Удосконалення процесу «Вісбрекінгу» в Україні і в світі

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДВНЗ УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ  ХІМІКО- ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

кафедра хімічної технології палива

КУРСОВА РОБОТА

На тему:

Удосконалення процесу «Вісбрекінгу»  в Україні і в світі

Виконав:                        ст.гр. 5- ХТП 47

                                                                                                     Зікун Я.В.

Перевірив:                                                                                  Доц. кафедри ХТП

                                                                                                     Ковбик А.А.

Дніпропетровськ 2013 

ЗМІСТ

ВСТУП

1 ПРИЗНАЧЕННЯ ПРОЦЕСУ

2 ІСТОРІЯ ПРОЦЕСУ

3 ФІЗИКО–ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ ВІСБРЕКІНГУ

4 ТИПИ УСТАНОВОК ВІСБРЕКІНГА

5 ФІЗИКО – ХІМІЧНІ  ВЛАСТИВОСТІ СИРОВИНИВІСБРЕКІНГУ

ВИСНОВКИ

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Раціональне використання важкої вуглеводневої сировини , як джерела енергії і сировини для виробництва моторних палив, олив, бітуму , коксу і безлічі нафтохімічних продуктів , є найважливішим державним завданням .

На нафтопереробних заводах (НПЗ) України, глибина переробки нафти не перевищує 51% проти 80-95% у розвинених країнах Заходу. Підвищити глибину переробки можливо за рахунок більш інтенсивного розвитку деструктивних процесів переробки важкого вуглеводневої сировини з отриманням цінних паливних і нафтохімічних продуктів. До таких процесів відносяться термічні , каталітичні і гідрогенізацій ні процеси переробки важкої вуглеводневої сировини, зокрема мазуту , гудрону і ін.

Основними термічними процесами  переробки важкого вуглеводневої  сировини є термічний крекінг  і вісбрекінг .

Термічний крекінг в даний час втратив своє « бензинотворне » значення , а процес вісбрекінгу , навпаки , набуває все більшого значення в нафтопереробній промисловості .

1 ПРИЗНАЧЕННЯ ПРОЦЕСУ

Вісбрекінг являє собою процес термічного крекінгу; здійснюваний в порівняно м'яких умовах, з метою зниження в'язкості нафтових залишків. Як порівняно простий процес і не вимагає розробки спеціального дорогого обладнання. Процес вісбрекінгу є в даний час - одним з перспективних в схемах глибокої переробки високов'язких нафтових залишків[1].

Процес проводять в  рідкій фазі при порівняно м’яких умовах: 440- 500°C , тиск- 0,5-3,0 МПа, час перебування сировини в зоні реакції від 2 до 30 хвилин і більше (в залежності від складу сировини ). Основні реакції - розщеплення парафінових і нафтенових вуглеводнів з отриманням вуглеводневих газів і бензину, а також рідких фракцій, киплячих в границях 200-450°C, і вторинних продуктів- асфальтенів (найбільш високомолекулярні компоненти нафти) [2].

У відсутності на НПЗ установок  вісбрекінга, при приготуванні товарного  мазуту, для зменшення його в’язкості, значна кількість газойля використовується в якості розчинника. Тому впровадження вісбрекінгу в схему переробки нафти дозволяє значно збільшити відбір вакуумного газойлю і тим самим збільшити ресурси сировини для каталітичного крекінгу.

Так само на Одеському НПЗ  у 2007 році була побудована установка  вісбрекінгу, яка дала можливість збільшити  вихід світлих нафтопродуктів, тобто  збільшити глибину переробки  майже до 70%. Нажаль в Україні не достатньо уваги приділяється  нафтопереробній промисловості, і процес вісбрекінгу потребує його подальшого впровадження на інших НПЗ нашої країни. В той час як в США за допомоги введення процесу вісбрекінгу досягнули глибини переробки  до 95% [3].

2 ІСТОРІЯ ПРОЦЕСУ

Вісбрекінг не є принципово новим процесом в нафтопереробці, оскільки промисловий процес термічної переробки важкого нафтової сировини застосовувався вже з 1912 р., початковим призначенням якого було отримання автомобільного бензину.

У Радянському Союзі установки  термічного крекінгу почали будуватися в кінці 20 -х років нашого століття одночасно на декількох , нафтопереробних  заводах. Це були імпортні установки  в основному , систем Віккерса, Дженкінса і Вінклер- Коха.

