Висбрекинг

Висбрекинг

Висбрекинг

Подробности 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.

На рисунке приведена общая схема образования продуктов уплотнения. 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

Висбрекинг

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, прочтите эту статью тоже:  Установка производства серной кислоты

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, прочтите эту статью тоже:  Установка каталитической изомеризации

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:

работы установки

Висбрекинг — процесс, сырьё, установка

Висбрекинг

03.08.2017 14:31

2-goroda.by

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

Висбрекинг

Висбрекинг Деструктивная перегонка Термический крекинг

Висбрекинг — процесс однократного термического крекинга тяжелого остаточного сырья, проводимый в мягких условиях.

Типичное сырье висбрекинга — мазуты, получаемые при атмосферной перегонке нефтей, или вакуумные гудроны. Восприимчивость гудрона к висбрекингу тем выше, чем ниже температура его размягчения и чем меньше асфальтенов, нерастворимых в н-пентане.

Висбрекинг проводится для производства преимущественно жидкого котельного топлива пониженной по сравнению с сырьем вязкости (вариант I), либо с целью производства в повышенных количествах газойля — сырья для установок гидрокрекинга и каталитического крекинга (вариант II).

В обоих вариантах побочными легкими продуктами являются газы и бензиновые фракции, выход которых обычно не превышает 3 и 8% (масс.) на сырье.

Проведение процесса в более жестких условиях, что оценивается по выходу бензина, может приводить к нестабильности топлив, получаемых смешением остаточного продукта висбрекинга с другими компонентами тяжелого жидкого котельного топлива. Нестабильное топливо расслаивается, в нем образуется осадок.

При проведении висбрекинга по варианту I характерно следующее:

  • сохранение в составе остаточного продукта (называемого ниже висбрекинг-мазутом) всех жидких фракций, кроме бензиновых;
  • высокий выход висбрекинг-мазута (90—93% масс, на сырье);
  • более низкие по сравнению с сырьем вязкость, температуры начала кипения и застывания висбрекинг-мазута;
  • простота и гибкость технологической схемы установки, позволяющие перерабатывать остаточное сырье разного качества.

В результате висбрекинга гудронов значительно сокращается расход маловязкого дистиллятного разбавителя при приготовлении котельного топлива. тяжелых бензиновых фракций в остаточном продукте висбрекинга ограничивают, учитывая необходимость получения топлива с достаточно высокой температурой вспышки.

При проведении висбрекинга по варианту II установка дополняется вакуумной секцией, предназначаемой для выделения из висбрекинг-мазута вакуумного газойля. В результате процесса потенциальное содержание вакуумного газойля в сырье повышается на 25—40% (об.).

На некоторых заводах часть тяжелого остатка, получаемого по варианту II и являющегося нижним продуктом вакуумной колонны, используется как топливо на самих заводах, а избыток после разбавления маловязким продуктом, например каталитическим газойлем, направляется в резервуар товарного мазута нормированной вязкости.

Установка висбрекинга может входить как секция в состав комбинированной установки, например 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. Возможны также варианты установок висбрекинга: на одних нагретое сьфье по выходе из печи направляется в необогреваемый реактор, где в основном и осуществляется неглубокий термокрекинг; на других — нагретое сырье подвергается висбрекингу в обогреваемом змеевике (сокинг-секция), расположенном во второй топочной камере трубчатой печи.

Для висбрекинга гудронов условия процесса такие: температура 460—500°С; давление 1,4—3,5 МПа. Длительность пребывания сырья в зоне реакции определяется с помощью уравнения скорости реакции первого порядка. Требуемый объем реакционной зоны, т. е. того участка змеевика, где температура сырья превышает 399°С, составляет 3,6—4,8 м3 на каждые 1000 м3 перерабатываемого жидкого сырья в сутки.

Теплота реакции термического крекинга

Процесс висбрекинга протекает с поглощением тепла; теплоты эндотермических реакций неглубокой формы термического крекинга разных образцов сырья на 1 кг бензина с концом кипения 225°С приведены ниже:

Сырье Плотность сырья при 20°С, кг/м3 Теплота реакции при различном выходе бензина, кДж/кг
5%, масс. 10%, масс. 15%, масс.
Мазут бакинской нефти 945 1425 1380 1340
Мазут грозненской нефти 904 1510 1465 1425
Газойль бакинской нефти 853 1260 1240 1270
Дистиллят парафинистый 859 1300 1470 1470
Битум парафинистый 1004 587 922 1006

Характеристики сырья и продуктов висбрекинга

Показатели Мазут легкой аравийской нефти Гудрон легкой аравийской нефти Полугудрон ставропольской нефти
Выходы продуктов, % (масс.

