катализатор для нефтепереработки что это
Катализаторы нефтепромышленности платиновые и палладиевые
Назначение катализаторов – повышать избирательность химических реакций, увеличивая выход чистого продукта. В нефтепромышленности применяются на каждой стадии очистки:
Это вещества, изготовленные в виде гранул, шариков, колец или стержней и пр. Каталитически активными веществами выступают чистые металлы или оксиды металлов, классифицируются по содержанию драгметаллов.
До каталитических процессов нефть проходит несколько этапов очистки. В следствие на каталитическую очистку нефть попадает после отделения от нее гудрона и очищенной от серы, смол и азотсодержащих сплавов. Для извлечения автобензина (риформата) и ароматического углерода нефть подвергается риформингу. Для этого нужны ферменты, содержащие платину.
Платиновые катализаторы в нефтепромышленности
Современные платиновые катализаторы – полиметаллические устройства, изготовленные из оксида алюминия, с хлористыми микродобавками и равномерно распределенными по всему объему платиной и вторым металлом.
Технология использования заключается в применении в огнеупорном реакторе со статичным слоем платинового катализа или с непрерывной регенерацией. Платина применяется в виде порошка, нанесенного равномерным слоем на окись алюминия, керамическое покрытие, глину, уголь. В качестве дублирующего металла используют добавки рения, олова или иридия, что стабилизирует катализатор и соответственно понижает рабочее давление в реакторе.
Недостатки: загрязняются различными примесями, находящимися в сырье: сернистыми, азотистыми, кислородными и металлоорганическими сплавами. При попадании соединений в платиновый катализатор он выходит из строя.
Регенерация заключается в сожжении кокса и сернистых отложений смесью инертного газа и воздуха под давлением.
Палладиевые катализаторы в нефтепромышленности
После риформинга запускается гидрогенизация топливных фракций с помощью палладиевого катализатора. Так удаляются примеси, вызывающие коррозию и повышается термическая стабильность нефти. На выходе получается термостабильное топливо для авиации, улучшенное дизельное топливо.
В качестве устройств для ускорителя выступают углеродные накопители: активированный уголь, наноалмаз или стекловолокнистые матрицы. В нефтяной промышленности палладиевые пленки нужны для выведения сверхчистого водорода и для проведения реакций дегидрирования. Водород, проходя через палладиевую пленку в реакторе, выводится из области реакции, а это приводит к дегидрированию с увеличенным выходом и меньшими затратами.
В катализаторах нефтепромышленности используются цветмет и драгметаллы: платина и никель, ванадий и висмут, серебро и золото, др, которые представляют ценность для пунктов приема вторсырья.
По окончании срока службы отработанные платиновые и палладиевые катализаторы выводят из процесса нефтепереработки, и правильным решением будет сдать катализатор в пункт приема металлических изделий.
Компания Katalizator1 предлагает выгодные условия продажи отработанных катализаторов по высоким ценам. Помните, что устройство содержит не только драгметаллы, но и токсичные примеси. Не выбрасывайте устройства на свалки, получите деньги за ненужные Вам детали!
Катализаторы
Примерно 90% объема современного химического производства основано на каталитических процессах.
Гидроочистка является наиболее крупнотоннажным каталитическим процессом в нефтепереработке.
В процессе гидроочистки понижается содержание серы в топливе.
Эффективность гидроочистки зависит от активности катализаторов, температурного режима и качества сырья.
И повышение эффективности процесса требует использования новых типов катализаторов.
Требования к катализаторам:
Селективность изменяется из-за изменения электронных свойств и окружения активных центров катализатора (эффект лиганда).
В реакциях сложных органических молекул большое значение имеет преимущественное образование продукта, близкого по своей форме и размерам к размерам микропор катализатора.
В сложных многостадийных реакциях применяют многофазные многокомпонентные катализаторы, селективность которых выше благодаря тому, что каждая стадия сложной реакции ускоряется своим компонентом катализатора. Селективность катализатора зависит также от его пористости, размера зерен и характера их укладки.
Термостойкость катализаторов важна для первых по ходу реагента слоев катализаторов в экзотермических реакциях, когда выделение тепла может вызвать рекристаллизацию и дезактивацию катализаторов.
Для предотвращения рекристаллизации катализаторы наносят на термостойкие носители.
