Висбрекинг нефтяного сырья

висбрекинг нефтеперерабатывающий завод топливо

Висбрекинг — наиболее мягкая форма термического крекинга, представляет собой процесс неглубокого разложения нефтяных остатков (мазутов и гудронов) в относительно мягких условиях (под давлением до 5 МПа и температуре 430−490°С) с целью снижения вязкости остатков для получения из них товарного котельного топлива. Процесс эндотермический, осуществляется в жидкой фазе. Возможности висбрекинга по увеличению выработки светлых нефтепродуктов ограничены требованиями к качеству получаемого остатка. Степень превращения сырья в этом процессе минимальная, отбор светлых нефтепродуктов из гудрона не превышает 5—20%, а из мазута — 16−22%. При этом получается более 75% условно непревращенного остатка — котельного топлива.

На современных нефтеперерабатывающих заводах висбрекинг позволяет:

· сократить производство тяжелого котельного топлива;

· уменьшить количество прямогонных дистиллятов для разбавления тяжелых, высоковязких остатков (гудронов), используемых в качестве котельного топлива;

· расширить ресурсы сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга;

· выработать дополнительное количество легких и средних дистиллятов, используемых как компоненты моторных и печных топлив.

Назначение процесса висбрекинга и его место в схеме НПЗ

Назначение: При работе в режиме термического крекинга — получение дополнительных количеств светлых нефтепродуктов термическим разложением остатков от перегонки нефти, при работе в режиме висбрекинга — улучшение качества котельного топлива (снижение вязкости).

Производство нефтепродуктов и химического сырья из нефти организовано на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). Переработка нефти на НПЗ осуществляется с помощью различных технологических процессов, которые могут быть условно разделены на следующие группы:

Первичная переработка (обессоливание и обезвоживание, атмосферная и атмосферно — вакуумная перегонка нефти, вторичная перегонка бензинов, дизельных и масляных фракций).

Термические процессы (термический крекинг, висбрекинг, коксование, гидролиз).

Термокаталические процессы (каталический крекинг-реформинг, гидроочистка.

Процессы переработки нефтяных газов (алкилирование, полимеризация, изомеризация).

Процессы производства масел и парафинов (деасфальтизация, депарафинизация, селективная очистка, адсорбционная и гидрогенизационная доочистка).

Производство битумов, пластичных смазок, присадок, нефтянных кислот, сырья для получения технического углерода.

Процессы производства ароматических углеводородов (экстрация, гидроалкилирование, деалформинг, диспропорционирование).

Нефти по своему составу и свойствам различаются весьма значительно. Физико — химические свойства нефтей и составляющих их фракций оказывают влияние на выбор ассортимента и технологию получения нефтепродуктов. При определении направления переработки нефти стремятся по возможности максимально использовать индивидуальные природные особенности химического состава.

Переработку нефтей малосернистых высокопарафинистых и высокосернистых парафинистых осуществляют с одновременным получением фракций бензина, керосина, дизельного топлива, вакуумного газойля и гудрона.

Наибольшую трудность в нефтепереработке представляет квалифицированная переработка гудронов (особенно глубоковакуумной перегонки) с высоким содержанием асфальто — смолистых веществ, металлов и других гетеросоединений, требующая значительных капитальных и эксплуатационных затрат. В этой связи на ряде НПЗ нашей страны и за рубежом ограничиваются переработкой гудронов с получением таких не топливных нефтепродуктов, как котельное топливо, битум, нефтяной пек, нефтяной кокс и т. д.

Гудроны, остатки после атмосферно — вакуумной отгонки фракций обессоленных нефтей, перегоняющихся до 480 — 500оС, содержатся в различных нефтях от 15 до 40% .

Получающийся гудрон 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 увеличивает общее количество котельного топлива.

Висбрекинг (в переводе с английского «cнижение вязкости») — процесс крекинга гудрона, проводимый при температурах 450 — 480оС с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива.

Висбрекинг проводят при менее жестких условиях, чем термокрекинг, вследствие того, что во — первых, перерабатывают более тяжелое, следовательно, легче крекируемое сырье; во — вторых, допускаемая глубина крекинга ограничивается началом коксообразования (температура 440 — 500оС, давление 1,4 — 3,5 МПа).

К преимуществам висбрекинга перед другими процессами относятся: гибкость процесса, что позволяет непосредственно перерабатывать тяжелые нефтяные остатки, относительная простота технологии, низкие капитальные и эксплуатационные затраты. Висбрекинг характеризуется невысокой конверсией нефтяных остатков, но позволяет в 10 и более раз снизить вязкость исходного сырья с целью получения стандартного котельного топлива, что дает возможность высвободить большую часть прямогонного вакуумного газойля для продажи.

