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 асфальте-нов, 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 висбре-кинга 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 г 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 не обогреваемый 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, о°С 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 висбре-кинга 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 % ], самотлор-ской нефти, получали бензин и керосин, содержащие до очистки 0,7 и 1,0 % (масс.) серы [8].