CC BY
69
УДК 665.777.4
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2023-2-20-26
Бородин Е.В.1, Лаврова А.С.1, Головачев В.А.1, Петин А.А.1, Демин А.М.2, Клейменов А.В.3, Ведерников О.С.3
Газпромнефть - Промышленные инновации», 197350, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0009-0001-0427-9104, E-mail: Borodin.EV@omsk.gazprom-neft.ru https://orcid.org/0000-0001-9327-8420, E-mail: Lavrova.AS@gazprom-neft.ru https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: GOLOVACHEV.VA@gazprom-neft.ru https://orcid.org/0009-0008-4346-1401, E-mail: Petin.AA@gazprom-neft.ru Газпромнефть - ОНПЗ», 644040, г. Омск, Россия
Моделирование процесса ректификации продуктов замедленного коксования при производстве нефтяных коксов
Введение
Современный НПЗ представляет собой сбалансированный по процессам и по производительности комплекс технологических бъектов, предусматривающих выпуск максимального объема нефтепродуктов с высокой добавленной стоимостью. За последние 30 лет в отечественной нефтепереработке значительно повысилась доля вторичных процессов, общее снижение производства котельных топлив и топочных мазутов, что позволило увеличить глубину переработки с 55-60 до 80% и более. Достижение амбициозных задач в повышении указанного показателя немыслимо без качественной организации переработки вакуумных остатков нефти - гудронов, общее содержание которых в сырье составляет 15-20%.
Замедленное коксование - один из наиболее доступных и эффективных процессов, позволяющих НПЗ при переработке тяжелых остатков нефтепереработки, нефтехимии и коксохимического производства получать набор продуктов [1] , ценность которых значительно выше исходного сырья. Мировыми лидерами, эксплуатирующими установки замедленного коксования (УЗК), являются такие компании, как Foster Wheeler, Conoco Phillips, Exxon Mobi, Valero. Основные мощности процессов замедленного коксования сосредоточены в США - 55%, в Китае, Индии и Мексике по 4%, на долю России приходится около 3% мирового объема переработки.
1 ООО ORCID ORCID ORCID ORCID
2 АО
E-mail: Demin.AM@omsk.gazprom-neft.ru
3 ПАО «Газпром нефть», 190000, Санкт-Петербург, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4071-6874, E-mail: KLEYMENOV.AV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: VEDERNIKOV.OS@gazprom-neft.ru
Резюме: В статье рассматривается влияние ректификации на формирование сырья для процесса замедленного коксования. Описана возможность достижения оптимального баланса между объемом производства кокса и тяжелого газойля коксования. В результате исследования выявлены узкие места и пути возможной оптимизации действующих производств нефтяного кокса.
Ключевые слова: замедленное коксование, нефтяной кокс, топливный кокс, анодный кокс, губчатый кокс, игольчатый кокс, анизотропный кокс, тяжелый газойль каталитического крекинга, коэффициент рециркуляции.
Для цитирования: Бородин Е.В., Лаврова А.С., Головачев В.А., Петин А.А., Демин А.М., Клейменов А.В., Ведерников О.С. Моделирование процесса ректификации продуктов замедленного коксования при производстве нефтяных коксов // НефтеГазоХимия. 2023. № 2. С. 20-26. DOI:10.24412/2310-8266-2023-2-20-26
MODELING OF THE PROCESS OF RECTIFICATION OF DELAYED COKING PRODUCTS IN THE PRODUCTION OF PETROLEUM COKES Borodin E.V.1, Lavrova A.S.1, Golovachev V.A.1, Petin A.A.1, Demin A.M.2, Kleymenov A.V.3, Vedernikov O.S.3
1 LLC Gazpromneft-Industrial Innovations, 197350, St. Petersburg, Russia
ORCID ORCID ORCID ORCID
E-mail: Borodin.EV@omsk.gazprom-neft.ru E-mail: Lavrova.AS@gazprom-neft.ru E-mail: GOLOVACHEV.VA@gazprom-neft.ru E-mail: Petin.AA@gazprom-neft.ru
: https://orcid.org/0009-0001-0427-9104, : https://orcid.org/0000-0001-9327-8420, : https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, : https://orcid.org/0009-0008-4346-1401,
2 JSC Gazpromneft-ONPZ, Omsk, Russia E-mail: Demin.AM@omsk.gazprom-neft.ru
3 PJSC Gazprom Neft, 190000, St. Petersburg, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4071-6874, E-mail: KLEYMENOV.AV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: VEDERNIKOV.OS@gazprom-neft.ru
Abstract: The article discusses the effect of rectification on the formation of raw materials for the process of delayed coking. The possibility of achieving an optimal balance between the volume of coke production and heavy coking gas oil is described. As a result of the study, bottlenecks and ways of possible optimization of existing petroleum coke production have been identified.
