CC BY
26к.т.н. курочкин А.к., к.х.н. курочкин А.в., д.т.н., гимаев р.Н., курочкин A.A.,
НПЦ «Термакат», г. Уфа, Россия
новые интегрированные
конфигурации
современного нпз
Iii 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.
(Окончание. Начало в №8 (2006))
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА «ВИСБРЕКИНГ-ТЕРМАКАТ®»
В основе процесса - управление химическими и физико-химическими превращениями углеводородов Основополагающая идеология процесса состоит в том, что каждая стадия технологии должна быть ориентированы на обеспечение заданных превращений углеводородов с учетом химического состава сырья. Для этого на каждой стадии создаются такие условия, которые оптимальны для ее технологической задачи. Как в любом термическом процессе, при мягком висбрекинге преобразование углеводородов исходного сырья происходит в результате последовательно-параллельных реакций, протекающих главным образом по радикально-цепному механизму. Протекание реакций в термодинамическом отношении обусловлено диспропорциони-рованием термолабильных высокомолекулярных углеводородов нефтяного сырья в низкомолекулярные углеводороды газово-дистиллятных продуктов и высокомолекулярные конденсированные углеводороды остаточных продуктов с понижением суммарной свободной энергии системы. Первые со-
ставляют топливный газ и бензино-ди-зельные фракции, вторые, остаточные продукты - вторичные котельные топлива, битумы или пеки. Протекающие процессы эндотермичны, требуют высоких температур и подвода значительного количества энергии для обеспечения высоких скоростей реакций крекинга. Однако подвод нужного
количества энергии через стенку аппарата в виде низкопотенциальной тепловой энергии, во-первых, приводит к нежелательным отложениям кокса на греющих поверхностях, а во-вторых, не позволяет избирательно воздействовать на нужные стадии процесса термолиза. При прямом нагреве наряду с ускорением процессов деструкции уско-
ГФУ
г—S
Нефть
AT
Риформинг
Установка изомеризации
Сжиженные газы
ГО керосина
го дизеля (расширение) Установка депара-финизации Дизельные топлива
iL <7*
Автобензины
Авиакеросин
Висбрекинг УЗК
Кокс
Рис. 1. Традиционный подход при модернизации НПЗ 11-го уровня на углубление переработки нефти. Голубым цветом выделены существующие установки, желтым и оранжевым - строящиеся производства
ряются и процессы уплотнения, приводящие к нежелательному закоксовыванию оборудования. По мере повышения глубины превращения в сырье нарастает концентрация продуктов поликонденсации — смол и асфальтенов. Жидкая фаза становится агрегативно неустойчивой, и асфальтены начинают флокулировать, выделяясь из коллоидного раствора в новую гелеобразную фазу. Она оседает вследствие высокой адгезионной способности на внутренних поверхностях аппаратов, причем, если поверхность греющая и перегретая, выпавшая фаза незамедлительно коксуется. Эти процессы недопустимы в технологическом плане и существенно ограничивают возможную глубину процессов деструкции в традиционных термических технологиях. Качественный и количественный состав конечных продуктов технологии «Висбрекинг-ТЕРМАКАТ®», как и любого термического процесса, прежде всего зависит от структурно-группового состава исходного сырья. Проводя процесс с учетом химических и физико-химических закономерностей термических превращений углеводородов, варьируя температуру процесса, давление в зоне реакции, время пребывания сырья в реакционной зоне, меняя агрегатное состояние реакционной массы, получают дистиллятные и остаточные продукты желаемого качества и ассортимента.
"глубокой" переработки
ЛОЗ-СЗ^А
- .—- —г- - — — : — — - ш ---
ЮО«ТДЛОЗ-СЗМА» — представитель заводов* ОАО «ЛОЗ-СЗМА» иГОАО «Люберецкий завод
— — II - ~ - _
1«Монтажавтоматика>^предлагает
Люберецкий завод
монтажавтоматика
• ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
мюробки КСП е(1) пластмассовые коробки КС е(0 металлические
• коопуса шкаЛов обошеваемых КШОВ во взрывозащищенном
, исполнении ■ ^ -
• коппуса шкафоя
|г обогреваемых КШО
А также:
• кабеленесущие системы
• перфорированные изделия
• щиты КИП и А (шкафы СНТ - аналог ВШаП
• высоковольтное оборудование на 6(10)кВ
• вся серия НКУ
ООО «ТДЛОЗ-СЗМА». 195030 Г, Сэнкт-Петепбург, ш. Революции, 83-Б тел.: (812) 334-02-88. (Ьакс: (812) 334-02-77, e-mail: td-loz@szma.org, www.szma.org Московский (Ьилиал: 119034. г. Моек». Цветной бульвар, 21, строение 6 тел.: (495)625-43-30,628-37-95. e-mail: tdfil@szma.ora Любемшкий (Ьилиал: 140000. г Либерии- Московская обл, ул. Котельническая, 22 ■ тел.: (495) 503-67-90,503-33-27, факс: (495) 503-82-28, e-mail: info@lzma.ru, www.lzma.ru
Бензиновая фракция Дизельная фракция
Газ
Термический газойль м-
Газ
Газойль коксования
Топочный мазут М-1
Нефтяной кокс
Битум
Рис.2. Классическая схема переработки нефти.
Обозначения: I I - основные стадии; С_- основные потоки,
-► - товарные потоки, ..................» - промежуточные потоки.
Для интенсификации желательных направлений процесса термолиза, и прежде всего реакций деструкции парафиновых углеводородов, в технологии используются кавитационные эффекты. Кавитацион-но-акустическое воздействие, генерируемое гидродинамическими излучателями, позволяет подводить к реакционной массе энергию в высокопотенциальном виде. Энергетический поток, компенсирующий поглощение тепла в эндотермических процессах, передается в данном случае непосредственно в среду, минуя стенку аппарата. Кроме того, такое физическое воздействие вносит ощутимые изменения в гидродинамику и дисперсионную стабильность жидких сред, по-разному влияя на процессы, протекающие в реакционной среде. Заметно интенсифицируются одни процессы (деструкция) и резко замедляются другие (коксообразование). Эффективность разработанного техноло-
Е
% масс.
20% 40%
Степень превращения^
Рис. 3. Физико-химические свойства крекинг-остатка и квалификация остаточного продукта в зависимости от глубины превращения сырья
гического приема обоснована как множеством практических применений [8,9], так и научными работами [10]. Звукохимия давно составляет серьезный и самостоятельный раздел химии [11,12]. Соннолюминесценция (свечение), наблюдаемая нами при гидродинамической кавитации [13], свидетельствует о протекании в жидкости весьма высокоэнергетических процессов, оказывающих влияние на протекание химических реакций. Имеются весьма солидные на-
учные работ подтверждающие факт генерирования свободных радикалов при ультразвуковом воздействии [14]. Поток энергии, передаваемой реакционной среде за счет кинетической энергии движения стенок схлопывающихся кавитационных пузырьков, весьма велик, что позволяет в нашем варианте висбрекинга снизить температуру процесса на 50-80°С. Термолиз идет теперь практически вне области температур коксования [15]. Агрегативная стабильность реакционной среды сохраняется даже при повышенной концентрации асфальтенов. Химический процесс теперь может идти не минуты, а десятки минут, часы. Результат — большая глубина превращения тяжелых углеводородов нефтяного сырья в светлые нефтепродукты и получение остаточного продукта — концентрированного коллоидного раствора смол и асфальтенов — идеальной основы для производства битумов.
Регулируя параметры кавитационно-акустического воздействия, меняя другие технологические факторы режима, цепочку химических превращений «парафины ^ нафтены ^ ароматические углеводороды ^ смолы ^ асфальтены ^ карбе-ны ^ карбоиды (кокс)» в нашей технологии можно прерывать на любой желаемой стадии, получая максимум светлых продуктов и остаточный продукт с требуемой концентрацией асфальтенов. Кажущийся парадокс - по одному из вариантов процесса из мазута марки 100 с высокими вязкостью и температурой застывания можно получить вторичный топочный мазут той же марки, с такой же вязкостью, но пониженной температурой застывания. При этом из исходного мазута удается отобрать до 40-50% светлых дистиллятов, и это не максимально возможная доля отгона дистиллятных фракций. Анализ графиков, представленных на рис. 3, показывает, что основой такого парадоксального технологического эффекта является антибатное изменение концентраций твердых парафинов и асфальтенов в продукте. Углубление процесса приводит к наращиванию концентрации асфальтенов и получению битума или пеков без применения окисления.
ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ МЯГКОГО ВИСБРЕКИНГА В основе технологии — интегрирование хорошо известных процессов нефтепереработки. Разработанный нами вариант висбрекинга концентрирует в своем аппаратурно-техноло-гическом оформлении современные научные и инженерные достижения в области нефтепереработки [16]. Технологическую сущность процесса составляют следующие основные стадии: первичной перегонки (подготовки сырья термолиза), мягкого термического крекинга, термолиза при высокоэнергетическом кавитаци-онно-акустическом воздействии и тер-мополиконденсации остаточных продуктов термолиза (рис.4). Аппара-турно-технологическое оформление
ООО «КАМЫШИНСКИИ опытный ЗАВОД»
Нижний слив ж/д вагонов УСН-150, УСН-175 с пружинным компенсатором, с паровой рубашкой, гидрорециркуляцией. Шарниры двухрядные, замена манжет без разборки шарниров, прижим захватов независимый.
Верхний налив (слив) ж/д вагонов УНЖ6-100 с автоматическим и ручным прекращением налива, с цельной или телескопической опускной трубой, с герметизированным наливом и отводом паров, опорный шарнир спаренный.
Налив в автоцистерны АСН-100 Мерный заправочный комплекс МЗК-100 Налив (слив) в речные и морские танкеры СР-250 Я 8,6; 12; 15 м
В четырехрядных шарнирах замена манжет производится без демонтажа изделия и без разборки шарниров.
403888, Волгоградская обл., г. Камышин-18, пос. Нефтебаза Тел./факс: (844-57) 9-20-60, 9-61-32
WWW.KOZ.RU
Широкая дистиллятная фракция
Процесс "Висбрекинг-ТЕРМАКАТ®" Ц...
газойль термополи-конденсации
Атмосферная ректификация
........
процесса «Висбрекинг-ТЕРМАКАТ®» основано на традиционных решениях процессов термического крекинга и висбрекинга. В то же время управляемое проведение процесса в условиях, обеспечивающих максимальную глубину деструкции и исключающих кок-сообразование, позволяет получать в
Бензиновые фракции Дизельные фракции
Кавитационно-акустический термолиз
Термополи-конденсация
Вторичный топочный мазут или
Битумы/пеки или
Сырье для замедленного коксования
Рис.4. Схема потоков процесса "Висбрекинг-ТЕРМАКАТ ".
Обозначения: -► - товарные потоки,
- основные стадии; С_- основные потоки,
...........► - промежуточные потоки.
одном технологическом переделе, с одной стороны, остаточные неокис-ленные продукты (битумы) желаемого качества, а с другой стороны — беспрецедентно высокий для термических процессов выход бензино-дизельных дистиллятных фракций — до 87-92% на нефть.
Использование технологического нововведения - применения кавитаци-онно-акустических насосов с регулируемой энергетикой кавитационного воздействия [17] позволяет значительно снизить температуры процесса — до 440-410°С, давления — до 0,20,6 МПа, а также вдвое уменьшить металлоемкость оборудования. Согласно принципиальной постадий-ной блочно-поточной схеме базовый вариант процесса «Висбрекинг-ТЕР-МАКАТ®» предполагает исключение ряда технологических переделов, обязательных в классической топливной схеме переработки нефти. Прямогон-ный мазут подвергается термолизу, а остаточный продукт термолиза путем поликонденсации доводится до необходимых параметров качества (вторичного топочного мазута марки 100 или битума). Полученные светлые
Е
фракции могут быть переработаны как по стандартным технологиям, так и с применением новых процессов. Количество стадий минимально, полупродукты отсутствуют.
Процесс позволяет перерабатывать разнообразное по свойствам и составу нефтяное сырье и вырабатывать в зависимости от сезонных потребностей различные дистиллятные и остаточные товарные продукты. Из дистиллятных продуктов можно упомянуть бензиновые и дизельные фракции, нефтяные растворители, светлые и темные судовые и печные топлива. В качестве остаточных продуктов могут вырабатываться топочные мазуты, неокисленные битумы дорожных и промышленных марок, серобитумные и полимербитумные композиции, битумные эмульсии, пропиточные, связующие, волокнообразу-ющие или спекающие пеки, а также сырье для выработки премиальных коксов. Все это разнообразие ассортимента вырабатываемой продукции закладывается при проектировании аппаратно-технологиче-ского оформления. Сравнение некоторых технико-экономических показателей процесса «Висбре-кинг-ТЕРМАКАТ®» с характеристиками наиболее известных современных процессов переработки остаточного нефтяного сырья приведено в таблице 1. Особо следует подчеркнуть принципиальную важность применения метода кавитационно-акустичес-кого воздействия. Без его использования процессы термолиза замедляются, направление процесса смещается в сторону реакций поликонденсации с образованием карбенов и карбоидов - центров
образования кокса. Желание предотвратить образование кокса требует снижения времени пребывания сырья в реакционной зоне. Желание сохранить приемлемую глубину превращения вызывает необходимость увеличения температуры, а следовательно, и давления. Результат - снижение глубины превращения сырья, рост металлоемкости, ухудшение общих технико-экономических показателей - процесс превращается в традиционный вариант термического крекинга или висбрекинга. Во второй части статьи будут рассмотрены схемы переработки различных видов нефтяного сырья и варианты конфигураций малобюджетных НПЗ с применением процесса мягкого висбрекинга.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курочкин А.К., Курочкин А.В., Гимаев Р.Н. Современный НПЗ - максимальная экономи-
7г J
4 й» ъ
/ „^ у* „ ^.
шт . т?' ^
трубы*^ БУРИЛЬНЫЕ
с приварными замками для геофизических изысканий при поиске и разведке нефти и газа
ОАО «Завод бурового оборудования» 460026, Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 118 Тел.: (3532) 75-68-14, 75-42-67 Факс: (3532) 75-68-19, 75-42-73 E-mail: zbo@pochta.ru http://www.zbo.ru
ческая эффективность при минимальном воздействии на окружающую среду // Территория НЕФТЕГАЗ. 2006, № 5. с. 52-55.
2. Курочкин А.К., Курочкин А.В., Гимаев Р.Н. Современные региональные НПЗ в структуре нефтеперерабатывающей отрасли России // Территория НЕФТЕГАЗ. 2006, № 6. с. 102-106.
3. Справочник современных нефтехимических процессов // Нефтегазовые технологии. 2001, № 3. с. 94-137.
4. С.Мералиев Возможные пути модернизации Казахстанских НПЗ // 1-я Казахская Международная Конференция «Новые методы и технологии переработки нефти и газа в Казахстане», 23-24 марта 2006 г., Алма-Аты, Казахстан
5. Гимаев Р.Н., Курочкин А.К. Технология кардинального углубления переработки нефти // Материалы пленарного заседания VI конгресса нефтегазопромышленников России «Нефтегазовый комплекс — реальность и перспективы», май 2005. Уфа. с. 87-98.
6. Резолюция VI конгресса нефтегазопромышленников России // Материалы пленарного заседания «Нефтегазовый комплекс — реальность и перспективы», май 2005. Уфа. с. 18-26.
7. Материалы сайта www.termakat.ru
8. Курочкин А.К. Мини-НПЗ с углубленной переработкой нефти // Нефтегазовые технологии. 2002, № 3. с. 21-26.
9. Курочкин А.К. Совершенствование процессов нефтепереработки кавитационно-акусти-ческим воздействием // Материалы секции В II конгресса нефтегазопромышленников России «Нефтепереработка и нефтехимия с отечественными технологиями в XXI век» 25-27 апре-_ ля 2000 г. Уфа. с. 184-185.
10. Курочкин А.К. Исследование влияния ультразвука на интенсификацию некоторых неф-тетехнологических процессов. Кандидатская диссертация. Уфа. УНИ. октябрь 1981.
11. Суслик К. Химические эффекты ультразвука // В мире наук. 1989, № 4, с. 54-61.
12.МаргулисМ.А.Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986 г. 288 с.
13. Курочкин А.К., Смородов Е.А., Валитов Р.Б., Маргулис М.А. Исследование механизма со-нолюминисценции. III. Оценка энергетического выхода соно-люминисценции в водном растворе глицерина. Ж.Ф.Х, т. LX, 1986, № 5. с. 1239-1242.
14. R.Gopinath, A.K.Dalai, J. Adjaye Effects of treatment on the upgradation of heavy gas oil. Energy&Fuels, 2005.
15. Курочкин А.К. Кавитаци-онно-акустическое воздействие как энергосберегающий фактор в химической технологии // Материалы научно-практической конференции «Энергосбережение в химической технологии 2000» Казань. 2000. с. 64-68.
16. Патент РФ на изобретение № 2194737 Способ получения битума. Патентообладатель Курочкин А.К. Приоритет от 19.11.2001. Курочкин А.К. Хайбуллин А.А. Зарегистрирован в ГРИ РФ 20.12.2002.
17. Патент РФ на изобретение № 1836133. Сатуратор. Патентообладатель Курочкин А.К. Авторы: Бадиков Ю.В., Курочкин А. К., Марушкин А.Б., Муравьев В.М. Опубл. БИ № 31, 1993 г.
ООО ПКФ «Трансгаздеталь»
Цель нашей деятельности — удовлетворение спроса потребителей на высококачественные соединительные детали трубопроводов в максимально короткие сроки
1 /у J.
454048, г. Челябинск, ул. Худякова, д. 12а, 3 подъезд, 4 этаж Тел./факс: 260-95-14, 260-88-83, 260-95-70 e-mail: tgdetal@chel.com.ru http://www.tgdetal. ru
r?il2№
ООО ПКФ «Трансгаздеталь» с 1997 г. специализируется на поставке и комплектации любых объектов магистральных нефтегазопроводов, а также объектов химической промышленности высококачественными соединительными деталями трубопроводов и трубной продукции различных типоразмеров от 0 57 до 1420 мм из марок стали: 20, 17Г1С, 09Г2С, 10Г2ФБЮ, 12Х18Н10Т. готовы поставить в сжатые сроки, в любых объемах следующую продукцию:
• Отводы гнутые 0 219, 273, 325, 426, 530 ,720, 820, 1020, 1220, 1420мм из электросварной трубы по ТУ 102-488-95, радиус гибки 5Ду,10Ду, угол гибки от 3-90 гр, давление до 10МПа, в том числе с наружным изоляционным покрытием.
• Кривые вставки 0 219, 273,325, 426, 530 ,720, 820, 1020, 1220, 1420мм из низколегированной трубы и труб с наружным полиэтиленовым покрытием по ГОСТу 24950-81 с радиусом гибки 15Д-60Д, угол гибки от 3-18 гр.
• Узлы трубопроводов 0 530-1420мм, давление до 10Мпа, в том числе с изоляцией (позволяют ускорить монтаж насосных и компрессорных станций в два раза).
• Трубы бесшовные, электросварные для газонефтепроводов:
- 0 530-1220мм ТУ 14-3-1698-00, ТУ 14-3-1270-00, ТУ 14-3-1573-96, ГОСТ 20295-85.
- 0 273-426мм ГОСТ 8732-78, ТУ 14-3-1128-00. Возможно нанесение 2- и 3-слойной изоляции, диаметр трубы от 0 273-1420мм.
А также со склада и на заказ широкий спектр соединительных деталей трубопроводов по номенклатуре различных производителей, в т. ч. с изоляцией (по желанию потребителя):
• Отводы ГОСТ 17375-2001, ГОСТ 30573-2001, ТУ 102-488-95
• Переходы ГОСТ 17375-2001, ТУ 102-488-95
• Тройники ГОСТ 17375-2001, ТУ 102-488-95
• Днища, заглушки, ГОСТ 17375-2001, ТУ 102488-95
Кроме соединительных деталей трубопроводов, готовы осуществлять поставки трубной продукции различных типоразмеров, металлопроката, сортового, листового проката. ООО ПКФ «Трансгаздеталь» располагает собственной производственно-складской базой, а также автомобильным транспортом (лицензия на автомобильные перевозки ВА № 185292, МГ № 027479). Отгрузка продукции осуществляется как через собственный склад, так и непосредственно со склада завода-производителя до склада грузополучателя. Длительные договорные отношения с ведущими заводами-производителями нефтегазовой и металлургической отраслей России и Украины гарантируют нашим потребителям выполнение взятых на себя обязательств по срокам и объемам поставок.
Компания предоставляет гибкую систему скидок, а также удобные схемы финансирования, в т. ч. аккредитив. Разветвленная инфраструктура позволяет получать информацию о состоянии выполнения заказа в любой момент. Мы предлагаем воспользоваться возможностями ООО ПКФ «Трансгаздеталь» и готовы рассмотреть любые предложения к сотрудничеству. гарантируем высокое качество продукции, минимальные сроки поставки, достав^ продукции грузополучателям, конкурентоспособные цены, использование различных форм оплаты.