У першій п'ятирічці ( 1928- 1932рр. ) В СРСР в експлуатацію було введено 23 установки термічного крекінгу переважно системи Вінклер - Коха в містах Баку, Грозному, Батумі , Туапсе , Ярославлі.

У середині тридцятих років  минулого сторіччя була , створена вітчизняна установка двопічного термічного крекінгу системи « нафтопроекту » , що дозволило  повністю відмовитися від імпорту  аналогічних установок.

У довоєнний час крекінг -установки були побудовані , крім Грозного , Баку , Батумі , Туапсе в Саратові ( 1934г. ) , Орську ( 1935р. ) , Краснодарі ( 1936г. ), Одесі ( 1937г. ) , Уфі ( 1938р. ) , Москві ( 1938р. ) , Херсоні ( 1938р. ) .В основному , це були крекінг -установки системи нафтопроекту , які після будівництва першої крекінг -установки в Грозному в 1936 р. отримали широке поширення.

Типовим сировиною установок  термокрекінга був мазут щодо легкого фракційного складу , а  цільовим продуктом - автомобільний  бензин - з октановим числом в  чистому вигляді , за моторним методом  близько 66 . Вихід , бензину становив близько 30 %, вихід газу близько 8 %.

У 1950 -их роках у зв'язку з тенденцією до переробки утяжеленного сировини Гіпронефтезаводамі була спроектована і розпочато будівництво установки  термічного крекінгу з реакційною камерою.

У 1960- их роках ситуація в  нафтопереробці істотно змінилася. Значне зростання видобутку нафти  дозволяв покрити потребу в бензині  тільки за рахунок прямогонних фракцій , а каталітичний риформінг забезпечував поліпшення його якості , безперервно  зростало споживання котельного палива , збільшувалася  число діючих установок каталітичного крекінгу.

Все це призвело до падіння  значення термічного крекінгу як основного  вторинного процесу виробництва  бензину.

З побудованих в Радянському  Союзі 81 установок термічного крекінгу в 1970 -і роки 7 установок були демонтовані , 9 практично переобладнані для  атмосферної перегонки нафти.

У цей період у зв'язку із зростанням потреби в котельному паливі починається впровадження процесу вісбрекінгу, спочатку на базі реконструйованих установок термокрекінга, а потім у складі комбінованих установок ГК- ЗіКТ- 1.

Включення процесу вісбрекінгу  в схему сприяє підвищенню глибини переробки нафти до 68-70% при наявності відповідних потужностей каталітичного і гідрокрекінгу вакуумного газойлю, вивільняючи дистилятні розріджувачі гудрону для реалізації як світлих нафтопродуктів.

Вісбрекінг можна розглядати і, як спосіб отримання котельних палив з важких нафтових залишків, так і, як спосіб підготовки їх для подальшої безостаточно переробки нафти з поступовим винятком вироблення котельних палив в комплексі з процесами виробництва вуглецевих залишків різного - призначення, наприклад , коксу , сполучних і спікається пеков.

Як порівняно простий  і не вимагає розробки спеціального дорогого обладнання, процес вісбрекінгу є одним з перспективних в схемах глибокої переробки високов'язких нафтових залишків.

У становленні та розвитку процесу вісбрекінгу важкої вуглеводневої сировини на вітчизняних НПЗ можна виділити кілька етапів:

1. Перші дослідження процесу легкого крекінгу мазуту і гудрону для зниження їх в'язкості в 1930-1940 -і роки.

2. Реконструкція установок термокрекінга під процес вісбрекінгу в 1950-1960 -і роки.

3. Будівництво установок вісбрекінгу в 1970-і роки в складі комбінованих комплексів ГК- 3 і Г- 43 - 107 .

4. Будівництво установок пічного вісбрекінгу для зниження в'язкості важких нафтових залишків у 1980 -і роки.

5. Розробка технології низькотемпературного вісбрекінгу і будівництво установок для вісбрекінгу обважнених залишків у 1980-1990 -і роки.

6. Розробка і промислове впровадження в 2000-і роки різних різновидів процесу вісбрекінгу. У зв'язку з чим збільшилась роль і значення робіт, спрямованих на пошук ефективних способів промислового здійснення вісбрекінгу [9].

