НПЗ без топлива
08:54 / 18 августа 2015
Вспомним, что там написано о топливной и топливно-масляной схеме переработке нефти. И бензин, и дизель, и мазут, и масла. Написано про все каталитические и термические процессы, которые позволяют утилизировать мазут и гудрон и опять-таки получать много бензина и дизеля. Но совсем ничего не написано о том, что:
• на хорошем топливном НПЗ мощность вторичных процессов должна в два раза превышать мощность первичных, или хотя бы приближаться к этому коэффициенту
• «Глубина переработки» как некий иллюстративный показатель хорош только для «самоваров», в то время как индекс Нельсона и выход светлых, т. е. бензина и дизеля к нефти, гораздо более информативные и объективные для любого НПЗ
• Дороги плохие, потому что битум надо делать из соответствующих нефтей или тщательно подобранных сырьевых комбинаций, если таковых нефтей под рукой не имеется
О топливно-нефтехимической схеме переработки нефти написано значительно меньше, но, конечно, классика не забыта:
• нефть – нафта – ароматика
• нефть – (СУГ+нафта) – пиролиз
• нефть – фракция 360 – 530°С – каталитический крекинг – пропилен
Однако дальше классики дело не пошло, даже вариант «нефть – дизельная фракция – пиролиз», описывается без энтузиазма и огонька в глазах.
О нефтехимической схеме переработки нефти написано лишь только то, что в светлом будущем получится великолепный симбиоз нефтепереработчиков и химиков, а пока надо пользоваться тем, что есть. Итак, было:
• шесть установок пиролиза рядом с НПЗ, один пиролиз рядом с трубой дизельной, а второй рядом с трубой бензиновой
• два больших почти полноцикловых комплекса ароматики, один немного не полноцикловый, и много-много маленьких на бензол
То есть даже в учебниках было не найти описания того, как нефть или газовый конденсат на завод зашли, а вышли исключительно в виде сырьевых компонентов для нефтехимии, ну или, по крайней мере, что бы их было, как минимум, 2/3 от поставляемой нефти. Итак, вопрос остается следующий: как из нефти сделать максимально возможное количество нефтехимического сырья с разумными капитальными затратами, причем не дожидаясь прилета инопланетян?
Это не очень простая задача, имеющая множество технологических решений. Собственно, в этом и заключается сложность – выбор оптимума. Кстати, таких попыток – нефть-нефтехимия, - уже было три штуки: это «САНОРС», ОНК и ВНХК. Попытка, как известно, не пытка, так почему бы и нам не попробовать? Здесь мы не говорим о рисовании квадратиков, то есть поточных схем, в этом все настолько преуспели, что «ученых учить – только портить». Посмотрим на итоговые цифры. В Таблице 1 приведены три нефти с API 26,87, 31,7, 36,7 и газовый конденсат с API 51,20. Не будем озадачиваться содержанием серы, а просто примем, что это 2,0%, 1,7%, 1,2% и 0,6% (масс.) соответственно, PONA или PIONA у этого сырья самые обычные, т. е. это не нафтеновые и не ароматические нефти. То есть все серое и рядовое, как штаны пожарника, а потому и цифру годовой сырьевой нагрузки возьмем рядовую: 6 млн т/год.
Таблица 1.
Нефть, °API |
26.87 |
31.70 |
36.70 |
51.20 |
Выход по фракциям, % масс | ||||
Фракция до 85°C |
5.40 |
7.50 |
12.00 |
17.00 |
Фракция 85°C-180°C |
12.60 |
16.00 |
25.00 |
37.00 |
Фракция 180°C-360°C |
21.90 |
22.00 |
31.50 |
33.00 |
Фракция 360°C - 530°С |
27.50 |
24.50 |
15.50 |
8.00 |
Фракция 530°С+ |
32.60 |
30.00 |
16.00 |
5.00 |
ИТОГО |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
Прежде чем заняться получением сырья для нефтехимии из нефти с максимальной отдачей, потренируемся в расчетах, а для этого вспомним, что «каждый приличный и уважающий себя НПЗ должен иметь мощность вторичных процессов, в два или почти в два раза больше, чем первичных». В Таблице 2 просто для иллюстрации приведенные данные для такого НПЗ, работающего с соответствующим сырьем по топливной схеме.
Таблица 2.