Процесс висбрекинга гудрона в технологической схеме НПЗ играет важную роль, поскольку оказывает очень сильное влияние на глубину переработки нефти и на общие экономические показатели производства нефтепродуктов. Позволяет корректировать структуру выхода продуктов, для более полного соответствия потребностям рынка, и достичь следующих целей:

· увеличить глубину переработки нефти на 16 — 18% и достичь уровня 70−72%.

· высвободить дополнительный объем вакуумного газойля для продажи.

· увеличить производство более ценного топочного мазута.

· повысить выработку автомобильного бензина на 1,4−2% масс на нефть.

Внедрение процесса висбрекинга гудрона позволяет значительно улучшить экономические показатели предприятия.

Технологический режим установки висбрекинга

Висбрекинг — особая разновидность термического крекинга, термодеструктивный процесс превращения тяжелого нефтяного сырья в жидкие, газообразные и твердые продукты. Сырьем процесса являются, главным образом, гудроны, полугудроны и мазуты. Эти нефтяные остатки характеризуются сложным химическим составом и агрегатным состоянием отдельных компонентов, строением, свойствами и размерами частиц структурных образований, уровнем молекулярного взаимодействия в системе.

Термическое превращение нефтяных фракций — сложный химический процесс. Сырье, поступающее на висбрекинг, состоит из трех основных классов углеводородов: парафиновых, нафтеновых и ароматических. Превращение углеводородов разных классов при умеренном термическом крекинге происходит с различной трудностью. Легче всего подвергаются крекированию (расщеплению) парафиновые углеводороды, наиболее устойчивые к температурному воздействию ароматические, нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение.

Скорость распада углеводородов одного и того же класса возрастает с увеличением молекулярного веса. Поэтому на промышленных установках легкое сырье (лигрол, керосино-газойлевые фракции) крекируются при более жестком температурном режиме 530−540⁰С и 500−510⁰С соответственно, а тяжелое сырье (гудрон) при более мягком температурном режиме 470−490⁰С. Для крекинга парафиновых углеводородов характерны реакции их распада на более низкомолекулярные компоненты с образованием алкена и алкана.

Для тяжелого остаточного сырья выход бензина менее характерен, т.к. первичными продуктами разложения являются более тяжелые фракции и цель процесса — получение крекинг-остатка пониженной вязкости или газойлевых фракций.

При висбрекинге целевым продуктом является крекинг-остаток. Потенциальный выход последнего определяется его качеством. Основным требованием, предъявленным к качеству остатка, является его вязкость.

Принятая проектом технология процесса висбрекинга гудрона предусматривает термическое его разложение при высокой температуре (до 500⁰С) и давлением до 37кгс/см² в трубчатой печи, сочетающей нагревательный и реакционный змеевик, с последующим охлаждением реакционной массы на выходе из печи циркулирующим потоком остатка висбрекинга 420⁰С. разделение продуктов крекинга осуществляется в колонне при давлении 4,5−4,8кгс/см², при малом (до одной минуты) времени пребывания жидкой фазы в ректификационной колонне первичного испарения.

Выделенная дизельная фракция в концентрационной части ректификационной колонны первичного испарения после охлаждения вовлекается совместно с рабочей жидкостью с вакуумного блока установки ЭЛОУ-АВТ-6 в количестве обеспечивающей получение мазута топочного вторичного. Предусмотрены мероприятия, замедляющие коксообразование:

— использование в качестве турбулизатора подачи в реакционный змеевик печи водяного конденсата.

Факторы, влияющие на процесс

Важнейшими факторами, определяющими процесс легкого термического крекинга, являются давление, температура и продолжительность крекинга, подача турбулизаторов и рециркуляция продуктов крекинга и другие.

Давление Давление существенного влияния на процесс висбрекинга не оказывает, если крекинг тяжелых нефтепродуктов протекает в жидкой фазе при температуре 420−480 0С.

Влияние давления повышается, как только образующиеся продукты распада или исходное сырье переходят в паровую фазу (480−500 0С).

Обычно при крекинге остаточного сырья применяют невысокое давление в пределах 25кгс/см2.

Это позволяет:

— вести процесс в жидкой фазе;

— быстро выводить из реакционного змеевика первичные продукты распада — газойлевые фракции, не давая им разлагаться на газ и бензин.

Повышение давления увеличивает количество продуктов уплотнения.

Температура.

Температура и продолжительность крекинга являются факторами при определенных температурах взаимозаменяемыми. Увеличивая температуру крекинга и уменьшая продолжительность времени пребывания в зоне высоких температур, можно получить ту же глубину разложения сырья, что и при более мягкой температуре, но с большей длительности крекинга.

