Шляхи поглиблення переробки нафти
Шляхи поглиблення переробки нафти включають в першу чергу глибоку первинну переробку нафти на АВТ і потім – комплекс вторинних термокаталітичних процесів з максимальним виходом паливних дистилятів. Сировиною процесів вторинної переробки можуть служити безпосередньо мазут або ж продукти вакуумної його перегонки – вакуумний газойль і гудрон, але при цьому потрібно пам'ятати, що головне в глибокій переробці нафти – ресурси водню і дотримання його балансу, оскільки в мазуті і гудронах співвідношення Н : С = 10 - 12, а в світлих паливах воно складає 15 - 17. Всі вторинні процеси можуть бути розділені на чотири групи (рис.1.1).
Перша група – це деструктивні каталітичні процеси, в яких недостатня кількість водню, при розриві зв'язків в молекулах, компенсується введенням його ззовні, за рахунок чого дистиляти - ІІІ виходять завжди насиченими, з високими енергетичними властивостями (велике співвідношення Н:С).
Друга група – процеси, в яких недостатня кількість водню лише частково заповнюється введенням його ззовні (у чистому вигляді або у складі з'єднань – донорів водню), а надлишок вуглецю, що утворюється, частково виводиться з процесу у вигляді коксу (відкладається на внутрішніх поверхнях апаратів).
Третя група – це процеси без введення в них водню і з перерозподілом "свого" водню в процесі протікання каталітичних реакцій. Надлишок вуглецю в кількості до 8 % від вихідної сировини виводиться з процесу у вигляді коксу на каталізаторі. Типовий процес цієї групи – каталітичний крекінг, що грає провідну роль в поглибленні переробки нафти.
Четверта група - це термодеструктивні процеси з максимальним видаленням з процесу вуглецю у вигляді коксу і внутрішньореакційним перерозподілом водню. До цієї групи процесів відносяться термокрекінг і коксування, вихід коксу в якому складає від 15 до 35 % за сировиною.
де І- ВВГ; ІІ- кокс; ІІІ- газоподібні і рідкі нафтопродукти
Рисунок 1.1 – Шляхи поглиблення переробки нафти [2]
Не дивлячись на відведення надлишку вуглецю в другій, третій і четвертій групах процесів, продукти цих процесів - (III) містять певну кількість ненасичених вуглеводнів (олефінів) і в більшості випадків ці дистиляти вимагають подальшого облагороджування (насичення) воднем.
Слід зауважити, що у всіх групах процесів у складі вуглеводневого газу певну долю складає сухий газ (С1-С2), що зазвичай спалюється як технологічне паливо. Оскільки кількість сухого газу є такою, що віднімається у формулі для визначення глибини переробки нафти, то вихід сухого газу зменшує глибину переробки нафти, як і кількість коксу, що виводиться з процесу. Але у випадку, якщо кокс не використовується за цільовим призначенням (для кольорової металургії), він може бути перероблений в рідкі моторні палива через газифікацію, отримання синтезу-газу і подальший синтез його (по Фішеру- Тропшу) в моторні палива. Таким чином, загальна глибина переробки зростає за рахунок коксу.
Поглиблення переробки нафти, з одного боку, дозволяє вирішити проблему збільшення ресурсів моторних палив, а з іншої – обумовлює різке скорочення вироблення котельних палив, оскільки мазут є основним компонентом цих палив. Відшкодування долі мазуту, що скорочується, йде декількома шляхами.
Безпосередньо мазут може прямувати на гідровісбрекінг, а якщо установка комбінована, то продукт вісбрекінга далі проходить гідроочистку і піддається крекінгу.
При глибокій вакуумній перегонці (ГВП) мазуту зазвичай отримують три продукти: легкий вакуумний газойль(лВГ), більш важкий вакуумний газойль і гудрон. Легкий вакуумний газойль (лВГ) після гідроочистки використовується як компонент дизельного палива, а більш важчий і гудрон переробляються в моторні палива за різними напрямами.
Якщо нафта масляна, то замість більш важкого вакуумного газойлю отримують широку масляну фракцію (ШМФ) 350-500 °С, і тоді замість моторних палив з ШМФ і гудрону отримують базові масла, а продукти очищення масел (асфальт і екстракти) використовує для отримання коксу або бітуму.
В цілому ж, переважна більшість варіантів глибокої переробки мазуту, кінцевим процесом мають каталітичний крекінг, як найбільш оптимальний процес використання внутрішніх ресурсів водню. Особливо сприятливе поєднання гідроочистки (ГО) і легкого гідрокрекінгу (лГК) з каталітичним крекінгом (КК), так як це збільшує внутрішні ресурси водню в сировині каталітичного крекінгу і дозволяє отримувати хороше дизельне паливо на стадії легкого гідрокрекінгу.
Починає розвиватися процес гідровісбрекінгу (ГВБ), як спосіб збільшення ресурсів сировини каталітичного крекінгу.
Один з перспективних шляхів глибокої переробки нафти – процес коксування, оскільки при цьому можна отримати прямогонний вакуумний газойль (60 % від мазуту), який йде безпосередньо на каталітичний крекінг; 40% - гудрон на безперервне коксування в киплячому шарі коксу (з них 25-30% дистиляту 350-500 °С гідроочистки і каталітичного крекінгу, 15-20 % коксу, який піддається газифікації; з синтезу-газу по Фішеру-Тропшу можна отримати моторне паливо).
Швидко зростає використання селективних процесів (деасфальтизації селективного очищення гудронів) з подальшою переробкою рафінатів на каталітичному крекінгу.
Широке використання, в схемах глибокої переробки нафти, каталітичного крекінгу не лише дає можливість отримувати моторне паливо безпосередньо, але дозволяє на основі бутан-бутіленової і пропан-пропіленової фракцій газу крекінгу, отримувати високооктанові компоненти бензину.
Але в той же час, глибока переробка нафти пов'язана із значним зростанням енерговитрат. Зараз на 1 тону нафти, яка переробляється, на НПЗ в сумі витрачається 70-80 кг палива (7-8 %). При поглибленні переробки нафти до 75-80 % ці витрати складають 120-130 кг палива на 1 тону нафти, тобто до 13 % від нафти, що переробляється.
Разом з комбінуванням істотні економічні переваги дає збільшення потужностей установок, тому воно завжди супроводжує комбінування.
В даний час досягнуту "стелю" потужності АВТ складає 68 млн т/рік, установок каталітичного крекінгу - 2 млн т/грік, каталітичного риформінгу - 1,2 млн т/рік.
Подальше збільшення виробництва зараз припинилося із-за дефіциту нафти і необхідності додання схемам НПЗ більшої гнучкості. З іншого боку, принцип комбінування диктує рівень потужностей взаємозв'язаних процесів визначати виходячи з потужності головного процесу. [2]