Висбрейкер

Висбрекинг — это технологическая установка на нефтеперерабатывающем заводе , целью которой является минимизация количества остаточной нефти, получаемой при перегонке сырой нефти , и увеличение выхода более ценных средних дистиллятов ( печного топлива и дизельного топлива ) на нефтеперерабатывающем заводе. Висбрекинг термически расщепляет большие молекулы углеводородов в нефти путем нагрева в печи для снижения ее вязкости и получения небольших количеств легких углеводородов. ( СУГ и бензин ). ^{[1] [2] [3]} Название процесса «висбрекинг» относится к тому факту, что процесс снижает (т. е. разрушает) вязкость остаточной нефти. Процесс является некаталитическим .

Целями висбрекинга являются:

• Снизьте вязкость исходного потока: обычно это остаток вакуумной перегонки сырой нефти, но также это может быть остаток гидроскимминга , природный битум из просачиваний в грунт или битуминозных песков и даже некоторые виды сырой нефти с высокой вязкостью.
• Снизить количество остаточного топлива, производимого НПЗ: Остаточное топливо обычно считается продуктом с низкой стоимостью. Спрос на остаточное топливо продолжает снижаться, поскольку на традиционных рынках, таких как топливо, необходимое для генерации пара на электростанциях , его заменяют более чистыми альтернативными видами топлива, такими как природный газ .
• Увеличить долю средних дистиллятов в продукции НПЗ: Средний дистиллят используется в качестве разбавителя с остаточными маслами для снижения их вязкости до товарного уровня. Снижая вязкость остаточного потока в висбрекинге, можно производить мазут с использованием меньшего количества разбавителя, а сэкономленный средний дистиллят можно направить на производство более ценного дизельного топлива или печного топлива.

Термин «змеевиковый» (или «печной ») висбрекинг применяется к установкам, где процесс крекинга происходит в трубах печи (или «змеевиках»). Материал, выходящий из печи, охлаждается для остановки реакций крекинга: часто это достигается путем теплообмена с первичным материалом, подаваемым в печь, что, в свою очередь, является хорошим шагом по повышению энергоэффективности, но иногда для того же эффекта используется поток холодного масла (обычно газойля). Газойль восстанавливается и используется повторно. Степень реакции крекинга контролируется путем регулирования скорости потока масла через трубы печи. Затем охлажденное масло поступает во фракционирующую колонну, где продукты крекинга (газ, сжиженный нефтяной газ, бензин, газойль и смола) разделяются и восстанавливаются.

При висбрекинге в проточной камере основная часть реакции крекинга происходит не в печи, а в барабане, расположенном после печи, который называется проточной камерой. Здесь нефть выдерживается при повышенной температуре в течение определенного периода времени, чтобы произошел крекинг перед закалкой. Затем нефть поступает во фракционирующую колонну . При висбрекинге в проточной камере используются более низкие температуры, чем при висбрекинге в катушке. Вместо этого используется сравнительно большая продолжительность реакции крекинга.

Смола висбрекинга может быть дополнительно очищена путем подачи ее в вакуумную ректификационную колонну . Здесь дополнительный тяжелый газойль может быть извлечен и направлен либо на каталитический крекинг , гидрокрекинг или термический крекинг на НПЗ. Смола вакуумного испарения (иногда называемая пеком ) затем направляется на смешивание с топливом. В некоторых местах расположения НПЗ смола висбрекинга направляется в установку замедленного коксования для производства определенных специальных коксов, таких как анодный кокс или игольчатый кокс .

С точки зрения доходности выбор между этими двумя подходами невелик или его вообще нет. Однако каждый из них предлагает существенные преимущества в определенных ситуациях:

• Раскоксовка : Реакция крекинга образует нефтяной кокс в качестве побочного продукта. При висбрекинге в катушках он откладывается в трубах печи и в конечном итоге приводит к загрязнению или блокировке труб. То же самое будет происходить в барабане речной висбрекинговой печи, хотя более низкие температуры, используемые в речной печи, приводят к загрязнению с гораздо меньшей скоростью. Поэтому речной висбрекинговые печи требуют частого раскоксовывания. Это довольно трудоемкий процесс, но его можно превратить в рутину, при которой трубы раскоксовываются последовательно без необходимости остановки операции висбрекинга. Речной барабан требует гораздо менее частого внимания, но его вывод из эксплуатации обычно требует полной остановки работы. Что является более разрушительной деятельностью, будет варьироваться от НПЗ к НПЗ.
• Экономия топлива : более низкие температуры, используемые в подходе soaker, означают, что эти установки потребляют меньше топлива. В случаях, когда НПЗ покупает топливо для поддержки технологических операций, любая экономия в потреблении топлива может быть чрезвычайно ценной. В таких случаях висбрекинг soaker может быть выгодным.