Процесс висбрекинга представляет собой совокупность реакций разложения и уплотнения молекул. При уменьшенных температурах 420−4500С преобладают реакции полимеризации и уплотнения, а при более высоких 450−5000С реакции расщепления. С повышением температуры скорость реакции обоего типа возрастает. Однако, скорость реакций разложения увеличивается значительно быстрее, чем реакций уплотнения и эта разница будет тем больше, чем выше температура.

Действие температуры наблюдается в широком диапазоне глубины превращения гудрона и объясняется разным значением энергии активации реакций распада и уплотнения.

Вязкость получаемого остатка висбрекинга во многом зависит от температуры.

С повышением температуры крекинга выход продуктов уплотнения уменьшается, а продуктов распада (особенно газа и бензина) возрастает.

От температуры крекинга зависит вязкость получаемого остатка висбрекинга. Температурный предел 500−5100С считается оптимальным для снижения вязкости остатка висбрекинга при глубине крекинга 20% и более.

Глубина разложения Для получения товарного мазута вторичного топочного глубина разложения сырья должна быть на уровне 25−30%. Такая глубина превращения обеспечивает получение средних фракций в количестве, необходимом для разбавления остатка висбрекинга, позволяющем снизить его вязкость и температуру застывания до нужной величины.

Оптимальная глубина разложения, обеспечивающая получение товарного мазута вторичного топочного, достигается при проведении процесса висбрекинга при температуре 480−5000С и малом времени пребывания сырья.

Подача турбулизаторов и рециркуляция продуктов крекинга.

Снижение вязкости при висбрекинге происходит за счет разложения крупных молекул на более мелкие с образованием газа, низкооктанового бензина с высоким содержанием непредельных углеводородов и средних дистиллятных фракций.

Наряду с дистиллятными фракциями, образуется значительное количество газа и продуктов уплотнения, которые, оседая на стенках аппаратуры и трубопроводов, приводят к быстрому ее закоксованию.

Для увеличения выхода средних фракций и уменьшения коксоотложений весьма эффективны мероприятия, замедляющие реакции уплотнения, но не влияющие на скорость реакций разложения. К таким мероприятиям, относят:

— исключение рециркуляции средних дистиллятных фракций;

— подачи турбулизаторов для предотвращения коксоотложений в трубопроводах и аппаратуре;

— подаче водяного конденсата в среднюю часть реакционного змеевика печи;

— подачи антикоксообразовательных реагентов.

Использование водяного конденсата в качестве турбулизаторов препятствует коагуляции и уплотнению основных коксообразующих компонентов — асфальтенов, тем самым, снижая коксообразование и турбулизируя поток, препятствуют отложению продуктов уплотнения на стенках трубопроводов и аппаратуре.

Основные регулируемые параметры висбрекинга

Основные регулируемые параметры висбрекинга — температура, давление, время пребывания сырья в зоне реакции. Увеличение любого из них приводит к ужесточению режима. Для достижения определенной жесткости режима данные параметры можно изменять в определенных диапазонах. При заданной жесткости, т. е. степени конверсии, или глубины превращения сырья, распределение выходов получаемых продуктов практически постоянны.

Увеличение выходов углеводородных газов и дистиллятов может быть достигнуто ужесточением режима висбрекинга, например, путем повышения температуры на выходе из печи. Ужесточение режима приведет также к сокращению расхода дистиллятов, добавляемых в котельное топливо для достижения его соответствия требованиям спецификации на готовый продукт.

Однако большая жесткость режима приводит и к крекированию тяжелых дистиллятов в более легкие компоненты, что нежелательно, так как эти дистилляты выполняют функцию растворителей асфальтовых составляющих. В случае крекирования дистилляты сепарируются, образуя коксовые отложения в трубах печи. Осуществление висбрекинга в таком режиме может привести к необходимости преждевременного ремонта установки; кроме того, существует вероятность получения нестабильного котельного топлива.

Качественные показатели остатка висбрекинга различных фракций западносибирской нефти (фракции выкипающей выше 200⁰ С) представлены в таблице 1.

Здесь же даны величины коэффициента снижения вязкости R, который равен отношению вязкости исходного продукта при температуре 80⁰С к вязкости остатка висбрекинга, определенной при этой температуре.

Таблица 1 — Качественные показатели остатка висбрекинга различных фракций западносибирской нефти (фракции выкипающей выше 200⁰ С) Наибольшее снижение вязкости наблюдается при висбрекинге фракций, имеющих высокую исходную вязкость (фракции, выкипающие в пределах температур выше 490⁰С), для которых коэффициент снижения вязкости 7−10. Как видно, повышение температуры более 450−470⁰С не приводит к существенному снижению вязкости, но, как правило, вызывает ускорение закоксовывания технологического оборудования.

