CC BY
228Щ ТЕХНОЛОГИИ
Совершенствование схемы производства печного техуглерода при неполном горении природного газа
С.В. Шурупов, Т.А. Кретова, С.В. Семенова, Б.И. Колобков
ООО «ВНИИГАЗ»
В настоящее время на Сосногорском газоперерабатывающем заводе (ГПЗ, Республика Коми) производится от 20 до 25 тыс. т/год малодисперсного техуглерода марки П701 (N772 по классификации ASTM), на что расходуется от 130 до 160 млн нм3/год природного газа. Недостатком существующей технологии производства техуглерода при неполном горении природного газа является невысокий выход дисперсного продукта (25 масс. %) в расчете на потенциальное количество углерода в исходном сырье. Ведущие мировые фирмы производят малодисперсные марки техуглерода из жидкого углеводородного сырья с выходом продукта 50-60 масс. % [і].
Отходящие газы, содержащие водород и моноокись углерода, просто дожигаются перед выбросом в атмосферу, их химический и тепловой потенциал не используются.
На рис. 1 представлены фактические результаты работы действующих установок печного производства техуглерода П701 (N772) при неполном горении природного газа (смесь сухого товарного газа Вуктыльского месторождения и газа стабилизации с установки стабилизации конденсата (УСК-1)) при различных значениях коэффициента избытка воздуха, который определяет температуру в печи-реакторе, степень разложения углеводородного сырья и, соответственно, выход дисперсного продукта. При снижении значения коэффициента избытка воздуха до 0,4 происходит резкое падение температуры в ре-
акторе (до 1130°С) и, соответственно, резко снижается выход техуглерода. Поэтому исследования в области значений коэффициента воздуха менее 0,4 не проводились.
Полученные результаты наглядно демонстрируют, что получить выход техуглерода более 25 масс. %
следует отметить, что техуглерод N772 применяется В ПРОИЗВОДСТВЕ каркасов, резинотехнических изделий, печатных красок, в качестве пигмента для пластмасс
в расчете на потенциальное количество углерода, содержащегося в исходном углеводородном сырье, при неполном горении природного газа в условиях действующего промышленного реактора невозможно.
На рис. 2 представлена динамика изменения цены на природный газ и себестоимости печного техуглерода N772 на заводе в период 20022007 гг. Анализ результатов показывает, что себестоимость производства техуглерода N772 неуклонно приближается к цене реализации продукта. При цене на газ более 50 долл. США/1000 м3 производство техуглерода N772 из природного газа становится нерентабельным.
Следует отметить, что техуглерод N772 применяется в производстве каркасов, резинотехнических изделий, печатных красок, в качестве пигмента для пластмасс. Продукт пользуется устойчивым экспортным спросом.
На рис. 3 приведена структура потребления техуглерода мировыми компаниями-изготовителями автомобильных шин, которая показывает, что принципиальным отличием зарубежных компаний от российских является высокий уровень применения в шинах техуглерода 300-х марок с удельной поверхностью 80-90 м2/г (46-49% против 8%) и использование техуглерода 600 и 900-х марок с удельной поверхностью 35-45 м2/г (1522% против 11%).
Существующая на Сосногорском ГПЗ технология производства техуглерода N772 может быть модернизирована, в частности, повышен выход и, соответственно, объем производства дисперсного продукта в результате перехода на газожидкостный процесс (использование в качестве сырья смеси природного газа и остаточных фракций переработки газового конденсата, содержащих до 80 масс. % тугоплавких парафиновых углеводородов), а также за счет рекуперации тепла технологических потоков и использования энергетического потенциала отходящих газов, просто дожигаемых в настоящее время перед выбросом в атмосферу [2, 3].
В период 2002-2007 гг. резко изменилась сырьевая база завода, а именно, произошло вовлечение в
Рис. 1
Я Зависимость выхода техуглерода от коэффициента избытка воздуха
72 ГАЗОХИМИЯ I апрель-май 2008 года
ТЕХНОЛОГИИ
переработку углеводородного сырья нефтяных месторождений.
В настоящее время на заводе проводится комплексная реконструкция установок переработки жидкого углеводородного сырья, планируется реконструкция УСК-1 для производства светлых дистиллятов (бензиновая и дизельная фракция) и остаточных высокопарафинистых фракций, суммарное количество которых может составить до 60-70 тыс. т/год. Сравнительно небольшое количество этих фракций и необходимость их реализации обуславливает целесообразность использования данных фракций в качестве сырья для производства техуглерода.
