CC BY
28к.т.н. Курочкин А.К., к.х.н. Курочкин А.В., д.т.н., Гимаев Р.Н., Курочкин А.А.
НПЦ «Термакат», г. Уфа, Россия
НОВЫЕ ИНТЕГРИРОВАННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СОВРЕМЕННОГО НПЗ III-ГО УРОВНЯ ГЛУБИНЫ ПЕРЕРАБОТКИ
В статье обосновывается объективная необходимость пересмотра концепции построения схем глубокой переработки нефти, рассматриваются теоретические и технологические основы нового варианта висбрекинга, перспективного для применения в качестве базового процесса современных НПЗ.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Смена традиционного базового набора процессов НПЗ назрела В предыдущих публикациях [1,2] нами была обоснована объективная необходимость для России в поиске новой технологической линейки процессов, обеспечивающей эффективное решение задач отрасли по углублению переработки нефти и повышению качества моторных топлив. Вполне очевидна также экономическая целесообразность и техническая осуществимость создания НПЗ III-го уровня глубины переработки на основе процессов, интегрирующих в себе технологические переделы, взаимоувязанные по материальным и тепловым потокам. Этот подход широко используется в мировой практике, построено более ста установок Shell - Bulk CDU, интегрирующих первичную перегонку нефти еще с тремя процессами, что позволило сэкономить 50% материальных ресурсов при строительстве и значительно снизить эксплуатационные затраты [3]. Ранее нами также приводился аналогичный пример возможной интегрированной схемы топливного НПЗ [2]. Тем не менее, в России и СНГ, при модернизации НПЗ на углубление переработки нефти, определилась тенденция дополнения существующего набора установок традиционными процессами висбрекинга и замедленного кок-
сования. Решение, хотя и недостаточно эффективное, и закрепляющее технологическую отсталость отечественной нефтепереработки по отношению к западным НПЗ, но понятное. «На мировом рынке технологий имеются десятки отработанных решений, Запад так работает уже 30-40 лет, состав установок, имеющихся на НПЗ, требует использования для модернизации совершенно определенного набора процессов (см., например, рис.1 [4]), и т.п.» - эти аргументы для нынешних российских менеджеров, планирующих минимум бизнес-рисков, перевешивают негативные стороны такого решения. Тема модернизации крупнотоннажных НПЗ требует более подробного обсуждения, и будет рассмотрена в последующих публикациях. При создании же новых заводов, как больших, так и малотоннажных, основным аргументом для инвестора, по нашему мнению, должен стать минимум расходов для создания производства максимального (или заданного) уровня глубины переработки, обеспечение гибкости по сырью и товарному ассортименту и возможности развития предприятия в будущем, его адаптации к меняющейся рыночной ситуации. При этом использование современных подходов особенно эффективно: на 5070% экономятся капвложения, вдвое уменьшаются эксплуатационные расхо-
ды и пр. Особенно это актуально для «малотоннажек», рентабельность которых не может быть обеспечена решениями, применимыми для крупных НПЗ. Ниже, после анализа недостатков классической схемы нефтепереработки, рассматриваются некоторые варианты построения интегрированных схемы НПЗ, основанных на российских разработках [5,6]. Основное внимание в статье уделяется базовому технологическому переделу НПЗ, обеспечивающему максимальную глубину переработки нефти.
НЕДОСТАТКИ КЛАССИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
Мазуты должны быть выведены из состава товарной продукции НПЗ Классические схемы переработки нефти, по которым построены все российские НПЗ, включают на базовом переделе первичную атмосферную перегонку нефти и вакуумную перегонку первичного мазута. Вырабатываемые продукты: атмосферные и вакуумные газойли, полугудроны и гуд-роны, служат сырьем для вторичных термических и каталитических процессов (рис.2). Первичная переработка нефти по этой схеме дает до 4750% бензино-дизельныхфракций;переработка по топливно-масляной схеме - до 70%; производство нефтяного кокса увеличивает глубину отбора светлых до 85-90%.
