Еще раз о возможности получения качественных нефтепродуктов на мини-НПЗ

Сайфутдинов А.Ф., Нестеров Г.А.*, Бекетов О.Е., Ладошкин В.С.
Линас-Техно, Новосибирск, Россия
* - Linas Technology International Corporation, New York, USA

     В одной из предыдущих статей "Возможно ли получение нефтепродуктов высокого качества на мини-НПЗ" мы уже рассматривали различные аспекты проблемы качества получаемых на мини-НПЗ топливных фракций [1]. Вывод наш однозначен: получение качественного топлива на мини-НПЗ - это реальность. И это подкрепляется нашим практическим опытом проектирования, изготовления и эксплуатации мини-НПЗ, а также опытом разработки других процессов ректификации для различных отраслей промышленности.
     Мини-НПЗ в экономическом плане имеет свои преимущества, которые определяются более низкими накладными и эксплуатационными расходами, основанными на сравнительно небольших капиталовложениях, конкретных условиях поставки сырья и сбыта продукции. Естественно, у гигантов индустрии НПЗ также имеются свои экономические достоинства. Но и у мини-НПЗ имеется своя высокоэффективная экономическая ниша. С нашей точки зрения большие НПЗ и мини-НПЗ должны взаимно дополнять друг друга и занимать каждый свое место на рынке нефтепереработки. Критерием же является экономическая рыночная целесообразность, которая определяется множеством факторов.
     Однако до сих пор часто бытует противоположное мнение. И оно нередко активно поддерживается как в средствах массовой информации, так и среди специалистов по нефтепереработке. Достаточно пролистать некоторые аналитические статьи о мини-НПЗ, публикуемые время от времени в различных нефтегазовых изданиях.
     В результате образ мини-НПЗ представляется как ущербный и второсортный вариант большого промышленного НПЗ, способный производить только низкокачественное топливо.
     Справедливости ради необходимо заметить, что отчасти в этом виноваты сами производители и владельцы дешевых мини-НПЗ, ставящих во главу угла своего бизнеса не качество продукции, а получение максимальной прибыли. Об этом мы ранее писали в аналитическом обзоре "Российский рынок мини-нефтеперерабатывающих установок: соотношение цены и качества" [2].
     С другой стороны такое отношение к мини-НПЗ провоцируется из-за недопонимания особенностей структуры мини-НПЗ и связанных с этим естественных ограничений. Такие ограничения накладываются в первую очередь со стороны экономики процесса.
     В частности, на мини-НПЗ нерентабельно организовывать процессы вторичной переработки, которые имеются на больших НПЗ. А именно эти процессы во многом определяют качественные показатели получаемых нефтепродуктов. К таким процессам относятся в первую очередь процессы получения высокооктановых бензинов из прямогонного бензина, процессы гидроочистки (удаления серы) и депарафинизации, а также процессы глубокой переработки остатков перегонки. Это дорогостоящие процессы, которые начинают окупаться при объемах переработки свыше 200 тысяч тонн в год. Такие объемы переработки практически находятся за пределами мощностей мини-НПЗ.
     Но отсюда вовсе не следует, что на мини-НПЗ невозможно получать качественные нефтепродукты. При взвешенном отношении к естественным ограничениям, накладываемым на возможности мини-НПЗ, получение качественных топлив является вполне достижимым результатом.
     Решающую роль в обеспечении качества получаемых нефтепродуктов на мини-НПЗ играют два ключевых фактора:

1. Правильный выбор сырья с учетом особенностей работы мини-НПЗ.
2. Правильный выбор технологической схемы переработки сырья на мини-НПЗ с учетом конструктивных особенностей оборудования.

     О требованиях к сырью, используемому на мини-НПЗ, мы писали в одной из наших предыдущих статей [3]. В настоящей статье мы проанализируем состав и технологическую схему мини-НПЗ и их влияние на различные аспекты качества получаемой продукции.