В настоящее время на заводе только на одной линии из 14 работающих получают печной техуглерод N772 из газожидкостного сырья (смесь природного газа и остаточных фракций газового конденсата).
Применение в качестве сырья смеси природного газа и остаточных фракций газового конденсата позволит увеличить объем производства печного техуглерода с 20-25 до 37-40 тыс. т/год на семи технологических линиях за счет повышения выхода дисперсного продукта.
Промышленные испытания продемонстрировали возможность производства техуглерода N772 при неполном горении газа и остаточных фракций газового конденсата с выходом продукта 45-50 масс.% в расчете на потенциальное содержание углерода в углеводородном сырье. Качество техуглерода, образующегося при газожидкостном процессе, полностью соответствует требованиям ASTM, предъявляемым к техуглероду N772.
Предлагаемая модернизация печного производства техуглерода включает в себя:
■ остановку и консервацию одного участка производства печного техуглерода;
■ переобвязку участка на прием газожидкостного сырья, включая блок подготовки жидкого сырья (подогрев сырья, дозатор для введения присадок с целью улучшения технологических свойств);
■ организацию рекуперативного подогрева воздуха и подогрева газового сырья, идущего на печной процесс, с целью дополнительной экономии сырьевого газа при сохранении выхода техуглерода. Рекуперативный подогрев воздуха позволит снизить расход воды на охлаждение сажегазового аэрозоля
и повысить калорийность отходящих газов, которые предполагается использовать в качестве топлива для энергогенерирующей установки. В качестве подогревателей газообразного сырья и воздуха предлагается использовать активатор существующего реакторного блока;
■ замену морально и физически устаревших электрофильтров на современные рукавные фильтры (создание мобильных линий, позволяющих одновременно производить и улавливать различные марки печного техуглерода);
■ утилизацию энергетического потенциала отходящих газов — использование их в качестве топлива для производства тепловой и электрической энергии.
В период 2002-2007 ГГ. РЕЗКО ИЗМЕНИЛАСЬ сырьевая база завода, а именно, произошло вовлечение в переработку углеводородного сырья нефтяных месторождений
Участок производства печного техуглерода из газожидкостного сырья включает в себя семь технологических линий (одна в резерве), каждая из которых состоит из печи-реактора, рекуператора тепла и подогревателя природного газа, скруббера-холодильника и рукавного фильтра для улавливания дисперсного продукта. Предусматривается наличие двух отделений обработки (гранулирования и упаковки) техуглерода (по три линии на участок), что позволит одновременно производить и обрабатывать две марки печного техуглерода (N772 или N662) [4]. Жидкое сырье представляет собой высококипящие остаточные фракции, образующиеся в результате переработки нефтегазоконденсатной смеси на реконструированной установке стабилизации конденсата и поступающие из парка темных нефтепродуктов по единому трубопроводу в сырьевую емкость, где жидкое сырье подогревается водяным паром до температуры ~100-120°С. Энергетический потенциал отходящих газов при производстве 38
апрель-май 2008 года I ГАЗОХИМИЯ 73
Щ ТЕХНОЛОГИИ
(
создание собственного энергоблока на заводе для покрытия собственных нужд оправдано необходимостью производства высокоэнергетического пара, для чего ежегодно потребляется в качестве топлива 30-35 млн НМ3 природного газа
тыс. т/год печного техуглерода N772 в зависимости от состава углеводородного сырья составляет ~70 МВт. Применение современного котельного и паротурбинного оборудования на базе отходящих газов позволяет достигнуть электрической мощности энергоблока 10-12 МВт. В связи с трудностями реализации излишков электрической мощности на розничном рынке, а также из-за отсутствия возможности сбыта тепловой энергии
предлагается не использовать весь потенциал отходящих газов производства печного техуглерода, а ограничиться только покрытием электрических и тепловых нагрузок завода.
Создание собственного энергоблока на заводе для покрытия собственных нужд оправдано необходимостью производства высокоэнергетического пара, для чего ежегодно потребляется в качестве топлива 3035 млн нм3 природного газа.
