Доклад

на Отраслевом совещании главных инженеров НПЗ и руководителей научно-исследовательских и проектных институтов нефтеперерабатывающей промышленности, г. Пермь, 29-31 октября 2002г.

Промышленная ректификационная технология 21 века - Технология Линас

А.Ф.Сайфутдинов, О.Е.Бекетов, В.С.Ладошкин, Г.А.Нестеров*

ЗАО НПП Линас-Техно, Новосибирск, Россия
* - представительство Линас-Техно в США, Нью-Йорк, США

1. Роль ректификации в промышленности

     Современная промышленность требует все больше чистых и особо чистых материалов. Поэтому производство становится еще более важными, сложным и дорогостоящими, а технологиям по разделению веществ и их очистке от примесей уделяется все большее внимание.
     Наиболее распространенной промышленной технологией разделения является ректификация. Основы современной промышленной ректификации в настоящем ее виде были заложены около 40-50 лет назад.
     Ректификация потребляет огромное количество энергии и во многих случаях потребляет до 50 % всей энергии от потребления всего предприятия. Поэтому значительные усилия тысяч исследователей и разработчиков во всем мире во второй половине 20 века были сосредоточены именно в этой области, но не принесли значительных улучшений промышленной технологии.
     Надо отметить, что в целом промышленная ректификация является крайне консервативным процессом. Огромные ректификационные колонны химических и нефтехимических заводов, в некотором смысле даже, являются символами современной промышленности. Высота ректификационных колонн часто превышает 30 метров и более. Соответственно стоимость изготовления, эксплуатации и ремонта колонн становится огромной. Ректификационные колонны смотрятся, как динозавры, и совершенно не соответствуют динамическому облику 21 века с колоссальным прогрессом в коммуникациях и компьютерной индустрии.

2. Принципиальные проблемы современной ректификации

     Современная промышленная ректификация основана на использовании тарельчатых и насадочных колонн (рис.1).
     Расстояние между тарелками в тарельчатой колонне составляет приблизительно 0,4…0,5 метра. В теории количество тарелок колонны должно соответствовать числу теоретических ступеней разделения. Однако на практике эффективность тарелок колонны обычно не превышает 50%. Поэтому реальная высота разделения в тарельчатой колонне примерно в 2 раза превышает теоретическую. То есть одна теоретическая тарелка "размазывается" по высоте колонны на две и более тарелок.

рис.1 (5К)

Рис.1

     Насадочные колонны имеют более высокую эффективность. Но высота теоретической ступени разделения для промышленных насадочных колонн большой производительности составляет от 0,4 метра и выше. Это связано с байпас-эффектом, степень влияния которого увеличивается с ростом диаметра колонны.
     Главное противоречие насадочных колонн заключается в том, что повышение эффективности процессов тепло- и массообмена требует увеличения удельной поверхности насадок. Это неизбежно приводит к росту гидравлического сопротивления колонны и к снижению ее производительности.
     Помимо этого, тщательный анализ процессов тепло- и массопереноса внутри колонн показывает ряд других недостатков и противоречий таких как:

    1. При проектировании современных колонн не учитывается микробаланс тепломассообменных процессов по ступеням разделения.
    2. Тепломассообменные процессы в каждой точке объема колонны также несогласованны из-за разницы в физических свойствах низкокипящих и высококипящих компонентов разделяемой смеси.
    3. Существующий способ подачи флегмы количественно и качественно не соответствует оптимальному распределению низкокипящих и высококипящих компонентов по высоте ректификационной колонны.

     В результате этого колонны становятся очень высокими, громоздкими и требующими избыточного расхода энергии. Это в конечном итоге приводит к повышенным затратам на ректификацию.

