Висбрекинг (мягкий крекинг) – один из процессов термического крекинга тяжелых углеводородов. На установках этого типа происходит расщепление длинных цепочек соединений под действием высоких температур. По сути Висбрекинг можно считать термическим крекингом для бедных, так как в отличии от процессов замедленного коксования и жидкого коксования на установке висбрекинга применяется более дешевое оборудование, а сам процесс является низко затратным.
Ниже представлены основные отличия между тремя видами термического крекинга.
Висбрекинг:
- Мягкие температурные условия: 471-493 0С;
- Низкая конвекция сырья: приблизительно 20-30%;
- Простое оборудование, низкие затраты на производство.
Замедленное коксование:
- Умеренные температурные условия: 482-516 0С;
- Конверсия сырья: приблизительно 55%;
- Сложное оборудование и наличие периодических процессов;
- Выход кокса: примерно 30%.
Жидкое коксование:
- Высокие температурные условия: 482-566 0С;
- Низкий выход кокса: примерно 20%;
- Высокий уровень конверсии сырья: приблизительно 65%.
Основным сырьем для процесса висбрекинга является кубовый остаток вакуумной перегонки. В ходе процесса образует четыре основных продукта:
- Газы (С4);
- Нафта (С5), 166 0С;
- Газойль, 166-350 0С;
- Гудрон, 350 0С.
Процесс висбрекинга в первую очередь является средством снижения вязкости тяжелого сырья путем контролируемого термического разложения, так как нагретые продукты охлаждаются, до того, как произойдёт полное превращение. Висбрекинг приводит к увеличению API на 2-5 единиц и снижает вязкость смеси на 25-75% от исходного сырья.
Таблица 1 Компонентный состав продуктов висбрекинга.
| № | Продукт | %, масс |
| Газы (С4) | 2 — 4 | |
| Нафта (С5), 166 0С | 5 — 7 | |
| Газойль, 166-350 0С | 10 — 15 | |
| Гудрон, 350 0С | 75 — 85 |
На рисунке 1 приведена схема, демонстрирующая отличия технологических параметров различных процессов термической химии.
Рисунок 1 – схема параметров температур и давления для различных процессов термической химии.
На рисунке 2 представлена шкала отображающая процент конверсии для разных процессов термической химии.
Рисунок 2 – шкала конверсии различных термических процессов
Описание процесса
Установка висбрекинга состоит из реакционной печи с последующим охлаждением рециркуляционным маслом и фракционированием смеси продуктов. Реакция протекает в змеевиках печи или в реакционной камере. Время эксплуатации данной установки составляет в среднем 3 – 6 месяцев, после чего необходимо производить чистку трубопровода и удаление кокса.
Существует два типа висбрекинга. В первом случае крекинг происходит непосредственно в змеевиках печи (печной тип), во втором случае процесс крекинга происходит в реакторе после печи, где происходит основная доля конверсии (тип с реакционной камерой).
Печной тип. Вакуумное исходное сырье нагревается, а затем подвергается мягкому крекингу в печи. Температура реакции колеблется от 450 до 480 0С, а рабочее давление от 3 до 10 бар. Как показано на рисунке 1, продукты висбрекинга на выходе из печи быстро охлаждаются кубовым продуктом фракционирующей колонны для того, чтобы остановить реакцию крекинга и предотвратить образование кокса в технологических трубопроводах и аппаратах.
Рисунок 1 – Схема установки висбрекинга печного типа
После охлаждения кубовым продуктом фракционирующей колонны продукты реакции направляются в нижнюю часть колонны. Фракционирующая колонна разделяет смесь на газ, нафту, газойль и гудрон. Газойль, полученный в процессе ректификации, подвергается паровой очистке для удаления летучих компонентов, а затем смешивается с кубовым продуктом фракционирующей колонны (гудроном) или направляется на дальнейшую переработку, такую как гидроочистка, каталитический крекинг или гидрокрекинг. Нестабильная нафта и топливный газ, выделяемые в качестве побочных продуктов, обрабатывается и затем используются в качестве сырья для католического риформинга, смешиваются с готовыми продуктами или отправляются в топливную систему. Кубовый продукт колонны (гудрон) отправляется на хранение.
Тип с реакционной камерой. Данный тип характерен наличием камеры между стадиями нагрева и фракционирования, как показано на рисунке 2. Согласно основам технологии термического крекинга, конверсия в большей мере зависит от двух технологических параметров: температуры и времени на реакцию. Висбрекинг печного типа характеризуется как процесс с высокой температурой и коротким временем на реакцию, в то время как тип с реакционной камерой позволяет вести процесс при более низких температурах, так как реакционная камера позволяет увеличить время на реакцию. При этом продукты реакции для обоих вариантов остаются схожими.
Рисунок 2 – Схема установки висбрекинг с реакционной камерой
Обе технологии имеют свои преимущества и области применения. Печной тип даёт более стабильные продукты висбрекинга, что важно для некоторых видов сырья и целей применения конечного продукта. Висбрекинг с реакционной камерой обычно требует меньших капитальных вложений, потребляет меньше топлива и имеет более длительное время на реакцию. В таблице 2 показано, как длительность времени снижает показатель температуры необходимой для протекания реакции.
Таблица 2. Зависимость температуры от времени на реакцию.
| № | Время на реакцию, мин. | Необходимая температура для реакции, 0С |
| 1 | 1 | 485 |
| 2 | 2 | 470 |
| 3 | 3 | 455 |
| 4 | 4 | 440 |
Для висбрекинга с реакционной камерой существует два способа подачи сырья из печи в реактор: снизу-вверх (восходящий поток) или сверху вниз (нисходящий поток). Сравнение камер с восходящим и нисходящим потоками приведено в таблице 3.
| № | Характеристика | Восходящий поток | Нисходящий поток |
| Фазовое состояние | Жидкое | Паровое | |
| Объем камеры | 50 | 100 | |
| Продолжительность работы, суток | 300 | 50 |
Судя по данным таблицы 3, для варианта висбрекинга с восходящим потоком требуется реакционная камера объемом в 2 раза меньше, чем для варианта с нисходящим потоком, это обеспечивает большие линейные скорости и меньшие отложения кокса, отсюда и продолжительность работы реактора с восходящим потоком в 6 раз дольше, чем реактора с нисходящим потоком. Следовательно, оптимальным с точки зрения селективности процесса, продолжительности работы и затрат является процесс с выносной реакционной камерой с восходящим потоком.
Всего на отечественных НПЗ эксплуатируется 13 установок висбрекинга эксплуатируемых компаниями: Лукойл, Роснефть, Башнефть, Гаспромнефть, МНТК, Славнефть, АО ТАНЕКО, ОАО Салават нефтеоргсинтех, ТАИФ-НК.
В области переработки нефти прослеживается очевидный тренд на внедрение технологий углубленной переработки. На сегодняшний день доля углубляющих процессов переработки, увеличивающих выход светлых нефтепродуктов, в России составляет около 20.3 %. Для сравнения, тот же параметр доя США равен 73.3%, Западной Европы – 42.9%, Японии – 32,6.
Однако согласно «Энергетической стратегии России до 2030 года» глубина переработки нефти должна достигнуть к концу 2022 года. – 83%, к концу 2030 года – 89-90% за счет реконструкции и модернизации нефтеперерабатывающих заводов.