CC BY
22
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£
УДК 10167
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2022-3-27-30
Анализ возможности внедрения производственной линии по отделению пентана на Оренбургском гелиевом заводе
Орлов А.А.1, Жагфаров Ф.Г.1, Тремаскин Д.Ю.2
1 Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 119991, Москва, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5654-3264, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7344-015X, E-mail: [email protected]
2 Оренбургский гелиевый завод ООО «Газпром переработка», 460512, Оренбург, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5214-2850, E-mail: [email protected] Резюме: Проанализированы производственные мощности и ассортимент товарной продукции Оренбургского гелиевого завода. Описаны возможности расширения ассортимента предприятия. Произведен анализ существующих установок депентаниза-ции и деизопентанизации. Исследована возможность внедрения новой производственной линии на Оренбургском гелиевом заводе.
Ключевые слова: пентан-гексановая фракция, деизопентанизация, изопентан, газоф-ракционирующие установки.
Для цитирования: Орлов А.А., Жагфаров Ф.Г., Тремаскин Д.Ю. Анализ возможности внедрения производственной линии по отделению пентана на Оренбургском гелиевом заводе // НефтеГазоХимия. 2022. № 3. С. 27-30. D0I:10.24412/2310-8266-2022-3-27-30
ANALYSIS OF THE POSSIBILITY OF INTRODUCING A PRODUCTION LINE FOR PENTANE SEPARATION AT THE ORENBURG HELIUM REFINERY Alexander A. Orlov1, Firdavez G. Zhagfarov1, Dmitriy YU. Tremaskin2
1 Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University), 119991, Moscow, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5654-3264, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7344-015X, E-mail: [email protected]
2 Orenburg Helium Refinery Branch Gazprom Pererabotka LLC
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5214-2850, E-mail: [email protected]
Abstract: The production capacity and product range of the Orenburg helium refinery are analysed. The possibilities of expanding the assortment of the enterprise are described. The analysis of existing depentanization and deisopentanization installations are carried out. The possibility of introducing a new production line at the Orenburg helium refinery is studied. Keywords: pentane-hexane fraction, deisopentanization, isopentane, gas fractionation units. For citation: Orlov A.A., Zhagfarov F.G., Tremaskin D.YU. ANALYSIS OF THE POSSIBILITY OF INTRODUCING A PRODUCTION LINE FOR PENTANE SEPARATION AT THE ORENBURG HELIUM REFINERY. Oil & Gas Chemistry. 2022, no. 3, pp. 27-30. DOI:10.24412/2310-8266-2022-3-27-30
Оренбургский гелиевый завод является единственным в России и Европе крупным производителем гелия и крупнейшим в России производителем этана. Предприятие представляет собой многофункциональный технологический комплекс, выпускающий более 10 наименований товарных продуктов. Одним из них является пентан-гексано-вая фракция, которая используется в качестве сырья для центральных газофракционирующих установок газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводов, в качестве сырья пиролиза для нефтехимических производств и заводов органического синтеза, а также сырья для при-
готовления углеводородных растворителей.
Модернизация производства является одним из основных методов поддержания экономической эффективности предприятия. В данной статье будет рассмотрена возможность внедрения производства по выделению из пен-тан-гексановой фракции пентана и изопентана, превосходящих по стоимости более широкие фракции.
Оренбургский гелиевый завод является единственным в России крупным производителем гелия, а также одним из крупнейших газоперерабатывающих предприятий в Европе. На долю производства завода приходится около 80% производимого в России этана. Сырьевой базой Оренбургского гелиевого завода является природный газ Оренбургского месторождения, предварительно очищаемый от сероводорода и углекислого газа на ами-новых установках Оренбургского газоперерабатывающего завода. Годовая мощность завода составляет около 10 млрд м3 природного газа.
Завод выпускает 12 наименований товарной продукции:
- газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам;
- газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления;
- газы углеводородные сжиженные топливные;
- газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта;
- широкая фракция легких углеводородов;
- фракция углеводородная;
- фракция этановая;
- фракция пентан-гексановая;
- гелий жидкий;
- гелий газообразный;
- кислород жидкий технический;
- азот жидкий.