Keywords: needle coke, anisotropic coke, delayed coking, catalytic cracking heavy gas oil, recycling
For citation: Borodin E.V., Lavrova A.S., Golovachev V.A., Petin A.A., Demin A.M., Kleymenov A.V., Vedernikov O.S. MODELING OF THE PROCESS OF RECTIFICATION OF DELAYED COKING PRODUCTS IN THE PRODUCTION OF PETROLEUM COKES. Oil & Gas Chemistry. 2023, no. 2, pp. 20-26. DOI:10.24412/2310-8266-2023-2-20-26
Рядовой электродный кокс
Значительная часть установок замедленного коксования, около 15-20%, в мировой практике и 60% в России ориентирована на производство рядового электродного кокса, используемого в основном алюминиевой промышленностью для изготовления анодной массы (анодный кокс, губчатый кокс). Выпуск
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
газообразных и жидких нефтепродуктов, таких как сухой газ, смесь углеводородов С3-С4, нафта, газойлевые фракции, в процессе весьма желателен, поскольку основная добавленная стоимость приходится именно на указанные нефтепродукты, но вместе с тем в обязательном порядке, должен быть получен кокс специфичной губчатой структуры с ограниченным содержанием серы не более 3,0% масс. (чаще ограничения потребителей значительно жестче: не менее 1,8% [2]), зольность и содержание металлов также ограничивается на уровне, не превышающем 0,1% масс. Приоритетным сырьем для рассматриваемой технологии являются мало- и среднесернистые вакуумные остатки, полученные при переработке низкосернистых нефтей (гудро-ны). В качестве компонентов сырья зачастую используются низкосернистые высокоароматические разбавители - де-кантойли (тяжелые остатки нефтепереработки, отделенные от катализатора) процессов каталитического крекинга, тяжелые смолы нефтехимии, каменноугольные смолы и пеки. Пропорции компонентов в сырьевой композиции для установки коксования подбираются таким образом, чтобы производимый кокс соответствовал требованиям потребителей. Тем не менее ценность произведенного анодного кокса в 2-3 раза ниже в сравнении с жидкими и газообразными продуктами коксования. Время заполнения одной коксовой камеры (цикл коксования) при производстве анодного кокса составляет 24^36 ч, объем производимого кокса находится в интервале 24^30% от массы перерабатываемого сырья [3]. Такой баланс вкупе с организацией приемлемого технологического режима и выбором оптимального сырья позволяет получать удовлетворительные по качеству продукты, пригодные для дальнейшей переработки и реализации потребителю.
Топливный кокс
Преобладающая часть установок замедленного коксования в США - более 85%, около 80% в мировой практике и 40% в России эксплуатируется на топливном варианте. Произведенный таким образом топливный кокс ^Ь^соке, дробьевидный кокс, коксовый орешек) в основном реализуется в качестве компонента твердого топлива и после смешения с углями сжигается на тепловых станциях. Сырьем для указанной технологии служат высокосернистые вакуумные остатки нефтепереработки, нефте- и коксохимии. Массовое содержание серы в производимом коксе -3,0% и более, высокая зольность и содержание металлов от 0,1% масс. не являются ограничением в реализации топливного кокса, поскольку его стоимость соизмерима со стоимостью твердых топлив (углей) при сравнительно высоком уровне калорийности. Очевидно, что установки замедленного коксования, производящие топливный кокс, технологически ориентированы на минимизацию его производства, поскольку стоимость топливного кокса примерно в два раза ниже анодного кокса и в 3-4 раза ниже жидких и газообразных нефтепродуктов. Цикл коксования, в сравнении с технологией производства анодного кокса, сокращен до 10^18 часов, что позволяет увеличить пропускную способность и доходность установки [1]. Как правило, доля производства топливного кокса в материальном балансе процесса составляет 12-25% от массы перерабатываемого сырья.