Вариант Топливный | ||||
Нефть, °API |
26.87 |
31.70 |
36.70 |
51.20 |
Наименование процессов для топливного варианта и загрузка процессов в тыс.т/год по сырью | ||||
АВТ |
6,000.00 |
6,000.00 |
6,000.00 |
6,000.00 |
Гидроочистка нафты |
1,068.78 |
1,233.67 |
1,666.23 |
2,325.48 |
Каталитический риформинг |
1,036.72 |
1,196.66 |
1,616.24 |
2,255.72 |
Гидроочистка дизеля |
2,269.87 |
2,168.10 |
2,334.32 |
2,150.49 |
Гидроочистка ВГО |
1,944.00 |
1,890.00 |
1,404.00 |
720.00 |
Каталитический крекинг |
2,348.68 |
2,223.30 |
1,513.88 |
698.40 |
Замедленное коксование (УЗК) |
1,849.89 |
1,557.86 |
607.11 |
146.87 |
Термический крекинг для УЗК |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
36.72 |
Алкилирование пропилена |
164.41 |
155.63 |
105.97 |
48.89 |
МТБЭ |
352.30 |
333.50 |
227.08 |
104.76 |
ТАМЭ |
|
|
|
|
ГФУ |
634.14 |
620.23 |
515.28 |
469.50 |
Изомеризкация |
482.00 |
605.00 |
839.00 |
1,137.00 |
Гидрокрекинг |
|
|
|
|
Сероочистка газов |
178.52 |
170.62 |
139.11 |
119.81 |
Товарные продукты |
|
|
|
|
Бензин, Евро-5 |
2,767.42 |
2,936.18 |
3,054.66 |
3,344.73 |
Дизель, Евро-5 |
2,145.03 |
2,048.86 |
2,205.93 |
2,032.22 |
Пропан-бутановая фракция |
443.90 |
434.16 |
360.69 |
328.65 |
Кокс |
462.47 |
389.47 |
151.78 |
36.72 |
Мазут |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
Сера |
99.19 |
84.47 |
65.17 |
34.35 |
Газы в топливную сеть |
79.33 |
86.14 |
138.94 |
185.47 |
ИТОГО |
5,997.34 |
5,979.28 |
5,977.17 |
5,962.13 |
Потери |
2.66 |
20.72 |
22.83 |
37.87 |
Мощность вторичных процессов |
12,329.31 |
12,154.56 |
10,968.21 |
10,213.65 |
Отношение мощности вторичных процессов к первичным |
2.05 |
2.03 |
1.83 |
1.70 |
Таким образом, в течение нескольких часов мы с вами состряпали довольно неплохие балансы для четырех НПЗ исключительно с помощью пальцев двух рук и хорошей памяти на типовые балансы для различных нефтей и конденсатов. «Модельеры», тыкающие пальцами в специальные для этого придуманные программные продукты, могут проверить полученные результаты, а если не сойдется, то проверить еще разок, так как палец точно залетел не на ту клавишу.
Краткие выводы по результатам из Таблицы 2:
• мощность вторичных процессов, как и было обещано, приближается к 2 для нефтей, а про конденсат я ничего и не обещал
• бензин преобладает над дизелем, а если хотим наоборот, то вместо УЗК надо ввести ГК или их комбинацию
• процесс ТК совмещенный с УЗК позволяет улучшать качество кокса, если в этом есть смысл, т. е. сера в коксах находится в разумных пределах, поэтому комбинация ТК – УЗК использована только для переработки тяжелых остатков от газового конденсата и тяжелого дизеля КК, но кокс в этом случае будет получаться с ценой до $1600 за тонну
• увеличить отношение мощностей вторичных мощностей к первичны возможно (не выходя за рамки топливной схемы, т. е. не перепрыгивая в топливно-масляную) для этого можно использовать флексикокинг, изомеризацию бутана, количество которого в нашей пропан-бутановой фракции более чем достаточно, а после этого алкилирование, эти действия приведут к увеличению отношения до 2,1 – 2,2 в случае двух первых нефтей
• если увеличения до 2,2 – 2,3 недостаточно, и акулы капитализма требуют еще бензина, выполняется элементарная операция: из бензина КК выделяется фракция С5 и отправляется на производство ТАМЕ, затем возвращается на блендинг бензина, количество которого после этого возрастает, а коэффициент вторичных к первичным начинает приближаться к 2,3-2,4
• существует еще несколько нехитрых шагов, которые способны сделать НПЗ более чем приличным, т. е. соотношение достигнет 2,5 и более, а как это сделать, каждый уважающий себя «мазутчик», конечно же, знает
• для балансов использованы стандартные технологические конфигурации, которые работают на десятках и сотнях заводов мира, т. е. никакой эмпирики и выдумок. В качестве каталитического риформинга рассматривался риформинг на бензины, а в качестве каталитического крекинга – стандартный FCC.