3 ФІЗИКО–ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ ВІСБРЕКІНГУ

Нафтові залишки представляють  собою колоїдні системи, в яких дисперсна фаза складається з ассоциатів високомолекулярних гетероатомних органічних сполук. У стабільній залишкової фракції всі адсорбційні сили врівноважені і дисперсна фаза знаходиться у фізичному рівновазі з вуглеводневої фазою ( дисперсійним середовищем ). Смоли і ароматичні вуглеводні виконують функції пептізірующіх агентів.

Склад сировини характеризує його потенційну здатність до реакцій  крекінгу. Здатність до крекирування зменшується в ряду :

- Парафіни ( -нормальні, - ізо,- цикло )- піддаються крекінгу найбільш легко ;

- Ароматичні вуглеводні ;

- Нафтено -ароматичні  вуглеводні.

- Поліциклічні ароматичні вуглеводні- піддаються крекінгу найбільш важко.

Під час термічного впливу поряд з реакціями крекінгу протікають реакції полімеризації і конденсації , що призводять до утворення асфальтенов  і коксу .

При крекінгу парафінів утворюються  парафінові і олефінові вуглеводні з меншою молекулярною масою. У міру збільшення молекулярної маси вихідного  вуглеводню падає його термічна стабільність і збільшується швидкість крекінгу [ 4 ].

Нафтенові і ароматичні вуглеводні з довгої бічної ланцюгом в умовах вісбрекінгу піддаються крекінгу так , що в ланцюзі залишаються метильні і етільні групи ( нафтенові кільця розщеплюються при температурі вище 490° С). Одночасно проходить ароматизація ( дегідрування ) нафтенових кілець.

Ароматичні вуглеводні без  бічних ланцюгів під впливом високих  температур схильні до відщеплення  водню і утворення продуктів  конденсації.

При крекінгу алкілароматичних сполук відбувається часткове відщеплення алкільного ланцюга з утворенням алкіл ароматичних з’єднань більш простої будови та продуктів конденсації. Процес конденсації алкілароматичних сполук протікає швидше, ніж відповідних незаміщених ароматичних сполук. Термічна стійкість цих вуглеводнів тим менше , чим довше боковий ланцюг. Ароматичні сполуки поряд зі смолами і асфальтенами є основними джерелами утворення побічного продукту - коксу.

При відносно м'яких умовах ( ступінь перетворення 4-6% ) протікають первинні реакції крекінгу , при  більш жорстких умовах ( ступінь  перетворення більше 6-7 %) активізуються  вторинні реакції конденсації і  полімеризації.

При збільшенні конверсії  вихід залишку вісбрекінгу зменшується , а його коксованість і вміст  у ньому асфальтенів збільшується , в продуктах вісбрекінгу збільшується вміст ненасичених і ароматичних  вуглеводнів.

Жорсткість процесу вісбрекінгу  і, отже , ступінь перетворення обмежується  стабільністю ( схильністю до осадкообразованіі ) крекінг - залишку і швидкістю  закоксовиванія труб. Присутність натрію в сировині сприяє утворенню коксу , тому його зміст необхідно контролювати для забезпечення більш тривалих пробігів між операціями видалення  коксу з труб печі [ 5 ]. 

В таблиці 1 приведена залежність виходу продуктів від температури для установки вісбрекінгу гудрона:

Таблиця 1- Вплив температури  на показники вісбрекінгу гудрону

4 ТИПИ УСТАНОВОК ВІСБРЕКІНГА

Були розглянуті чотири основні  варіанти оформлення технології процесу вісбрекінгу: 1- установка з реакційною камерою з висхідним потоком; 2- установка з реакційною камерою з невсхідним потоком; 3- установка пічного вісбрекінгу з сокінг – секцією; 4- установка вісбрекінгу по пічному варіанту. Також японська фірма Мобіл-Оіл розробила процес «Юрека» та «Шеррі-П».

Метою процесу вісбрекінгу  є отримання з високов'язких  залишків маловязких котельних палив .

Порівняння фізико- хімічних властивостей крекінг- залишків , одержуваних у процесі вісбрекінгу по пічному варіанту і з реакційною камерою з висхідним потоком .

Однак у крекінг- залишоку пічного вісбрекінгу підвищений вміст легких ароматичних вуглеводнів ( на 5 %) і порівняльний розподіл середньої фракції, важкої, ароматичних з’єднань і смол забезпечується присутністю там розріджувача - важкого газойля каталітичного крекінгу, яка складається в основному з компонентів, що складають дисперсну середу і перешкоджають коагуляції асфальтенів [6].