Игольчатый кокс
Очень незначительная часть установок замедленного коксования (менее 2%) обеспечивает мировую по-
требность в коксах премиальных сортов, в большей части используемых при производстве графитированных электродов для металлургической промышленности. Ведущими производителями премиального электродного кокса в мире являются США, Великобритания, Япония и Китай. На данный момент в РФ промышленные объемы игольчатого кокса не производятся, потребность отечественной промышленности закрывается по импорту. ПАО «Газпром нефть» - единственная российская компания, которая провела апробацию технологии производства игольчатого кокса в промышленных условиях АО «Газпромнефть - ОНПЗ», наработаны промышленные партии игольчатого кокса (в 2015, 2018, 2020 годах). Качество игольчатого кокса удовлетворяет требованиям импортных аналогов.
Указанные коксы характеризуются высокой степенью упорядоченной структурированности (анизотропией) [1]. Волокнистая однонаправленная структура, напоминающая иглы, видимая невооруженным глазом, способствовала классификации данного продукта как игольчатый кокс (needlecoke, анизотропный кокс). Электроды, произведенные из игольчатого кокса, эксплуатируются в широком диапазоне температур до 3 000°С и выше, имеют низкий коэффициент температурного расширения, сохраняют свои механические свойства и характеризуются низким электрическим сопротивлением при высоких токовых нагрузках. Кроме анизотропии, кокс характеризуется ограниченным содержанием серы (не более 0,8% масс.) и низкой зольностью, не превышающей 0,5% масс.
Сырьем для производства игольчатого кокса являются тяжелые остатки нефтепереработки, нефте- и коксохимических производств - декантойли процессов каталитического крекинга, тяжелые смолы пиролиза, каменноугольные смолы и пеки [1]. Наличие достаточного объема сырья, а также качественные показатели сырьевой смеси - а это в первую очередь высокая степень ароматичности, отсутствие либо невысокое содержание легкокипящих компонентов (до 280°С), низкое содержание гетероэлементов - являются важнейшим аспектом в производстве качественного игольчатого кокса.
Для установок, обеспечивающих выпуск игольчатого кокса, философия замедленного коксования абсолютно иная, приоритетом и единственным целевым продуктом является кокс, все расходы на сырье и его подготовку (если таковая потребуется) полностью покрываются за счет реализации целевого продукта, стоимость которого на порядок выше любого товарного топлива, производимого на НПЗ. В данном случае вторичны операционные затраты, которые неизбежно выше ввиду дополнительной системы рециркуляции и понижения объема переработки/производства.
Не имеет высокого приоритета выпуск побочных продуктов коксования, если это не касается потери целевого сырья ввиду некачественно организованной системы разделения продуктов коксования и рециркуляции.
По литературным источникам цикл коксования при производстве игольчатого кокса увеличен и находится в интервале 36^48 ч. По ограниченным доступным публикациям в части технологии и производства игольчатого кокса (Foster Wheeler) выработка игольчатого кокса составляет около 40% [4].
Исследовательская часть
Целью выполняемой работы являлась оценка влияния технологического режима ректификации на материальный баланс процесса, оценка эффективности формирования сырьевой смеси, направляемой на коксование с использованием стандартных и специфичных сырьевых композиций.
В ходе работы определена возможность извлечения непрореагировав-шей части сырья из смеси продуктов коксования и целесообразность их возврата (рециркуляции) в процесс, произведена оценка изменения качественных и количественных характеристик продуктов и полупродуктов коксования.
