Eşleştirme Projesi tr 08 ib en 03

3.11Hidrokraking (Hidrojen ile Kırma)

Amaç ve prensipler

Hidrokrakingçok yönlü arıtma proseslerinden biri olup atmosferik gazyağlarından artık (asfaltı giderilmiş) yağa kadar herhangi bir fraksiyonu içeren şarjı daha düşük bir moleküler ağırlığa sahip ürünlere dönüştürebilir. Yüksek hidrojen kısmi basıncı altında ve bir katalizör varlığında gerçekleşen hidrokraking reaksiyonlarının iki işlevi vardır: hidrojenleme ve kırma. Hidrokraking aynı zamanda daha üstün yakıtları kırmak ve yağlayıcıların üretimi için kullanılabilir (mum giderme Bölüm 2.14'te ele alınmıştır). Katalizör tipi, nafta, orta destilat veya yağlayıcı üretimini maksimum seviyeye çıkarır. Hidrojenin varlığı ağır artık madde oluşumunu bastırır ve kırılmış ürünlerle reaksiyona girip net ürünleri (saf parafinler, naftenler ve aromatiklerin bir karışımı) vererek benzin eldesini arttırır. Hidrokraking, aşağıda açıklandığı gibi üstün yanma ve soğuk akış özelliklerine sahip orta destilatlar üretir:

• 
  Düşük donma noktalarına ve yüksek dumanlanma noktalarına sahip kerosen;
  
• 
  Düşük akma noktalarına ve yüksek setan sayılarına sahip dizel yakıtlar;
  
• 
  Yüksek bir tek halkalı hidrokarbon içeriğine sahip ağır naftalar;
  
• 
  Yüksek bir izoparafin içeriğine sahip hafif naftalar;
  
• 
  Besleme AKK üniteleri, etilen tesisleri (LVOC) veya baz yağımum giderme ve finishing tesisleri (Bölüm 2.14) için hidrojence zengin ağır ürünler.
  

Hidrokraking ağır kalıntılara(rezid) uygulanırken hidrokraking reaksiyonunu başlatmadan önce yüksek metal içeriğini gidermek için bir önişleme gereklidir. Kalıntı hidrodönüşümü, düşük değerli vakum rezidi ve diğer ağır rezid akımları hidrojenle reaksiyona sokarak daha hafif düşük kaynama noktasına sahip hidrokarbonlara dönüştürmek için uygulanan bir hidrokraking tipidir.

Şarj ve ürün akımları

Bu proseslerde büyük miktarlarda hidrojen tüketildiğinden hidrokraking içeren rafinerilerde hidrojen üretim ünitesi zorunludur (Bölüm 2.14). İşlenmiş ürünlere ek olarak bu prosesler hidrojen sülfit, amonyak ve su içeren bir hafif yakıt gazları akımı üretir.

Tablo xx'te gösterildiği gibi, bir hidrokrakerın ana şarjıvakum distilasyonünitesinden gelen ağır vakum destilat akımıdır. Bu besleme stokları kırılması çok zor fraksiyonlar olup katalitik kırma ünitelerinde etkili bir şekilde kırılamaz. Katalitik kırıcı ünitesinden gelen ağır çevrim yağı, koklaştırıcı veya vis-kırıcı ünitesinden gelen ağır gazyağları, baz yağı ünitelerinden gelen ekstraktlar, orta destilatlar, artık akaryakıtlar ve indirgenmiş hammaddeler gibi diğer proses akımları ana ağır vakum destilat akımına karıştırılabilir. Ana ürünler LPG, benzin, jet yakıtı ve dizel yakıt olup hepsi neredeyse sülfürsüzdür. Metan ve etan üretimi çok düşüktür (normalde %1'den daha azdır).

Tablo xx: Hidrokraking proseslerinde besleme stokları ve istenen ürünler

Besleme stokları	İstenen ürünler
Naftalar	LPG
Atmosferik gazyağları	Nafta
Atmosferik rezid	Dizel
Vakum gazyağları	LPG Nafta Etilen besleme stoğu (LVOC) Kerosen / jet Dizel Baz yağ stoğu
Vakum kalıntıları	LPG Nafta Kerosen Gazyağı Akaryakıt
Tarlar ve türetilmiş bitümler (metal içeriği < 500 ppm)	Dizel

Prosesin açıklaması

Hidrokrakingde normalde sabit yataklı bir katalitik reaktör kullanılır ve kırma yüksek basınç (35 - 200 kg/cm2) altında, hidrojen varlığında ve 280 ile 475 ºC arasındaki sıcaklıklarda gerçekleşir. Bu proses aynı zamanda sülfür, azot ve oksijen taşıyan ağır hidrokarbonları kırar ve bu safsızlıkları potansiyel olarak katalizörü kirletebilecekleri bir yere bırakır. Bu nedenle, safsızlıkları (H2S, NH3, H2O) gidermek için hidrokrakeragönderilmeden önce genellikle şarj ilk önce hidrojen ile muameleden geçirilir ve suyu giderilir. Eğer hidrokrakingşarjı ilk önce hidrojen ile muameleden geçirilerek safsızlıkları giderilirse kirli su ve kirli gazakımlarıı fraksiyonlayıcıda nispeten düşük seviyelerde hidrojen sülfit ve amonyak içerecektir.

