«Газпром нефть», совместно с Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, разработала технологию полного восстановления активности катализаторов гидроочистки дизельного топлива.
Эту технологию смело можно назвать инновационной — её аналогов в России не существует. Реактивированные катализаторы уже успешно эксплуатируются на Омском НПЗ компании, а найденные подходы к реактивации в дальнейшем могут лечь в основу создания собственных катализаторов гидроочистки.
За последние три года Россия совершила качественный скачок к выпуску и использованию моторных топлив, соответствующих европейским экологическим стандартам. С 1 января 2013 года в стране начал действовать запрет на продажу топлива ниже класса «Евро-3», а уже с июля прошлого года все нефтеперерабатывающие производства обязаны были перейти на выпуск бензина и дизельного топлива, отвечающих стандарту «Евро-5». От самих НПЗ такой переход потребовал значительных усилий по модернизации существующего оборудования и совершенствования технологических процессов. В частности, процесса гидроочистки, отвечающего за содержание в топливе серы: по стандарту «Евро-5» количество серы не может превышать 10 мг/кг, что в пять раз меньше, чем в «Евро-4».
Эффективность процесса гидроочистки определяется как активностью катализаторов, температурным режимом, так и качеством самого нефтяного сырья. В частности, сернистые соединения, присутствующие в лёгких бензиновых фракциях, легко удаляемы при стандартных параметрах процесса. В то же время, чтобы добиться нужных показателей очистки дизельных фракций от присутствующей в них бензотеофеновой серы, нефтеперерабатывающим заводам пришлось переходить на катализаторы нового поколения и повышать температуру процесса.
Вернуть в строй
Увеличение температуры технологического процесса — фактор негативный с точки зрения энергозатрат. В случае каталитических процессов оно к тому же не лучшим образом сказывается на сроке службы катализаторов, ускоряя их дезактивацию. В России для регенерации катализаторов гидроочистки используются технологии, основанные только на окислительном удалении углеродистых отложений. Выжиг кокса осуществляется либо непосредственно в реакторе гидроочистки, либо на одной из двух существующих в настоящее время в России специализированных установок. Причём регенерация по таким технологиям позволяет восстановить активность катализаторов не более чем на 70–80 процентов, что ведёт к необходимости увеличения температуры гидроочистки на регенерированных катализаторах как минимум на 10–20°C по сравнению со свежими. При этом дезактивация регенерированного катализатора при повышенных температурах происходит ещё быстрее, чем свежего. На выходе получаем целый букет проблем — дополнительные энергозатраты, ускоренное сокращение срока службы катализаторов и снижение селективности и выхода целевого продукта.
В итоге российские НПЗ, производящие дизельные топлива класса «Евро-5», сталкиваются с необходимостью выбирать из нескольких зол. Можно работать на регенерированных в России катализаторах со всеми вышеозначенными последствиями. Можно постоянно закупать свежие катализаторы, что ставит предприятие в полную зависимость от зарубежных поставщиков. При этом на складах накапливаются дезактивированные катализаторы, которые нет возможности должным образом утилизировать. Либо проводить регенерацию катализаторов за рубежом, на специализированных установках, обеспечивающих полное восстановление активности. Помимо той же зависимости от зарубежных поставщиков услуг, этот вариант чреват ещё и высокими расходами на транспортировку и таможенные сборы.
Стопроцентная активность
Технология, разработанная специалистами Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН совместно с «Газпром нефтью», эти проблемы снимает. Она даёт полноценную, стопроцентную вторую жизнь катализаторам.
— Особенность нашей технологии в том, что она соединяет в себе как окислительную регенерацию, так и дальнейшую реактивацию, — рассказал главный специалист управления технической политики и инновационной деятельности «Газпром нефти» Валерий Головачёв. — Окислительная регенерация позволяет восстановить активность катализатора в лучшем случае на 85–90 процентов. А наша реактивация даёт возможность нарастить еще 10–15 процентов активности.
И эти проценты дорогого стоят — время использования регенерированных и реактивированных катализаторов увеличивается почти вдвое по сравнению со сроком службы катализаторов, прошедших лишь регенерацию.