По результатам моделирования и лабораторных исследований сформировано представление о технологии с учетом изношенности и невысокой эффективности контактных устройств (проектных каскадных и клапанных тарелок) основной ректификации. Сформировано заключение о вариативности эксплуатации технологической установки без модификации (реконструкции) по трем направлениям:
1) базовый вариант, производство кокса анодного качества, оценка сырьевой базы и влияние на технико-экономические показатели (ТЭП) процесса;
2) производство кокса топливного с предположением переработки высокосернистых вакуумных остатков;
3) вариант, предполагающий максимально возможное производство кокса из специфичного сырья (прототип технологии производства игольчатого кокса).
По вариантам 2 и 3 составлен предполагаемый материальный баланс, по всем трем вариантам сформированы направления по оптимизации производства для достижения улучшений ТЭП установки.
В качестве объекта исследования рассматривалась технологическая
Рис. 1
Принципиальная технологическая схема установки замедленного коксования
VI Тяжелый газойль
Таблица 1
Материальный баланс процесса коксования
Исходные данные У3К т/ч % масс.
Поступило:
- гудрон, 62,50 75,00
- тяжелый газойль КК 20,83 25,00
Итого 83,33 100,00
Произведено:
- газы у/в, 7,92 9,50
- бензин У3К, 8,75 10,50
- л/г У3К, 20,00 24,00
- т/г У3К, 25,00 30,00
- кокс 21,67 26,00
Итого 83,3 100,0
Таблица 2
Качественные показатели сырья и продуктов коксования
Сырье Р при 20°С, г/дм3 Коксуемость НК, °С 50%, °С МД МеХ. прим., % МД V, % МД S, %
Гудрон вакуумной перегонки 0,9930 12,0 - - - 0,006 1,5
Газойль тяжелый
каталитического 1,0500 3,5 210 370 0,02 - 0,2
крекинга
Продукты Р при 20°С, г/дм3 МД Н2, % МД СН4, % МД С5+, % МД H2S, %
Смесь
углеводородных 0,9000 2,0 50,0 5,0 2,0
газов
Р при 20°С, г/дм3 НК, °С 10%, °С 50%, °С 95%, °С Коксуемость
Бензин коксования 0,7500 40,0 85,0 120,0 190,0
Легкий газойль коксования 0,8800 120,0 160,0 270,0 360,0
Тяжелый газойль коксования 0,9500 220,0 - 350,0 460,0 1,0
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
'о-
Таблица 3
Основные параметры расчета технологического режима коксования по варианту 1
Параметр потока Данные
исходные расчетные
Температура паров коксования, поступающих в колонну ректификации, °С 410,0
Температура первичного сырья на выходе из конвекционного змеевика печи перед вводом в колонну ректификации, °С 330,0
Температура вторичного сырья на выходе из радиантного змеевика печи перед вводом в коксовую камеру, °С 480,0
Расход первичного сырья, кг/ч 83 333
Расход вторичного сырья, кг/ч 101 667
Коэффициент рециркуляции 1,22
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на верхнюю каскадную тарелку, % 84,2
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на нижнюю каскадную тарелку, % 15,8
Температура в кубовой части ректификационной колонны, °С 380,0
Температура в аккумуляторе (полуглухая тарелка сбора тяжелого газойля), °С 384,0
Температура на полуглухой тарелке сбора легкого газойля, °С 211,0
Давление в сисгеме «коксовые камеры - ректификация», МПа, (изб.) 0,38
Основные параметры расчета технологического режима коксования по варианту 2
Параметр потока Данные
исходные расчетные
Температура паров коксования, поступающих в колонну ректификации, °С 410,0
Температура первичного сырья на выходе из конвекционного змеевика печи перед вводом в колонну ректификации, °С 342
Температура вторичного сырья на выходе из радиантного змеевика печи перед вводом в коксовую камеру, °С 480,0
Расход первичного сырья, кг/ч 83 333
Расход вторичного сырья, кг/ч 92 500
Коэффициент рециркуляции 1,11
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на верхнюю каскадную тарелку, % 0,0
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на нижнюю каскадную тарелку, % 100,0
Температура в кубовой части ректификационной колонны, °С 362,0
Температура в аккумуляторе (полуглухая тарелка сбора тяжелого газойля), °С 395,0
Температура на полуглухой тарелке сбора легкого газойля, °С 219,0
Давление в сисгеме «коксовые камеры - ректификация», МПа, (изб.) 0,38
схема установки замедленного коксования проекта 21-10/3М, выполненного ВНИПИнефть по технологии Баш-НИИ НП. В период конца 60-х до середины 70-х годов XX века было построено и введено в эксплуатацию несколько модификаций установок указанного типа [5]. В настоящее время такие установки эксплуатируются следующими компаниями:
ОАО «Роснефть-Ангарская НХК», г. Ангарск (1970);
АО «Роснефть-Комсомольский НПЗ», г. Комсомольск-на-Амуре (1970);
ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепе-реработка», Волгоград (1966);
АО «Газпромнефть-Омский НПЗ», г. Омск (1970).