Стабильность остатка висбрекинга как товарного продукта является основным критерием жесткости режима процесса. Неверно выбранная жёсткость, или степень конверсии, может привести к фазовому расслоению котельного топлива даже после его компаундирования. Стабильность начинает уменьшаться, как только уровень жёсткости режима и, следовательно, конверсия переходят при увеличении определенную точку, зависящую от характеристик сырья.

Важным параметром процесса висбрекинга является давление. Давление, в особенности для сырья с пониженными температурами начала кипения, определяет как фазовое состояние реакционной системы, так и направление, и скорость реакций. Давление должно обеспечивать жидкое агрегатное состояние крекируемого сырья, так как крекинг в жидкой фазе обеспечивает наиболее высокие коэффициенты теплопередачи отсутствие механических перегревов, минимальное коксообразование, возможность провести процесс в малогабаритных аппаратах, минимальный расход топлива и в конечном счёте эффективность процесса. Кроме того, повышение давление позволяет несколько увеличить производительность установки.

С повышением давления уменьшается выход газообразных продуктов распада и сокращается объём газовой фазы, причём плотность её растёт примерно пропорционально давлению. Влияние высокого давления проявляется в реакциях гидрирования: по мере увеличения давления от 0,2 до 5МПа, доля непредельных в лёгких продуктах крекинга снижается в полтора — два раза, при этом увеличивается доля продуктов уплотнения.

Типичным сырьем висбрекинга являются мазуты и гудроны. Степень конверсии этих остатков обычно составляет 10−15% в зависимости от их физико-химических характеристик и режима. Она служит критерием жесткости процесса и определяется как количество фракции 343^оС мазута или фракции 482^оС гудрона, превращаемой в более легкие компоненты.

Степень конверсии ограничивается рядом характеристик сырья: содержанием асфальтенов и натрия, коксуемостью по Конрадсону. Сырье с высоким содержанием асфальтенов характеризуется меньшей степенью конверсии, чем сырье с содержанием асфальтенов, не превышающим нормы, при одинаковом объеме производства стабильного котельного топлива. В присутствии натрия, а также при высокой коксуемости по Конрадсону коксообразование в трубах печи усиливается.

Изменения качества сырья влияют на степень его конверсии при заданной жесткости режима. Анализ данных, полученных при висбрекинге на пилотной установке различного сырья, показал, что для каждого конкретного сырья с увеличением жесткости режима вязкость фракции 204^оС сначала уменьшается, а затем при достаточно жестком режиме резко увеличивается, что свидетельствует об образовании промежуточных коксообразующих соединений. Точка, в которой направление изменения вязкости меняется на обратное, для каждого сырья различна, но обычно совпадает с точкой выхода 20,2 — 23,6 м ³/ м ³ газа С₁ — С₆ в нормальных условиях. Считают, что после достижения этой точки котельное топливо становится нестабильным.

Между отдельными результатами пилотных испытаний установлена взаимосвязь. Точка, в которой меняется направление изменения вязкости, может быть предсказана и использована для определения расчетных параметров конкретного сырья при проектировании, чтобы избежать образования нестабильного котельного топлива и добиться максимальной конверсии сырья.

Особенности проектирования установок висбрекинга

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 м-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. 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.).

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.

Таблица 2 — Характеристика сырья, используемая для висбрекинга

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 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.

Процесс висбрекинга протекает с поглощением тепла.

Таблица 3 — Теплоты эндотермических реакций неглубокой формы термического крекинга разных образцов сырья на 1 кг бензина с концом кипения 225 °С

Таблица 4 — Характеристики сырья висбрекинга, выходы продуктов

Октановое число бензиновой фракции висбрекинга 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 [молекулярная масса 407, плотность 938,5кг/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.

В последние годы в развитии висбрекинга в нашей стране и за рубежом определялись два основных направления:

I. Первое направление — это «печной» (или висбрекинг в печи с сокинг-секцией), в котором высокая температура (480−500 °С) сочетается с коротким временем пребывания (1,5−2 мин), большой выход газов.

II. Второе направление — висбрекинг с выносной реакционной камерой, который, в свою очередь, может различаться по способу подачи сырья в реактор: висбрекинг с восходящим потоком (сырье нетяжелое повышенный выход бензиновых фракций) и с нисходящим потоком (Сырье тяжелое). Низкотемпературный висбрекинг с реакционной камерой более экономичен, так как при одной и той же степени конверсии тепловая нагрузка на печь ниже. Эксплуатируемые отечественные установки висбрекинга несколько различаются между собой, поскольку были построены либо по типовому проекту, либо путем реконструкции установок AT или термического крекинга.

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 по конструкции подобная описанной в работе.