Перевагами процесу вісбрекінгу  з виносної реакційної камерою вважаться менша чутливість до якості сировини, і велика, в порівнянні з пічним варіантом, тривалість безперервної роботи установки.

Відомо , що при реалізації процесу вісбрекінгу з реакційною камерою з висхідним потоком  крекінг важкої частини сировини відбувається при знижених температурах за рахунок тривалого часу перебування в зоні реакції.

Рисунок 1.1 – Технологічна схема установки вісбрекінгу з реакційною камерою [ 2 ]

Крім того, розроблені і  пропонуються впровадженню технології отримання бітумів за схемою " вісбрекінг - вакуумна перегонка залишку вісбрекінгу - стабілізація продукту " і окислення залишків, модифікованих елементарною сіркою .

Доцільно використовувати  такий гудрон в якості сировини для установки вісбрекінгу, тому на тих підприємствах, де такий гудрон виробляється, необхідна наявність установок вісбрекінгу, які будуть переробляти основну частину тяжкого гудрону. Ліцензіаром цього процесу є фірма «Shell». Ряд проектів установок вісбрекінгу сокерного типу виконала і фірма «Foster Wheeler». [ 7 ].

Наступний варіант технології - вісбрекінг гудрону (будь-якого ) з  подальшою вакуумної перегонкою залишку вісбрекінгу .

Цей варіант установки  має не складну технологічну схему: вісбрекінг, як і вакуумна перегонка проводиться по стандартній технологічній схемі.

Недолік: в залишку вісбрекінгу та залишку його вакуумної перегонки присутні ненасичені сполуки. Високоякісний дорожній бітум був отриманий при окисленні крекінг - залишку і залишку вісбрекінгу , модифікованих елементарною сіркою .

За технологічною схемою процес нагріву вихідного гудрону повинен здійснюватися цільовим продуктом - залишком вісбрекінгу. Такі умови створилися через те, що схема теплообміну прийнята для реалізації складається з трьох паралельних потоків гудрону і залишку вісбрекінгу [ 7 ].

Для досягнення необхідної ступеня перетворення , при скороченні часу перебування реакційної суміші в зоні перетворенні, підтримується підвищена температура для процесу вісбрекінгу на виході з печей - 480 ° С.

У наведеному прикладі всі  недоліки функціонування ХТМ не є  ні недоліком , ні перевагою реалізованого  методу : в даному випадку вісбрекінг гудрону в пічному змійовику  [ 8 ].

ВИСНОВКИ

У данній курсовій роботі розкритi теоретичнi основи процесу вісбрекінгу. Розглянуті можливі варіанти промислових установок вісбрекінгу, до зрівняння наведені статистичні данні, які показують що процес вісбрекінгу в Укаїні і в світі набуває широкого застосування.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Антонов М. Л. Переработка нефтяных остатков на предприятиях группы «ЛУКОЙЛ»: опыт и перспективы // Мир нефтепродуктов — 2009. — № 5. — С. 6—9.
2. Ахмадова Х. Х., Сыркин А. М., Махмудова Л. Ш. Становление и развитие процесса висбрекинга тяжелого углеводородного сырья. М.: Химия, 2008. 208 с.
3. Галлеев Р. Г. Хавкин В. А., Данилов А. М. О задачах российской нефтепереработки // Мир нефтепродуктов — 2009. — № 2. — С. 3—7.
4. Давлетшин А. Р. Исследование закономерностей термолиза нефтяных остатков в процессе висбрекинга с реакционной камерой с восходящим потоком. Дисс. канд. техн. наук. Уфа., 2008. 118 с.
5. Капустин В. М. Роль отечественных компаний в модернизации российских нефтеперерабатывающих заводов // Мир нефтепродуктов — 2007. — № 7. — С. 18—20.
6. Капустин В. М. Глубокая переработка углеводородного сырья в условиях финансового кризиса // Мир нефтепродуктов — 2009. — № 3. — С. 8—10.
7. Современные технологии производства компонентов моторных топлив / Козин В. Г., Солодова Н. Л, Башкирцева Н. Ю., Абдуллин А. И. Казань. 2009. 328 с.
8. Хаджиев С. Н. Внедрение имеющихся разработок позволит миру осуществить технологический прорыв // ThechemicalJournal — 2008. —№ 6. — Р. 30.
9. Гусейнов Б.Г. Развитие техники и технологии переработки нефти наше время /Б.Г.Гусейнов, А.Д.Лемберанский //Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1957. - №11.- С.27.