Impurity removal of vacuum gas oil

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-06-14
Department
Major/Subject
Prosessit ja tuotteet
Mcode
KE3003
Degree programme
KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
107+1
Series
Abstract
Generally, vacuum gas oil (VGO) is defined as a petroleum distillate boiling between 350 and 550 °C at 1 atm. VGO is produced from atmospheric residue in a vacuum distillation unit. The amount and nature of impurities in VGO depend greatly on the origin of the crude oil but the distillation range of the petroleum cut also affects the impurity level. Typical impurities are nitrogen, sulphur and metals such as nickel, vanadium and iron. As crude oil typically has a large excess of heavy cuts and an insufficient amount of light cuts and middle distillates, the heaviest cuts need to be converted into lighter products. Before VGO is converted into more valuable lighter products, it is fed to a catalytic hydrodesulphurization (HDS) process to reduce the sulphur levels. However, the impurities present in VGO lead to deactivation of HDS catalyst. Therefore, an effective impurity removal method prior to HDS process would extend the catalyst lifetime and reduce refinery downtime. The impurity removal methods discussed in this thesis are solvent deasphalting, demetallization by acids, phosphorous compounds and supercritical water, and photochemical denitrogenation and desulphurization. Based on the advantages and disadvantages of the methods, demetallization using phosphorous compounds was chosen to be preliminarily designed in the applied part of the thesis. The VGO feed contained 10 ppm of metal impurities. When no demetallization pretreatment was applied, the HDS catalyst lifetime was only 8 weeks. In the demetallization process phosphoric acid was used as the phosphorous compound. The acid was mixed with the VGO in a static mixer and the phases were separated in three parallel decanters. Phosphoric acid reduced the concentration of Ni, V and Fe and the removal rates used in the calculations were 32 w%, 23 w% and 22 w%, respectively. As a result, the HDS catalyst lifetime was 9 weeks. The catalyst lifetime was extended only by one week and the demetallization process was not profitable with current costs.

Yleisesti tyhjökaasuöljy (vacuum gas oil, VGO) määritellään raakaöljyjakeeksi, joka tislautuu ilmanpaineessa 350–550 °C:n lämpötilassa. Se valmistetaan tyhjötislaamalla pohjaöljystä. VGO:n sisältämien epäpuhtauksien määrä ja laatu riippuu suuresti raakaöljyn alkuperästä, mutta myös jakeen tislausväli vaikuttaa epäpuhtaustasoon. Tyypillisiä epäpuhtauksia ovat typpi, rikki ja metallit, kuten nikkeli, vanadiini ja rauta. Koska raakaöljy tyypillisesti sisältää liikaa raskaita jakeita ja riittämättömästi kevyitä jakeita ja keskitisleitä, raskaimmat jakeet jalostetaan kevyemmiksi tuotteiksi. Ennen tätä VGO:n sisältämä rikki poistetaan katalyyttisesti vedyn avulla (hydrodesulphurization, HDS). VGO:n sisältämät epäpuhtaudet kuitenkin deaktivoivat rikinpoistossa käytetyn katalyytin. Tästä johtuen tehokas epäpuhtauksien poistomenetelmä ennen rikinpoistoprosessia pidentäisi katalyytin elinikää ja vähentäisi seisokkien tarvetta. Tässä työssä käsiteltyjä epäpuhtauksien poistomenetelmiä ovat deasfaltointi, metallinpoisto happojen, fosforiyhdisteiden ja ylikriittisen veden avulla sekä fotokemiallinen typen- ja rikinpoisto. Menetelmien etujen ja haittojen perusteella esisuunnitteluun valittiin metallinpoisto fosforiyhdisteiden avulla. Prosessin esisuunnittelu toteutettiin työn soveltavassa osassa. VGO-syöttö sisälsi 10 ppm metalliepäpuhtauksia. Kun metallinpoistoa ei ollut, rikinpoistokatalyytin elinikä oli ainoastaan 8 viikkoa. Metallinpoistoprosessissa fosforiyhdisteenä käytettiin fosforihappoa. Happo sekoitettiin VGO-virtaan staattisessa sekoittimessa ja faasit erotettiin toisistaan kolmessa rinnakkaisessa dekantterissa. Fosforihappo vähensi nikkelin, vanadiinin ja raudan pitoisuutta ja laskuissa käytetyt poistoprosentit olivat nikkelille 32 m-%, vanadiinille 23 m-% ja raudalle 22 m-%. Tämän seurauksena rikinpoistokatalyytin elinikä oli 9 viikkoa. Katalyytin elinikä piteni vain yhdellä viikolla eikä metallinpoistoprosessi ollut kannattava nykyisillä kustannuksilla.
Description
Supervisor
Oinas, Pekka
Thesis advisor
Sundberg, Aarne
Sarwar, Golam
Keywords
vacuum gas oil, VGO, impurity removal, demetallization, phosphoric acid, hydrodesulphurization
Other note
Citation