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 40-45оС 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 100оС 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 40-45оС. 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

Параметр Показатели
начало кипения 34-37 оС
10% 65-66 оС
50% 102-103 оС
90% 150-152 оС
конец кипения 187-189 оС
средний остаток 1,1 мл
средняя плотность 0,71

 

Дизельное топливо

Параметр Показатели
начало кипения 158-160 оС
10% 185-188 оС
50% 240-242 оС
90% 329-332 оС
96% 360 оС
температура вспышки 51-53 оС
средняя плотность 0,83

 

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

ЗАО НПП Линас-Техно
©2005
ЗАО НПП "ЛИНАС-ТЕХНО"
Новосибирск, ул. Тайгинская, 1
Почтовый адрес: 630027, Новосибирск, аб.ящ. 308
Телефоны: (3832) 74-29-61, 74-30-86
E-mail: linas@linas.ru
http://www.linas.ru


Главная страница

Публикации


© 1999-2016 Линас