1.3 Досягнення провідних світових фірм в області переробки нафтових залишків

У статті [5] представлений аналіз пропозицій закордонних фірм, що взяли участь у 2-ій Конференції-виставці країн СНД з технологій переробки нафтових залишків.

Основною метою конференції була презентація досягнень провідних світових фірм в області переробки нафтових залишків.

Нині на НПЗ не існує простих рішень в організації промислових процесів і установок, що забезпечують різку інтенсифікацію поглиблення переробки нафти. Тому, розуміючи складнощі вирішення цієї проблеми не лише в країнах СНД, але і за кордоном як з позиції відсутності надійних ефективних технологій, так і з позиції економіки (потрібні великі інвестиції для впровадження установок глибокої переробки) провідні фірми – постачальники технологій переробки нафтового залишку – дають презентацію окремих процесів і нових технологій, деякі з яких вже знаходяться в промисловому використанні.

В оглядовій презентації представника компанії UОР (США) Петра Лукьянова "Стратегія інвестування в переробку нафти : модернізація з розрахунком на наступне десятиліття" [5] зроблена спроба оцінити ефективність відпрацьованого в промисловому масштабі комплексу процесів фірми для переробки нафтових залишків. Приведена схема переробки нафтових залишків базується, в основному, на термічних процесах (сповільнене коксування, вісбрекінг, сольвентна деасфальтизація) хоча і передбачено гідрооблагороджування залишку.

У якості термохімічних процесів переробки залишків компанія рекомендує відпрацьовані в промисловості процеси, які дозволяють до певної міри переробляти нафтові залишки, проте, не дають можливості отримувати товарну продукцію високої якості. Зокрема, в процесі сольвентної деасфальтизації, деметалізований продукт з низьким вмістом домішок направляють на наступну переробку, а пік деасфальтизації використовують як компонент дорожнього покриття, як тверде паливо для виробництва пари і енергії, цементу, плавки і очищення металів. Процес сповільненого коксування спрямований на виробництво паливного, анодного голчастого коксу невисокої якості, невелика кількість рідких продуктів, що виходить при цьому, вимагає подальшої переробки.

Для виробництва малосірчистого котельного палива і сировини для установок послідуючої переробки рекомендується добре відомий процес гідрознесірення мазуту.

Фірма вважає, що основною метою переробки нафтового залишку є максимальне підвищення ступеню конверсії з отриманням цінних продуктів, видалення домішок, що впливають на наступну переробку, з метою розширення сфери використання продуктів, комбінування термохімічних процесів з отриманням тепла і енергії ,виробництвом водню.

Проте вибір технології переробки нафтових залишків залежить від багатьох чинників: складу нафти, що переробляється на НПЗ, асортименту і якості кінцевих продуктів, наявності ринку залишкових продуктів (кокс, бітум, пік), ресурсів водню на НПЗ, місцевого природоохоронного законодавства. Тому рекомендації по використанню ліцензованих технологій UОР носять загальний характер і не дозволяють прийняти рішення з модернізації діючих НПЗ.

В оглядовій доповіді консультанта евро-американскої компанії "Jacobt Consultancy" J. Metcalfe "Проблеми, пов'язані з переробкою мазуту в дизельне паливо" [5], чітко обгрунтована тенденція зміни технологій нафтопереробки до збільшення випуску дизельних палив сучасної якості (Евро-5) з одночасним скороченням долі паливного мазуту без збільшення випуску бензину. Це завдання вирішується з використанням комплексу сучасних процесів, але передусім – процесу гідрокрекінгу. Проте збільшення глибини відбору вакуумного газойлю супроводжується збільшенням утворення складноутилізованих важких залишків. Раціональний шлях утилізації важких залишків (пік і деасфальтизати вторинних процесів) – їх конверсія з отриманням електроенергії. Перевіреним на практиці рішенням є газифікація або використання котлів з циркулюючим киплячим шаром (CFBB) у поєднанні з енергогенеруючими установками.

Найпривабливішим варіантом є газифікація важких нафтових залишків з отриманням водню, пари і електроенергії. Розрахунки показують, що у варіанті з максимальним виробництвом електроенергії з 100 т/рік коксу установка CFBB виробляє 320 MB електроенергії при витратах 533 млн дол. США (вартість 1 MB виробленої енергії складає 1.66 дол. США).