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 парои 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—113МДж/м*ч), сокинг-секция 68—80МДж/м*ч). Эти значения приемлемы при одностороннем факельном облучении труб, располагаемых у потолка и стен с шагом, равным двум диаметрам.

Змеевиковый (печной) висбрекинг предлагают фирмы «Foster Wheeler Co.» и «UOP». В этом случае высокотемпературный крекинг осуществляется в специальном реакционном змеевике печи. Поскольку степень конверсии сырья в первую очередь зависит от его температуры и времени пребывания в зоне реакции, змеевиковый висбрекинг можно определить как высокотемпературный кратковременный процесс. Фирма «Foster Wheeler» успешно спроектировала большое число печей данного типа для НПЗ в разных странах мира.

Основное преимущество змеевиковой печи — наличие двух зон нагрева. Такая конструкция обеспечивает: большую гибкость подвода тепла, что позволяет лучше регулировать температуру нагрева сырья: легкость удаления кокса из труб печи паровоздушным способом; получение стабильного котельного топлива, что особенно важно для нефтеперерабатывающих заводов с ограниченными возможностями смешивания топлив.

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 1,7МПа. 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.

Рисунок 2 — Технологическая схема висбрекинг-установки с реакционной камерой.

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 с сокинг-камерой в альтернативном процессе конверсия частично происходит в печи. Однако, основная ее доля приходится на сокинг-камеру, где двухфазный поток из печи выдерживается при повышенной температуре в течение заданного времени. Сокерный висбрекинг определяется как низкотемпературный процесс с длительным пребыванием сырья в зоне реакции. Лицензиаром этого процесса является фирма «Shell». Ряд проектов установок висбрекинга сокерного типа выполнила и фирма «Foster Wheeler».

Реакционная камера, обеспечивая необходимое время пребывания сырья, позволяет работать с потоком более низкой температуры на выходе из печи и тем самым экономить печное топливо. Несмотря на очевидные экономические преимущества, этот процесс имеет ряд недостатков, основной из которых — сложность очистки печи и сокерной камеры от кокса. Эта очистка проводится реже, чем на установке со змеевиковой печью, однако для нее требуется более сложное оборудование.

Обычно кокс из сокера удаляют путем резки водой под высоким давлением. В результате образуется значительное количество воды, загрязненной частицами кокса, которую необходимо удалять, фильтровать и возвращать для повторного использования. В отличие от установок замедленного коксования (УЗК.) установки висбрекинга обычно не оснащены оборудованием для резки кокса и очистки загрязненной воды. Затраты на это оборудование на установке висбрекинга экономически не оправданы, Качество и выходы продуктов на установках обоих типов при одинаковой жесткости режима в целом одинаковы и не зависят от конфигурации установки.

Новая термическая технология глубокой переработки тяжелого нефтяного сырья в своем аппаратурно-технологическом оформлении концентрирует последние научные и инженерные достижения в области нефтепереработки.

Технологическое нововведение в процессе — применение кавитационно-акустического воздействия, позволяет подавить процессы коксообразования и интенсифицировать процессы деструкции за счет, прежде всего, воздействия на микрогидродинамику жидких реакционных сред. В качестве генератора кавитации используются кавитационно-акустические насосы с регулируемой энергетикой кавитационного воздействия. Использование этого технологического приема и ряда других новшеств позволило значительно снизить температуру крекинга — до 410 °C и ниже, избежать нежелательного закоксовывания оборудования, а также снизить давление с 2,5 до 0,5−0,2 МПа и вдвое уменьшить металлоемкость оборудования.

Процесс позволяет перерабатывать разнообразное по свойствам и составу нефтяное сырьё и вырабатывать, в зависимости от сезонных потребностей, различные дистиллятные и остаточные товарные продукты.

Аппаратурное оформление процесса висбрекинга разработано в блочно-модульном исполнении, когда один или несколько модулей составляют функциональный блок, на котором осуществляется один технологический передел сырьевого потока. Принцип модульной компоновки весьма целесообразен как при привязке к существующим технологиям на НПЗ, так и при создании самостоятельных производственных мощностей для выделения очередей строительства.

В соответствии с нормативным документом ПБ 09−563−03 (Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств):

· За содержанием подтоварной воды в подаваемом на установку нефтепродукте осуществляется постоянный контроль, и ее количество не должно превышать предельно допустимую величину, установленную проектом.

· Запрещается пуск вакуумной части атмосферно-вакуумной установки на сырой нефти.

· Регулировка подачи воды в барометрический конденсатор должна исключать унос отходящей водой жидкого нефтепродукта.

· Контроль и поддержание регламентированного уровня жидкости в промежуточных вакуум-приемниках должны исключать попадание горячего нефтепродукта в барометрический конденсатор по уравнительному трубопроводу.

