Висбрекинга представляет собой блок обработки в нефтеперерабатывающем заводе , целью которого является снижение количества остаточной нефти , добываемой в перегонки из сырой нефти , а также повысить выход наиболее ценных средних дистиллятов ( топочный мазут и дизель ) на нефтеперерабатывающем заводе. В висбрекинге происходит термический крекинг больших молекул углеводородов в масле путем нагревания в печи для снижения его вязкости и получения небольших количеств легких углеводородов. ( СУГ и бензин ). [1] [2] [3]Название процесса «висбрекинг» относится к тому факту, что процесс снижает (то есть разрушает) вязкость остаточной нефти. Процесс некаталитический .
Цели процесса
Цели висбрекинга:
- Уменьшение вязкости потока сырья: обычно это остаток от вакуумной перегонки сырой нефти, но также может быть остаток от операций гидроочистки , природный битум от просачиваний в грунт или битуминозные пески и даже некоторые виды сырой нефти с высокой вязкостью.
- Уменьшите количество остаточного мазута, производимого на нефтеперерабатывающем заводе: остаточное жидкое топливо обычно считается продуктом с низкой стоимостью. Спрос на остаточное топливо продолжает снижаться, поскольку оно заменяется на традиционных рынках, например, на топливо, необходимое для выработки пара на электростанциях , более чистыми альтернативными видами топлива, такими как природный газ .
- Увеличение доли средних дистиллятов в выпуске нефтеперерабатывающего завода: средний дистиллят используется в качестве разбавителя остаточных масел для снижения их вязкости до рыночного уровня. Путем снижения вязкости остаточного потока в реакторе висбрекинга можно получить жидкое топливо с использованием меньшего количества разбавителя, а сэкономленный средний дистиллят можно направить на производство более дорогостоящего дизельного топлива или топочного мазута.
Технология
Катушка висбрекинга
Термин висбрекинг змеевик (или печь ) применяется к установкам, в которых процесс крекинга происходит в трубах печи (или «змеевиках»). Материал, выходящий из печи, закаливается, чтобы остановить реакции крекинга: часто это достигается за счет теплообмена с исходным материалом, подаваемым в печь, что, в свою очередь, является шагом с хорошей энергоэффективностью, но иногда и потоком холодного масла (обычно газойля). ) используется с тем же эффектом. Газойль восстанавливается и используется повторно. Степень реакции крекинга контролируется регулированием скорости потока масла через трубы печи. Охлажденная нефть затем поступает в ректификационную колонну, где продукты крекинга (газ, сжиженный нефтяной газ, бензин, газойль и гудрон) отделяются и извлекаются.
Промывочный висбрекинг
При смачивании висбрекинга основная часть реакции крекинга происходит не в печи, а в барабане, расположенном после печи, который называется смачивателем. Здесь масло выдерживают при повышенной температуре в течение заранее определенного периода времени, чтобы дать возможность произойти растрескиванию перед гашением. Затем масло поступает в ректификационную колонну . При смачивании висбрекинга используются более низкие температуры, чем при висбрекинге змеевиков. Вместо этого используется сравнительно большая продолжительность реакции крекинга.
Варианты процесса
Смола висбрекинга может быть дополнительно очищена путем подачи ее в вакуумный фракционер . Здесь дополнительный тяжелый газойль может быть извлечен и направлен на установки каталитического крекинга , гидрокрекинга или термического крекинга на нефтеперерабатывающем заводе. Смола, подвергнутая вакуумному мгновенному испарению (иногда называемая пека ), затем направляется на смешение с мазутом. На нескольких нефтеперерабатывающих заводах смола висбрекинга направляется в установку замедленного коксования для производства определенных специальных коксов, таких как анодный кокс или игольчатый кокс .
Висбрекинг с пропиткой против висбрекинга рулонов
С точки зрения доходности, выбирать между двумя подходами практически нечего. Однако каждый из них предлагает значительные преимущества в определенных ситуациях:
- Удаление кокса : в результате реакции крекинга в качестве побочного продукта образуется нефтяной кокс . При висбрекинге змеевиков они оседают в трубах печи и в конечном итоге приводят к их засорению или блокированию. То же самое будет происходить в барабане смачивателя висбрекинга, хотя более низкие температуры, используемые в смачивающем барабане, приводят к гораздо более медленному загрязнению. Поэтому висбрекинг змеевика требует частого удаления кокса. Это довольно трудоемко, но может быть преобразовано в процедуру, при которой трубы очищаются от кокса последовательно без необходимости остановки операции висбрекинга. Промывочные барабаны требуют гораздо меньшего внимания, но их вывод из эксплуатации обычно требует полной остановки работы. Что является более разрушительной деятельностью, будет варьироваться от нефтеперерабатывающего завода к нефтеперерабатывающему заводу.
- Экономия топлива : более низкие температуры, используемые в подходе с замачиванием, означают, что эти агрегаты потребляют меньше топлива. В случаях, когда нефтеперерабатывающий завод покупает топливо для поддержки технологических операций, любая экономия на расходе топлива может быть чрезвычайно ценной. В таких случаях может быть предпочтительным легкий висбрекинг.
Качество и урожайность
Качество кормов и качество продукции
Качество сырья, поступающего в установку висбрекинга, будет значительно варьироваться в зависимости от типа сырой нефти, которую перерабатывает завод. Следующее является типичным качеством остатка вакуумной перегонки арабского легкого (сырой нефти из Саудовской Аравии и широко перерабатываемой во всем мире):
Плотность (кг / л) | Вязкость при 100 ° C ( сантистокс ) | Содержание серы (мас.%) |
---|---|---|
1.020 | 930 | 4.0 |
После того, как этот материал будет пропущен через висбрекер (и, опять же, будут значительные различия от висбрекинга к висбрекеру, поскольку никакие два не будут работать в абсолютно одинаковых условиях), вязкость резко снизится:
Плотность (кг / л) | Вязкость при 100 ° C ( сантистокс ) | Содержание серы (мас.%) |
---|---|---|
1.048 | 115 | 4,7 |
Урожайность
Выходы различных углеводородных продуктов будут зависеть от «жесткости» операции крекинга, определяемой температурой, до которой нагревается нефть в печи висбрекинга. В нижней части шкалы печь, нагретая до 425 ° C, будет давать лишь незначительные трещины, в то время как операции при 500 ° C будут считаться очень тяжелыми. Легкий арабский нефтяной остаток при висброске при 450 ° C дает около 76% (по весу) гудрона, 15% средних дистиллятов, 6% бензина и 3% газа и сжиженного нефтяного газа.
Стабильность мазута
Жесткость работы висбрекинга обычно ограничивается необходимостью производства смолы висбрекинга, которую можно смешивать для получения стабильного жидкого топлива.
Под стабильностью в этом случае понимается склонность мазута к образованию отложений при хранении. Эти отложения нежелательны, поскольку они могут быстро загрязнять фильтры насосов, используемых для перекачки масла, что требует длительного обслуживания.
Вакуумный остаток, подаваемый в установку висбрекинга, можно рассматривать как состоящий из следующего:
- Асфальтены : большие полициклические молекулы, взвешенные в масле в колоидальной форме.
- Смолы : также полициклические, но с более низкой молекулярной массой, чем асфальтены.
- Ароматические углеводороды : производные бензола , толуола и ксилолов.
- Парафиновые углеводороды : алканы
В результате висбрекинга предпочтительно растрескиваются алифатические соединения, которые имеют относительно низкое содержание серы, низкую плотность и высокую вязкость, и эффект их удаления можно четко увидеть по изменению качества сырья и продукта. Слишком сильное растрескивание в висбрекинге приведет к тому, что коллоид асфальтенов станет метастабильным. Последующее добавление разбавителя для производства готового жидкого топлива может вызвать разрушение коллоида с осаждением асфальтенов в виде шлама. Было замечено, что парафиновый разбавитель с большей вероятностью вызовет осаждение, чем ароматический. Стабильность мазута оценивается с помощью ряда собственных тестов (например, на значение «P» и тесты SHF).
Экономика
Смешивание вязкости
Вязкостное смешение двух или более жидкостей, имеющих разную вязкость, представляет собой трехэтапную процедуру. Первым шагом является вычисление индекса вязкости смеси (VBI) каждого компонента смеси, используя следующее уравнение (известное 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 одинаковой температуре.
Следующим шагом является вычисление VBN смеси, используя это уравнение:
- (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 того, как вязкость смеси была рассчитана с использованием уравнения (2), последним шагом является определение вязкости смеси с помощью обращения уравнения (1):
- (3) v = e e (VBN - 10,975) ÷ 14,534 - 0,8
где VBN - вязкость смеси, а e - трансцендентное число 2,71828, также известное как число Эйлера .
Пример экономики для двухкомпонентной смеси
Товарное жидкое топливо, например, для заправки электростанции, может потребовать вязкости 40 сантистоксов при 100 ° C. Его можно приготовить с использованием описанного выше первичного остатка или остатка вис-дробленой фракции в сочетании с дистиллятным разбавителем («измельченная масса»). Такое режущее сырье может , как правило , имеют вязкость при 100 ° C 1,3 сСт . Преобразование приведенного выше уравнения (2) для простой двухкомпонентной смеси показывает, что процентное содержание резца, требуемого в смеси, определяется следующим образом:
(4) % резак акций = [VBN 40 - VBN остаток ] ÷ [VBN резак акций - VBN остаток ]
Используя значения вязкости, указанные в таблицах выше для остатков арабской легкой сырой нефти, и вычисляя VBN по уравнению (1), получаем:
Для первичных остатков (т.е. непревращенного сырья для висбрекинга): 27,5% измельченной массы в смеси.
Для остатков висбрена : 13,3% измельченной массы в смеси.
Поскольку средние дистилляты имеют гораздо более высокую стоимость на рынке, чем жидкое топливо, можно видеть, что использование висбрекинга значительно улучшит экономику производства мазута. Например, если стоимость резца составляет 300 долларов за тонну, а мазута - 150 долларов за тонну (цены на нефть, естественно, быстро меняются, но эти цены и, что более важно, различия между ними, не являются нереалистичными), это несложно вычислить значения различных остатков в этом примере как:
Остаток первичного сырья: 93,1 долл. США за тонну
Остаток висброкена: 127,0 долл. США за тонну
Рекомендации
- ^ Джеймс Х. Гэри и Гленн Э. Хандверк (1984). Технология и экономика нефтепереработки (2-е изд.). Марсель Деккер, Inc. ISBN 0-8247-7150-8.
- ^ а б Роберт Э. Мэйплз (2000). Экономика процесса нефтепереработки (2-е изд.). Pennwell Books. ISBN 0-87814-779-9.
- ^ Джеймс Г. Спейт (2006). Химия и технология нефти (4-е изд.). CRC Press. ISBN 0-8493-9067-2.
- ^ CT Baird (1989), Руководство по смешиванию нефтепродуктов , HPI Consultants, Inc., веб-сайт HPI.
Внешние ссылки
- Тепловое преобразование оболочки
- Испытания на стабильность мазута