Технологическая установка проектной производительностью 600 тыс. т/год по сырью имеет реакторный блок, состоящий из двух параллельно работающих независимых потоков, предназначенных для получения кокса в необогреваемых коксовых камерах из нагретого в печах сырья, и общим блоком ректификации продуктов коксования.
Принципиальная технологическая схема представлена на рис. 1.
1. В среде Aspen HYSYS (v.12.2.) смоделирован динамический режим эксплуатации установки замедленного коксования с получением кокса анодного качества. В качестве исходных данных при создании модели взят стандартный усредненный технологический режим фактической эксплуатации установки 21-10/3M АО «Газпромнефть-Омский НПЗ» за 2022 год. Баланс материальных потоков и качественные показатели основных потоков представлены в табл. 1 и 2 соответственно.
При моделировании технологической установки в Aspen HYSYS полностью воспроизведен материальный баланс и учтен важный фактор, предусмотренный проектом и описанный в технологии [3], а именно: часть сырья подается на нижнюю каскадную тарелку для регулирования коэффициента рециркуляции. Основная часть (85%) сырьевой смеси подается на верхнюю каскадную тарелку, тем самым обеспечивается формирование вторичного сырья, обогащенного вы-сококипящими компонентами, поступившими из блока коксования.
Основные исходные данные и некоторые результаты расчета, отображающие эксплуатацию УЗК на базовом варианте (производство анодного кокса), приведены в табл. 3.
При формировании модели для упрощения расчета было выделено 6 групп сырьевых компонентов, отличающихся по фракционному составу и плотности. Каждому сырьевому компоненту определена конверсия, константа скорости химических реакций, тепловой эффект и материальный баланс за один проход через систему «печь - коксовая камера». Кинетика коксообразования в проведенной работе не рассматривалась, технологический режим переходных вариантов и цикличности производства не моделировался.
В ходе оценки базового варианта выявлено эффективное использование только трети вовлеченного в качестве
высокоароматического сырьевого компонента, а именно тяжелого газойля каталитического крекинга. Большая часть указанного продукта подверглась испарению в питательной зоне ректификационной колонны и выводилась из колонны ректификации, не попав на блок коксования. Одновременно с этим часть тяжелых углеводородов, выкипающих в интервале 300-420°С, покинувших блок коксования, также удалялась из процесса ректификации в составе тяжелого газойля коксования.
2. Созданная модель УЗК с фиксацией конструктивных и иных параметров эффективности аппаратов (колонны, теплообменники, динамическое оборудование печи) применена для оценки возможности производства топливного кокса. Принципиальными изменениями в исходных данных стало: исключение из состава сырья тяжелого газойля каталитического крекинга и минимизация контакта первичного сырья с парами коксования.
Основные исходные данные и некоторые результаты расчета, отображающие эксплуатацию УЗК на варианте производства топливного кокса, приведены в табл. 4.
Балансовый выход кокса по результатам расчета снижен незначительно и исключительно за счет уменьшения попадающего в коксовые камеры вторичного сырья. Такая организация процесса позволила снизить долю производимого кокса до 23,3%, при этом увеличена мощность по переработке гудрона на 25%, а общее производство жидких углеводородов, с учетом неиспользованного тяжелого газойля каталитического крекинга, повысился на треть. Однако негативным моментом, не попавшим в алгоритм оценки технологии, отмечается «сухая» работа каскадных тарелок, что при реальной эксплуатации провоцирует значительное отложение кокса на внутренних устройствах питательной зоны основной ректификационной колонны.