· За работой горячих печных насосов должен быть установлен постоянный контроль. Снижение уровня продукта в аппаратах, питающих насосы и (или) сброс давления до предельно допустимых величин, установленных регламентом, необходимо обеспечить световой и звуковой сигнализацией.

В установке висбрекинга печь должная соответствовать требованиям ПБ 09−563−03:

· Печи должны быть оборудованы дежурными (пилотными) горелками, оснащенными запальными устройствами, индивидуальной системой топливоснабжения.

· Рабочие и дежурные горелки необходимо оборудовать сигнализаторами погасания пламени, надежно регистрирующими наличие пламени форсунки.

· Трубопроводах газообразного топлива к основным горелкам должны быть установлены предохранительно-запорные клапана (ПЗК), дополнительно к общему отсекающему устройству на печи, срабатывающие при снижении давления газа ниже допустимого.

· Перед пуском печи необходимо убедиться в отсутствии каких-либо предметов в камере сгорания, дымоходах-боровах, все люки и лазы должны быть закрыты.

· В период розжига печи должны быть включены все приборы контроля, предусмотренные технологическим регламентом, и вся сигнализация.

· Розжиг основных горелок должен осуществляться при работающих дежурных горелках, минимальной регламентированной циркуляции сырья в змеевике и регламентированных значениях подачи топлива.

· Печи должны быть оборудованы средствами автоматической подачи водяного пара в топочное пространство и в змеевики при прогаре труб, а также средствами автоматического отключения подачи сырья и топлива при авариях в системах змеевиков.

· Система блокировок и сигнализации должна обеспечивать отключение подачи топлива к дежурным и основным горелкам при:

— отклонениях параметров подачи топлива от регламентированных;

— падении объема циркуляции сырья через змеевик печи ниже допустимого;

— превышении предельно допустимой температуры сырья на выходе из печи;

— срабатывании прибора погасания пламени.

· Система противоаварийной автоматической защиты должна быть снабжена противоаварийной сигнализацией параметров и сигнализацией срабатывания исполнительных органов.

· При эксплуатации трубчатой нагревательной печи необходимо следить за показаниями контрольно-измерительных приборов, вести визуальный контроль за состоянием труб змеевика, трубных подвесок и кладки печи. При наличии отдулин на трубах, их прогаре, деформации кладки или подвесок, пропуске ретурбентов следует потушить горелки, прекратить подачу в печь продукта, подать в топку пар и продуть трубы паром или инертным газом по ходу продукта. Дверцы камер во время работы печи должны быть закрыты. Необходимо вести наблюдение за установленным режимом горения, горелки должны быть равномерно нагружены, факел должен иметь одинаковые размеры, не бить в перевальную стенку и не касаться труб потолочного и подового экранов.

Реакционная камера, фракционирующая колонна и стабилизатор бензина работают при избыточном давлении. Соответственно эти аппараты должны соответствовать требованиям ПБ 03−576−03 (Правила устройства и безопасной эксплуатации аппаратов, работающих под давлением):

· Конструкция аппаратов должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования, очистки, промывки, полного опорожнения, продувки, ремонта, эксплуатационного контроля металла и соединений.

· Для каждого аппарата должен быть установлен и указан в паспорте расчетный срок службы с учетом условий эксплуатации.

· Если конструкция аппарата не позволяет проведение наружного и внутреннего осмотров или гидравлического испытания, предусмотренных требованиями Правил, разработчиком проекта аппарата в руководстве по эксплуатации должны быть указаны методика, периодичность и объем контроля, выполнение которых обеспечит своевременное выявление и устранение дефектов. В случае отсутствия в руководстве таких указаний методика, периодичность и объем контроля определяются специализированной организацией.

· Аппараты должны быть снабжены необходимым количеством люков и смотровых лючков, обеспечивающих осмотр, очистку и ремонт аппаратов, а также монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств.

· Материалы, применяемые для изготовления аппаратов, должны обеспечивать их надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации (расчетное давление, минимальная отрицательная и максимальная расчетная температура), состава и характера среды (коррозионная активность, взрывоопасность, токсичность и др.) и влияния температуры окружающего воздуха.

· При выборе материалов для аппаратов, предназначенных для установки на открытой площадке или в неотапливаемых помещениях, должна учитываться абсолютная минимальная температура наружного воздуха для данного района.

· Качество и свойства материалов и полуфабрикатов должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий и подтверждаться сертификатами поставщиков. При отсутствии или неполноте сертификата или маркировки изготовитель аппарата (ремонтная, монтажная организация) должен провести все необходимые испытания с оформлением их результатов протоколом дополняющим или заменяющим сертификат поставщика материала. В сертификате должен быть указан режим термообработки полуфабриката в организации-изготовителе.

