Глава III Термодеструктивные процессы 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 асфальтенов, 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 висбрекинга 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 10 175 22 2,5 7,5 90,0 924,8 4,4 10	1024,6 49 1900 - 2,5 7,5 90,0 995,8 40,6 380

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 необогреваемый 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	945 904 853 859 1004	1425 1510 1260 1300 587	1380 1465 1240 1470 922	1340 1425 1270 1470 1006

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, оС 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.)	954 480 15 7,6 3,0 0,16 371 968 300 - 3,2	1022 - 41 20,8 4,0 0,31 185 1020 6000 29 4,0	918 33,3 49 4,3 0,32 - 180 896 16,8 40 0,20
* Конец кипения 180 оС ** Начало кипения 180 оС *** При 80 оС

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 [мол. масса 407, плотность 938,5 кг/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 [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 8. 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].