Параметры процесса

Поскольку основным назначением про цесса висбрекинга является снижение вязкости, в дальнейшем мы б удем рассматривать влияние различных факторов именно на этот параметр.

Склонность остатков к термическому крекингу связана с их способностью к разделению на смолы и асфальтены и определяет жесткость условий проведения висбрекинга. В процессе висбрекинга асфальтены относительно слабо подвергаются трансформациям, тогда как смолы превращаются в более легкие углеводороды, имеющие характеристики дистиллятов. После висбрекинга отношение асфальтены/смолы в остатке возрастает. Если крекинг проводится в жестких условиях, то количество смол становится недостаточным для диспергирования асфальтенов в жидком топливе. В таких системах асфальтены оседают в емкостях, и подобные остатки не могут быть эффективно использованы для производства котельного топлива. Чем выше содержание асфальтенов в сырье и меньше в нем смол, тем меньше снижение вязкости в остатке висбрекинга. Природа происхождения исходного сырья оказывает существенное влияние как на уровень снижения вязкости, так и на материальный баланс висбрекинга:

сырье с одинаковым содержаниеи асфальтенов может иметь одинаковый уровень снижения вязкости при различной глубине превращения исходного продукта;

чем выше содержание асфальтенов в исходной сырье, тем меньше допустимая глубина превращения, обеспечивающая достаточную стабильность котельного топлива.

наибольшее снижение вязкости наблюдается при висбрекинге фракций, имеющих высокую исходную вязкость. Это фракции, выкипающие в пределах температур выше 490-540°С.

висбрекинг фракции, выкипающей в пределах 400-490°С и имеющей низкую исходную вязкость, практически не приводит к уменьшению вязкости остатка.

Важнейшими факторами термических процессов являются температура и продолжительность реакции. Эти факторы в некоторых пределах температур взаимозаменяемы, т. е. можно получить данную вязкость сырья при высокой температуре и непродолжительном времени его пребывания в зоне крекинга или, напротив, при более мягком температурном режиме, но длительном времени реакции.

Сравнительно небольшие изменения температуры вызывают значительное ускорение или замедление крекинг-процесса. Приближенно зависимость между временем (или скоростью реакции) и температурой крекинга подчиняется закону химических реакций Вант-Гоффа, а именно: с повышением температуры на 10°С скорость реакций крекинга удваивается (т. е. время крекинга сокращается вдвое).

Термическое разложение начинается уже при 300—350°С, заметно проявляется при температуре около 400°С и быстро нарастает при 450°С и более высоких температурах. Скорость крекинга зависит от температуры и характера сырья. Повышение температуры при постоянном давлении и постоянной степени превращения приводит к повышению содержания в продуктах легких компонентов и к снижению выхода тяжелых фракций. Это происходит потому, что температурные коэффициенты для реакций крекинга, приводящих к образованию низкокипящих углеводородов, больше, чем для вторичных реакций, в результате которых образуются высококипящие продукты. Опыты на пилотных установках БашНИИНП показали, что наибольший уровень снижения вязкости наблюдается при температуре 450-460°С, с дальнейшим ростом температуры вязкость остатка снижается незначительно.

Целым рядом исследований предложено проводить висбрекинг гудрона в присутствии веществ, которые, воздействуя на сырье, понижают температуру реакции. Такие вещества являются источником водорода, снижающего долю побочных реакций поликонденсации и реакций, увеличивающих коксообразование в системе. В качестве добавок к гудрону используют нефтяные фракции, индивидуальные химические вещества, такие как метанол, тетралин, промышленные отходы типа щелочных сточных вод и металлоорганические соединения, а также другие доноры водорода.

Влияние времени на изменение вязкости остатка в процессе висбрекинга можно проследить по изменению молекулярной массы.

Изменение молекулярной массы остатка после термообработки носит экстремальный характер; величина минимального снижения молекулярной массы практически не зависит от температуры. Отличительным является лишь то, что с ростом температуры минимум вязкости достигается значительно быстрее. Учитывая, что между вязкостью и молекулярной массой остатка существует довольно жесткая связь, эти данные говорят о возможности получения котельного топлива с одинаковым уровнем снижения вязкости, как при высокой температуре и малом времени пребывания сырья, так и низкой температуре и длительном времени пребывания сырья в реакционной зоне. Следовательно, целесообразно применять схему висбрекинга с реакционной камерой, в которой поддерживается необходимый уровень жидкости.

В процессе висбрекинга роль давления невелика — повышенное давление лишь немного увеличивает пропускную способность установки. В соответствии с химизмом процесса пониженное давление способствует ускорению реакций, протекающих при термическом крекинге. Однако его поддерживают достаточно высоким (1,5-2,5 МПа) для проведения процесса в жидкой фазе. При появлении паровой фазы резко возрастают скорости образования коксоподобны х веществ. Процессам термического крекинга, протекающим в жидкой фазе, соответствует тяжелое сырье — нефтяные остатки, тяжелые дистилляты. Если предусмотрено неглубокое разложение сырья, для снижения вязкости остатка в процессе висбрекинга, конечный продукт содержит небольшое количество легких фракций (тяжелая бензиновая и дизельная фракции).