В данный момент на заводе проводится поиск новых решений по перевооружению I, II и III очередей производства для повышения степени извлечения ценных ком-
3 • 2022
НефтеГазоХимия 27
#- ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
понентов из газа, расширения номенклатуры продукции, вовлечения в переработку газа других месторождений; проводится модернизация установки ШФЛУ с целью доведения качества продукции до европейских стандартов.
В настоящее время пентан-гексановая фракция на Оренбургском гелиевом заводе выделяется на ректификационной установке наряду с СУГ и ШФЛУ и является одним из конечных товарных продуктов предприятия. Рыночная стоимость данного продукта колеблется в значениях 400-600 долл. за тонну, тогда как цена чистого пентана близится к 1000 долларов за тонну. Пентан используется как сырье для получения нефтяных растворителей (например, известен процесс термического хлорирования пентана с получением хлористого амила, который затем омыляется в амиловый спирт, или пентазол, применяемый в лакокрасочной промышленности), а также является сырьем для изомеризации, в результате которой образуется насыщенная изопентаном фракция. Изопентан является компонентом эффективных октаноповышающих присадок для автомобильных и авиационных бензинов. Это связано с тем, что изопентан имеет высокое начальное октановое число (90 пунктов). Добавка изопентана, помимо октанового числа, также повышает упругость паров бензина, что имеет большое значение для авиационного бензина.
Помимо этого, изопентан используется для получения изопрена, основного сырья для синтеза синтетических ка-учуков. Так, в СССР применялся одностадийный процесс дегидрирования изопентана под действием катализатора на основе Сг203/А1203 при температуре 600 °С и давлении 7 кПа с выходом изопрена до 52%.
Также, изопентан применяется для получения изоамиле-нов гидрированием. Изоамилены используются в синтезе вкусовых добавок, ароматизаторов, пестицидов, регуляторов роста, фармацевтических препаратов, медицинских продуктов, катализаторов.
Существующие схемы выделения пентана и изопентана представлены на рис. 1 и 2.
Исходное сырье предварительно проходит стадию осушки в колонне К1, обогреваемой водяным паром через выносной кипятильник Кк1. Содержащаяся в сырье влага выделяется в дефлегматоре колонны Д1 и конденсируется в процессе охлаждения оборотной водой. Часть выделенного конденсата орошает колонну, остальное количество собирается в емкости Е1 и направляется на отпаривание углеводородов.
Осушенный пентан из нижней части колонны К1 собирается в емкости Е5, куда также поступает возвратный продукт из ректификационной колонны К4, после чего смешивается с циркулирующим в системе газом, содержащим приблизительно 85% водорода. Молярное соотношение пентан : водород равно 1 : 2.
В регенеративном теплообменнике РТ1 пентан испаряется и нагревается до 300 °С, охлаждая газы реакции изомеризации до 150 °С. Далее пары пентана нагреваются в трубчатой печи ТП до 450 °С и направляются в реактор Р.
Реакция изомеризации ведется над платиновым катализатором в присутствии водорода, циркулирующего в системе при температуре 400-450 °С и давлении 4 МПа.
Помимо вышеописанного, существует множество способов отделения пентана и изопентана. Так, известен
Принципиальная схема изомеризации пентана в изопентан: Кк1-4 - выносные кипятильники, К1-К4 - колонна, Д-4 - дефлегматоры колонн, Е1-Е7 - емкости, РТ1-РТ2 - регенеративные теплообменники, ТП - трубчатая печь
Рис. 1
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£ ■о-
Схема изомеризации пентана
Гидроочищемкля легкая нлфтл
Изонсризат
Рис. 2
способ разделения изопентан-пен-тан-гексановой фракции в процессе изомеризации, состоящий из блока разделения из четырех простых ректификационных колонн фракционирования исходного сырья - фракции НК - 70 °С прямогонного бензина и продуктов реакции с выделением бутана, изопентана, пентана, изогексана и гексана, возвращением пентана в реактор в качестве рецикла, сепарации и стабилизации продуктов реакции в блоке обработки изомеризата из сепаратора и двух ректификационных колонн с возвращением изомеризата после смешения с исходным сырьем в первую ректификационную колонну блока разделения. Однако данный способ подразумевает использование большого количества фракционирующего оборудования, а также низкий выход изопентана.