Устойчивость катализатора к действию ядов каталитических определяется спецификой их взаимодействия с катализатором.
Металлические катализаторы отравляются соединениями кислорода (Н2О, СО), серы (H2S, CS2 и др.), N, Р, As и другими веществами, образующими более прочную химическую связь с катализатором, чем реагирующие вещества.
На оксидные катализаторы действуют те же яды, однако оксиды более устойчивы к отравлению.
В процессах крекинга, риформинга и других реакций углеводородов катализаторы отравляются в результате покрытия их слоем кокса.
Кроме того, катализаторы могут дезактивироваться из-за механического покрытия поверхности пылью, которая вносится извне или образуется при катализе.
Приготовление катализаторов
Катализаторы с развитой удельной поверхностью распространение получил метод осаждения из водных растворов солей с последующим прокаливанием образующихся соединений.
Так получают многие оксиды металлов. При этом лучше использовать водный раствор NH3, потому что отпадает необходимость отмывки осадка от щелочных металлов.
Охлажденный катализатор дробят, просеивают и восстанавливают азотно-водородной смесью в колонне синтеза.
Для получения правильной геометрической формы зерен катализатора используют специальные формовочные машины.
Цилиндрические гранулы получают экструзией (выдавливанием) влажной массы с помощью массивного винта (шнека) через отверстия нужного диаметра, после чего разрезают полученный жгут на отдельные цилиндрики, которые
закатываются в сферические гранулы в специальных грануляторах.
Плоские цилиндрические таблетки получают прессованием сухого порошка на таблеточных машинах
Катализатор для нефтепереработки что это
Практически все процессы в современной химии осуществляются при участии катализаторов (90-95 %). Без них химические производства были бы нерентабельны или просто невозможны. Около 40 % от общего объема применяемых катализаторов – это нефтепереработка.
В 2019 году российские НПЗ закупили катализаторов на сумму 145 млн долларов. В России катализаторы для нефтепереработки практически не производят. Зависимость по целому ряду процессов не просто критическая, но абсолютная, то есть 100%.
Нефтегазовая отрасль в целом и нефтепереработка в частности до сих пор являются одним из столпов отечественной экономики. Можно отключить страну от системы SWIFT, запретить ввоз пармезана и хамона или реквизировать лондонские дома олигархов – в целом это мало влияет на внутреннюю и внешнюю стабильность России.
Однако, если санкции коснутся запрета на поставку в РФ технологий для нефтепереработки, катализаторов, то российская «бензоколонка» через несколько лет встанет. Нечем будет заправлять весь автотранспорт, кроме военной техники – или как минимум существенно просядут важные статьи экспорта (напомним, в последние годы на экспорт уходило до 50% вырабатываемого дизельного топлива – до 40 млн. тонн).
Мы уверены, что ситуацию необходимо оперативно менять. Вкладывать деньги в отечественные разработки и их пилотирование, доведение до стадии промышленного производства. Это тем более важно делать сейчас, пока существуют доступны человеческие и материальные ресурсы, есть команды и коллективы, готовые к решению таких задач.
Как же мы дошли до жизни такой? Сегодня добыча нефти выглядит далеко не так, как показывали в фильмах про Техас или Азербайджан начала XX века. Нефть сама из-под земли не хлещет, ее извлечение и переработка – довольно трудоемкие и по-настоящему высокотехнологичные процессы. Большая часть добываемой сейчас нефти –тяжелая и обычно высокосернистая.
Для того чтобы из нефти сделать нужное количество потребительских продуктов (глубина переработки при помощи современных подходов сегодня доходит до 90-95 %) – бензина, керосина, солярки («светлые» НП), судового мазута («темные» НП) и т.п. – над ней нужно сильно «попотеть». Подвергнуть ее процессам крекинга, гидрокрекинга, гидроочистки, убрать лишнюю серу, привести фракционный и химический состав в соответствие с экологическими стандартами на эти продукты. Всё это требует привлечения самых современных химико-технологических решений.
Как же мы дошли до жизни такой? Сегодня добыча нефти выглядит далеко не так, как показывали в фильмах про Техас или Азербайджан начала XX века. Нефть сама из-под земли не хлещет, ее извлечение и переработка – довольно трудоемкие и по-настоящему высокотехнологичные процессы. Большая часть добываемой сейчас нефти –тяжелая и обычно высокосернистая.