3. Следующей задачей с применением созданной модели УЗК являлась оценка материального баланса процесса при использовании специфичного сырья, в литературных источниках оцениваемого как целевое при производстве премиального - игольчатого кокса. Технология по рассматриваемому варианту прямая противоположность варианта 2, а именно: из состава сырья полностью исключен гудрон, при этом ввод первичного сырья осуществлялся только на верхнюю каскадную тарелку с целью
Таблица 5
Основные параметры расчета технологического режима коксования по варианту 3
Параметр потока Данные
исходные расчетные
Температура паров коксования, поступающих в колонну ректификации, °С 410,0
Температура первичного сырья на выходе из конвекционного змеевика печи перед вводом в колонну ректификации, °С 338
Температура вторичного сырья на выходе из радиантного змеевика печи перед вводом в коксовую камеру, °С 480,0
Расход первичного сырья, кг/ч 83 333
Расход вторичного сырья, кг/ч 122 500
Коэффициент рециркуляции 1,47
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на верхнюю каскадную тарелку, % 100,0
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на нижнюю каскадную тарелку, % 0,0
Температура в кубовой части ректификационной колонны, °С 394,0
Температура в аккумуляторе (полуглухая тарелка сбора тяжелого газойля), °С 377,0
Температура на полуглухой тарелке сбора легкого газойля, °С 215,0
Давление в сисгеме «коксовые камеры - ректификация», МПа, (изб.) 0,38
Выход кокса при лабораторных коксованиях сырьевых смесей
Р сь ш 8 к о 2 э 0 1 сь I н Смесь, % Кокс, % масс. Смесь, % Кокс, % масс. Смесь, % Кокс, % масс. Смесь, % Кокс, % масс. Смесь, % Кокс, % масс.
Гудрон прямогонный 100,0 50,0 0,0 70,0 40,0
Тяжелый газойль каталитического 0,0 50,0 100,0 крекинга 31,0 34,3 37,5 0,0 26,2 40,0 31,1
Тяжелый газойль замедленного 0,0 0,0 0,0 коксования 30,0 20,0
Использование рециркуляции тяжелого газойля при ректификации продуктов коксования
Рис. 2
V
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
•о-
Таблица 7
Основные параметры расчета по варианту 3 с рециркуляцией т/г коксования
Параметр потока Данные
исходные расчетные
Температура паров коксования, поступающих в колонну ректификации, °С 410,0
Температура первичного сырья на выходе из конвекционного змеевика печи перед вводом в колонну ректификации, °С 386/252*
Температура вторичного сырья на выходе из радиантного змеевика печи перед вводом в коксовую камеру, °С 480,0
Расход первичного сырья, кг/ч 83 333
Расход вторичного сырья, кг/ч 180667
Коэффициент рециркуляции 2,17
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на верхнюю каскадную тарелку, % 100,0
Подача первичного сырья в ректификационную колонну на нижнюю каскадную тарелку, % 0,0
Температура в кубовой части ректификационной колонны, °С 389,0
Температура в аккумуляторе (полуглухая тарелка сбора тяжелого газойля), °С 294,0
Температура на полуглухой тарелке сбора легкого газойля, °С 215,0
Давление в сисгеме «коксовые камеры - ректификация», МПа, (изб.) 0,38
*Температура первичного сырья после нагрева в технологической печи/температура смеси первичное сырье и тяжелый газойль коксования на точке ввода в основную ректификационную колонну.
Таблица 8
Материальный баланс по расчету с рециркуляцией т/г коксования
Исходные данные У3К т/ч % масс.