Известен также способ разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации, состоящий из первой ректификационной колонны подготовки сырья - фракции НК-85 °С прямогонного бензина, из которой дистиллятом отводится балластный продукт - фракция С3-С4, содержащаяся в сырье; боковой погон направляется на превращение пентанов и гексанов в изомеры в реактор изомеризации, а снизу колонны отводится тяжелая фракция. Продукты изомеризации направляются во вторую ректификационную колонну дебутанизации, откуда сверху колонны отводится бутан, а снизу колонны отводится изо-меризат, содержащий реакционные изомеры, полученные в процессе реакции, которые направляются на разделение в третью ректификационную колонну депентанизации, из которой последовательно сверху вниз отводятся изопен-тан, пентановый рецикл и гексановая фракция. При этом продукты, выводимые сверху и снизу колонны, подвергаются смешению, а пентановый рецикл возвращается в реактор изомеризации.
Процесс изомеризации пентана является одним из самых рентабельных способов получения высокооктановых компонентов бензинов с улучшенными экологическими свойствами. Актуальность установок изомеризации также возросла с введением новых сверхжестких ограничений на
Таблица 1
Условия и показатели процесса изомеризации пентана
Показатель Значение
Температура, °С 400-450
Давление, МПа 4
Объемная скорость подачи сырья, ч-1 2,1-2,5
Молярное соотношение С5:Н2 1:2
Выход изопентана (в расчете на 96-98
прореагировавший пентан), % (масс.)
Конверсия, % (масс.) 49-50
Чистота изопентана, % (масс.) 97,5
экологические свойства автомобильных бензинов, включая ограничение по фракционному составу, содержанию ароматических соединений и бензола. Установки изомеризации позволяют получить топливо с характеристиками, отвечающими жестким стандартам ЕВРО-4 и ЕВРО-5. Интенсивное наращивание мощностей процесса изомеризации осуществляется за счет реконструкции существующих и строительства новых установок. Одновременно проводятся модернизация и интенсификация действующих установок изомеризации под процессы с рециркуляцией непревра-щенных нормальных парафинов. Сырьем изомеризации являются легкие бензиновые фракции с концом кипения от 62 до 85°С. Повышение октанового числа достигается за счет увеличения доли изопарафинов. Процесс осуществляется, как правило, в одном или двух реакторах при температуре, в зависимости от применяемой технологии, от 110 до 380 °С и давлении до 35 атм.
Условия и показатели процесса для такой технологии представлены в табл. 1.
Согласно исследованию рынка углеводородов консалтинговой организации Fact.MR, сегодня рост рынка изопентана составляет около 4,4% в год, таким образом, представляя собой один из наиболее интенсивно растущих рынков нефтегазохимических продуктов; причем особо чистый изопентан (>99%) показывает рост в 4,9%. Помимо этого, растут и цены на российском рынке изопентана, что связано с уменьшением объема предложений на внутреннем рынке, так как производители заинтересованы в
3 • 2022
НефтеГазоХимия 29
-о1
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
выгодном экспорте больше, чем в насыщении внутреннего рынка.
Так как Оренбургский гелиевый завод является одним из крупнейших в России заводов по переработке углеводородных газов, его модернизация является объектом научных интересов многих ученых-химиков. Актуальность повышения эффективности гелиевой установки продиктована стратегическим значением этого газа для экономики и промышленности России, так как гелий применяется в наукоемких отраслях деятельности, таких как авиакосмическая отрасль, металлургия, атомная отрасль, военно-промышленный комплекс. Модернизации прочих установок и очередей завода уделяется меньше внимания, несмотря на то что большая часть товарных продуктов завода относится именно к различным фракциям углеводородных газов, а не гелия. Именно поэтому модернизация установки ШФЛУ с целью доведения качества продукции до европейских стандартов и потенциальное внедрение колонны деизопентанизации в производственную цепочку является важной и актуальной задачей.
Как видно из вышесказанного, пентан и изопентан не являются товарными продуктами Оренбургского гелиевого завода, при этом завод производит пентан-гексановую фракцию, в состав которой входит пентан. Выделение изо-пентана из пентан-гексановой фракции природного газа может быть экономически обоснованным, несмотря на крупные капиталовложения для создания новой технологической цепочки. Это особенно актуально с учетом востребованности изопентана как компонента высокооктановых топлив и сырья для производства изопрена.