· Аппараты, работающие при изменяющейся температуре стенок, должны быть снабжены приборами для контроля скорости и равномерности прогрева по длине и высоте аппарата и реперами для контроля тепловых перемещений. Необходимость оснащения аппаратов указанными приборами и реперами, а также допустимая скорость прогрева и охлаждения аппаратов определяются разработчиком проекта и указываются изготовителем в паспорте аппарата или в руководстве по эксплуатации.

· Каждый аппарат должен быть снабжен предохранительными устройствами от повышения давления выше допустимого значения.

· Если рабочее давление аппарата равно или больше давления питающего источника и в аппарате исключена возможность повышения давления от химической реакции или обогрева, то установка на нем предохранительного клапана и манометра необязательна.

· Допускается установка аппаратов:

— в помещениях, примыкающих к производственным зданиям, при условии отделения их от здания капитальной стеной;

— в производственных помещениях в случаях, предусмотренных отраслевыми правилами безопасности;

— с заглублением в грунт при условии обеспечения доступа к арматуре и защиты стенок сосуда от почвенной коррозии и коррозии блуждающими токами.

Печь, фракционирующая колонна относятся к I категории взрывоопасности, вакуумная колонна ко II категории взрывоопасности. Должны соблюдаться требования в соответствии с ПБ 09−540−03 (Общие правила взрывобезопасности для взрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств):

· Для каждой технологической системы должны предусматриваться меры по максимальному снижению взрывоопасности технологических блоков, входящих в нее:

— предотвращение взрывов и пожаров внутри технологического оборудования;

— защита технологического оборудования от разрушения и максимальное ограничение выбросов из него горючих веществ в атмосферу при аварийной разгерметизации;

— исключение возможности взрывов и пожаров в объеме производственных зданий, сооружений и наружных установок;

— снижение тяжести последствий взрывов и пожаров в объеме производственных зданий, сооружений и наружных установок.

· Технологические процессы организуются так, чтобы исключить возможность взрыва в системе при регламентированных значениях их параметров. Регламентированные значения параметров, определяющих взрывоопасность процесса, допустимый диапазон их изменений, организация проведения процесса (аппаратурное оформление и конструкция технологических аппаратов, фазовое состояние обращающихся веществ, гидродинамические режимы и т. п.) устанавливаются разработчиком процесса на основании данных о критических значениях параметров или их совокупности для участвующих в процессе веществ.

· Для каждого технологического процесса определяется совокупность критических значений параметров. Допустимый диапазон изменения параметров устанавливается с учетом характеристик технологического процесса. Технические характеристики системы управления и ПАЗ должны соответствовать скорости изменения значений параметров процесса в требуемом диапазоне (класс точности приборов, инерционность систем измерения, диапазон измерения и т. п.).

· Технологические установки (оборудование, трубопроводы, аппараты, технологические линии и т. п.), в которых при отклонениях от регламентированного режима проведения технологического процесса возможно образование взрывопожароопасных смесей, обеспечиваются системами подачи в них инертных газов, флегматизирующих добавок или другими техническими средствами, предотвращающими образование взрывоопасных смесей или возможность их взрыва при наличии источника инициирования. Управление системами подачи инертных газов и флегматизирующих добавок осуществляется дистанционно (вручную или автоматически) в зависимости от особенностей проведения технологического процесса.

· Для взрывоопасных технологических процессов предусматриваются системы противоаварийной автоматической защиты, предупреждающие возникновение аварийной ситуации при отклонении от предусмотренных регламентом предельно допустимых значений параметров процесса во всех режимах работы и обеспечивающие безопасную остановку или перевод процесса в безопасное состояние по заданной программе.

· Для каждой технологической системы должны предусматриваться меры по максимальному снижению взрывоопасности технологических блоков, входящих в нее:

— предотвращение взрывов и пожаров внутри технологического оборудования;

— защита технологического оборудования от разрушения и максимальное ограничение выбросов из него горючих веществ в атмосферу при аварийной разгерметизации;

— исключение возможности взрывов и пожаров в объеме производственных зданий, сооружений и наружных установок;

— снижение тяжести последствий взрывов и пожаров в объеме производственных зданий, сооружений и наружных установок.

· Системы противоаварийной автоматической защиты, как правило, включаются в общую систему управления технологическим процессом. Формирование сигналов для ее срабатывания должно базироваться на регламентированных предельно допустимых значениях параметров, определяемых свойствами обращающихся веществ и характером процесса.

· Для систем противоаварийной автоматической защиты объектов, имеющих в своем составе технологические блоки I и II категорий взрывоопасности, предусматривается применение микропроцессорной и вычислительной техники, а для объектов с блоками III категории взрывоопасности достаточно применение микропроцессорной техники.