Варіант з максимальним виробництвом електроенергії з використанням установок газифікації складає 374 MB при витратах 669 млн дол., або 1,87 дол./МВ). Але при цьому виходить 13,5 т/год водню і додаткова кількість електроенергії. Варіант модернізації стандартного НПЗ, що має установку каталітичного крекінгу FСС (fluid catalytic unit). Додатково монтуються:

-установка деасфальтизації для екстракції гудрону (деасфальтизат прямує на установку м'якого гідрокрекінгу і потім на установку каталітичного крекінгу);

-установка гідрокрекінгу під високим тиском водню, яка також облагороджує газойль з установки каталітичного крекінгу ;

-комбінована парогазова установка з внутрішньоцикловою газифікацією, яка дозволяє позбавитися від усіх потоків важких залишків (залишку від деасфальтизації, суспензії залишку каталізатора і продукту на виході з установки каталітичного крекінгу, а також від неконвертованого залишку з установки гідрокрекінгу).

У доповіді фахівців компанії ExxonMobil(P.W. Kamiensky, A. Gornshtein, G.Phillips, M.Rait) "Досягнення максимальної ефективності шляхом переходу до "беззалишкового" НПЗ" [5] розглянуті питання підвищення ефективності переробки залишків у високоякісну рідку і газоподібну продукцію з використанням виробничої технології FLEXICOKING™.

Оптимальним варіантом технології переробки нафтових залишків, як і у компанії "Jacobs Consultancy" являється використання гідрокрекінгу і каталітичного крекінгу, як базових варіантів виробництва моторних палив. Проте переробка важких залишків (деасфальтизати, неконвертовані залишки процесів гідрокрекінгу і каталітичного крекінгу, пік і тому подібне), базується на процесі коксування у флюідизованому шарі, технологічне оформлення якого аналогічно процесу каталітичного крекінгу. Ця ліцензована технологія компанії ''ExxonMobil'' заснована на спалюванні коксу, який циркулює в псевдозрідженому стані між реакторною камерою і піччю.

В процесі FLEXICOKING™ знижується вихід коксу до мінімуму (1-4 %), виходить 97 % легких вуглеводнів і, головне, паливний газ високої якості, який може бути використаний в технологічних печах (трубчасті печі, печі установок риформінгу, печі установок водневого очищення) і в котлах енергетичних установок. Проте рідкі фракції, які отримуються містять велику кількість ненасичених і ароматичних вуглеводнів, що вимагає великих додаткових витрат на їх гідрооблагороджування.

Компанія "Foster Wheeler Corp (доповідь L. Bressan "Можливості переробки нафтових залишків : економічні переваги реконструкції з використанням технології сповільненого коксування SYDEC^SM)"[5], використовуючи аналогічний з іншими фірмами підхід збільшення виходу світлих нафтопродуктів і поліпшення їх якості, з використанням набору відомих технологій (гідрокрекінг і каталітичний крекінг важкої сировини, ізомеризація, деасфальтизація, вісбрекінг), основний акцент робить на використання процесу сповільненого коксування SYDEC ^SM для видалення і ефективної переробки важких залишків.

На думку фахівців фірми цей процес, перевірений в промисловості (за останні 10 років побудовано більше 100 установок), забезпечує повне перетворення важких залишків в дистиляти, повну декарбонізацію важкої сировини коксування і повне видалення металів. Тому процес SYDEC^SM спрямований на виробництво паливного коксу. Використання процесу сповільненого коксування за технологією SYDEC ^SM дозволяє економічно переробляти нафту самої різної якості, у тому числі високосірчисту. Проте рекомендації з вибору оптимальної схеми реконструкції НПЗ з метою отримання максимального виходу світлих при максимальному скороченні виробництва паливного мазуту представляються недостатньо переконливими.

Компанія KBR (США) вважає, що для підготовки нафтового залишку до послідуючої переробки з отриманням максимального виходу світлих продуктів (доповідь R. Igbal: "Вакуумні установки: бути чи не бути"?)[5] технологія деасфальтизації в розчині (ROSE™) ефективніша, ніж вакуумна перегонка. Так, вихід сировинної фракції для наступного процесу каталітичного крекінгу або гідрокрекінгу при використанні технології ROSE на 19-20 % вище, ніж при атмосферній перегонці нафти. При цій сировині виходить значно кращої якості. В результаті продуктивність установок, наприклад каталітичного крекінгу, підвищується на 15%. Установка десасфальтизації в розчині ROSE™ характеризується низьким енергоспоживанням (приблизно половина від енергії, що витрачається установкою вакуумної перегонки).

