Visbreaker

En visbreaker är en bearbetningsenhet i ett oljeraffinaderi vars syfte är att minska mängden restolja som produceras vid destillation av råolja och att öka utbytet av mer värdefulla mellandestillat ( eldningsolja och diesel ) av raffinaderiet. En visbreaker spricker termiskt stora kolvätemolekyler i oljan genom upphettning i en ugn för att minska dess viskositet och för att producera små mängder lätta kolväten. ( gasol och bensin ). Processnamnet "visbreaker" hänvisar till det faktum att processen minskar (dvs bryter) viskositeten hos den kvarvarande oljan. Processen är icke- katalytisk .

Processmål

Målen med visbreaking är:

Minska viskositeten hos matarströmmen: Detta är typiskt återstoden från vakuumdestillation av råolja men kan också vara återstoden från hydroskimmingsoperationer , naturlig bitumen från sipprar i marken eller tjärsand , och även vissa högviskösa råoljor.
Minska mängden återstående eldningsolja som produceras av ett raffinaderi: Resterande eldningsolja betraktas i allmänhet som en lågvärdig produkt. Efterfrågan på restbränsle fortsätter att minska eftersom det ersätts på sina traditionella marknader, såsom bränsle som behövs för att generera ånga i kraftverk , med renare förbränning av alternativa bränslen som naturgas .
Öka andelen mellandestillat i raffinaderiets produktion: Mellandestillat används som ett spädningsmedel med restoljor för att få ner deras viskositet till en säljbar nivå. Genom att reducera viskositeten hos restströmmen i en visbreaker, kan en eldningsolja tillverkas med mindre utspädningsmedel och det sparade mellandestillatet kan avledas till mer värdefull diesel eller eldningsolja.

Teknologi

Spole visbreaking

Ett schematiskt diagram av en Visbreaker-enhet

Termen spiral (eller ugns ) visbreaking tillämpas på enheter där sprickprocessen sker i ugnsrören (eller "spolar"). Material som kommer ut ur ugnen släcks för att stoppa sprickningsreaktionerna: ofta uppnås detta genom värmeväxling med det jungfruliga materialet som matas till ugnen, vilket i sin tur är ett bra energieffektivitetssteg, men ibland en ström av kall olja (vanligtvis gasolja) ) används till samma effekt. Gasoljan återvinns och återanvänds. Omfattningen av krackningsreaktionen styrs genom reglering av oljans flödeshastighet genom ugnsrören. Den kylda oljan passerar sedan till en fraktioneringsanordning där produkterna från krackningen (gas, gasol, bensin, gasolja och tjära) separeras och återvinns.

Soaker visbreaking

Vid blötläggningsvisbreaking sker huvuddelen av sprickningsreaktionen inte i ugnen utan i en trumma placerad efter ugnen som kallas blötläggningsanordningen. Här hålls oljan vid en förhöjd temperatur under en förutbestämd tidsperiod för att tillåta sprickbildning innan den släcks. Oljan passerar sedan till en fraktioneringsanordning . I soaker visbreaking används lägre temperaturer än vid coil visbreaking. Den jämförelsevis långa varaktigheten av krackningsreaktionen används istället.

Processalternativ

Visbreaker tjära kan förädlas ytterligare genom att mata den till en vakuumfraktioneringsanordning . Här kan ytterligare tung gasolja återvinnas och ledas antingen till katalytisk krackning , hydrokrackning eller termisk krackning på raffinaderiet. Den vakuumflaska tjäran (ibland kallad beck ) leds sedan till brännoljeblandning. På ett fåtal raffinaderier leds visbreaker-tjära till en fördröjd koks för framställning av vissa specialkoksar, såsom anodkoks eller nålkoks .

Soaker visbreaking kontra coil visbreaking

Ur avkastningssynpunkt finns det lite eller inget att välja mellan de två tillvägagångssätten. Var och en erbjuder dock betydande fördelar i särskilda situationer:

Avkoksning : Krackningsreaktionen bildar petroleumkoks som en biprodukt. Vid spiralvisbreaking avsätts detta i ugnens rör och kommer så småningom att leda till nedsmutsning eller blockering av rören. Detsamma kommer att inträffa i trumman på en soaker-visbreaker, även om de lägre temperaturerna som används i soaker-trumman leder till nedsmutsning i mycket långsammare takt. Coil visbreakers kräver därför frekvent avkoksning. Detta är ganska arbetskrävande, men kan utvecklas till en rutin där rör avkokas sekventiellt utan att visbreaking-operationen behöver stängas av. Soaker trummor kräver mycket mindre frekvent uppmärksamhet, men att de tas ur drift kräver normalt ett fullständigt stopp av driften. Vilken som är den mest störande aktiviteten kommer att variera från raffinaderi till raffinaderi.
Bränsleekonomi : De lägre temperaturerna som används i soaker-metoden innebär att dessa enheter använder mindre bränsle. I de fall ett raffinaderi köper bränsle för att stödja processdrift kan eventuella besparingar i bränsleförbrukning vara oerhört värdefulla. I sådana fall kan soaker visbreaking vara fördelaktigt.