Поступило:
- гудрон, 0,0 0,0
- тяжелый газойль КК 83,33 100,0
Итого 83,33 100,00
Произведено:
- газы у/в, 7,39 8,87
- бензин У3К, 12,22 10,50
- л/г У3К, 27,31 32,77
- т/г У3(К-1), 4,17 5,0
- кокс 32,25 38,7
Итого 83,3 100,0
максимального обеспечения контакта паров коксования со свежим сырьем и приближением к рекомендованному повышенному коэффициенту рециркуляции.
Основные исходные данные и некоторые результаты расчета, отображающие эксплуатацию УЗК на варианте переработки тяжелого газойля каталитического крекинга представлены в табл. 5.
По результатам расчета выход кокса в сравнении с базовым вариантом увеличен до 32,5%. Ввиду значительного изменения фракционного состава сырья несколько изменился материальный баланс с заметным снижением легких компонентов и увеличением суммы тяжелых газойлей до 50%. Вместе с тем в составе тяжелого газойля коксования идентифицируется наличие сырьевых компонентов,
выкипающих в интервале температур 280-400°С с плотностью 1,050 г/дм3 и теоретически способных коксоваться. Также, как и в случае с базовым вариантом, часть легкокипящих компонентов сырьяне поступала в коксовую камеру, а испарялась, попадая в питательную секцию ректификационной колонны, тем самым выполняя функцию острого орошения.
В ходе обработки результатов моделирования процесса по вариантам 1 и 3 было сформировано предположение о возможности использования тяжелого газойля коксования в качестве сырьевого компонента, что было проверено экспериментально в лабораторных исследованиях. На базе Санкт-Петербургского государственного технологического института (технологического университета) был проведен ряд коксований сырьевых смесей с различными пропорциями трех компонентов: гудрона, тяжелого газойля каталитического крекинга и тяжелого газойля коксования, отобранного на режиме эксплуатации при производстве анодного кокса. Коксованию подвергались приготовленные смеси массой по 100 г, при температуре 480°С, давлении 1,0 МПа (изб.) и времени 5 ч. Результаты некоторых лабораторных исследований представлены в табл. 6.
По результатам лабораторных исследований установлено, что тяжелый газойль коксования подлежит конверсии с пониженными отборами кокса (15-20%) и аналогичными отборами легких продуктов коксования.
С учетом полученных результатов в модель (по варианту 3) были внесены изменения, а именно: тяжелый газойль коксования после охлаждения до 60°С в 80% объеме возвращался в питательную зону ректификационной колонны совместно с первичным сырьем коксования (рис. 2). Скорректированный таким образом технологический режим позволил существенно сократить производство тяжелого газойля и увеличить отбор продуктов коксования. В табл. 7 и 8 представлены основные параметры и материальный баланс установки на варианте переработки тяжелого газойля каталитического крекинга.
Выводы
В ходе выполнения исследований установлено значительное влияние ректификации на формирование сырья для процесса замедленного коксования, как следствие, выявлена возможность корректировки материального баланса в соответствии с текущими задачами производства. Путем незначительных модификаций схемы и режима фракционирования возможно достичь оптимального баланса между объемом производства кокса и тяжелого га-
зойля коксования. По результатам работы выявлены узкие места и пути возможной оптимизации действующих производств:
1. Эффективность использования тяжелого газойля каталитического крекинга как улучшающего сырьевого компонента для производства анодного кокса невысока. Технически реализуема и экономически наиболее целесообразна схема эксплуатации установки замедленного коксования, предусматривающая только переработку вакуумного остатка (гудрона). Обеспечение неизменности качественных показателей производимого кокса достигается повышением его отбора за счет корректировки (снижения) температуры в питательной зоне ректификационной колонны. Прогнозный отбор кокса при реализации схемы составляет 29±1%.
2. Технологическая схема процесса в существующей конфигурации наиболее приспособлена для производства топливного кокса. Минимизация контакта паров коксования с первичным сырьем, предусмотренная проектными решениями, позволяет минимизировать производство кокса на уровне 24±1%, тем самым создаются предпосылки
повышения производительности установки выше проектного значения. Негативным моментом при эксплуатации указанной схемы отмечается высокая вероятность закок-совывания питательной зоны ректификационной колонны, что сопряжено с проведением дополнительных процедур по очистке технологического оборудования.