Для того чтобы из нефти сделать нужное количество потребительских продуктов (глубина переработки при помощи современных подходов сегодня доходит до 90-95 %) – бензина, керосина, солярки («светлые» НП), судового мазута («темные» НП) и т.п. – над ней нужно сильно «попотеть». Подвергнуть ее процессам крекинга, гидрокрекинга, гидроочистки, убрать лишнюю серу, привести фракционный и химический состав в соответствие с экологическими стандартами на эти продукты. Всё это требует привлечения самых современных химико-технологических решений.
Исторически в СССР была неплохая каталитическая наука. В определенный момент в силу известных политэкономических причин она, как и большинство других критически важных для страны отраслей, перестала развиваться и дотягивать до уровня развитых стран. В 90-е годы наши западные «партнеры» всеми силами способствовали росту компетенций и возможностей наших нефтяных компаний, продавая им готовые процессы. То есть полностью упакованные – лицензия, техпроцесс, оборудование, катализатор, монтаж, обучение.
Фишка в том, что лицензия на процессы нефтепереработки поставлялась вместе с катализаторами по изначально относительно низкой цене, для того чтобы не было соблазна их заменять. Во многих случаях по условиям контракта катализатор вообще нельзя было сменить – компания лишалась гарантии и технической/технологической поддержки.
Все это естественным образом добивало отечественную каталитическую науку и производственную отрасль в контексте нефтехимии и нефтепереработки. Даже если нефтяным компаниям поступали предложения воспользоваться отечественным качественным продуктом, они не могли себе этого позволить из-за достаточно кабальных условий контрактов с западными поставщиками. Либо в дополнение – отсутствие адекватных инжиниринговых и сервисных компаний в России, которые были бы готовы запустить и поддерживать соответствующий процесс на НПЗ.
Сегодня на волне осознания перспектив развития, условия постепенно меняются. Лицензионные контракты становятся не такими жесткими, есть возможности для внедрения отечественных разработок. Есть курс на импортозамещение, но он должен принять конкретные, а не идеологические, осязаемые контуры.
Ситуация не является непоправимой. В России еще остались крупные научные центры мирового уровня, обладающие компетенциями и богатейшим опытом в области научных основ и разработки катализаторов для разнообразных химических процессов. Развитие науки не остановилось, однако взаимодействие ее с промышленностью, столь необходимое для гармоничного роста, на сегодняшний день оставляет желать лучшего.
Очевидно, что сегодня ВИНКи готовы вкладываться в отечественные разработки. Мы видим, что тренд в подходе к новым технологиям и процессам в нефтепереработке постепенно меняется. Ведущие отечественные нефтяные компании, такие как «Роснефть» и «Газпромнефть», в последние годы активно развивают собственные компетенции в области разработки и производства катализаторов, как за счет собственных R&D центров, так и путем взаимодействия с российскими учеными.
Найти подходящую научную разработку еще недостаточно. Необходим компетентный партнер, который на основании выявленных фундаментальной наукой закономерностей проведет масштабирование и пилотирование процесса, синтезирует и протестирует опытную партию катализаторов под конкретные условия и сырье заказчика. Следующим шагом будет расчет исходных данных для проектирования полномасштабной установки.
Для решения этих задач необходимо спроектировать и создать пилотную установку, которая в точности имитирует промышленную по условиям протекания процесса. На ней будет определено, как катализатор работает, как он дезактивируется, что происходит в ходе ресурсного пробега. В последующем потребуется смоделировать, рассчитать, спроектировать и организовать промышленный процесс, оформить патенты и лицензии, подготовить катализатор к выпуску в промышленных объемах.
Эти задачи – «классика» химического инжиниринга. ИХТЦ имеет опыт и соответствующие компетенции, экспериментальную площадку для масштабирования, положительные референсы создания и эксплуатации пилотных установок в интересах крупных нефтяных компаний. Можем провести весь проект до отработки исходных данных на проектирование заводской установки, которая будет исключительно российской (с запахом березовой рощи или парного молока).
Каталитический крекинг – крупнотоннажный и достаточно гибкий процесс нефтепереработки высококипящих тяжелых нефтяных фракций в более востребованные и ценные низкокипящие (светлые) продукты.
