Висбрекинг

В

Висбрекинг представляет собой процесс неглубокого разложения нефтяных остатков (гудронов и мазутов) под давлением до 5 МПа и температуре 430 — 490 °С, т.е. по сути висбрекинг — это мягкая форма термического крекинга.

Термин происходит от английских слов Viscosity (Вязкость) и Breaking (Разрушение).

Процесс висбрекинга получил широкое распространение за пределами РФ в 80-90 года прошлого столетия, что было связано с сокращением использования прямогонных мазутов в качестве топлива.

Высвободившиеся ресурсы вакуумного дистиллята направляются на каталитический или гидрокрекинг, а вакуумный остаток — гудрон — используется в качестве сырья для висбрекинга, что существенно понижает вязкость этого остатка.

Целью висбрекинга является снижение вязкости нефтяных остатков для получения товарного котельного топлива (выход более 75 %). Также образуются некоторые количества светлых нефтепродуктов (5 — 20 % из гудрона и 16 — 22 % из мазута).

Кроме этого существуют альтернативные реализации продуктов висбрекинга:

• Иногда продукты висбрекинга гудрона смешивают с вакуумным дистиллятом прошедшим гидрогенизационное облагораживание, в результате чего получается котельное топливо с умеренным содержанием серы.
• В некоторых случаях остаток висбрекинга направляется на получение водорода или синтез-газа
• Остатки данного процесса также могут быть вовлечены в производство битума
• Некоторые НПЗ используют вакуумные отгоны продуктов висбрекинга как компонент сырья для каталитического крекинга.

Ниже представлены основные химические превращения, происходящие в процессе висбрекинга:

• Парафиновые и нафтеновые углеводороды расщепляются с образованием углеводородных газов и жидких фракций с температурами к.к 450 °С.
• Нафтеновые углеводороды могут образовывать как ароматические углеводороды (дегидрирование колец), так и непредельные углеводороды путем разрыва кольца.
• Превращения олефинов и алкенов зависят от условий реакции. Полимеризация происходит при температуре до 500 °С и высоком давлении, распад — при низком давлении и высокой температуре.
• Ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и их без них обладают наибольшей термической устойчивостью, что приводит к обогащению получаемых продуктов ароматическими углеводородами. Арены с длинными боковыми цепями легко подвергаются крекингу с образованием более простого ароматического и олефинового или парафинового углеводорода. Ароматические радикалы вступают в реакции рекомбинации, что приводит к усложнению структуры образующихся молекул и к обеднению их водородом.
• Ароматические углеводороды склонны к реакциям уплотнения с образованием конденсированных ароматических углеводородов. Реакции уплотнения также могут происходить между молекулами ароматических и непредельных углеводородов. Продукты уплотнения и в первом, и во втором случае являются основой для образования смолисто-асфальтовых и коксоподобных веществ.

Реакции происходят по радикально-цепному механизму через алкильные и фенильные радикалы.

Газообразные улеводороды

Выход газа по отношению к сырью составляет порядка 1,5 — 2,5 %. Полученные газообразные вещества содержат значительные количества метана и этана и около 25 — 30 % непредельных углеводородов. После очистки о сероводородов их обычно используют в качестве топлива для собственных нужд НПЗ.

Бензины

Выход бензина на сырье составляет около 3,5 — 5,0 % масс. серы — 0,7 — 0,9 %, в том числе меркаптановой — до 0,2 %. Бензины висбрекинга имеют низкую стабильность вследствие их олефинового характера. Для повышения его стабильности и октанового числа, в ряде случаев весь бензин висбрекинга направляют на каталитический крекинг.

Тяжелую часть бензина для повышения ОЧ отправляют на каталитический риформинг, предварительно произведя гидроочистку от олефинов и серы.

Легкую часть бензина после очистки от сернистых соединений иногда добавляют в товарные бензины.

Газойлевая фракция

Выход легкого газойля на сырье составляет 4,5 — 5,5 % масс, содержание серы — 0,8 — 1,2 %. Газойль, получающийся при висбрекинге, не стабилен и может окисляться и полимеризоваться под действием солнечных лучей и кислорода воздуха. В связи с этим, при использовании таких газойлей в качестве моторных топлив, их подвергают предварительной гидроочистке.

Котельное топливо

Вязкость котельного топлива, получаемого в процессе висбрекинга, в 6 — 10 раз ниже по сравнению с исходным сырьем. Это происходит за счет образования значительного количества фракций с температурой выкипания 180 – 500 °С. Температура застывания при этом также снижается на 6 – 10 °С.