3. Перспективное направление переориентации технологии замедленного коксования на производство кокса премиального качества (игольчатого кокса) потребует некоторой модификации установки. Эффективная организация переработки облегченного, непроектного сырья возможна при значительном снижении температуры в питательной зоне ректификационной колонны. Обеспечение качественных показателей вторичного сырья (сырья, поступающего непосредственно на коксование), сопоставимого с качеством свежего сырья, а также достаточно высокий коэффициент рециркуляции (1,8^2,5 т/т) позволит наиболее эффективно расходовать сырье, исключить или минимизировать производство тяжелого газойля коксования и способствовать высокому отбору кокса на уровне 38±5%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мейерс Р.А. Основные процессы нефтепереработки: справ.: пер. с англ. / под. ред. О.Ф. Глаголевой, О.П. Лыкова. СПб.: Профессия 2011. 944 с.: ил.
2. Ахметов. М.М. Получение малосернистых коксов из сернистых нефтей. Уфа: Изд-во ГУ ИНХП РБ, 2010. 180 с.
3. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 30-2021 Переработка нефти. URL: https://docs.cntd.ru/ document/728318740 (дата обращения 14.03.2023).
4. Процессы нефтепереработки // Нефтегазовые технологии (Oil & Gas Technology). 2009. № 2. С. 66.
5. Валявин Г.Г., Долматов М.Ю., Ылясов А.И., Юрченко Н.Ф. Физико-химические особенности термолиза сложных углеводородных систем. Эксперимент. Теория. Технология / под ред. М.Ю. Долматова. СПб.: Недра, 2017. 352 с.
REFERENCES
1. Meyyers R.A. Osnovnyye protsessy neftepererabotki [The main processes of oil refining]. St. Petersburg, TSOP Professiya Publ. 2011. 944 p.
2. Akhmetov M.M. Polucheniye malosernistykh koksovizsernistykh neftey [Obtaining low-sulfur cokes from sulphurous oils,]. Ufa, GU INKHP RB Publ., 2010. 180 p.
3. Informatsionno-tekhnicheskiy spravochnik po nailuchshim dostupnym tekhnologiyam. ITS 30-2021 Pererabotka nefti (Information and technical guide to the best available technologies. ITS 30-2021 Oil refining) Available at: https://
docs.cntd.ru/document/728318740 (accessed 14 March 2023).
4. Processes of oil refining. Directory. Neftegazovyye tekhnologi, 2009, no. 2, p. 66 (In Russian).
5. Valyavin G.G., Dolmatov M.YU., Ylyasov A.I., Yurchenko N.F. Fiziko-khimicheskiye osobennosti termoliza slozhnykh uglevodorodnykh sistem. Eksperiment. Teoriya. Tekhnologiya [Physical and chemical features
of thermolysis of complex hydrocarbon systems. Experiment. Theory. Technology]. St. Petersburg, Nedra Publ., 2017. 352 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Бородин Евгений Владимирович, н.с., ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Ведерников Олег Сергеевич, директор Дирекции переработки нефти и газа, ПАО «Газпромнефть».
Головачев Валерий Александрович, с.н.с., ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Демин Александр Михайлович, к.т.н., руководитель группы, АО «Газпром-нефть - ОНПЗ».
Клейменов Андрей Владимирович, д.т.н., начальник Управления инновационного развития и интеллектуальной собственности, ПАО «Газпром нефть». Лаврова Анна Сергеевна, с.н.с., ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Петин Андрей Александрович, руководитель проектов, ООО «Газпромнефть -Промышленные инновации».
Evgeniy V. Borodin, Research officer, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations. Oleg S. Vedernikov, Director of the Directorate of Oil and Gas Refining, PJSC Gazprom Neft.
Valeriy A. Golovachev, Senior Research Fellow, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Aleksandr M. Demin, Group Leader, JSC Gazpromneft-ONPZ.
Andrey V. Kleymenov, Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of Innovative
Development and Intellectual Property, PJSC Gazprom Neft.
Anna S. Lavrova, Senior Research Fellow, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Andrey A. Petin, Project manager, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