Собственно, реактивация представляет из себя химический процесс, связанный с переосаждением активно-металлической фазы. Полное восстановление активности катализатора происходит при помощи реагентов.
В рамках совместных научно-исследовательских работ с «Газпром нефтью» Институт катализа им. Г.К. Борескова разрабатывал технологию реактивации с 2015 года, и в следующем году работа вступила в завершающую фазу. На площадке Омского НПЗ реактивированные катализаторы внедрены с мая 2016 года и успешно эксплуатируются в рамках производственной программы. Испытание новой технологии в суровых промышленных условиях продлится до апреля 2017 года, но уже сейчас результаты подтверждают стопроцентное восстановление активности катализаторов. Они успешно справляются с переработкой до «Евро-5» летнего дизельного топлива с вовлечением до 11 процентов вторичных дистиллятов и зимнего дизельного топлива при нагрузках до 100 кубов сырья в час.
— Разработанная технология пока полностью оправдывает наши ожидания, — отметила главный специалист управления технической политики и инновационной деятельности «Газпром нефти» Анна Андреева. — В лабораторных условиях мы даже смогли получить реактивированные катализаторы с активностью выше, чем у аналогичных свежих, то есть добиться активности выше 100 процентов. Это говорит о том, что мы сумели подобрать такие реагенты, которые улучшают структуру активных центров катализаторов. Эта находка в дальнейшем может использоваться при создании собственных катализаторов гидроочистки.
Создание отечественного катализатора гидроочистки дизельного топлива должно стать логическим продолжением разработки эффективной технологии реактивации. По словам Анны Андреевой, эта работа уже идёт и продвигается достаточно успешно. Сейчас на Омском НПЗ совместно с Институтом катализа им. Г.К. Борескова идёт поиск оптимального носителя, свойства которого смогут обеспечить максимально эффективную работу активной части катализатора. Первые результаты этой работы дают уверенность в том, что российские НПЗ получат свой, отечественный катализатор гидроочистки с активностью на уровне лучших зарубежных образцов.
Выгодная реактивация
Процесс гидроочистки — самый масштабный в нефтепереработке по объёмам используемых катализаторов, большая часть из которых приходится именно на катализаторы гидроочистки дизельного топлива. Разработанная технология реактивации позволяет значительно сократить затраты на покупку этих катализаторов. Согласно расчётам, сейчас реактивированный катализатор дешевле «свежего» примерно на 55 процентов, так как его стоимость — это только стоимость самой реактивации, то есть стоимость химреагентов плюс энергозатраты.
— Экономический эффект только от одной загрузки реактивированных катализаторов в установку гидроочистки составляет около 185 тысяч долларов, — рассказал Валерий Головачёв.
В настоящее время реактивация, так же как и регенерация катализаторов проводится на установках сторонних организаций. Однако в планах — строительство собственной установки, мощность которой может составить 2 тыс. тонн в год. Такое производство усилило бы экономический эффект от внедрения новой технологии и решило проблему реактивации катализаторов для собственных нужд нефтеперерабатывающих заводов компании. А кроме того, позволило бы предложить рынку новую услугу. В пользу коммерческого потенциала реактивации говорит тот факт, что проблема хранения и утилизации отработанных катализаторов существует для многих российских НПЗ.
— Пока рано претендовать на внешний рынок, — считает Валерий Головачёв. — Однако, вероятность, что в будущем мы сможем коммерциализировать разработанную технологию, высока.
Для справки: катализатор гидроочистки дизельного топлива состоит из носителя — твёрдой основы, а также активных веществ — нанесённых на него соединений металлов, в частности кобальто-молибденового комплекса. В процессе работы катализатор загрязняется углеродистыми соединениями — коксом. Также меняется структура активно-металлической фазы, что приводит к снижению активности катализатора. В процессе окислительной регенерации с поверхности катализатора удаляются углеродистые отложения — кокс выжигается в реакторе при высокой температуре. В то же время этот процесс никак не влияет на восстановление структуры кобальто-молибденового комплекса. Для его восстановления и была разработана технология реактивации, когда под действием определённых реагентов металлы сначала переводятся в раствор, а затем заново высаживаются на носитель катализатора в оптимальном соотношении.