Он же является лидером среди процессов углубленной переработки нефти, с его помощью производят четверть всего мирового объема бензина. Помимо производства бензина, каткрекинг используется для крупнотоннажного производства дизельного топлива и пропан-пропиленовой, бутан-бутиленовой фракций – важного сырья для химического синтеза.
В 2020-21 годах в связи с известной эпидемиологической ситуацией мировые компании, производящие полипропилен, существенно нарастили мощности, поскольку полипропилен участвует в производстве медицинских масок и прочего медицинского инвентаря.
При всей схожести с термическими процессами перераспределения водорода в углеводородах каталитический крекинг позволяет достичь значительно более высоких выходов конечных продуктов и лучшее их качество. Плюс современные технологии помогают значительно снизить вред для экологии.
Каталитический крекинг зародился в 30-х годах ХХ века и претерпел ряд существенных изменений как по способу контакта сырья и катализатора (в стационарном слое, в движущемся слое шарикового катализатора, в «кипящем» слое микросферического катализатора в аппаратах с лифт-реактором), так и в отношении химизма и структуры используемых катализаторов.
В процессе каткрекинга тяжелого и остаточного сырья происходит повышенное коксообразование, при высоком выходе кокса снижается выход и качество бензина. Содержащиеся в тяжелой нефти металлы, механические примеси, соединения азота могут быстро деактивировать катализатор.
Для решения данных проблем в настоящее время активно разрабатываются новые ультрастабильные, сверхвысококремнеземистые цеолиты, которые характеризуются относительно невысокими скоростями реакций водородного переноса, в результате чего снижается количество выделяемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые затем превращаются в кокс.
Выделяют три основных типа катализаторов:
На 13 установках из 18 в России применяют шариковые катализаторы. Однако такой тип катализаторов является морально устаревшим, поэтому нефтеперерабатывающие предприятия постепенно переходят на более современные технологии с использованием микросферических катализаторов, вводя в строй новые установки.
По экспертной оценке, внутрироссийская потребность в микросферических катализаторах крекинга в 2015 году составляла 99,5 тыс. т/год, в 2020 году – 13,6 тыс. т/год, к 2030 году ожидается рост до 15 тыс. т/год.
Преобладающую часть микросферических катализаторов крекинга изготавливают по технологии «матрица + связующий компонент + активный компонент».
В современных катализаторах матрица представляет собой искусственный алюмосиликат, содержащий 3045 % Al2O3, в качестве стабилизатора используют каолин Al2O3×2SiO2×2H2O. Связующее – высокогидратированные гидрогели или силикатные и алюмосиликатные золи. Основное назначение матрицы – транспорт сырья и продуктов реакции. Матрица обеспечивает механическую прочность гранул катализатора, сохранение каталитических свойств цеолита и защиту от воздействия каталитических ядов.
Матрица может быть активной и неактивной. На активной осуществляется первичный крекинг крупных молекул сырья, неактивная выполняет в основном транспортную функцию, обеспечивая подвод углеводородов к активным центрам.
Основным активным компонентом катализатора является цеолит. Он обеспечивает вторичное превращение молекул сырья. В данный момент наиболее широко применимые в каталитическом крекинге цеолиты – фожазит FAU (Y) и Mobil five (MFI) ZSM-5.
Третьим компонентом катализаторов каткрекинга является промотор, который улучшает определенные характеристики катализатора: для снижения серы в продуктах, для улучшения механических свойств, увеличения октанового числа, либо для снижения вредных выбросов в дымовых газах.
Катализируй это: от каких веществ зависит современная нефтепереработка
Что такое катализаторы?
Это вещества, которые ускоряют химические процессы и делают их более эффективными. Они участвуют в реакции, но не входят в состав конечного продукта.
Благодаря катализаторам из того же объема сырья можно получить больше продукции и сделать это быстрее, чем если бы процессы шли сами по себе.
Их используют в промышленности?
Да, причем очень широко и активно. Без них многие производства были бы нерентабельны или невозможны. Сегодня до 95% химических процессов в промышленности проходят с использованием катализаторов.