· Технологические объекты с периодическими процессами, имеющие в своем составе технологические блоки I категории взрывоопасности, оснащаются системами контроля, управления и противоаварийной защиты пуска и выхода на регламентированный режим работы и остановки.

· Для производств, имеющих в своем составе технологические блоки I и II категории взрывоопасности, разрабатываются специальные меры:

— размещение технологического оборудования в специальных взрывозащитных конструкциях;

— оснащение производства автоматизированными системами управления и противоаварийной защиты с применением микропроцессорной техники, обеспечивающей автоматическое регулирование процесса и безаварийную остановку производства по специальным программам, определяющим последовательность и время выполнения операций отключения при аварийных выбросах, а также снижение или исключение возможности ошибочных действий производственного персонала при ведении процесса, пуске и остановке производства и другие меры.

Заключение

Переработка нефтяного сырья на российских НПЗ осуществляется с недостаточной загрузкой мощностей производственного потенциала и с низкой (относительно мировой) степенью конверсии мазута. Целевые нефтепродукты — автобензины, дизельные топлива, топочные мазуты, смазочные масла — по эксплуатационным и экологическим свойствам уступают в серийном производстве мировому уровню.

Решением выше изложенной проблемы, суперприоритетным направлением, является развитие российской нефтеперерабатывающей промышленности по углублению переработки нефтяного сырья. Основными базовыми процессами деструктивной переработки мазута выступают процессы каталитического крекинга и гидрокрекинга, которые требуют оснащения оборудованием целых комплексов, дополнительных процессов и установок.

В связи с этим наиболее приоритетным направлением является создание современной технологической схемы производства с небольшими материальными и энергетическими затратами и коротким сроком окупаемости.

Одним из эффективных и гибких вторичных процессов переработки мазутов и гудронов является висбрекинг, отличительной особенностью которого, по сравнению с другими процессами переработки нефти и нефтепродуктов, являются низкие капитальные и энергетические затраты. Висбрекинг, при относительной простоте технологического и аппаратурного оформления, позволяет вырабатывать из нефтяных остатков котельные топлива требуемого качества без разбавления легкими топливными фракциями, перерабатывать остаточные фракции в дистиллятные, получать дополнительно некоторое количество средних и легких фракций.

Процесс висбрекинга — это разложение тяжелых остатков нефтепереработки при умеренной (470−490^оС) температуре и давлении (5−20 кгс/см²).

Решение о включении висбрекинга в схему НПЗ принимается обычно исходя из следующих задач:

— - уменьшения вязкости остаточных потоков с целью сокращения расхода высококачественных дистиллятов, добавляемых в котельное топливо для доведения его вязкости до требования спецификаций на готовый продукт;

— - необходимости переработки части остатков в дистилляты, в частности в вакуумный газойль — сырье крекинга;

— - углубление переработки нефти.

Продуктами висбрекинга являются: топливный газ, бензиновая фракция и мазут топочный М-100.

Продукты установки висбрекинга используются:

— газ углеводородный (топливный) после очистки от сероводорода раствором амина используется в качестве топлива на установке и других объектах завода;

— бензиновая фракция после очистки используется в качестве компонента при приготовлении бензина А-80;

— топочный мазут М-100 используется в качестве жидкого топлива на электростанциях, ТЭЦ, и т. д.:

— рынок бензина А-80 и мазута практически неограничен.

Существует две схемы проведения процесса висбрекинга:

— проведение реакции висбрекинга в печном змеевике;

— проведение реакции висбрекинга в реакционной камере.

Типичным сырьем висбрекинга являются мазуты и гудроны. Степень конверсии этих остатков обычно составляет 10−15% в зависимости от их физико-химических характеристик и режима. На НПЗ в качестве сырья используется гудрон — остаточный продукт вакуумной колонны установки ЭЛОУ-АВТ-6.

Список использованных источников

1.Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа / Под ред. Б. И. Бондаренко. — М.: Химия, 1982. — 128с.

2.Ахметов С. А. «Технология глубокой переработки нефти». — Уфа: Гилем, 2002. — 671с.

3.Гуревич И. Л. «Технология переработки нефти и газа: Ч.1». — М.: Химия, 1972. — 360с.

4.ПБ 09−540−03 Общие правила взрывобезопасности для взрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.

5.ПБ 09−563−03 Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств.

6.ПБ 03−576−03 Правила устройства и безопасной эксплуатации аппаратов, работающих под давлением.

7.Рудин М. Г., Смирнов Г. Ф. «Проектирование нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов». — Л.: Химия, 1984. — 256с.

8.Скобло А. И., Трегубова И. А., Молоканов Ю. К. «Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности». — М.: Химия, 1982. — 584с.