ОБЪЕМ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
Параметры Базовый вариант (сырье — природный газ) Предлагаемый вариант (газожидкостное сырье)
Капвложения, млн руб. — 554
Сырье:
природный газ, млн м3/год 140 70,6
жидкое сырье, тыс. т — 60,5
Цена:
природный газ, руб./1000 нм3 1250 1250
жидкое сырье, руб./т — 3500
Стоимость, млн руб. 175 316
Объем производства:
техуглерод, тыс. т/год 24 37,8
эл. энергия, млн кВтч/год — 45,4
тепловая энергия, тыс. Гкал/год — 110,5
Цена реализации продукции:
техуглерод, тыс. руб./т 18 18
эл. энергия, руб./кВтч — 1,68
тепловая энергия, руб./Гкал — 714,2
Дисконтируемый срок окупаемости, лет — 5,7
74 ГАЗОХИМИЯ I апрель-май 2008 года
ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 2
I Динамика себестоимости техуглерода N772 на Сосногорском ГПЗ
Цена сырья (Выктыльский газ)
Сырьевая составляющая себестоимости N772
Себестоимость N772 Цена реализации N772
Рис. 3
I Структура потребления различных марок техуглерода ведущими мировыми компаниями по производству автошин
Continental (США)
Michelin (Франция)
N 200 N 100 N 700 N 600 13% 4% 4% 11%
N600
N200 N100 прочие 14700 ™*
14% 4% 1% 9%
N300
47%
Goodyear (США)
Фирмы России
П 200 43%
Создание собственного источника тепло- и энергоснабжения позволит решить следующие задачи:
■ круглогодично обеспечивать предприятие электрической мощностью в пределах 6-9 МВт от собственного источника, что покрывает электрические нагрузки в любой период, а также реализовывать избыток электрической мощности на розничном рынке;
■ обеспечивать всю тепловую нагрузку производственного и хозяйственно-бытового теплоснабжения теплотой пара из отбора с устанавливаемых паровых турбин.
Для технологических нужд установки производства автобензина по процессу цеоформинг, применяемому на заводе, необходим пар с абсолютным давлением 30 кгс/см2 и температурой 325°С в количестве 2,52 т/ч круглогодично. Требуемое
энергопотенциал отходящих газов при производстве 38 тыс. т/год печного техуглерода N772 В ЗАВИСИМОСТИ от состава углеводородного сырья составляет ~70 мвт
давление может быть обеспечено котлами типа ПКК-45. Пар на прочие технологические и хозяйственно-бытовые нужды с учетом потерь в паропроводах на выходе из котельной должен иметь температуру не менее 205-210°С и давление не менее 6 кгс/см2. Такие параметры пара в отборе имеют несколько блочных турбогенераторов различных типов производства Калужского турбинного завода. Мощность турбогенераторов колеблется от 600 кВт до 3,5 МВт.
Объем производства продукции и основные показатели экономической эффективности предлагаемого к реализации проекта реконструкции в сравнении с базовым вариантом представлен в таблице. Эффектообразующими факторами
варианта производства техуглерода N772 из газожидкостного сырья с одновременным производством электроэнергии и энергетического пара являются снижение затрат на сырье, а также получение дополнительного объема товарной продукции (техуглерод ~37,8 тыс. т/год, электроэнергия в количестве 45,4
млн кВт-ч/год и пар — 110,5 тыс. Гкал/год). Расчет экономической эффективности от внедрения данных мероприятий показал, что чистый дисконтированный доход NPV (10%) за 20 лет составит 40 млн долл. США, при этом дисконтируемый срок окупаемости не превысит 5,7 лет.
1. Кудрявцев М.А., Лапшин М.П., Шурупов С.В., Кисленко Н.Н., Шестоперова А.В., Савченков С.В. Комплексная схема переработки газового конденсата на Сосногорском ГПЗ // Наука и техника газовой промышленности, 2001. — №4. — С. 46-49.
2. Утилизация отходящих газов печного производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ / С.В. Шурупов, Н.Н. Кисленко, М.А. Кудрявцев, М.П. Лапшин: Мат. НТС ОАО «Газпром» «Энергосбережение и энергосберегающие технологии при переработке газа, газового конденсата, нефти» (г. Сургут, сентябрь 2002 г.). — М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002. — С. 87-93.
3. Шурупов С.В., Кудрявцев М.А., Лапшин М.П. Производство низкодисперсного техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья. Сб. Научно-технический прогресс в технологии переработки природного газа и конденсата. — М.: ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий — ВНИИГАЗ», 2003. — С. 167-169.
4. Шурупов С.В., Семенова С.В., Мухин А.Е. О целесообразности производства новых марок технического углерода из газоконденсатного сырья // Технология нефти и газа, 2006. — № 4. — С. 24-27.
апрель-май 2008 года I ГАЗОХИМИЯ 75