Эти вещества очень разнообразны и применяются в самых различных отраслях. Всего на рынке насчитывается более тысячи наименований. Примерно 40% от всего объема катализаторов, используемых в России, приходится на нефтеперерабатывающие производства.
Почему катализаторы так важны для этих производств?
Они обеспечивают глубокую переработку нефти и помогают производить важнейшие нефтепродукты — прежде всего, бензин и дизельное топливо. Современные катализаторы нужны для выпуска всех видов топлива экологического стандарта Евро-5.
Этот стандарт действует в Евросоюзе с 2008-2009 годов. В России он стал обязательным в 2016 году. С тех пор большинство НПЗ производят только топливо Евро-5, а гражданский оборот бензина более низких классов запрещен. То есть без нужных катализаторов в России встал бы практически весь автотранспорт, кроме военной техники.
Как именно действуют катализаторы в переработке нефти?
Они участвуют в нескольких разных процессах. Один из самых массовых в нефтепереработке катализаторов предназначен для каталитического крекинга. На этом этапе тяжелые молекулы нефти распадаются на более легкие, а из сырья получают компоненты высокооктанового бензина и дизельного топлива. В процессе каткрекинга твердый катализатор перемещается внутри установок, ускоряя и повышая эффективность процесса.
Также катализаторы используют для гидропроцессов, которые проходят с участием водорода (на латыни он называется hydrogenium). Например, в процессе гидроочистки из сырья или топлива удаляются посторонние вещества, такие как сера. Для этого нефть, бензин или дизель пропускают через слой неподвижного катализатора.
Похожим образом устроен процесс гидрокрекинга. Но в отличие от гидроочистки, здесь все происходит под очень высоким давлением — до 300 атмосфер. Это одна из наиболее дорогих и перспективных технологий в отрасли. Она дает возможность максимально углубить переработку нефти.
Глубина переработки — один из важнейших показателей эффективности НПЗ. Она отражает соотношение между объемом полученных нефтепродуктов и объемом потраченной нефти. Чем выше показатель, тем больше произвели светлых нефтепродуктов и меньше мазута осталось. Сочетание каталитического и гидрокрекинга позволяет довести глубину переработки нефти до максимальных значений 95-97%.
Для всех этих процессов нужны разные катализаторы?
Да. Вещества, необходимые для разных химических процессов, имеют различную структуру и свойства.
Например, катализаторы для каталитического крекинга — это микросферы диаметром около 70-90 микрометров, внешне похожие на мелкий песок. Они состоят из активного компонента — цеолита — и постоянно взаимодействуют с сырьем. Благодаря им процессы могут проходить в более мягких условиях, при относительно невысоком давлении и температуре.
Катализаторы гидропроцессов представляют из себя носители, пропитанные химическим составом. Они напоминают трилистники длиной от 5-6 до 15 миллиметров. Такая форма выбрана, чтобы увеличить поверхность соприкосновения сырья или топлива с веществом.
Много ли вообще нужно катализаторов для нефтепереработки?
Да, много. Причем потребность в них постоянно увеличивается. В 2011 году всем российским предприятиям вместе взятым требовалось чуть более 15,8 тыс. т катализаторов. В 2017-м нужно было уже 17,7 тыс. т. Ожидается, что в нынешнем году отрасли понадобится более 18 тыс. т веществ для каталитических процессов.
Для роста потребности есть как минимум две причины. Первая — развитие глубокой нефтепереработки. Производители стараются снижать долю мазута и выпускать больше светлых нефтепродуктов, ведь их можно продавать дороже.
Кроме того, им приходится иметь дело со все более сложной нефтью. Сегодня в ход идут месторождения, где залегает нефть с большим количеством примесей. Чтобы избавиться от них и получить высококачественный продукт, тоже нужны катализаторы.
Где сейчас производят катализаторы для российских заводов?
По некоторым позициям Россия очень зависима от импорта. Например, катализаторы гидрокрекинга, которые нужны для глубокой нефтепереработки и производства топлива стандартов Евро-5, вообще не выпускаются в РФ.
В мире действует около 1 тыс. НПЗ, но крупных производителей катализаторов — не более десяти. Лидерами в области производства катализаторов нефтепереработки считаются западные компании.
Чтобы закупить нужный объем катализаторов за рубежом, российским НПЗ по состоянию на 2019 год требовалось около 145 млн долларов (более 9,3 млрд руб. по среднегодовому курсу ЦБ).