Качество сырья, поступающего в висбрекинг, будет значительно различаться в зависимости от типа сырой нефти, которую перерабатывает НПЗ. Ниже приведено типичное качество остатка вакуумной перегонки Arabian light (сырая нефть из Саудовской Аравии , широко перерабатываемая по всему миру):

После пропускания этого материала через висбрекинг (и, опять же, будут значительные различия от висбрекинга к висбрекингу, поскольку два из них не будут работать в абсолютно одинаковых условиях) снижение вязкости будет значительным:

Выход различных углеводородных продуктов будет зависеть от «жесткости» крекинга, определяемой температурой, до которой нагревается нефть в печи висбрекинга. В нижнем конце шкалы нагрев печи до 425 °C приведет к мягкому крекингу, в то время как операции при 500 °C будут считаться очень жесткими. Остаток аравийской легкой нефти при висбрекинге при 450 °C даст около 76% (по весу) смолы, 15% средних дистиллятов, 6% бензинов и 3% газа и сжиженного нефтяного газа.

Жесткость работы висбрекинга обычно ограничивается необходимостью получения смолы висбрекинга, которую можно смешивать для получения стабильного мазута.

Под стабильностью в данном случае понимается тенденция мазута к образованию осадков при хранении. Эти осадки нежелательны, поскольку они могут быстро засорить фильтры насосов, используемых для перекачивания нефти, что потребует длительного обслуживания.

Вакуумный остаток, подаваемый в висбрекинг, можно рассматривать как состоящий из следующих компонентов:

• Асфальтены : крупные полициклические молекулы, которые находятся в масле в коллоидной форме.
• Смолы : также полициклические, но с более низкой молекулярной массой, чем асфальтены.
• Ароматические углеводороды : производные бензола , толуола и ксилолов
• Парафиновые углеводороды : алканы

Висбрекинг преимущественно расщепляет алифатические соединения, которые имеют относительно низкое содержание серы, низкую плотность и высокую вязкость, и эффект их удаления можно четко увидеть в изменении качества между сырьем и продуктом. Слишком сильный крекинг в висбрекинге приведет к тому, что асфальтеновый коллоид станет метастабильным. Последующее добавление разбавителя для производства готового мазута может привести к разрушению коллоида, осаждая асфальтены в виде шлама. Было замечено, что парафиновый разбавитель с большей вероятностью вызовет осаждение, чем ароматический. Стабильность мазута оценивается с использованием ряда запатентованных тестов (например, значение "P" и тесты SHF).

Смешивание вязкости двух или более жидкостей с разной вязкостью представляет собой трехэтапную процедуру. Первым шагом является расчет индекса смешивания вязкости (VBI) каждого компонента смеси с использованием следующего уравнения (известного как уравнение Рефутаса): ^{[2] [4]}

(1)   VBN = 14,534 × ln[ln( v + 0,8)] + 10,975

где v — вязкость в квадратных миллиметрах в секунду (мм²/с) или сантистоксах (сСт), а ln — натуральный логарифм (log _e ). Важно, чтобы вязкость каждого компонента смеси была получена при одной и той же температуре.

Следующим шагом является расчет VBN смеси с использованием следующего уравнения:

(2)   _Смесь VBN = [ w _A × VBN _A ] + [ w _B × VBN _B ] + ... + [ w _X × VBN _X ]

где w — массовая доля (т.е. % ÷ 100) каждого компонента смеси.

После расчета коэффициента вязкости смеси с использованием уравнения (2) последним шагом является определение вязкости смеси с использованием обратного уравнения (1):

(3)   v = e ^{e (VBN - 10,975) ÷ 14,534} - 0,8

где VBN — коэффициент вязкости смеси, а e — трансцендентное число 2,71828, также известное как число Эйлера .

Товарное мазутное топливо, например, для заправки электростанции, может иметь вязкость 40 сантистоксов при 100 °C. Его можно приготовить с использованием как первичного, так и висбрекингового остатка, описанного выше, в сочетании с дистиллятным разбавителем («дистиллят»). Такой дистиллят обычно может иметь вязкость при 100 °C 1,3 сантистокса . Перестановка уравнения (2) выше для простой двухкомпонентной смеси показывает, что процент дистиллята, требуемый в смеси, определяется по формуле:

(4)   %резцовый материал = [VBN _{40 − остаток} VBN ] ÷ [ _{резцовый материал} VBN − _{остаток} VBN ]

Используя значения вязкости, указанные в таблицах выше для остатков сырой нефти Arab Light, и рассчитав VBN согласно уравнению (1), получаем:

Для первичного остатка (т.е. неконвертированного сырья для висбрекинга): 27,5% дистиллятного сырья в смеси

Для остатка висбрекинга : 13,3% дистиллятного сырья в смеси.

Поскольку средние дистилляты имеют гораздо более высокую стоимость на рынке, чем мазуты, можно увидеть, что использование висбрекинга значительно улучшит экономику производства мазута. Например, если взять стоимость дистиллятного масла в размере 300 долларов за тонну, а мазута — 150 долларов за тонну (цены на нефть, естественно, быстро меняются, но эти цены и, что еще важнее, разница между ними не являются нереальными), то легко рассчитать стоимость различных остатков в этом примере:

Первичный остаток: 93,1 доллара США за тонну.

Остаток висброкена: 127,0 долларов США за тонну.

• Тепловая конверсия оболочки
• Испытание стабильности мазута