Пора оставить топливные балансы ремесленникам и заняться высоким искусством – нефтехимической схемой переработки нефти. С молоком alma mater мы все впитали, что направлений, по сути, всего два: нефть в ароматику и нефть в олефины. Но ничего не мешает все это свалить в кучу и получить третье направление: нефть в ароматику и олефины. Но даже это – полумеры. Вот и в указанных направлениях что-то от нефти остается. Дизель и мазут в направлении «нефть – ароматика», мазут останется в схеме «нефти – олефины» (так как дизель мы тоже спалим на пиролизе, превратив его в олефины), а нельзя ли утилизировать все без остатка? Можно! Следим за руками и не забываем, что все, что будет показано в Таблице 3, существует на практике.
Таблица 3.
Вариант Нефтехимический | ||||
Нефть, °API |
26.87 |
31.70 |
36.70 |
51.20 |
Наименование процессов для топливного варианта и загрузка процессов в тыс.т/год по сырью | ||||
АВТ |
6,000.00 |
6,000.00 |
6,000.00 |
6,000.00 |
Стабилизация газов сырья пиролиза |
975.82 |
1,072.80 |
1,247.46 |
1,525.60 |
Гидроочистка прямогонной нафты |
818.00 |
1,021.00 |
1,579.00 |
2,300.00 |
Фракционирование прямогонной нафты |
793.46 |
990.37 |
1,531.63 |
2,231.00 |
Каталитический риформинг |
396.73 |
495.19 |
765.82 |
1,115.50 |
Гидроочистка дизеля |
1,561.44 |
1,532.60 |
1,983.32 |
2,005.20 |
Гидроочистка ВГО |
1,944.00 |
1,890.00 |
1,404.00 |
720.00 |
Каталитический пиролиз СPP |
2,467.38 |
2,316.30 |
1,531.98 |
719.40 |
Флексикокинг |
1,662.00 |
1,380.00 |
486.00 |
0.00 |
Пиролиз нафты и фракции С3-С4. |
1,624.55 |
1,847.99 |
2,365.28 |
3,091.10 |
Пиролиз дизельной фракции. |
1,475.56 |
1,448.31 |
1,874.24 |
1,894.91 |
Ароматизация "непредельной нафты" и непредельных С4-С6 |
1,852.70 |
1,805.41 |
1,613.51 |
1,445.48 |
Товарные продукты |
|
|
|
|
Этилен |
1,327.99 |
1,365.15 |
1,488.59 |
1,576.30 |
Пропилен |
919.16 |
918.89 |
889.16 |
836.37 |
Бутадиен |
99.80 |
107.08 |
137.63 |
164.34 |
Бензол |
625.88 |
649.32 |
744.16 |
833.48 |
Толуол |
|
|
|
|
Параксилол |
981.77 |
1,004.43 |
1,039.74 |
1,120.20 |
Ортоксилол |
|
|
|
|
Метаксилол |
|
|
|
|
Сырье для конструкционных графитов и анизотропных коксов |
583.02 |
572.72 |
611.46 |
639.01 |
Газы в топливную сеть и на когенерацию |
1,372.28 |
1,304.99 |
1028.71 |
863.37 |
ИТОГО |
5,809.90 |
5,822.58 |
5,889.45 |
5,973.07 |
Потери |
90.10 |
77.42 |
60.55 |
26.93 |
Мощность вторичных процессов |
15,571.64 |
15,799.96 |
16,382.22 |
17,108.19 |
Отношение мощности вторичных к первичным |
2.60 |
2.63 |
2.73 |
2.85 |
Составление балансов для четырех нефтехимических комплексов заняло немного больше времени, но оно потрачено не зря, вы видите какое жуткое количество нефтехимического сырья получено из мизерных по российским меркам 6 млн тонн нефти в год. Сравните данную таблицу с балансами, которые показывает, например, ВНХК в своих постоянно изменяющихся презентациях и вы поймете, что «Роснефти» как минимум есть к чему стремиться. Не будем останавливаться на пальцах «модельеров», но справедливости ради отметим, что основа у всех балансов, конечно же, была, там же приведены цифры баланса для процесса СРР.