Необходимо также отметить, что Оренбургский гелиевый завод технологически связан с Оренбургским газоперерабатывающим заводом, который потенциально может использовать пентановую фракцию для собственных нужд, например как присадку к моторным топливам. В данный момент Оренбургский газоперерабатывающий завод производит следующие виды продукции:
- газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам;
- газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления;
- газы углеводородные сжиженные топливные;
- сера техническая газовая жидкая, комовая, гранулированная;
- одорант природный;
- широкая фракция углеводородов;
- газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта;
- конденсат газовый стабильный в смеси с нефтью.
С учетом роста спроса на углеводородное сырье и продукты его глубокой химической переработки депента-низация и последующая изомеризация природного газа может иметь экономическую выгоду. Диверсификация товарного ассортимента к тому же является крайне эффективной антикризисной мерой, позволяющей повысить экономические показатели рентабельности предприятия, а также расширить клиентскую базу.
Таким образом, можно сделать вывод, что выделение пентана и изопентана из пентан-гексановой фракции на производственном кластере Оренбургских гелиевого и газоперерабатывающего заводов может быть актуально в связи с современными реалиями. Пентан-гексановая фракция, производимая Оренбургским гелиевым заводом, используется как сырье для дальнейшего синтеза или выделения более узких фракций сторонними перерабатывающими предприятиями.
Помимо этого, необходимо отметить постоянный рост рынка изопентана, что делает его производство экономически целесообразным. Одним из наиболее привлекательных рынков сбыта является экспорт изопентана в страны Европы и Азии, а также сотрудничество с отечественными предприятиями, занятыми в области производства высокооктановых бензинов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лапидус А.Л., Голубева И.А., Жагфаров Ф.Г. Газохимия. Ч. 1. Первичная переработка углеводородных газов. М.: Изд-во РГУ нефти и газа (НИУ) им, И.М. Губкина, 2013. 242 с.
2. Арутюнов В.С., Стрекова Л.Н., Лапидус А.Л., Жагфаров Ф.Г. Газохимия на современном этапе развития: учеб. пособие. М.: Изд-во РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2015. 168 с.
3. Тремаскин Д.Ю., Жагфаров Ф.Г. Модернизация установки получения гелиевого концентрата на Оренбургском гелиевом заводе // Нефтегазохимия. 2020. № 1. С. 38-41.
4. Fact.MR: Isopentane Market Analysis by Purity - Global Market Insights 2021 to 2031. URL: https://www.factmr.com/report/4255/isopentane-market (дата обращения 20.03.2022).
REFERENCES
1. Lapidus A.L., Golubeva I.A., Zhagfarov F.G. Gazokhimiya. CH. 1. Pervichnaya pererabotka uglevodorodnykh gazov [Gas chemistry. Part 1. Primary processing of hydrocarbon gases]. Moscow, RGU nefti i gaza (NIU) im. I.M. Gubkina Publ., 2013. 242 p.
2. Arutyunov V.S., Strekova L.N., Lapidus A.L., Zhagfarov F.G. Gazokhimiya na sovremennom etape razvitiya [Gas chemistry at the present stage of development]. Moscow, RGU nefti i gaza (NIU) im. I.M. Gubkina Publ., 2015. 168 p.
3. Tremaskin D.YU., Zhagfarov F.G. Modernization of the plant for obtaining helium concentrate at the Orenburg helium plant. Neftegazokhimiya, 2020, no. 1, pp. 38-41 (In Russian).
4. Fact.MR: Isopentane Market Analysis by Purity - Global Market Insights 2021 to 2031 Available at: https://www.factmr.com/report/4255/isopentane-market (accessed 20 March 2022).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Орлов Александр Алексеевич, магистрант кафедры газохимии, РГУ нефти и газа (национальный исследовательский университет) им. И.М. Губкина. Жагфаров Фирдавес Гаптелфартович, д.т.н., проф., завкафедрой газохимии, РГУ нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина.
Тремаскин Дмитрий Юрьевич, инженер-технолог 2 категории, Оренбургский гелиевый завод, ООО «Газпром переработка»
Alexander A. Orlov, Undergraduate of the Department of Gaschemistry, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University). Firdavez G. Zhagfarov, Dr. Sci. (Tech.), Prof., Head of the Department of Gaschemistry, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University).
Dmitriy YU. Tremaskin, Category 2 Process Engineer, Gazprom Pererabotka LLC, Orenburg Helium Refinery Branch.
