Висбрекинг

 

Висбрекинг представляет собой процесс неглубокого разложения нефтяных остатков (гудронов и мазутов) под давлением до 5 МПа и температуре 430 - 490 °С, т.е. по сути висбрекинг - это мягкая форма термического крекинга.

Термин происходит от английских слов Viscosity (Вязкость) и Breaking (Разрушение).

Процесс висбрекинга получил широкое распространение за пределами РФ в 80-90 года прошлого столетия, что было связано с сокращением использования прямогонных мазутов в качестве топлива. Высвободившиеся ресурсы вакуумного дистиллята направляются на каталитический или гидрокрекинг, а вакуумный остаток - гудрон - используется в качестве сырья для висбрекинга, что существенно понижает вязкость этого остатка.

Целью висбрекинга является снижение вязкости нефтяных остатков для получения товарного котельного топлива (выход более 75 %). Также образуются некоторые количества светлых нефтепродуктов (5 - 20 % из гудрона и 16 - 22 % из мазута).

Кроме этого существуют альтернативные реализации продуктов висбрекинга:

  • Иногда продукты висбрекинга гудрона смешивают с вакуумным дистиллятом прошедшим гидрогенизационное облагораживание, в результате чего получается котельное топливо с умеренным содержанием серы.
  • В некоторых случаях остаток висбрекинга направляется на получение водорода или синтез-газа
  • Остатки данного процесса также могут быть вовлечены в производство битума
  • Некоторые НПЗ используют вакуумные отгоны продуктов висбрекинга как компонент сырья для каталитического крекинга.

Ниже представлены основные химические превращения, происходящие в процессе висбрекинга:

  • Парафиновые и нафтеновые углеводороды расщепляются с образованием углеводородных газов и жидких фракций с температурами к.к 450 °С.
  • Нафтеновые углеводороды могут образовывать как ароматические углеводороды (дегидрирование колец), так и непредельные углеводороды путем разрыва кольца.
  • Превращения олефинов и алкенов зависят от условий реакции. Полимеризация происходит при температуре до 500 °С и высоком давлении, распад - при низком давлении и высокой температуре.
  • Ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и их без них обладают наибольшей термической устойчивостью, что приводит к обогащению получаемых продуктов ароматическими углеводородами. Арены с длинными боковыми цепями легко подвергаются крекингу с образованием более простого ароматического и олефинового или парафинового углеводорода. Ароматические радикалы вступают в реакции рекомбинации, что приводит к усложнению структуры образующихся молекул и к обеднению их водородом.
  • Ароматические углеводороды склонны к реакциям уплотнения с образованием конденсированных ароматических углеводородов. Реакции уплотнения также могут происходить между молекулами ароматических и непредельных углеводородов. Продукты уплотнения и в первом, и во втором случае являются основой для образования смолисто-асфальтовых и коксоподобных веществ.

На рисунке приведена общая схема образования продуктов уплотнения. Реакции происходят по радикально-цепному механизму через алкильные и фенильные радикалы.

Висбрекинг - схема образования продуктов уплотнения

 

Продукты висбрекинга

 

Газообразные улеводороды

 

Выход газа по отношению к сырью составляет порядка 1,5 - 2,5 %. Полученные газообразные вещества содержат значительные количества метана и этана и около 25 - 30 % непредельных углеводородов. После очистки о сероводородов их обычно используют в качестве топлива для собственных нужд НПЗ.

 

Бензины

 

Выход бензина на сырье составляет около 3,5 - 5,0 % масс. Содержание серы - 0,7 - 0,9 %, в том числе меркаптановой - до 0,2 %. Бензины висбрекинга имеют низкую стабильность вследствие их олефинового характера. Для повышения его стабильности и октанового числа, в ряде случаев весь бензин висбрекинга направляют на каталитический крекинг.

Тяжелую часть бензина для повышения ОЧ отправляют на каталитический риформинг, предварительно произведя гидроочистку от олефинов и серы.

Легкую часть бензина после очистки от сернистых соединений иногда добавляют в товарные бензины.

 

Газойлевая фракция

 

Выход легкого газойля на сырье составляет 4,5 - 5,5 % масс, содержание серы - 0,8 - 1,2 %. Газойль, получающийся при висбрекинге, не стабилен и может окисляться и полимеризоваться под действием солнечных лучей и кислорода воздуха. В связи с этим, при использовании таких газойлей в качестве моторных топлив, их подвергают предварительной гидроочистке.

 

Котельное топливо

 

Вязкость котельного топлива, получаемого в процессе висбрекинга, в 6 - 10 раз ниже по сравнению с исходным сырьем. Это происходит за счет образования значительного количества фракций с температурой выкипания 180 – 500 °С. Температура застывания при этом также снижается на 6 – 10 °С.

Стабильность остатка висбрекинга - котельного топлива, т.е. способность храниться длительное время без образования осадка, который образуется главным образом за счет выпадения асфальтенов, зависит от целого ряда факторов:

  • Чем выше содержание асфальтенов в исходном сырье, тем меньше допустимая глубина превращения
  • Чем больше ароматических соединений в продукте, тем выше устойчивость системы против расслоения
  • Чем больше содержаться в продукте парафинов, тем более неустойчива система, и, соответственно, тем более легко асфальтены образуют отдельную фазу.

Повышение вязкости остатка висбрекинга может также происходить в результате протекания реакций полимеризации непредельных углеводородов.