Усовершенствование технологии установки висбрекинга (стр. 4 из 16)

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.(1,3)

Качественные показатели остатка висбрекинга различных фракций западносибирской нефти (фракции выкипающей выше 200⁰ С) представлены в таблице 1..(14)

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

Температура кипения исходного сырья, ⁰ С	Содержание асфальтенов, % мас.	Вязкость сырья, ВУ₈₀	Температура опыта и вязкость остатка висбрекинга
			450⁰ С		470⁰ С		490⁰ С		510⁰ С
			ВУ₈₀	R	ВУ₈₀	R	ВУ₈₀	R	ВУ₈₀	R
400-490 490-540 >400 >540	Отс. Сл. 3,2 7,6	2,6 46,2 18,6 783	2,1 5,0 7,7 107	1,2 9,2 2,4 7,3	- 5,3 - 95,9	- 8,7 - 8,2	2,0 4,3 6,4 -	1,5 10 2,4 -	2,2 - 6,6 71,7	1,2 - 2,8 10

Таблица 1

Наибольшее снижение вязкости наблюдается при висбрекинге фракций, имеющих высокую исходную вязкость (фракции, выкипающие в пределах температур выше 490⁰ С), для которых коэффициент снижения вязкости 7-10. Как видно, повышение температуры более 450-470⁰ С 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.(12)

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 5 МПа , доля непредельных в лёгких продуктах крекинга снижается в полтора – два раза, при этом увеличивается доля продуктов уплотнения.(22)

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– С₆в 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.

В промышленности используют две технологии висбрекинга:

- проведение реакции в печном змеевике;

- проведение реакции в реакционной камере.

Нефтяные остатки после нагрева в печи до высокой температуры поступают при заданном давлении в сокинговую (реакционную) зону, находящуюся либо в печи, либо во внешнем аппарате. Выходящий из этой зоны поток быстро охлаждается для прекращения реакции с помощью особого технологического приема – квенчинга.

При печном варианте висбрекинга конструкция печи должна обеспечивать оптимальное время пребывания сырья в реакционной зоне для достижения нужного образования продуктов реакции и минимизацию коксовых отложений.

Процесс в реакционной камере происходит при более низкой температуре с более длительным временем нахождения, чем в реакционном змеевике. Схема с камерой позволяет понизить температуру после печи, уменьшить ее тепловую нагрузку, однако приводит к установке сложного аппарата значительного объема, к периодической выгрузке из него кокса, что может повлиять на длительность пробега установки. При этом следует иметь ввиду, что существенного отличия в выходах фракций не ожидается.

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.(9)

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.

Схема базовой установки висбрекинга гудрона показана на рис.1.4.1.

Рис.1.4.1 Схема базовой установки висбрекинга : 1-печь; 2-фракционнирующая колонна; 3-воздушный холодильник-конденсатор; 4-колонна отпарки газойля;

5-сепаратор; 6-воздушный холодильник; 7-узел нагрева и выработки пара.

1-сырьё; 2-водяной пар; 3-углеводородный газ; 4-кислая вода; 5-нестабильная бензиновая фракция; 6-газойлевая фракция; 7-котельное топливо.

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.

Схема установки висбрекинга гудрона с выносной реакционной камерой показана на рис.1.4.2.

Рис.1.4.2. Схема базовой установки висбрекинга с сокинг - камерой : 1-печь; 2-фракционнирующая колонна; 3-воздушный холодильник-конденсатор; 4-колонна отпарки газойля;5-сепаратор; 6-воздушный холодильник; 7-узел нагрева и выработки пара; 8-сокинг-камера.