Стабильность остатка висбрекинга — котельного топлива, т.е. способность храниться длительное время без образования осадка, который образуется главным образом за счет выпадения асфальтенов, зависит от целого ряда факторов:

• Чем выше содержание асфальтенов в исходном сырье, тем меньше допустимая глубина превращения
• Чем больше ароматических соединений в продукте, тем выше устойчивость системы против расслоения
• Чем больше содержаться в продукте парафинов, тем более неустойчива система, и, соответственно, тем более легко асфальтены образуют отдельную фазу.

Повышение вязкости остатка висбрекинга может также происходить в результате протекания реакций полимеризации непредельных углеводородов.

Установка висбрекинга

Установка висберинга – это термический неглубокий крекинг тяжелых видов сырья, таких как гудрон, мазут и других остаточных продуктов.

Целью установки висбрекинга  является снижение вязкости остаточных продуктов и дальнейшее использование их в качестве компонента в производстве разных марок топочного мазута. В ходе сложных химических процессов распада и синтеза углеводородов с использованием высоких температур, получается некоторое количество бензина и газа.

Сырье

Сырье используемое на установке – это смесь гудрона и мазута.

Продукты висбрекинга

Продукты получаемые в результате работы установки:

1. Крекинг-остаток — компонент флотского мазута
2. Стабильный бензин
3. Газ и бензин 

Схема

Схема установки висбрекинга

Принцип работы установки

Сырье поступает с установок первичной переработки нефти с температурой до 140 С в емкость прямого питания.

Далее с помощью сырьевых насосов основным потоком перекачивается через теплообменники, в которых проходит нагревание до 300С за счет тепла отходящего крекинг остатка. И двумя потоками через конвекционную камеру трубчатой печи, где принимает температуру 350С

Предварительно подогретая смесь скапливается в буферальной емкости. Откуда с помощью печного насоса, четырьмя параллельными потоками подается в радиантные  камеры печи, происходит нагревание до 445-460 С. В змеевиках печи на 20% происходит реакция расщепления.

На выходе из печи четыре потока змеевиков объединяются в два трубопровода, по которым смесь поступает в реакционные камеры.

Кстати

Назначением реакционных камер является углубление крекинга путем дополнительного выдерживания продуктов расщепления при высоких температурах.

Камера представляет собой полый цилиндрический аппарат. Диаметр составляет 2 метра, а высота 15 метров. Выдерживает высокое давление до 20-30 атмосфер.

Смесь подается снизу вверх для обеспечения турбулентного движения продуктов. Для этого входной патрубок снабжен насадкой с завехрителем. Во избежание коксования предусмотрена его промывка – флегмой собственной выработки.

Время прохождения продукта по камере оставляет 30 минут снизу вверх. После чего по шлемовой линии он выводится в ректификационную колонну.

Квенч — струя флегмы, которая подается в линию для прекращения реакции. 

По шлемовым линиям камер продукт перемещается в рефиктиционную колонну на 15 и 19 тарелки. С верха рефиктиционной колонны углеводородный газ и пары бензина по шлемовой линии с температурой 150-210С поступает в АВО.

Сконденсированные и охлажденные продукты реакции поступают в газосепаратор бензина, где происходит разделение на фазы: газообразную  жидкую.

С нижней части бензинового газосепаратора, вода выводится в промышленную канализацию. А углеводородные газы выводятся с верхней части установки.

Нестабильный бензин откачивается из газосепаратора насосом и, в дальнейшем, разделяется на два потока:

1. Первый поток идет на первую тарелку колонны в качестве острого орошения.
2. Второй поток – в блок стабилизации бензина, откуда, уже стабильный бензин выводится с установки для потребления.

Ректификационная колонна

Флегма из ректификационной колонны с помощью насосов передается в распределительный коллектор и делится на три потока.

1. Первый поток, проходя по трубам сырьевого теплообменника, в котором отдает тепло сырью и уходит в холодильник. И охлаждается в нем да температуры от 50 до 100С и подается в виде холодной струи в шлемовые линии реакционных камер.
2. Второй поток флегмы — идет по трубному пространству теплообменника подогрева топливного газа, по трубам ребойлера, где подогревает бензин низа колонны, направляется в АВО. С температурой 170-200С флегма возвращается на 12 тарелку ректификационной колонны в качестве орошения.
3. Третий поток уходит в распределительный коллектор, откуда флегма в качестве турбулизатора поступает в сырьевые потоки печи во избежание коксования и уплотнения продуктов на стенках труб, а так же на промывку завехриелей реакционных камер.

Кстати

Снизу ректификационной колоны крекинг остаток, с помощью насосов, прокачивается по трубам теплообменников, где происходит теплоотдача сырью, поступающему в буферную емкость.