*     *     *

     Основная идея мини-НПЗ заключается в оперативном и достаточно экономичном получении различных видов топлива из доступных источников сырья. В связи с этим мини-НПЗ представляет собой упрощенный блок атмосферной перегонки большого НПЗ. Задачей этого блока, как большого так и мини-НПЗ, является перегонка нефти с получением прямогонного бензина, промежуточных дистиллятов, например, дизтоплива, и мазутного остатка. Наибольшее распространение получила так называемая классическая схема, представленная на рис.1.

     Рассмотрим кратко работу этой технологической схемы, опуская несущественные для данной статьи технические подробности.
     Основой традиционного мини-НПЗ является тарельчатая колонна. Нефть подается насосом Н-1 на печь нагрева сырья П-1 через теплообменники Т-1 и Т-2, где подогревается теплом выходящих из колонны фракций дизтоплива и мазута. Нагретое сырье из печи поступает в ректификационную колонну К-1. Неиспарившийся остаток - мазутная фракция попадает в нижнюю часть колонны, откуда через теплообменник Т-2 откачивается насосом Н-4. Пары светлых фракций нефти поступают в верхнюю часть колонны, где и происходит разделение на бензиновую и дизельную фракции. Пары бензиновой фракции отводятся из головной части колонны в конденсатор-холодильник Х-1. Здесь они конденсируются и охлаждаются до температуры 40-45^оС и далее поступают в сепаратор С-1. Из сепаратора С-1 бензиновая фракция откачивается насосом Н-2. При этом часть фракции через клапан-регулятор V-2 возвращается назад в голову колонны на орошение для создания потока флегмы, который необходим для процесса ректификации. А остальная часть прямогонного бензина через клапан-регулятор V-3 отводится в товарно-сырьевой парк. Из дизельной тарелки ректификационной колонны К-1 дизельное топливо откачивается насосом Н-3 через теплообменник Т-1. Газ из сепаратора С-1 отводится через клапан-регулятор V-1.

     Данная схема имеет ряд существенных недостатков.

1. На ректификационных тарельчатых колоннах, применяемых для перегонки нефти, обычно очень сложно получить дизельное топливо с нормальной температурой вспышки. Это связано с невысокой разделительной способностью таких колонн, в результате чего дизельное топливо содержит значительное количество легких бензиновых фракций. Именно их присутствие приводит к снижению температуры вспышки дизтоплива.
2. Невысокая эффективность тарельчатых колонн мини-НПЗ также часто сказывается на качестве мазутной фракции.
3. Попытки использовать более эффективные насадочные колонны для перегонки нефти приводят к быстрому засорению и выходу из строя насадки.
4. Существующий способ подачи флегмы в колонну приводит к повышенному расходу энергии и к снижению качества прямогонного бензина.

     На последнем пункте остановимся подробнее. В идеальном варианте температура флегмы, подаваемой в голову колонны, должна быть близка к температуре в голове колонны. В этом случае затраты тепла на работу колонны минимальны.
     При перегонке нефти температура в голове колонны обычно составляет около 100^оС или несколько выше. То есть исходя из теории работы колонны температуру бензина, подаваемого на орошение, надо было бы держать на том же самом уровне. Но чем выше температура бензина в сепараторе С-1, тем больше потери легких фракций бензина с уходящим из сепаратора газом. Поэтому с точки зрения получения прямогонного бензина максимального качества температура в сепараторе должна быть как можно ниже, чтобы предотвратить потери самых легких фракций С4-С5. А использование холодного бензина для орошения - это серьезное увеличение энергозатрат на ректификацию.
     Таким образом, перед технологом мини-НПЗ возникает противоречие: либо сохранить качество бензина ценой увеличения энергозатрат, либо уменьшить энергозатраты ценой снижения качества бензина.
     На практике прямогонный бензин на выходе из колонны охлаждают до компромиссных температур 40-45^оС. Но это не решает полностью ни проблему снижения энергозатрат, ни проблему качества прямогонного бензина.

     Проблема получения качественного дизельного топлива на традиционных нефтеперегонных установках решается введением в технологическую схему дополнительной отпарной колонны. Такая схема используется на больших НПЗ и в ряде конструкций мини-НПЗ, преимущественно зарубежного производства.
     Технологическая схема с дополнительной отпарной колонной представлена на рис.2.