İstenen ürünlere ve ünitenin boyutuna bağlı olarak hidrokraking tek aşamalı veya çok aşamalı reaktör proseslerinde gerçekleştirilir. Hidrokrakerlar üç kategoriye ayrılabilir: tek aşamalı açık devre; tek aşamalı geri dönüşümlü ve iki aşamalı geri dönüşümlü. Bu kategoriler aşağıda açıklanmıştır:

Tek aşamalı açık devre hidrokrakerdasadece taze şarj işlenir. Elde edilen dönüşümler, katalizör ve reaktör koşullarına bağlı olarak %80 – 90 civarındadır. Ağır kalıntı ya akaryakıt havuzuna gönderilir ya da bir katalitik kırıcı veya koklaştırma ünitesinde daha da işlenir.

Tek aşamalı geri dönüşüm yapılandırmasında, dönüştürülmemiş yağ daha fazla dönüşüm için reaktöre geri döndürülerek genel dönüşüm oranı yaklaşık %97 – 98 seviyesine çıkarılır. Geri dönüşüm çevriminde poliaromatiklerin (PAH) oluşumundan sakınmak için taze beslemede yaklaşık %2 – 3'lük küçük bir tahliye akımı gereklidir. Şekil xx'te tek aşamalı geri dönüşümlü hidrokrakeryapılandırmasının basitleştirilmiş bir proses akış diyagramı gösterilmiştir. ;İlk reaktör yataklarında, N ve S bileşiklerinin dönüşümü, olefinlerin doyurulması ve poliaromatiklerin kısmi doyurulması gerçekleşir. Sonraki yataklarda asıl kırma işlemi gerçekleşir. Düşük basınçlı (LP) ayırıcıdan gelen buhar, amin işleminden sonra rafineri yakıtı olarak kullanılır. Birçok farklı fraksiyonlama bölümü yapılandırması bulunur. Yaygın bir fraksiyonlama bölümü Şekil xx'te gösterilmiştir. Ürün akımı LPG'yi ayırmak için bütan giderici kolonuna gönderilir. LPG akımı bir amin yıkamasından geçirilir ve sonra da propan ve bütan akımlarına fraksiyonlanır. Bütan giderici kolonundan gelen dip akımı ilk fraksiyonlayıcıya gönderilir. Bu kolonda hafif bir nafta akımı üst ürün olarak alınır, ağır nafta ve kerosen yan akımlar olarak alınır ve dip akımı ikinci bir fraksiyonlayıcıya gönderilir. Ilıman vakumda çalışan ikinci fraksiyonlayıcıda dizel ürün, üst ürün olarak alınır ve dip akımı ve dönüştürülmemiş yağ reaktör bölümüne geri döndürülür.



Şekil xx: Hidrokraker (tek aşama geri dönüşümlü) için basitleştirilmiş proses akış diyagramı

İki aşamalı geri dönüşüm yapılandırmasında ilk hidrokraker reaktör açık devre çalışır ve tipik dönüşüm oranı yaklaşık %50'dir. İlk hidrokraker reaktörden gelen dönüştürülmemiş yağ, daha fazla dönüşüm için ikinci bir hidrokraker reaktöre gönderilir. İkinci aşama hidrokrakerdan gelen dönüştürülmemiş yağ geri dönüştürülerek genel dönüşüm oranı yaklaşık %97 – 98 civarına çıkarılır.

Burada da taze beslemeden yaklaşık %2 – 3'lük küçük bir tahliye akımı gereklidir. Bu konsept normalde asfaltı giderilmiş yağ gibi çok ağır bir refrakter besleme stoğu işlenirken uygulanır. İki aşamalı konfigürasyonlar genellikle büyük kapasiteli üniteler için daha uygun maliyetlidir ve zorlu besleme stoklarını işlemek için daha esnek ve verimlidir. Her bir aşama için spesifik katalizörler kullanılarak amonyak ve hidrojen sülfitin çoğu ilk aşamada üretilerek iyileştirilmiş orta destilat üretim verimi ve ürün kalitesine sahip daha temiz bir ikinci aşama reaksiyon ortamı sağlanabilir. Tablo XX'te hidrokrakerlar için tipik çalışma koşulları gösterilmiştir.

Tablo xx: Bir hidrokraker için tipik çalışma koşulları

Çalışma koşulları	Nafta	Orta destilat	Hafif gazyağı	Ağır gazyağı	Çökelti
Sıvının saatteki hacimsel hızı (LHSV - Liquid hourly space velocity)	1.0 - 5.0	1.0 - 4.0	1.0 - 5.0	0.75 - 3.0	0.15 - 1
H2 / HC oranı, Nm^3 / m^3	50	135	170	337	300
H2 kısmi basıncı, kg / cm^2	14	28	35	55	55
Reaktör sıcaklığı, ^oC	260 - 380	300 - 400	300 - 400	350 - 425	350 - 425

(Daha fazla bilgi için bkz. METReferans Dokümanı, Bölüm 2.13)