Что же мы получили в Таблице 3:
• мощность вторичных процессов, конечно же, значительно выше чем в топливном варианте и приближается к цифре «3», чего не может существовать на «обычном» НПЗ даже в теории
• этилен преобладает над пропиленом, но это исключительно мое желание, я принимал этиленовый режим пиролизов, причем не самый жесткий, т. е. выход этилена легко увеличить еще процентов на 8 – 12% или наоборот сделать выхода этилена и пропилена примерно равными, так как сырье позволяет производить данные манипуляции
• процесс флексикокинга является одним из немногих, если не единственным, который позволяет перерабатывать гудрон в продукты, полезные для нефтехимии, с минимальным выходом кокса (около 4%), который при этом успешно газифицируется
• количества газов процессов, которые названы «Газы в топливную сеть и на когенерацию» более чем достаточно для всех печей комплекса, а также для полного обеспечения электроэнергией и водяным паром высокого давления с последующим редуцированием до требуемых параметров
• в задачу не входило выделение из группы «Газы в топливную сеть и на когенерацию» этана и пропана, количество которых составляют 15 – 20% и 5 – 7% масс. Их выделение с отправкой на пиролиз, конечно, увеличит выход этилена, но и после этого количества газов будет достаточно для обеспечения комплекса электроэнергией и водяным паром
• фракционирование прямогонной нафты производится для разделения парафинов на нормальные и изостроения. Нормальные отправляются на пиролиз, а изостроения совместно с нафтенами – на риформинг, что позволяет повысить выходы в обоих процессах до 12 – 15%. Наиболее рационально использование этого процесса при количествах нафты от 1 млн т/год
• ароматизация нафты с повышенным количеством олефинов от 25 – 30% и непредельных углеводородов С4-С6, что свойственно для процессов СРР, флексикоккинга, амиленовых фракции пиролиза нафты, пропан – бутановой и дизельной фракции, остаточных фракции пироконденсата после выделения ароматики, конечно же увеличивает долю итоговой ароматики в продуктовой корзине
• вся ароматика показана в виде только двух компонентов – бензола и параксилола, что совершенно не исключает возможность получения толуола, ортоксилола, метаксилола, а в ряде случаев – этилбензола и стирола
• наиболее интересным, с моей точки зрения, в продуктовой корзине является «Сырье для конструкционных графитов и анизотропных коксов» наличие которого позволяет получать не только редкие виды коксов, в том числе и анизотропных, но и графиты для атомной промышленности. Имеются в данном сырье и другие чрезвычайно востребованные ароматические соединения, такие как дурен – основа производства пиромеллилитового диангидрида, выпускаемого в СССР, как основа полиимидов.
Нефтехимического спрута на основе нефти можно продолжать в различных вариациях, одним из классических примеров являются комплексы Альберты (Канада) работающие на тяжелой нефти именно с процессами СРР, NHC для фракции 360 – 560°С и флексикокинга для переработки гудронов. Китайские товарищи для переработки 360 – 560°С в большей степени используют процесс DCC, а переработку гудронов проводят по аналогии с газификацией угля и далее на процесс Фишера – Тропша.
Понятное дело, что по предоставленным балансам можно сделать и ОРЕХ, и САРЕХ, и срок окупаемости, позволяющие инвестору понять, насколько это интересно, а также сроки проектирования и строительства, потенциальных лицензиаров, объемы хранения сырья, продукции, генплан и т. д., т. е. полноценный концептуальный инжиниринг.
Однако нельзя объять необъятное в одной заметке, так что продолжение этого блокбастера мы поведем по нескольким направлениям:
• Переработка попутного газа по схеме топливной, топливно-нефтехимической и нефтехимической
• Заводы на процессах Фишера – Тропша, как потребители топливных газов от процессов НПЗ
До новых встреч.
RUPEC в Telegram
0 комментариев