Установки висбрекинга тяжелого сырья

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 асфальте-нов, нерастворимых в м-пентане [I].

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 висбре-кинга с другими компонентами тяжелого жидкого котельного топлива. Нестабильное топливо расслаи­вается, в нем образуется осадок [2].

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. Содержание 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.) [3].

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. Ниже в каче­стве примера дана характеристика сырья, используе­мого для висбрекинга, выходы продуктов и их каче­ство, по данным фирмы Lummus [4]:

Показатели	Остаток атмосферной колонны	Остаток вакуумной колонны
Характеристика сырья плотность при 15 оС, кг/м3 температура застывания, оС вязкость кинематическая, мм2/с при 50 оС при 99 оС Выходы продуктов, % (масс.) газ нестабильный бензин (кк 175 оС) остаток > 177 оС Характеристика остатка > 177 оС плотность при 15 оС, кг/м3 температура застывания, оС вязкость кинематическая, мм2/с при 99 оС	948,4     2,5 7,5 90,0   924,8 4,4	1024,6   -   2,5 7,5 90,0   995,8 40,6

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 г 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 сырье по выходе из печи направляется в не обогреваемый 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 [5]. По данным [I], 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.

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 [6]:

Сырьё	Плотность сырья при 20 оС, кг/м3	Теплота реакции при различном выходе бензина, кДж/кг
5% (масс.)	10% (масс.)	15% (масс.)
Мазут бакинской нефти Мазут грозненской нефти Газойль бакинской нефти Дисстилят парафинистый Битум парафинистый

Характеристики сырья и продуктов висбрекинга, а также выходы продуктов приведены ниже [3, 7]:

Показатели	Мазут лёгкой аравийской нефти	Гудрон лёгкой аравийской нефти	Полугудрон ставропольской нефти
Выходы продуктов, % (масс.) сероводород газы С4 фракция С5 и С6 фракция С7-185 оС фракция 185-371 оС остаток (>371 оС) остаток (>185 оС)	0,2 2,1 1,4 4,7 10,7 80,9 -	0,3 2,2 1,3 4,6 - - 91,6	- 0,8 5,6 - - - 92,6
Итого	100,0	100,0	99,0
Характеристика сырья Плотность при 20 оС, кг/м3 Вязкость кинематическая при 50 оС, мм2/с Температура застывания, о°С Коксуемость по Кондраксону, % (масс.) Содержание, % (масс.) серы азота Характеристика остаточного продукта Начало кипения, оС Плотность при 20 оС, кг/м3 Вязкость кинематическая при 50 оС, мм2/с Температура застывания, оС Содержание серы, % (масс.)	7,6   3,0 0,16   - 3,2	- 20,8   4,0 0,31   4,0	33,3 4,3   0,32 -   16,8 0,20
* Конец кипения 180 оС ** Начало кипения 180 оС *** При 80 оС

Октановое число бензиновой фракции висбре-кинга находится в пределах от 58 до 68 (моторный метод, без присадки). Содержание 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 % ], самотлор-ской нефти, получали бензин и керосин, содержащие до очистки 0,7 и 1,0 % (масс.) серы [8].

Висбрекинг-установка с реакционной камерой (рис. III-l) [9]. 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 <S. 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 (рис. II 1-2), по конструк­ции подобная описанной в работе [10].

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 / и /// дымовые газы поступают через проемы внизу внутренних стен в конвекционную камеру //. 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 сырья 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/мч), сокинг-секция 68—80 МДж/м ч). Эти значения приемлемы при одностороннем факель­ном облучении труб, располагаемых у потолка и стен с шагом, равным двум диаметрам [II].