12. Висбрекинг нефтяных остатков. Режим процесса. Принципиальная схема. Характеристика продукции.

Наиболее распространённый приём углубления переработки нефти - это вакуумная перегонка мазута и раздельная переработка вакуумного газойля (каталитическим и гидрокрекингом) и гудрона. Получающийся гудрон, особенно в процессе глубоковакуумной перегонки, непосредственно не может быть использован как котельное топливо из-за высокой вязкости. Для получения товарного котельного топлива из таких гудронов без их переработки требуется большой расход дистиллятных разбавителей, что сводит практически на нет достигнутое вакуумной перегонкой углубление переработки нефти. Наиболее простой способ неглубокой переработки гудронов - это висбрекинг с целью снижения вязкости, что уменьшает расход разбавителя на 20-25 % масс., а также соответственно общее количество котельного топлива. Обычно сырьём для висбрекинга является гудрон, но возможна и переработка тяжёлых нефтей, мазутов, даже асфальтов процессов деасфальтизации. Висбрекинг проводят при менее жёстких условиях, чем термокрекинг, вследствие того, что, во-первых, перерабатывают более тяжёлое, следовательно, легче крекируемое сырьё; во-вторых, допускаемая глубина крекинга ограничивается началом коксообразования (температура 440-500^оС, давление 1,4-3,5 МПа).

Исследованиями установлено, что по мере увеличения продолжительности (то есть углубления) крекинга вязкость крекинг-остатка вначале интенсивно снижается, достигает минимума и затем возрастает. Экстремальный характер изменения зависимости вязкости остатка от глубины крекинга можно объяснить следующим образом. В исходном сырье (гудроне) основным носителем вязкости являются нативные асфальтены «рыхлой» структуры. При малых глубинах превращения снижение вязкости обусловливается образованием в результате термодеструктивного распада боковых алифатических структур молекул сырья более компактных подвижных вторичных асфальтенов меньшей молекулярной массы. Последующее возрастание вязкости крекинг-остатка объясняется образованием продуктов уплотнения - карбенов и карбоидов, также являющихся носителями вязкости. Считается, что более интенсивному снижению вязкости крекинг-остатка способствует повышение температуры при соответствующем сокращении продолжительности висбрекинга. Этот факт свидетельствует о том, что температура и продолжительность висбрекинга не полностью взаимозаменяемы между собой. Этот вывод вытекает также из данных о том, что энергия активации для реакции распада значительно выше, чем реакции уплотнения. Следовательно, не может быть полной аналогии в материальном балансе и особенно по составу продуктов между различными типами процессов висбрекинга. В последние годы в развитии висбрекинга в нашей стране и за рубежом определились два основных направления. Первое - это «печной» (или висбрекинг в печи с сокинг-секцией), в котором высокая температура (480-500^оС) сочетается с коротким временем пребывания (1,5-2 мин.). Второе направление - висбрекинг с выносной реакционной камерой, который, в свою очередь, может различаться по способу подачи сырья в реактор на висбрекинг с восходящим потоком и с нисходящим потоком.

В висбрекинге второго типа требуемая степень конверсии достигается при более мягком температурном режиме (430-450^оС) и длительном времени пребывания (10-15 мин.). Низкотемпературный висбрекинг с реакционной камерой более экономичен, так как при одной и той же степени конверсии тепловая нагрузка на печь ниже. Однако при «печном» крекинге получается более стабильный крекинг-остаток с меньшим выходом газа и бензина, но зато с повышенным выходом газойлевых фракций. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция утяжеления сырья висбрекинга в связи с повышением глубины отбора тяжёлых нефтей с высоким содержанием асфальто-смолистых веществ повышенной вязкости и коксуемости, что существенно осложняет их переработку. Эксплуатируемые отечественные установки висбрекинга несколько различаются между собой, поскольку были построены либо по типовому проекту, либо путём реконструкции установок AT или термического крекинга. Различаются они по числу и типу печей, колонн, наличием или отсутствием выносной реакционной камеры.

Технологическая схема. Остаточное сырьё (гудрон) прокачивается через теплообменники, где нагревается за счёт тепла отходящих продуктов до температуры 300^оС и поступает в нагревательно-реакционные змеевики параллельно работающих печей. Продукты висбрекинга выводятся из печей при температуре 500^оС и охлаждаются подачей квенчинга (висбрекинг остатка) до температуры 430^оС и направляются в нижнюю секцию ректификационной колонны К-1. С верха этой колонны отводится парогазовая смесь, которая после охлаждения и конденсации в конденсаторах-холодильниках поступает в газосепаратор С-1, где разделяется на газ, воду и бензиновую фракцию. Часть бензина используется для орошения верха К-1, а балансовое количество направляется на стабилизацию.

Рисунок 8. Принципиальная технологическая схема установки висбрекинга гудрона

I - сырье; II - бензин на стабилизацию; III - керосино-газойлевая фракция (200-350^оС); IV - висбрекинг - остаток; V - газы ГФУ; VI - водяной пар.

Из аккумулятора К-1 через отпарную колонну К-2 выводится фракция лёгкого газойля (200-350^оС) и после охлаждения в холодильниках направляется на смешение с висбрекинг-остатком или выводится с установки. Часть лёгкого газойля используется для создания промежуточного циркуляционного орошения колонны К-1.

Кубовая жидкость из К-1 поступает самотёком в колонну К-3. За счёт снижения давления с 0,4 до 0,1-0,05 МПа и подачи водяного пара в переток из К-1 в К-3 происходит отпарка лёгких фракций.

Парогазовая смесь, выводимая с верха К-3, после охлаждения и конденсации поступает в газосепаратор С-2. Газы из него направляются к форсункам печей, а лёгкая флегма возвращается в колонну К-1.

Из аккумулятора К-3 выводится тяжёлая флегма, которая смешивается с исходным гудроном, направляемым в печи. Остаток висбрекинга с низа К-3 после охлаждения в теплообменниках и холодильниках выводится с установки.

Для предотвращения закоксовывания реакционных змеевиков печей (объёмно-настильного пламени) в них предусмотрена подача турбулизатора - водяного пара на участке, где температура потока достигает 430-450^оС.

В результате висбрекинга гудрона западносибирской нефти получается, % масс.