):

    сероводород 0,2 0,3
    газы до С4 2,1 2,2 0,8
    фракции С5 и С6 1,4 1,3 ∑5,6 (КК-180°С)
    фракция С7-185°С 4,7 4,6
    фракция 185-371°С 10,7
    остаток (>371°С) 80,9
    остаток (>185°С) 91,6 92,6 (НК-180°С)

Итого:

100,0 100,0 99,0
Характеристика сырья:
    Плотность при 20°С, кг/м3 954 1022 918
    Вязкость кинематическая при 50°С, мм2/с 480 33,3 (при 80°С)
    Температура застывания, °С 15 41 49
    Коксуемость по Конрадсону, % (масс.) 7,6 20,8 4,3
    , % (масс.) серы 3,0 4,0 0,32
    , % (масс.) азота 0,16 0,31
Характеристика остаточного продукта:
    Начало кипения, °С 371 185 180
    Плотность при 20°С, кг/м3 968 1020 896
    Вязкость кинематическая при 50°С, мм2/с 300 6000 16,8 (при 80°С)
    Температура застывания, °С 29 40
    , % (масс.) серы 3,2 4,0 0,2

Октановое число бензиновой фракции висбрекинга находится в пределах от 58 до 68 (моторный метод, без присадки).

серы в бензиновых и керосиновых фракциях существенно ниже, чем в сырье; однако эти фракции обычно нуждаются в очистке. Например, подвергая висбрекингу мазут [мол. масса 407, плотность 938,5 кг/м3; содержание серы 1,81 % (масс.

), коксуемость 5,0 %], самотлорской нефти, получали бензин и керосин, содержащие до очистки 0,7 и 1,0 % (масс.) серы.

Висбрекинг-установка с реакционной камерой

Горячий мазут, поступающий с нефтеперегонной установки, подается насосом 1 в змеевик печи 2. По выходе из печи сырье подвергается висбрекингу в реакционной камере 3 (реакторе), работающей при давлении около 1,7 МПа.

Полученная смесь продуктов, пройдя редукционный клапан 4, направляется далее в фракционирующую колонну 8. До входа в колонну смесь охлаждается за счет подачи в линию холодного газойля, нагнетаемого насосом 7, через теплообменник 6.

Остальная часть охлажденного газойля (рециркулят) возвращается этим же насосом в среднюю зону колонны 8. Балансовое количество газойля отводится с установки через холодильник 5.

Для конденсации бензиновых паров и охлаждения газов, выходящих из колонны 8 сверху, служит аппарат воздушного охлаждения 11. После него смесь проходит водяной холодильник 12.

В горизонтальном сепараторе 13 (он же сборник орошения) жирные газы отделяются от нестабильного бензина.

Часть бензина подается насосом 14 на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения; остальное количество отводится с установки.

Легкая керосиновая фракция отбирается из колонны с промежуточной тарелки и насосом 10 выводится с установки. На некоторых установках эта фракция предварительно продувается водяным паром в выносной отпарной колонне.

Описанная установка является частью комбинированной установки, и с низа колонны 8 остаток — утяжеленный висбрекинг-мазут — направляется насосом 9 в вакуумную ступень.

Висбрекинг-установка с сокинг-секцией

Такая установка отличается от рассмотренной выше главным образом тем, что процесс висбрекинга в ней осуществляется в обогреваемом змеевике внутри печи. Поэтому ниже рассматривается только нагревательно-реакторная печь.

В левой топочной камере вдоль боковых стен и у потолка расположены нагревательные радиантные трубы, а в правой топочной камере — радиантные трубы сокинг-секции, с регулируемым, но самостоятельным подводом тепла в эту секцию.

Уходящие из топочных камер I и III дымовые газы поступают через проемы внизу внутренних стен в конвекционную камеру II.

Здесь восходящий поток дымовых газов охлаждается, отдавая тепло на нагрев сырья (при наличии для него конвекционного змеевика), испарение воды и перегрев водяного пара при размещении в камере трубчатых элементов парового котла-утилизатора или пароперегревателя.

Длительность пребывания сырья в сокинг-секции зависит от его расхода (подачи в змеевик печи), давления на участке паро- и газообразования, а также от расхода водяного пара, вводимого в радиантные трубы. Для подавления реакций смесь, выходящая из сокинг-секции, охлаждается путем ввода в нее рециркулирующей жидкости.

Печь оснащена контрольно-измерительными приборами и регуляторами, такими, как: указатели температуры (УТ) стенок радиантных труб; регулятор температуры (РТ) сырья при выходе его из нагревательного змеевика; регулятор температуры продуктов висбрекинга при выходе их из сокинг-секции; регулятор давления (РД) на выводной линии.

С увеличением глубины крекинга сыря и при перегреве труб усиливается отложение кокса на внутренней поверхности змеевика сокинг-секции, что сокращает длительность рабочего пробега печи.

Рекомендуемые значения тепловых напряженностей радиантных поверхностей нагрева (подсчет по наружному диаметру труб) в печах висбрекинг-установок следующие:

  • нагревательная секция 102—113 МДж/(м2·ч);
  • сокинг-секция 68—80 МДж/(м2·ч).

Эти значения приемлемы при одностороннем факельном облучении труб, располагаемых у потолка и стен с шагом, равным двум диаметрам.

Висбрекинг Деструктивная перегонка Термический крекинг
Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть