Научная статья на тему 'Новые интегрированные конфигурации современного НПЗ III уровня глубины переработки'

Новые интегрированные конфигурации современного НПЗ III уровня глубины переработки Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
120
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Территория Нефтегаз
ВАК

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Курочкин А. К., Курочкин А. В., Гимаев Р. Н., Курочкин А. А.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Новые интегрированные конфигурации современного НПЗ III уровня глубины переработки»

к.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: [email protected], www.szma.org Московский (Ьилиал: 119034. г. Моек». Цветной бульвар, 21, строение 6 тел.: (495)625-43-30,628-37-95. e-mail: [email protected] 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: [email protected], 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-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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: [email protected] 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: [email protected] 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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.