3. Ректификационная технология Линас

     Группа высокопрофессиональных исследователей и инженеров, объединенных в компании Линас-Техно, нашли совершенно новое решение в согласовании процессов тепломассообмена и разработали новую промышленную ректификационную технологию под названием "технология Линас".
     Технология Линас основана на модифицированной пленочной ректификации.
     Как известно, традиционная пленочная колонна имеет несколько серьезных достоинств. Это, прежде всего, простота конструкции, очень низкое сопротивление парогазовому потоку и очень хорошая разделительная способность. Пленочная колонна среди всех ректификационных колонн имеет самую низкую высоту теоретической тарелки, приблизительно равную 5 мм, но при условии скорости парогазового потока не более 0,01 м/c. При повышении скорости парогазового потока внутри колонны до реальных промышленных скоростей в 1,5-2,0 м/с наблюдается эффект "размазывания" пленки по вертикали, что приводит к непропорционально резкому увеличению высоты колонны.
     Эта основная проблема пленочной ректификации решена в технологии Линас. Стабильность пленочного режима внутри колонны Линас сохраняется при скоростях парогазового потока до 1,5-2,0 м/с.
     Это достигнуто благодаря значительному повышению интенсивности процессов тепломассообмена в радиальном направлении по сечению колонны.
     Технология Линас также решает задачи оптимизации процессов тепломассообмена за счет образования флегмы непосредственно в колонне и за счет оптимального распределения этой флегмы по высоте колонны. Следствием этого является снижение потерь тепла, используемого для образования флегмы. Новая организации процесса образования и распределения флегмы приводит к тому, что весь получаемый наверху колонны дистиллят является конечным, как это показано на рис.2. То есть отсутствует классический возврат флегмы в голову колонны, как это показано на рис.1.

рис.2 (5К)

Рис.2

     Помимо этого, условия тепло- и массопереноса при использовании технологии Линас адаптированы к физическим свойствам разделяемых веществ.

4. Промышленное применение технологии Линас

     Первое промышленное применение технологии Линас было осуществлено три года назад на Ангарском электролизном химическом заводе для выделения фторорганического соединения из многокомпонентной смеси. Высота колонны составляла только 1,4 м. Эксплуатация колонны в условиях необыкновенно высокой коррозионной активности разделяемой смеси не вызвало никаких реальных производственных проблем.
     Недавно компания Линас-Техно запроектировала и изготовила первую промышленную нефтеперерабатывающую установку НПУ-8 производительностью по сырью 8000 тонн в год, основанную на технологии Линас. НПУ-8 находится в городе Миассе во временной эксплуатации. На установке получен стандартный прямогонный бензин, товарное дизельное топливо и топочный мазут. Высота ректификационной колонны всего 1,5 метра, и в процессе работы в колонне содержится не более 1,5 кг разделяемых продуктов. Следует отметить, что аналогичные ректификационные колонны имеют высоту не менее 10 метров.
     Промышленная эксплуатация НПУ-8 подтвердила все достоинства технологии и колонны Линас. Технические данные нефтеперерабатывающей установки НПУ-8, основанной на технологии Линас представлены в таблице 1. Для сравнения даны параметры аналогичной тарельчатой колонны.

Таблица 1

Наименование показателя
Колонна НПУ-8
Тарельчатая колонна
Вид сырья
нефть
нефть
Производительность, тонн/год
8000
8000
Режим ректификации
непрерывный
непрерывный
Давление в колонне, МПа
0,11
0,17-0,3
Высота колонны, м
1,5
10
Диаметр колонны, мм
500
500
Масса колонны, тонн
0,7
3,2

     Как видно из приведенных показателей, параметры ректификационной колонны Линас существенно лучше по сравнению с традиционными колоннами.
     Общий вид установки НПУ-8 представлен на фото ниже.

общий вид НПУ-8 (3К): просмотр с увеличением (46К)

     В процессе разработки технологии "ЛИНАС" в период 1994-2002 г.г. были произведены успешные работы по разделению реальных многокомпонентных смесей и модельных образцов смесей. Результаты этих работ позволили разработать теоретические основы новой технологии, расчетные методики. Были разработаны пригодные для промышленности технические решения по аппаратурному оформлению процесса.
     В области нефтепереработки и нефтехимии были получены основные параметры следующих технологических процессов разделения смесей:

     В других областях промышленности были проведены следующие работы:

     В настоящее время компания Линас-Техно разрабатывает ряд новых промышленных процессов. В частности, процесс вакуумной ректификации отработанного моторного масла совместно с голландскими фирмами и процесс ректификации бензола.

5. Технические преимущества промышленного применения технологии Линас

     Промышленное применение технологии Линас по сравнению с существующей технологией ректификации, реализуемой в тарельчатых и насадочных колоннах, имеет следующие преимущества:

