Висбрекер
Висбрекинг — это технологическая установка на нефтеперерабатывающем заводе , целью которой является уменьшение количества остаточного масла, образующегося при перегонке сырой нефти , и увеличение выхода более ценных средних дистиллятов ( мазута и дизельного топлива на нефтеперерабатывающем заводе ). Висбрекер термически расщепляет крупные углеводородов молекулы в масле путем нагревания в печи, чтобы уменьшить его вязкость и получить небольшие количества легких углеводородов. ( СУГ и бензин ). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Название процесса «висбрейкер» относится к тому факту, что этот процесс снижает (т. е. разрушает) вязкость остаточного масла. Процесс некаталитический .
Цели процесса
[ редактировать ]Целями висбрекинга являются:
- Уменьшите вязкость исходного потока: обычно это остатки вакуумной перегонки сырой нефти, но также могут быть остатки операций гидроочистки , природный битум из просачивания в грунт или битуминозные пески и даже некоторые виды сырой нефти высокой вязкости.
- Уменьшите количество мазута, производимого нефтеперерабатывающим заводом: Остаточный мазут обычно считается продуктом с низкой стоимостью. Спрос на остаточное топливо продолжает снижаться, поскольку на традиционных рынках оно заменяется, например, топливом, необходимым для выработки пара на электростанциях , более чистыми альтернативными видами топлива, такими как природный газ .
- Увеличение доли средних дистиллятов в продукции нефтепереработки: Средний дистиллят используется в качестве разбавителя остаточных масел для снижения их вязкости до товарного уровня. За счет снижения вязкости остаточного потока в висбрекере можно производить мазут с использованием меньшего количества разбавителя, а сэкономленный средний дистиллят можно направить на производство более ценного дизельного топлива или печного топлива.
Технология
[ редактировать ]Висбрекинг катушек
[ редактировать ]
Термин висбрекинг в змеевике (или печи ) применяется к агрегатам, где 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 хорошим шагом повышения энергоэффективности, но иногда поток холодного масла (обычно газойля) ) используется с тем же эффектом. Газойль восстанавливают и повторно используют. Степень реакции крекинга контролируют регулированием скорости потока масла через трубы печи. Затем охлажденное масло поступает в ректификационную колонну, где продукты крекинга (газ, сжиженный нефтяной газ, бензин, газойль и гудрон) отделяются и восстанавливаются.
Сокер для висбрекинга
[ редактировать ]При висбрекинге в выдержке основная часть реакции крекинга происходит не в печи, а в барабане, расположенном после печи и называемом выдержкой. Здесь масло выдерживается при повышенной температуре в течение заранее определенного периода времени, чтобы дать возможность растрескиванию перед закалкой. Затем масло поступает в фракционатор . При висбрекинге с погружением используются более низкие температуры, чем при висбрекинге в рулонах. Вместо этого используется сравнительно длительная реакция крекинга.
Варианты процесса
[ редактировать ]Смола висбрекинга может быть дополнительно очищена путем подачи ее в вакуумный ректификатор . Здесь можно извлечь дополнительный тяжелый газойль и направить его на установки каталитического крекинга , гидрокрекинга или термического крекинга на нефтеперерабатывающем заводе. Полученная в вакууме смола (иногда называемая пеком ) затем направляется на смешивание с мазутом. На некоторых нефтеперерабатывающих заводах смола висбрекинга направляется в установку замедленного коксования для производства некоторых специальных коксов, таких как анодный кокс или игольчатый кокс .
Висбрекинг в погруженном состоянии в сравнении с висбрекингом в катушках
[ редактировать ]С точки зрения доходности между этими двумя подходами практически нет выбора. Однако каждый из них предлагает значительные преимущества в конкретных ситуациях:
- Раскоксование : в результате реакции крекинга образуется нефтяной кокс в качестве побочного продукта . При висбрекинге катушек он откладывается в трубах печи и в конечном итоге приводит к загрязнению или блокировке труб. То же самое произойдет и в барабане замачивающего висбрекера, хотя более низкие температуры, используемые в замачивающем барабане, приводят к гораздо более медленному загрязнению. Поэтому висбрекеры для змеевиков требуют частой очистки от кокса. Это довольно трудоемкий процесс, но его можно превратить в процедуру, при которой трубы будут последовательно очищаться от кокса без необходимости остановки операции висбрекинга. Замачивающие барабаны требуют гораздо меньшего внимания, но их вывод из эксплуатации обычно требует полной остановки работы. Какая из видов деятельности является более разрушительной, будет варьироваться от нефтеперерабатывающего завода к нефтеперерабатывающему заводу.
- Экономия топлива : более низкие температуры, используемые в методе погружения, означают, что эти устройства используют меньше топлива. В тех случаях, когда нефтеперерабатывающий завод покупает топливо для поддержки технологических операций, любая экономия на потреблении топлива может быть чрезвычайно ценной. В таких случаях может оказаться полезным висбрекинг с вымачиванием.
