California, гидрокрекинг фирмы Houdry-Giilf, хайкрекинг фирмы Exxson Research and Engineering, гидрокрекинг фирмы BASF и Французского института нефти,   гидрокрекинг институтов ВНИИ НП и  ВНИПИНефть).

Рисунок 2 - Одноступенчатая установка одностадийного гидрокрекинга

1 – реактор; 2 – сырьевая печь; 3 – компрессор добавочного водорода; 4 - циркуляционный компрессор; 5 – воздушный холодильник; 6 и 7 – газожидкостные сепараторы высокого и низкого давления; 8 – стабилизационная колонна; 9 – фракционирующая колонна; 10 – колонна вторичной перегонки бензина;

I – сырье; II – добавочный водород; III – вода; IV – кислые стоки; V – газ на очистку; VI – сжиженный нефтяной газ; VII – легкий бензин; VIII – тяжелый бензин;   IX – лигроин; X – керосин; XI – газойль; XII – остаток.

В двухстадийном варианте процесса (рис.3) нагретое сырье и циркулирующий водородсодержащий газ смешивают и пропускают через реактор первой стадии для очистки от серы, азота и частично от ароматических углеводородов, после чего газосырьевая смесь вместе с рециркулирующим остатком и добавочным количеством водорода поступает во второй реактор для контакта с катализатором гидрокрекинга. Продукты, выходящие из второго реактора, отдают тепло сырьевой смеси и поступают в сепаратор высокого давления. Последующее движение продук­тов реакции не отличается от предшествующей схемы.

Рисунок 3 - Одноступенчатая установка двухстадийного гидрокрекинга

1 – печь; 2 и 3 – первый и второй реакторы; 4 – газожидкостные сепараторы.

I – сырье; II – добавочный водород; III – циркулирующий водород; IV – газ на ГФУ; V – легкий бензин; VI – тяжелый бензин; VII – среднедистиллятное топливо; VIII – рециркулирующий остаток.

В последние годы получает распространение одностадийный процесс легкого гидрокрекинга вакуумного дистиллята при дав­лении 5-7 МПа с целью получения дизельного топлива и мало­сернистого сырья для каталитического крекинга.

Окислительная регенерация катализатора проводится, как правило, без его выгрузки в токе инертного газа при давлении 3–5 МПа, температуре 480-520 °С.

Осернение катализатора выполняется при температуре 150-350 ^оС, давлении 2-5 МПа в потоке циркулирующего водород-содержащего газа, содержащего (по объему) 0,5-5,0 % H₂S, либо с помощью сероорганических соединений (меркаптаны, сульфиды, дисульфиды), а также легкими сернистыми нефте­продуктами.

Оборудование установок гид­рокрекинга аналогично оборудованию установок гидроочистки нефтяного сырья. Различия имеются в реакторном блоке и обус­ловлены необходимостью работы при более высоком давлении. Реакторы гидрокрекинга имеют диаметр до 4 м, высоту до 30 м и массу до 500 т.

Внутреннее пространство реактора разделено колосниковыми решетками на несколько секций, куда загружается катализатор. Над каждым слоем катализатора размещается контактно-распределительное устройство для смешения реагирующего потока с холодным водородсодержащим газом, его охлаждения и последующего равномерного распределения.

Газосырьевая смесь поступает в реактор через верхний штуцер, распределяется над слоем катализатора и движется последовательно через все секции. Продукты реакции выводятся через нижний штуцер.

В верхней части реактора необходимо предусматривать фильтрующее устройство для улавливания продуктов коррозии и механических примесей во избежание роста перепада давления и засорения слоя катализатора.

С увеличением диаметра реактора снижается порозность слоя катализатора, нивелируется отрицательное влияние стенок, улучшается распределение газа и жидкости. Для эффективного ведения процесса диаметр аппарата должен превышать 100 диаметров частиц катализатора.

Для процессов гидрокрекинга используют реакторы с несколь­кими адиабатическими слоями катализатора. Диаметр реактора рассчитывают, исходя из установившейся плотности орошения по жидкой фазе.

Высоту каждого слоя катализатора выбирают из расчета до­пустимого градиента температуры, который не должен превышать 20 °С во избежание «теплового взрыва» и сокращения срока службы катализатора.

Единичная мощность однопоточного реакторного блока находится в пределах 300-1000 тыс. т/год по пере­рабатываемому исходному сырью. Мощности отечественных двухпоточных установок гидрокрекинга типа 68-2К и 68-3К состав­ляют 1 млн. т/год по сырью и до 2 млн. т/год по суммарной сырье­вой загрузке с учетом переработки непревращенного остатка. Производительность зарубежных установок находится на таком же уровне [6].

Кроме установок со стационарным катализатором разработаны также установки с кипящим слоем катализатора, на которых можно перерабатывать более разнообразное остаточное сырье: мазуты, гудроны, тяжелые газойли коксования и каталитического крекинга, смолистые нефти.

Существует процесс гидрокрекинга в трехфазном кипящем слое, где твердая фаза представлена мелкосферическим алюмокобальтмолибденовым катализатором, жидкая фаза – смесью еще непрореагировавшего сырья с уже образовавшимися низколетучими продуктами, а газовая фаза – смесь водорода, сероводорода, аммиака и паров углеводородов. На этой установке можно перерабатывать даже тяжелое остаточное сырье с получением дизельного и котельного топлива. Спад активности катализатора полностью устраняется его регулярным обновлением без изменения и нарушения технологического режима.

Примером процесса с движущимся слоем катализатора может служить установка гидроойл (Н-ойл), где сырье и циркулирующий газ пропускают через слой алюмокобальтмолибденового катализатора восходящим потоком. Вследствие высоких линейных скоростей потока слой катализатора взрыхляется и зерна катализатора приходят в движение. В противоположность системам с кипящим слоем выноса катализатора из реактора с потоком газа и паров продуктов не происходит. Между поверхностью взрыхленного слоя катализатора и расположенным над ним паровым пространством существует резкая граница. Взрыхление катализатора сопровождается уменьшением гидравлического сопротивления слоя, что позволяет снизить размеры зерна катализатора до 0,8мм и обеспечить таким образом более эффективный контакт катализатора и сырья. В реакторе поддерживается температура 430-460^оС, давление 200-210 атм , объемная скорость 1 ч^-1, расход водорода 2% на сырье.

В процессе применяется реактор с двумя реакционными зонами. Съем избыточного тепла реакции и регулирование температуры легко осуществляется при помощи рециркуляции жидкого продукта для каждой зоны. Такая рециркуляция одновременно облегчает задачу поддержания требуемой степени взрыхления слоя катализатора. Для сохранения активности катализатора на определенном уровне часть катализатора периодически выводится из системы и заменяется соответствующими порциями свежего катализатора. Выводится катализатор с низа входной зоны, где он наибольшей степени дезактивируется вредными компонентами сырья. Расход катализатора в зависимости от качества сырья составляет от 0,0085 до 0,57 кг/м³. Истирание катализатора в данном случае незначительно, так как движущиеся частицы обволакиваются пленкой сырья. В результате процесса можно получить до 50-60 вес. % малосернистых фракций с концом кипения 350-360^оС, состоящих на 2/3 из парафино-нафтеновых углеводородов.