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ОТ ОФИЦИАЛЬНОГО ДИСТРИБЬЮТОРА
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ГЕРМЕТИКИ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТОПЛИВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, МАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕТАЛЛООБРАБОТКИ, ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ, А ТАКЖЕ ДЛЯ РЕМОНТА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКОГО, СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО И МОРСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
НЕФТЯНАЯ КОМПАНИЯ 115114, г. Москва, ул. Дербеневская, д. 24, стр. 5
- тел.: (495) 235-99-49, 235-10-54, факс: (495) 235-99-10
e-mail: info@neftepromsnab.ru www.neftepromsnab.ru
с
Таблица 1. Сравнение технико-экономических показателей процесса «Висбрекинг-ТЕРМАКАТ®» с процессами-налогами по материалам [3]
Название процесса Висбрекинг Глубокая термическая конверсия Термический способ получения газойля Висбрекинг-ТЕРМАКАТ®
Shell Global SoL.Int. Shell Global Shell Int. Oil ООО «НПЦ «Термакат»
Лицензиар B.V., ABB Lummus Solutions Products B.V., ABB
Global B.V. Int. B.V. Lummus Global B.V.
Сырье вакуумный остаток ближне-восточной нефти вакуумный остаток ближневосточной нефти атмосферный остаток ближневосточной нефти любое тяжелое нефтяное сырье
Выход продуктов, % (сырье 100 %):
• газ 2,3 4,0 6,4 2,5-4,0
• бензин 4,7 8,0 12,9 8,0-12,0
• газойль (165-3500С) 14,0 18,1 38,6 50,0-75,0
• парафинистый дистиллят 20,0 22,5 — —
• остаток 59,0 47,4 42,1 6,0-35,0
• его квалификация мазут мазут мазут битум
Энергозатраты на 1 м3 сырья (1800С):
• топливо, ГДж 0,42 0,68 0,89 0,88
• эл.энергия, кВт.час 3,1 3,2 5,0 7,0
• пар, кг (выработка) 113,0 126,0 182,0 -
• вода, м3 0,6 0,94 0,94 -
Удельные капвложения, тыс.USD на 1 м3/сут 6,3-8,8 8,2-10,0 8,8-10,0 10,0-14,01
Год создания 1986 1986 1999 2001
Промышленные установки 70 установок и лицензий 4 установки + 2 лицензии 8 установок 3 лицензии
1 — При модернизации действующих НПЗ 1,7-4,0 тыс. USD на 1 м3 суточной производительности
Особо следует остановиться на одном из полупродуктов - остатке атмосферной перегонки нефти - прямогонном мазуте. Его переработка осуществляется, в основном, путем вакуумной перегонки до гудрона (полугудрона) с отбором вакуумного газойля или масляных фракций. Если извлеченные вакуумные газойли являются востребованным сырьем вторичных термических и термокаталитических процессов, то остаточный гудрон - достаточно проблемное сырье для переработки вторичными процессами. А между тем, в классической схеме процессинг гудрона - единственный путь углубления переработки нефти. Поэтому мощности по переработке гудрона в нашей стране постоянно наращиваются. А ведь гудрон, в связи с его агрегативной нестабильностью, с технологической точки зрения - са-
мое проблемное сырье на НПЗ. Среди вторичных процессов переработки гудрона можно отметить термический крекинг, висбрекинг, получение битумов окислением, процессы замедленного коксования и деасфальти-зации, каталитические процессы. Какой из процессов представляется наиболее приемлемым для нашей страны, для создания НПЗ Ш-го уровня глубины переработки? На западе в последние десятилетия были разработаны и построены в большом количестве термокаталитические процессы глубокой переработки нефтяных остатков - гидрокрекинг, газификации остатков и пр. Эти процессы крайне дороги - капитальные затраты составляют от 250 до 500 и выше долларов США на годовую тонну перерабатываемого сырья. Эффективность использования в
России таких производств в настоящее время весьма спорна. Россия, наращивая в 60-90-е годы прошлого столетия объемы добычи и первичной переработки нефти, пропустила момент, когда следовало провести обновление мощностей вторичной переработки, и вошла в новый век с набором устаревших технологий и физически изношенным оборудованием. Сейчас, когда потребность в перевооружении отрасли стала жизненно необходимой, российские НПЗ обратили внимание на ... самый дешевый и самый устаревший технологический процесс переработки гудрона - висбрекинг. Основным продуктом висбрекинга гудрона является нефтяной остаток, отвечающий требованиям на топочные мазуты марки 100, но выход светлых нефтепродуктов при этом минимален
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ S \\ август \ 200В
(имеется также вариант висбрекинга для получения неокисленных битумов путем вакуумирования смеси остатка висбрекинга и вакуумного газойля). Технологический эффект процесса один - перевод гудрона в менее вязкое состояние. И вторичные мазуты продолжают производиться в избыточном объеме, хотя имеется множество аргументов против этого. При термическом крекинге гудрона с получением некоторого количества дистиллятных фракций и крекинг-остатка, весьма значима негативная проблема закоксовывания оборудования и процесс сейчас практически не используется.
При получении битумов окислением гудронов, кроме экологических проблем, имеются слабые места в самой технологии окисления остаточных высокоплавких парафинов гудрона и ути-
1.1
лизации черного соляра. Качественный битум можно получить лишь из гудро-нов, выработанных их низко парафи-нистых и ароматизированных нефтей. Процессы замедленного коксования и деасфальтизации крекинг-остатков в свое время, 30-40 лет назад, в силу большой энергоемкости не получили широкого развития в России. Хотя это единственные процессы среди выше перечисленных, которые обеспечивают Ш-й уровень глубины переработки. Но применим ли путь повсеместного строительства таких установок для России? Мы считаем - нет. Безусловно, в разных странах - разная ситуация, поэтому, например, в структуре топливно-энергетического баланса США, сложившейся в 60-70-е годы прошлого века, когда производимый на НПЗ нефтяной кокс служит основным топливом для выработки электро-
энергии, этот подход представляется эффективным. Даже, несмотря на гигантские расходы на очистку дымовых газов от окислов серы, содержащейся в сжигаемом коксе. Для России, с ее запасами природного газа, крупнотоннажное производство нефтяного кокса категорически противопоказано. Содержание серы в нем доходит до 5-6% - больше, чем в большинстве каменных углей. Каждая тонна сгоревшего нефтяного кокса - это в потенциале 150-200 кг серной кислоты! Можно представить себе экологические последствия.... Потребности в сернистом нефтяном коксе в России ограничены. Высокосернистый кокс никому не нужен, он дешев, как топливо - экологически проблемен, специализированных мощностей для его сжигания нет. Заметим, что это не относится к производству специальных видов электро-
ОДСТВО ТРУБОПРОВОДНОЙ
Россия, 141400, Моск. обл., г. Хим Тел./факс: (495) 572-2488 E-mail: info@giras.ru http:
КРАНЫ ШАРОВЫЕ: 014 6-300 мм, Р1Ч до
■ муфтовые, фланцевые, межфланцевые, под приварку, штуцерные Ы с обогревом, с контролем протечек
■ с ручным электрическим и пневматическим управлением (в т.ч. ПЗК)
материал корпуса: углеродистая, холодостойкая и нержавеющая сталь
ЗАДВИЖКИ ШИБЕРНЫЕ: 014 50-300 мм, Р1У1 до 16 МПа ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА: I
дных и игольчатых нефтяных коксов для металлургической промышленности, производство которых в требуемых объемах, безусловно, необходимо. Что же предлагают авторы? Наиболее эффективное решение - сократить производство топочных мазутов за счет внедрения новых схем глубокой переработки нефти, прямогонные мазуты направить на прямую переработку с максимальной выработкой бензино-дизельных, светлых продуктов. Мазут должен быть выведен из структуры топливного баланса страны в максимально возможной степени. Необходимость в этом продиктована:
• требованиями защиты окружающей среды и снижения выбросов окислов серы. Каждая тонна не сожженного мазута - это несколько десятков килограммов окислов серы, не выброшенных в воздух. Альтернатива сжиганию сернистых топочных мазуто в России имеется - это перевод тепло- и электроэнергетики на газовое топливо;
• недостатком объемов выработки высококачественных битумов. При низком спросе на мазут в летний период и, одновременно, остром дефиците дорожных и строительных битумов, крайне необходимы эффективные технологии переработки мазутов до битумов;
• соотношением цен на светлые нефтепродукты и мазут, сложившееся в настоящее время. Перерабатывать мазут в России, как минимум, в 2-3 раза выгоднее, чем им топить или экспортировать его ... для последую-
щей глубокой переработки. Исключение мазута из ассортимента товарной продукции НПЗ, по мнению авторов, является в настоящий момент самым перспективным направлением повышения эффективности отечественной нефтепереработки.
ЗАДАЧИ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Интегрирование процессов АТ и мягкого висбрекинга мазута дает эффективный вариант базовой технологии современного НПЗ
Еще год назад авторы считали, что России не грозит повторение западного пути развития НПЗ при углублении переработки нефти и повышении качества продукции, поскольку традиционные процессы глубокой переработки нефтяных остатков и облагораживания светлых продуктов чрезвычайно дороги. Однако развитие ситуации по-
Самые безопасные технологии лщаботы в опасных условиях
Компания PELI представляет новейшее дополнение к своим изделиям Recoil LED Technology®, получив такие же яркие фонари, как обычные лампы, с достоинствами * светодиодов. 1-ваттная светодиодная лампа направлена назад, где 100% света поглощается и отражается
наподобие
< ?
■ V I
у я г. тосква, ул. пор
y^PELI
г. Москва, ул. Верхняя Масловка, д. 20, стр. 2,3 этаж
__Тел.: (495) 540-18-09, 540-85-80
| Я Я™ Тел./факс: (495) 540-18-08 ^L Ш e-mail: peli@peli.ru
www.peli.ru
казывает, что российские НПЗ один за другим публикуют в открытой печати информацию о намерениях реконструировать производство и, как правило, по традиционному пути АВТ-ККФ-ВБ-ТК-ЗК/БУ.
Строительство новых НПЗ не должно повторять капиталоемкий путь, ставший традиционным в прошлом веке. Наступило время новых высокоэффективных технологий. Нефтеперерабатывающей отрасли России необходимы новые, безостаточные схемы переработки, обеспечивающие наибольшую экономическую и технологическую эффективность за счет получения максимального выхода светлых нефтепродуктов и максимально возможной конверсии остаточных продуктов в востребованную на рынке товарную продукцию. Такие схемы, должны предусматривать также минимальное количество технологических переделов, и, соответственно, минимальную капиталоемкость. Наиболее короткий и эффективный путь для этого - интегрированная переработка прямо-гонного мазута (отбираемого горячим непосредственно из куба атмосферной колонны) в товарные дистиллятные и остаточные потоки. При этом, естественно, должны быть исключены процессы вакуумной ректификации мазута, крекинга (термического или каталитического) полученного вакуумного газойля, висбрекинга гудронов и окисления гудронов до битума. В этот перечень «нежелательных процессов», возможно, следует включить процесс замедленного коксования, но по другим причинам,
уже обсужденным выше. Основы выполненной работы были заложены еще в 1976 г. на кафедре технологии нефти и газа Уфимского Нефтяного Института. Под руководством профессоров З.Н. Сюняева и Р.Н. Гимаева были разработаны теоретические основы глубокой переработки нефти до ценных остаточных продуктов - волокнообразующих пеков и электродных игольчатых коксов. Одной из заметных разработок выпускников кафедры, составивших основу коллектива разработчиков обсуждаемого процесса, стала технология получения остаточных битумов по безокислительному методу с применением кавитационно-акус-тического воздействия. При использовании указанной технологии для переработки прямогонного мазута ее авторами были решены вопросы:
• разработки короткой одностадийной схемы переработки нефтяных остатков,
• получения максимального выхода светлых нефтепродуктов и отсутствия полупродуктов;
• обеспечения промбезопас-ности, безотходности и экологической чистоты технологии;
• обеспечения гибкости по видам перерабатываемого нефтяного сырья;
• возможности изменения ассортимента вырабатываемых продуктов без изменения аппаратурного оформления;
• минимальной капиталоемкости и высокой рентабельности переработки;
• адаптируемости технологии к решению различных задач нефтепереработки, как при создании новых, так и при модернизации существующих
О ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ О ДИЗЕЛЬНЫЕ, БЕНЗИНОВЫЕ, ГАЗОВЫЕ О ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ О ДВР, СТАБИЛИЗАТОРЫ, О ТРАНСФОРМАТОРЫ О СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ О ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОТЕЛЬНЫХ О АРЕНДА ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
420006, Казань, ул. Рахимова, 8, т/ф: (843) 512-00-89, 512-18-80 www.megadomoz.rukazan@megadomoz.ru
производственных мощностей; • ассимилируемости производства к разнообразным местным условиям строительства. Новый вариант давно известной и десятилетиями отработанной технологии получил название «Висбрекинг-ТЕРМАКАТ®», поскольку в его основе лежит мягкий термический крекинг, а на ряде стадий термолиза используют-
ся технологические методы («акустический катализ»), позволяющие дополнительно повысить эффективность разработанной технологии [7]. Поэтому в литературе иногда встречается также термин «термоакустический висбрекинг».
(Продолжение в следующем номере)