  1. Значительное снижение габаритных показателей колонн и металлоемкости - высота ректификационных колонн уменьшена в 3-10 раз по сравнению с традиционными тарельчатыми и насадочными колоннами при одинаковом диаметре обечайки.
  2. Высокая четкость ректификации. Величина температурного интервала между температурой выкипания 95 % фракции прямогонного бензина и температурой выкипания 5 % фракции дизельного топлива: dt = t95%бенз- t5%диз = 5-8 оС.
  3. Быстрый выход на рабочий режим, благодаря малому содержанию разделяемых веществ в колонне.
  4. Возможность разделения веществ с ограниченной термической стойкостью (термическое разложение, конденсация и поликонденсация, смолообразование, химический переход в нежелательную примесь), обусловленная малым временем нахождения жидкой фазы в зоне проведения ректификационного процесса - от 2 до 60 секунд.
  5. Повышение эксплуатационной надежности при полном отсутствии условий отложения загрязнений на внутренних полостях колонн. Это происходит за счет создания благоприятного строго контролируемого диапазона температур на внутренних поверхностях колонн, использования только вертикальных поверхностей без застойных зон, постоянно омываемых флегмой, и, как указывалось выше, малого времени контакта жидкой фазы с поверхностью.
  6. Минимальная потребность в средствах автоматизации для управления собственно колонной.
  7. Повышенная промышленная и экологическая безопасность за счет снижения рисков потенциальной опасности установок при их эксплуатации - снижение в 50-100 раз количества разделяемых веществ внутри колонны.
  8. Повышение сейсмической устойчивости колонн, увеличение сложности поражения колонн воздушными террористами, снижение площади наземных разрушений при падении высотных конструкций за счет возможности использования невысоких несущих металлоконструкции сооружений для размещения колонн и вспомогательного оборудования установок.
  9. Повышение надежности методов моделирования и масштабирования. Базовым элементом колонн Линас является одна ректификационная трубка, в которой смоделированы все необходимые условия проведения процесса. По сути, после испытаний пилотной установки метод масштабирования состоит в увеличении числа трубок до соответствия необходимой производительности колонны. Например, ниже в таблице представлен результат масштабирования габаритных размеров рабочей части атмосферных ректификационных колонн установок первичной перегонки нефти различной производительности:

Таблица 2

Производительность установки,
тонн в год
Высота рабочей части колонны, м
Диаметр обечайки колонны, м
10.000
1,5
0,5
100.000
1,5
1,4
160.000
1,5
1,9
500.000
1,5
3,35

6. Аппаратурное оформление колонн, работающих по технологии Линас

     Основу колонны представляет секция (царга) высотой 1,0 - 2,5 метра. Из таких секций можно собирать любую сложную колонну с ректификационной и стриппинговой частью, с боковыми отборами продуктов и т.п.
     Для изготовления колонн применяются традиционные для химического машиностроения материалы и технологии.

7. Экономические показатели технологии Линас

     Технические преимущества при промышленном применении технологии и колонны Линас существенно улучшают экономические показатели.
     Снижение затрат и издержек может происходить на каждом этапе работ от изготовления до эксплуатации колонн за счет следующих расходов:

    1. Изготовление колонного оборудования - в 1,5-2 раза
    2. Изготовление несущих металлоконструкций и обслуживающих площадок колонн - в 1,5-2 раза.
    3. Приобретение, техническое обслуживание и ремонт средств автоматизации колонны - в 1,5-2 раза.
    4. Монтаж колонного оборудования и металлоконструкций - в 2-3 раза
    5. Затраты на техническое обслуживание колонного оборудования - в 1,5-5 раз.
    6. Затраты на ремонт колонного оборудования - в 1,5-5 раз.
    7. Энергетические затраты на работу колонны - на 10-15%.
    8. Страховые издержки за счет снижения уровня рисков, как при создании установок, так и при их промышленной эксплуатации - в 1,5-2 раза.

     Оценивая выше указанные возможности снижения затрат, можно констатировать, что применение технологии Линас улучшает такие основные экономические показатели, как удельные капитальные вложения, удельный показатель фонда оплаты труда, энергосбережение.

8. Будущее технологии Линас

     Достижения технологии Линас означают создание новой ректификационной технологии, дающей возможность вывода промышленной ректификации на принципиально новый уровень эффективности.
     Технологию Линас можно смело отнести к прорывной "high-tech" технологии. Так как она носит глобальных характер, и может использоваться во всех звеньях химической технологии. А это в значительной степени повлияет на возможные пути развития других технологий, в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, фармацевтической и других областях промышленности. Технология Линас может открыть дорогу к созданию и использованию новых технологий (например, синтеза), в которых "узким местом" является необходимость разделения смесей химических веществ.
     Признаками "high-tech" технологии, гарантирующей крупные сдвиги в технологическом преобразовании производства и обеспечивающей бурный рост экономических показателей, может являться комплекс достижений, в который входит:

     Технология Линас изменит промышленный пейзаж химической и нефтехимической промышленности. Огромные ректификационные колонны будут заменены компактными колоннами Линас. Естественно, из-за длительного цикла жизни промышленных ректификационных установок, это будет происходить в течение ряда лет.
     Промышленность сравнительно консервативна и инерционна в принятии новых революционных технологий, но экономическая целесообразность являются наиболее приоритетной и эффективной движущей силой развития. Технология Линас значительно дешевле и лучше, чем традиционные технологии. А современный глобальный рынок становится все более восприимчивым к трансферу высокоэкономичных "high-tech" технологий.