Далее проходит через три параллельно работающих холодильника, где охлаждается до температуры не более 130 С. После чего выводится из установки в товарно-сырьевой цех, как компонент топочного мазута.

Ниже приведен материальный баланс установки висбрекинга гудрона:

Висбрекинг — процесс, сырьё, установка

Висбрекинг – это одна из самых мягких форм термического крекинга. Процесс висбекинга представляет собой разложение нефтяных остатков на небольшой глубине при относительно мягких условиях.

Под мягкими условиями подразумевается максимальное давление в 5 МПа и температура в пределах 4300С – 4900С. Типичное сырье висбрикинга – это мазуты и гудроны.

Первые получаются в процессе атмосферной перегонке нефтей.

Висбрекинг осуществляется с двумя целями:

1. Для снижения степени вязкости остатков, которые являются основным сырьем для получения товарного котельного топлива;
2. Для увеличения объема получения газойля, используемого для установок гидрокрекинга и каталитического крекинга.

Стоит сказать, что обе цели использования имеют побочные легкие продукты, которыми выступают газы, а также бензиновые фракции, выходящие, как правило, в объеме не более 3% и 8% (масс.) на сырье.

В зависимости от количества выхода бензина определяется степень жесткости условий, в которых осуществляется процесс.

В случае проведения висбрекинга в условиях повышенной жесткости есть риск получить нестабильные топлива, которые получаются путем смешивания остаточного продукта висбрекинга и других составляющих тяжелого жидкого котельного топлива. Нестабильное горючие имеет свой недостаток, заключающийся в его расслоении и образовании осадка.

В зависимости от целей, есть два варианта проведения висбрекинга.

Вариант № 1 характеризуется следующими аспектами:

• все жидкие фракции, за исключением бензиновых, в составе остаточного продукта, который называется висбрекинг-мазутом, остаются неизменными, т.е. сохраняются;
• выход висрекинг-мазута составляет 90-93% масс, на сырье;
• для висбрекинг-мазута характеры пониженные относительно сырья вязкость, температура начала кипения, а также застывания;
• технологическая схема установки отличается своей простотой и гибкостью, благодаря чему становится возможным осуществлять переработку остаточного сырья разного качества.

Висбрекинг гудрона приводит к существенному снижению расхода дистиллятного разбавителя с низкой вязкости, который используется для производства котельного топлива. С учетом необходимости получения топлива с очень высокой температурой вспышки, осуществляется ограничение количества тяжелых бензиновых фракций, входящих в состав остаточного продукта висбрекинга.

Согласно варианту № 2, установка висбрекинга дополняется вакуумной секцией, посредством которой выделяется вакуумный газойль из висбрекинг-мазута. Последствием данного процесса является увеличение количества вакуумного газойля, который содержится в материале, на 25-40%.

Некоторые предприятия, которые тяжелый остаток получают, используя второй вариант, применяют его в качестве топлива на предприятиях.

Стоит сказать, что данный остаток также вступает нижним продуктом вакуумной колонны.

Его избыток, который образуется в результате разбавления продуктом низкой вязкости (к примеру, каталитическим газойлем), отправляется в резервуар товарного мазута, для которого характерна нормированная вязкость.

Таким образом, стоит отметить, что установка висбрекинга может представлять собой секцию в структуре комбинированной установки: атмосферная перегонка нефти→висбрекинг атмосферного мазута→вакуумная перегонка→висбрекинг -мазута для выделения газойлевых фракций или висбрекинг атмосферного мазута→выделение газойлей (в частности, под вакуумом)→термический крекинг смеси газойлей с целью увеличения выхода керосиновой фракции. Кроме этого также существуют и другие варианты установок висбрекинга. Одни характеризуются направлением нагретого сырья после выхода из печи в необогреваемый реактор, в котором, главным образом, происходит неглубокий термокрекинг. А для других характерен процесс висбекинга нагретого сырья в обогреваемом змеевике который находится во второй топочной камере трубчатой печи.

Благодаря висбрикингу нефтеперерабатывающие предприятия имеют возможность:

• производить тяжелое котельное топливо в значительно меньших объемах;
• снизить число прямогонных дистиллятов, используемых для разбавления тяжелых, высоковязких гудронов, которые используются как котельное топливо;
• существенно увеличить сырьевые ресурсы, необходимые для каталитического крекинга и гидрокрекинга;
• использовать дополнительные объемы легких и средних дистиллятов, которые применяются в качестве компонентов моторных и печных горючих. 

Нефтепереработка