Качество и урожайность
[ редактировать ]Качество корма и качество продукции
[ редактировать ]Качество сырья, поступающего в висбрекинг, будет значительно различаться в зависимости от типа сырой нефти, которую перерабатывает нефтеперерабатывающий завод. Ниже приводится типичное качество остатков вакуумной перегонки аравийской легкой нефти (сырая нефть из Саудовской Аравии , широко перерабатываемая во всем мире):
| Плотность (кг/л) |
Вязкость при 100 °C ( сантистоксы ) |
серы Содержание (мас.%) |
|---|---|---|
| 1.020 | 930 | 4.0 |
Как только этот материал пропускается через висбрекер (и, опять же, от висбрекера к висбрекеру будут значительные различия, поскольку никакие два не будут работать в одинаковых условиях), вязкость снижается резко:
| Плотность (кг/л) |
Вязкость при 100 °C ( сантистоксы ) |
серы Содержание (мас.%) |
|---|---|---|
| 1.048 | 115 | 4.7 |
Урожайность
[ редактировать ]Выходы различных углеводородных продуктов будут зависеть от «жесткости» операции крекинга, определяемой температурой, до которой нагревается нефть в печи висбрекинга. На нижнем уровне шкалы печь, нагретая до 425 °C, треснет лишь незначительно, тогда как операции при 500 °C будут считаться очень тяжелыми. Остаток аравийской легкой нефти при висбрекинге при 450 °C дает около 76% (по массе) смол, 15% средних дистиллятов, 6% бензинов и 3% газа и сжиженного нефтяного газа.
Стабильность мазута
[ редактировать ]Жесткость работы висбрекинга обычно ограничивается необходимостью производства смолы висбрекинга, которую можно смешивать для получения стабильного мазута.
Под стабильностью в данном случае понимают склонность мазута образовывать осадки при хранении. Эти отложения нежелательны, поскольку они могут быстро загрязнить фильтры насосов, используемых для перекачки масла, что потребует длительного технического обслуживания.
Вакуумный остаток, подаваемый в висбрекер, можно рассматривать как состоящий из следующего:
- Асфальтены : крупные полициклические молекулы, взвешенные в масле в коллоидной форме.
- Смолы : также полициклические, но с более низкой молекулярной массой, чем асфальтены.
- Ароматические углеводороды : производные бензола , толуола и ксилолов.
- Парафиновые углеводороды : алканы
Висбрекинг преимущественно расщепляет алифатические соединения, которые имеют относительно низкое содержание серы, низкую плотность и высокую вязкость, и эффект их удаления можно ясно увидеть в изменении качества сырья и продукта. Слишком сильное растрескивание висбрекера приведет к тому, что коллоид асфальтенов станет метастабильным. Последующее добавление разбавителя для производства готового мазута может привести к разрушению коллоида с осаждением асфальтенов в виде осадка. Было замечено, что парафиновый разбавитель с большей вероятностью вызывает осаждение, чем ароматический. Стабильность мазута оценивается с помощью ряда собственных тестов (например, по значению «P» и тестам СВЧ).
Экономика
[ редактировать ]Смешение вязкости
[ редактировать ]Смешивание вязкостей двух или более жидкостей, имеющих разную вязкость, представляет собой трехэтапную процедуру. Первым шагом является расчет индекса вязкости смешивания (VBI) каждого компонента смеси с использованием следующего уравнения (известного 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 расчет VBN смеси, используя это уравнение:
- (2) VBN Смесь = [ w A × VBN A ] + [ w B × VBN B ] + ... + [ w X × VBN X ]
где w представляет собой массовую долю (т.е. % ÷ 100) каждого компонента смеси.
После того, как коэффициент вязкости смеси рассчитан с использованием уравнения (2), последним шагом является определение вязкости смеси с использованием обращения уравнения (1):
- (3) v = е и (ВБН - 10 975) ÷ 14 534 − 0.8
где VBN — число вязкости смеси, а e — трансцендентное число 2,71828, также известное как число Эйлера .
Пример экономики для двухкомпонентной смеси
[ редактировать ]От товарного мазута, например, для заправки электростанций, может потребоваться вязкость 40 сантистокс при 100 °C. Его можно приготовить с использованием либо первичного остатка, либо остатка висбрекинга, описанного выше, в сочетании с дистиллятным разбавителем («разбавитель»). Такая фрезерная масса обычно может иметь вязкость при 100 °C 1,3 сантистокс . Перестановка приведенного выше уравнения (2) для простой двухкомпонентной смеси показывает, что процентное содержание режущего материала, необходимое в смеси, определяется по формуле:
(4) % запаса фрезы = [VBN 40 VBN - остаток VBN ] ÷ [ штамп фрезы - остаток VBN ]
Использование вязкостей, указанных в таблицах выше для остатков сырой нефти Arab Light, и расчет VBN в соответствии с уравнением (1) дает:
Для первичного остатка (т.е. непреобразованного сырья для висбрекинга): 27,5% измельченного сырья в смеси.
Для остатков висбрекена : 13,3% фрезерного сырья в смеси.
Поскольку средние дистилляты имеют гораздо более высокую ценность на рынке, чем мазут, можно видеть, что использование висбрекинга значительно улучшит экономику производства мазута. Например, если принять, что стоимость фрезерного станка составляет 300 долларов США за тонну, а стоимость мазута — 150 долларов США за тонну (цены на нефть, естественно, быстро меняются, но эти цены и, что более важно, различия между ними не являются нереальными), это Просто вычислить значение различных остатков в этом примере можно следующим образом:
Первичный остаток: 93,1 доллара США за тонну.
Рыбные остатки: 127,0 долларов США за тонну.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джеймс Х. Гэри и Гленн Э. Хэндверк (1984). Технология и экономика нефтепереработки (2-е изд.). Марсель Деккер, Inc. ISBN 0-8247-7150-8 .
- ^ Jump up to: а б Роберт Э. Мэйплс (2000). Экономика процессов нефтепереработки (2-е изд.). Книги Пеннуэлла. ISBN 0-87814-779-9 .
- ^ Джеймс Дж. Спейт (2006). Химия и технология нефти (4-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN 0-8493-9067-2 .
- ^ CT Baird (1989), Руководство по смешиванию нефтепродуктов , веб-сайт HPI Consultants, Inc. HPI
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| |||||