9. Необходимость сотрудничества и кооперации

     В современном мире каждая компания в своем сегменте рынка вне зависимости от масштабов компании должна постоянно наращивать преимущества в конкурентном соперничестве.
     Наиболее эффективным способом получения конкурентных преимуществ является стратегическое сотрудничество и кооперация компаний с различными зонами эффективной деятельности на рынке. Скоординированное сотрудничество приносит значительные преимущества каждой из сторон.
     Компания "Линас-Техно" в рамках стратегического сотрудничества может выполнять следующие функции по разработке новых промышленных применений высокоэффективной технологии Линас, таких как:

     Современные нефтеперерабатывающие и нефтехимические производства имеют высокую насыщенность ректификационным оборудованием. Ректификационные колонны, работающих по технологии Линас, могут быть использованы в составе следующих установок НПЗ:

    1. Первичная атмосферная или атмосферно-вакуумная перегонка нефти.
    2. Вторичная перегонка (четкая ректификация). Например, для получения узких бензиновых фракций, служащих сырьем для каталитического риформинга на облагораживание бензинов.
    3. Вакуумная перегонка для получения масляных дистиллятов.
    4. Ректификация в установках термического, каталитического крекинга и гидрокрекинга.
    5. Ректификация в установках замедленного коксования.
    6. Ректификация в установках бензольно-толуольного каталитического риформинга бензиновой фракции.
    7. Ректификация в нефтехимических установках.

     Поэтому можно предположить интерес к использованию технологии Линас у вертикально- интегрированной нефтяной компании, в состав которой входят НПЗ.
     При этом в составе нефтяной компании есть все необходимые элементы для выполнения необходимых функций в альянсе, которые могут быть следующими:

     Компания Линас-Техно предпринимает шаги и к развитию международного сотрудничества. Представительство компании в Нью-Йорке проводит активную политику по кооперации в мировой рынок. Обеспечивается патентная защита интересов компании на мировом уровне совместно с немецкими патентными поверенными.
     Проведение демонстрации возможностей технологии Линас с предоставлением образцов получаемых продуктов выявили активный интерес к технологии Линас ведущих транснациональных корпораций Европы, Юго-Восточной Азии, ЮАР, стран Персидского залива.
     Заключен альянс с международной компанией Zeton International (Канада, Нидерланды, США) по поставке ректификационных пилотных и малотоннажных установок на мировой рынок, выполненных на основе технологии Линас. В альянсе Линас-Техно выполняет функции поставщика технологии и оборудования, а Zeton осуществляет маркетинг технологии Линас. Программа освоения международного рынка альянсом Zeton - Linas включает, помимо нефтепереработки и нефтехимии, спиртовые производства, фармацевтические производства, коксохимию.

10. Краткая характеристика компании Линас-Техно

     В марте 2000 года для проведения работ в области развития и применения технологии Линас было принято решение о создании на базе НПО "ЛИНАС" специализированного предприятия "ЛИНАС-ТЕХНО".

Расположение:
Главный офис - Новосибирск, Россия
Зарубежное представительство - Нью-Йорк, США
Патентный офис - Эссен, Германия

   Менеджмент компании Линас:
Бекетов Олег Егорович - генеральный директор,
т/ф +7 -3832 - 70-55-02, 74-29-61, 74-30-86, E-mail: linas1@linas.ru
Ладошкин Виктор Селиверстович - первый заместитель генерального директора
т/ф +7 -3832 - 74-29-61, E-mail: linas@linas.ru
Сайфутдинов Альберт Фаритович - заместитель генерального директора по науке
т/ф +7 -3832 - 74-29-61, E-mail: afs2@yandex.ru
Нестеров Геннадий Анатольевич - заместитель генерального директора, директор представительства компании в США (Нью-Йорк), т/ф +1 - 718 - 748-7387, E-mail: linastechnology@verizon.net

11. Основные публикации

  1. "New distillation technology", May 05, 2002, на сайте : Refinery Technology Online (RTOL) - http://www.r-t-o-l.com/
  2. "Breakthrough in an industrial distillation. Linas distillation technology", "Hydrocarbon processing", October 2002.

 


Главная страница

Публикации


© 1999-2016 Линас