Kvalitet och avkastning

Foderkvalitet och produktkvalitet

Kvaliteten på fodret som går in i en visbreaker kommer att variera avsevärt med vilken typ av råolja som raffinaderiet bearbetar. Följande är en typisk kvalitet för vakuumdestillationsrester av arabiskt ljus (en råolja från Saudiarabien och raffinerad över hela världen):

Densitet (kg/L)	Viskositet vid 100 °C ( centistokes )	Svavelhalt (vikt% )
1,020	930	4.0

När detta material väl har körts genom en visbreaker (och återigen kommer det att finnas avsevärd variation från visbreaker till visbreaker eftersom inga två kommer att fungera under exakt samma förhållanden) är minskningen i viskositet dramatisk:

Densitet (kg/L)	Viskositet vid 100 °C ( centistokes )	Svavelhalt (vikt% )
1,048	115	4.7

Avkastning

Utbytena av de olika kolväteprodukterna kommer att bero på "allvarligheten" av krackningsoperationen såsom bestäms av temperaturen som oljan upphettas till i visbreaker-ugnen. I den nedre delen av skalan skulle en ugn som värms upp till 425 °C spricka endast milt, medan drift vid 500 °C skulle anses vara mycket svår. Arabiska lätta råoljerester vid visbrott vid 450 °C skulle ge cirka 76 % (i vikt) tjära, 15 % mellandestillat, 6 % bensin och 3 % gas och gasol.

Bränsleolja stabilitet

Allvarligheten av visbreaker-driften begränsas normalt av behovet av att producera en visbreaker-tjära som kan blandas för att göra en stabil eldningsolja.

Stabilitet avses i detta fall en eldningsoljas tendens att producera sediment när den lagras. Dessa sediment är oönskade eftersom de snabbt kan smutsa ner filtren på pumpar som används för att flytta oljan, vilket kräver tidskrävande underhåll.

Vakuumrester som matas till en visbreaker kan anses vara sammansatt av följande:

Asfaltener : stora polycykliska molekyler som är suspenderade i oljan i en kolloidal form
Hartser : även polycykliska men med lägre molekylvikt än asfaltener
Aromatiska kolväten : derivat av bensen , toluen och xylener
Parafiniska kolväten : alkaner

Visbreaking spricker företrädesvis alifatiska föreningar som har relativt låga svavelhalter, låg densitet och hög viskositet och effekten av deras avlägsnande kan tydligt ses i kvalitetsförändringen mellan foder och produkt. En för kraftig sprickbildning i en visbreaker leder till att asfaltenkolloiden blir metastabil. Efterföljande tillsats av ett utspädningsmedel för att tillverka en färdig eldningsolja kan orsaka att kolloiden bryts ner och utfäller asfaltener som ett slam. Det har observerats att ett paraffiniskt utspädningsmedel är mer sannolikt att orsaka utfällning än ett aromatiskt. Stabiliteten hos eldningsolja bedöms med hjälp av ett antal patentskyddade tester (till exempel "P"-värde och SHF-tester).

Ekonomi

Viskositetsblandning

Viskositetsblandningen av två eller flera vätskor med olika viskositet är en trestegsprocedur. Det första steget är att beräkna Viscosity Blending Index (VBI) för varje komponent i blandningen med hjälp av följande ekvation (känd som en Refutas-ekvation):

(1) VBN = 14,534 × ln[ln( v + 0,8)] + 10,975

där v är viskositeten i kvadratmillimeter per sekund (mm²/s) eller centistokes (cSt) och ln är den naturliga logaritmen (log _e ). Det är viktigt att viskositeten för varje komponent i blandningen erhålls vid samma temperatur.

Nästa steg är att beräkna blandningens VBN med hjälp av denna ekvation:

(2) VBN _Blend = [ w _A × VBN _A ] + [ w _B × VBN _B ] + ... + [ w _X × VBN _X ]

där w är viktandelen (dvs % ÷ 100) av varje komponent i blandningen.

När viskositetsblandningstalet för en blandning har beräknats med hjälp av ekvation (2), är det sista steget att bestämma blandningens viskositet genom att använda inverteringen av ekvation (1):

(3) v = e ^{e ^{(VBN - 10,975) ÷ 14,534}} − 0,8

där VBN är blandningens viskositetsblandningsnummer och e är det transcendentala talet 2,71828, även känt som Eulers nummer .

Exempelekonomi för en tvåkomponentsblandning

En säljbar eldningsolja, till exempel för att driva ett kraftverk, kan behöva ha en viskositet på 40 centistokes vid 100 °C. Den kan framställas med användning av antingen den jungfruliga eller visbroken återstoden som beskrivits ovan i kombination med ett destillatutspädningsmedel ("skärmäld"). Ett sådant skärmaterial kan typiskt ha en viskositet vid 100 °C på 1,3 centistokes . Omarrangering av ekvation (2) ovan för en enkel tvåkomponentsblandning visar att procentandelen skärmaterial som krävs i blandningen hittas av:

(4) % skärmaterial = [VBN ₄₀ − VBN _-rester ] ÷ [VBN- _{kuttermaterial} − VBN _-rester ]

Genom att använda de viskositeter som anges i tabellerna ovan för resterna från arabisk lätt råolja och beräkna VBN enligt ekvation (1) ger:

För jungfrulig rest (dvs. det okonverterade fodret till visbreakern): 27,5 % fräsmaterial i blandningen

För visbroken rester: 13,3 % fräsmaterial i blandningen.

Eftersom mellandestillat har ett mycket högre värde på marknaden än eldningsoljor, kan man se att användningen av en visbreaker kommer att avsevärt förbättra ekonomin vid tillverkning av eldningsolja. Till exempel, om kutterlagret antas ha ett värde av 300 USD per ton och eldningsolja 150 USD per ton (oljepriserna förändras naturligtvis snabbt, men dessa priser, och ännu viktigare skillnaderna mellan dem, är inte orealistiska), är det en enkel sak att beräkna värdet av de olika resterna i detta exempel som:

Virgin rest: 93,1 USD per ton

Visbroken rest: $127,0 per ton

externa länkar