     Отличительной особенностью этой схемы является наличие отпарной колонны К-2 и ребойлера Р-1. Дизельное топливо из колонны К-1 отводится в отпарную колонну К-2, где из него выпариваются легкие бензиновые фракции и снова возвращаются в колонну К-1. Дополнительный подвод тепла в колонну К-2 осуществляется подогревом части дизельного топлива в ребойлере Р-1 теплом мазутной фракции. Отбор части дизтоплива из потока на нагрев осуществляется с помощью клапанов-регуляторов V-4 и V-5, подобно тому, как производится отбор части бензина на орошение. В остальном данная технологическая схема работает так же, как предыдущая схема на рис.1.
     Итак, в данной схеме решена проблема получения качественного дизтоплива, но проблема с качеством бензина и дополнительными энергозатратами сохранилась. Как уже отмечалось выше, из-за увеличения сложности конструкции (дополнительные колонна и ребойлер) и системы управления (клапаны-регуляторы V-4, 5 и другая сопутствующая автоматика), такая схема редко используется разработчиками отечественных мини-НПЗ. Однако зарубежные мини-НПЗ, в частности американские и немецкие, поставляются обычно именно в таком технологическом варианте, что, естественно, увеличивает их цену.

     Проблема получения качественного прямогонного бензина решена в промышленности на больших НПЗ путем введения еще одной дополнительной - отбензинивающей - колонны.
     Технологическая схема такого атмосферного блока представлена на рис.3.

     Нефть перед подачей на основную колонну К-1 сначала подается на отбензинивающую колонну К-3, схема орошения которой работает аналогично колонне К-1. Тепло в колонну К-3 подводится за счет возврата части нефти, нагретой в печи П-1. Регулирование потока нефти осуществляется клапанами-регуляторами V-6 и V-7. Прямогонный газ и легкие фракции бензина отводятся из верхней части колонны К-3. Поскольку температура в голове колонны К-3 существенно ниже, появляется возможность использовать для орошения более холодный бензин. Поэтому холодильник Х-2 охлаждает бензин, поступающий в сепаратор С-2, до более низких температур, при которых потери фракции С4-С5 с отходящим газом сводятся к допустимому минимуму. Отбензиненная нефть поступает на ректификацию в колонну К-1. Поскольку содержание в ней легких фракций сведено к минимуму, появляется возможность держать более высокую температуру бензина в сепараторе С-1. Это позволяет снизить энергозатраты, связанные с орошением колонны К-1 без риска потери значительного количества легких фракций бензина.
     В остальном рассматриваемая технологическая схема работает аналогично схемам на рис.1 и рис.2.
     Как мы могли убедиться, промышленная схема перегонки нефти позволяет получать качественные топливные фракции - прямогонный бензин и дизельное топливо. Но в традиционном варианте это достигается ценой значительного усложнения схемы установки и ее системы управления, в задачу которой входит согласование работы многочисленных аппаратов и устройств.
     Подобная схема практически не применяется в конструкции мини-НПЗ, поскольку рентабельность такого сложного малотоннажного производства очень мала.

     Как уже упоминалось выше, получение качественной мазутной фракции также нередко является одной из проблем мини-НПЗ. В промышленности на больших НПЗ проблема получения качественного мазута на атмосферной колонне К-1 не стоит остро, поскольку остаток перегонки колонны далее направляется на вакуумную колонну.
     Эта проблема существует из-за невысокой разделяющей способности тарельчатых колонн, размеры которых ограничены в конструкции мини-НПЗ.

     Итак, мы рассмотрели, как состав и технологическая схема НПЗ влияют на качественные показатели получаемых топливных фракций. Создается впечатление, что в случае мини-НПЗ не удается получать высококачественные продукты за счет использования достаточно простых и экономически эффективных технологических схем и технологий. Однако такое решение было найдено, отработано в промышленности и его эффективность подтверждается каждый день на мини-НПЗ Линас.