Почему в России нет своего производства катализаторов?
Само по себе производство есть. Но эти предприятия построены в 1950-х годах и давно не отвечает потребностям отрасли ни по качеству, ни по объемам.
Как уже говорилось, в России с 2016 года действуют экологические требования к моторным топливам Евро-5. Отечественные катализаторы прошлого поколения дают топливо более низких экологических стандартов. Это подталкивает производителей заняться новыми наукоемкими производствами.
Можно ли это исправить?
Да, и представители отрасли сейчас этим занимаются. «Газпром нефть» строит в Омске масштабное производство полного цикла, которое будет выпускать 21 тыс. т катализаторов ежегодно — больше, чем сейчас требуется всем российским НПЗ вместе взятым.
В 2015-м этому проекту присвоили статус национального.
Кто помогает в работе над проектом?
Производство катализаторов — крайне наукоемкое, поэтому к работе привлекают ученых. «Газпром нефть» сотрудничает с несколькими НИИ, в том числе Центром новых химических технологий ИК (Омск), Институтом катализа им Г.К. Борескова (Новосибирск) и столичным МГУ.
Компания получила уже 48 патентов на свои разработки.
Сейчас производятся катализаторы для стандарта Евро-5. А что будет, когда введут новые топливные стандарты?
Катализаторы в «Газпром нефти» разрабатывают с учетом не только нынешних, но и будущих экологических требований. Поэтому, когда введут Евро-6, компания сможет обеспечить российские НПЗ продукцией, которая нужна для выпуска нового топлива.
Когда запустят новый завод?
Основной этап строительства комплекса полного цикла будет завершен до конца 2021 года.
Производство будет состоять из трех линий, выпускающих три разных продукта. Это катализаторы каталитического крекинга и гидроочистки, которые используются при изготовлении топлива. А также катализаторы гидрокрекинга, необходимые для глубокой переработки нефти.
Вдобавок на площадке создадут инфраструктуру, на которой можно восстанавливать активность отработанных катализаторов. Мощности позволят реактивировать 2 тыс. т продукта ежегодно.
Как новые катализаторы повлияют на работу производителей?
Во-первых, повысится эффективность применения катализаторов на НПЗ. К примеру, переход на катализатор крекинга «Газпром нефти» увеличивает выход бензина на 1-3% при том же объеме переработки. Если масштабировать это на все российские заводы, то дополнительный экономический эффект может достигать 15 млрд руб. в год.
Во-вторых, предприятия смогут снизить расходы на закупку катализаторов. Российский продукт обойдется дешевле зарубежных, особенно с учетом курса рубля.
Разным предприятиям нужны разные катализаторы. Как с этим быть?
Сами по себе катализаторы достаточно универсальны и не имеют привязки к конкретным сортам нефти. Однако у каждого производства могут быть свои особенности и потребности.
Чтобы их учесть, «Газпром нефть» разрабатывает новые марки под сырье и требования клиентов. Все созданные продукты тестируются в Центре по испытанию катализаторов и на собственных НПЗ.
Из чего планируют делать катализаторы на новом заводе?
Производство спроектировано так, чтобы делать компоненты катализаторов из простого и доступного на рынке сырья. Например, из сульфата алюминия, солей металлов и минеральной глины. В целом для нового производства планируют использовать только отечественное сырье.
Катализаторы опасны для здоровья? Что будет, если их съесть или подержать в руках?
Употреблять их внутрь точно не стоит. Катализаторы содержат металлы.
Но держать в руках их можно без вреда для здоровья. Впрочем, как и любая глина, они сушат кожу и могут пылить. Поэтому на производствах при работе с катализаторами используют перчатки и респираторы.
Не навредит ли завод экологии?
При строительстве используются закрытые агрегаты, которые исключают взаимодействие веществ с атмосферой. Оборудование на заводе обеспечивает очистку газов от 95-99,5% примесей.
Будет ли продукция нового комплекса отличаться от импортных аналогов?
Да, по ряду параметров она отличается в лучшую сторону. Катализаторы гидроочистки показывают более высокую активность, гидрокрекинга — повышенный выход керосина и дизельного топлива, а каталитического крекинга — больший выход бензина.