     Оказалось, что использование ректификационной технологии Линас и ректификационной колонны Линас обеспечивает очень высокую эффективность и надежность процессов разделения, в том числе и в нефтепереработке. Благодаря уникальным свойствам колонны Линас, удалось разработать компактную и простую схему мини-НПЗ, позволяющую получать продукты высокого качества.
     Технологическая схема мини-НПЗ на базе колонны Линас представлена на рис.4. По простоте компоновки она мало, чем отличается от классической схемы мини-НПЗ (рис.1).

     Главное отличие схемы состоит в том, что в отличие от внешней подачи флегмы в колонну процесс флегмообразования в колонне Линас происходит внутри. Для этого используется небольшой дефлегматор Х-2 и рефлюксная емкость Е-1. Внутреннее флегмообразование позволяет поддерживать высокую температуру флегмы с самого верха колонны, и, следовательно, уменьшать энергозатраты на процесс ректификации. Также внутреннее флегмообразование позволяет отводить из головной части колонны целевой поток прямогонного бензина и охлаждать его по максимуму в холодильнике Х-1. В результате потери фракций С4-С5 с отходящим газом сводятся к минимуму.
     Помимо этого конструкция колонны Линас содержит отпарные секции для дизтоплива и мазута, что обеспечивает получение топливных фракций самого высокого качества. При этом колонна Линас имеет высоту всего 5,5 метров для всех типов мини-НПЗ Линас с мощностью от 10.000 до 200.000 тонн нефти в год.
     Технологическая простота конструкции мини-НПЗ обуславливает простоту и, следовательно, высокую надежность системы автоматического управления, которая сочетается с системой мощной интеллектуальной противоаварийной защиты.
     При этом колонна Линас обеспечивает невероятно устойчивый режим работы, месяцами сохраняя технологический режим и качественные параметры продуктов без вмешательства со стороны человека и автоматики.
     В качестве примера приводим среднемесячные данные мини-НПЗ на базе колонны Линас по основным показателям прямогонного бензина и летнего дизельного топлива, остаток - мазут М100.

Прямогонный бензин

Дизельное топливо

Выводы

     Обобщая выше изложенное, хотелось бы отметить следующее:

1. При правильном выборе сырья проблема получения качественных продуктов на мини-НПЗ во многом определяется технологической схемой и составом оборудования.
2. При грамотной организации технологической схемы мини-НПЗ даже с использованием традиционных ректификационных колонн возможно получение качественных продуктов.
3. Использование эффективных технологических решений с использованием традиционных колонн связано со значительным усложнением оборудования и системы управления мини-НПЗ. Что, в свою очередь, делает такие малотоннажные производства низко рентабельными.
4. Использование ректификационной колонны Линас в качестве основы мини-НПЗ позволяет получать качественные продукты при сохранении самой простой технологической схемы, что приводит к высокой рентабельности производства.

Список литературы

1. Г.А.Нестеров, А.Ф.Сайфутдинов, О.Е.Бекетов, В.С.Ладошкин. Возможно ли получение нефтепродуктов высокого качества на мини-НПЗ. 2004,
http://www.linas.ru/public/diesel.htm

2. Российский рынок мини-нефтеперерабатывающих установок: соотношение цены и качества. Аналитический обзор. 2002,
http://www.linas.ru/public/quality.htm

3. А.Ф.Сайфутдинов, Г.А.Нестеров, О.Е.Бекетов, В.С.Ладошкин. Влияние свойств нефти на процесс переработки и на качество получаемых нефтепродуктов. 2004,
http://www.linas.ru/public/oil.htm

Новосибирск, октябрь, 2005

P.S. Обращаем также внимание на то, что после вступления в силу экологических требований технического регламента РФ, а затем и Таможенного Союза, производство автомобильных топлив на установках первичной перегонки стало невозможным. Для получения товарных автомобильных топлив необходимо дополнительно использовать процессы вторичной переработки.

Главная страница

Публикации

© 1999-2017 Линас