У доповіді А.К. Курочкина дана презентація розробленого фахівцями ТОВ "НПЦ Термакат" процесу Вісбрекінг-ТЕРМАКАТ. [6] Це цікаве рішення переробки нафти з отриманням максимальної кількості світлих нафтопродуктів. На відміну від вісбрекінга процес Вісбрекінг-ТЕРМАКАТ призначений для вироблення додаткової кількості світлих паливних фракцій, а замість паливного мазуту отримують дорожній бітум. Збільшення виходу світлих, в основному дизельних фракцій, відбувається шляхом регулювання глибини деструктивного розщеплення масляних фракцій сировини за рахунок прямого підведення тепла в реакційну масу, а не через стінку апарату. Автори вважають, що їм вдалося здійснити регулювання процесів конденсації, зупиняючи коксоутворення на стадії асфальтенів. Усе це досягається використанням триреакторної схеми, забезпеченням оптимального часу перебування реакційної маси в сокінг-камерах і, головне, використанням кавітаційно-акустичних насосів для прямого підведення тепла до реакційної маси. Вихід світлих нафтопродуктів залежно від природи нафти досягає 60-65 % (у разі високопарафінчастих нафт до 90 %).[6] Проте якість отримуваних продуктів (компонентів дизпалива), як і в будь-якому термічному процесі, незадовільна і вимагає додаткового гідрооблагороджування. Ефективність нової технології перевірена при модернізації блоку АВТ на НПЗ Рафінерія Ясло (Польща). Автори розробили ряд варіантів як модернізації діючих НПЗ, так і будівництва нових з використанням процесу Вісбрекінг-ТЕРМАКАТ. Хоча автори повідомляють, що вони проектують "досконалий" НПЗ паливного профілю з отриманням продуктів, відповідної якості Евро-5. В наведених матеріалах конкретні дані про структуру такого заводу відсутні.

У доповіді виконавчого директора транснаціональної компанії "КВС Process Technology Ltd". S. Rogers "Точне проектування конфігурації нафтопереробного підприємства і оптимізація виробництва" [5] розглянуто комплексне моделювання, яке застосовується фірмою при проектуванні нових об'єктів, - продукт Petro-SIM. Мета такого підходу – підвищення прибутковості НПЗ, що відповідає сучасним вимогам екології і вимогам випуску палив сучасної якості.

Компанія Worley Parsons (АВСТРАЛІЯ-США) в оглядовій доповіді головного інженера-технолога D. Vartivarian "Огляд економічних показників і технологій підвищення якості важкої нафти" [5] представила аналіз різних технологічних схем виробництва сировини з важкої нафти і канадського бітумінозного піску. Розглядаються технології, які включають такі процеси, як гідроочищення, гідрокрекінг під високим тиском, легкий гідрокрекінг, деасфальтизація, сповільнене коксування, виробництво водню для гіпотетичного заводу продуктивністю 16,9 млн т важкої нафти + 120 тис. т розчинника /добу. Як базовий варіант прийнята гідропереробка важких дистилятів і дистилятів, що отримуються при переробці залишку. У якості технології для переробки залишку вибрані технології деасфальтизації із застосуванням розчинника (SDA), вісбрекінга (VBR), сповільненого коксування (CKR) і гідрокрекінгу (RHC). Усі схеми включають стадію виробництва водню паровим риформінгом метану. Варіант з використанням тільки технології вісбрекінга не забезпечує можливості підвищення якості нафти. Використання варіанту гідрокрекінгу повністю вирішує поставлену задачу проте вимагає великих капітальних витрат і великої витрати водню. Варіант з використанням технології гідрокрекінгу і вісбрекінга значно покращує якість синтетичної нафти, проте продукт, який отримується є нестабільний при транспортуванні і зберіганні. Варіант з використанням гідрокрекінгу і деасфальтизації із застосуванням розчинника є значно складнішим і дорожчим процесом. Крім того вихід нафти зменшується за рахунок газифікації деасфальтизату. При використанні комбінації сповільненого коксування і гідрокрекінгу суміш газойлів прямогонного і сповільненого коксування піддається або гідроочищенню, або гідрокрекінгу. Ця схема заводу, на думку автора, найбільш раціональна, оскільки забезпечує беззалишкове отримання нафтової сировини і створює оптимальний баланс між капітальними витратами і виходом продуктів. Варіанти з використанням технологій гідроочищення і/або гідрокрекінгу дозволяють отримувати високий вихід високоякісних продуктів. Технологія із застосуванням киплячого шару каталізатора дозволяють здійснити часткову переробку залишків атмосферної перегонки. Проте цей варіант досить добре відомий і вимагає великих капітальних, енергетичних і експлуатаційних витрат. Мабуть, аналіз може бути використаний для організації первинної переробки бітумінозних сланців з отриманням синтетичної нафти. [5]

Корпорація "Albemarle Catalysts" (США) [5] розробила нові каталізатори для процесу каталітичного крекінгу FCC і DCC (доповідь Е. Вгеvoord "Високі показники роботи установок каталітичного крекінгу"). Розроблені каталізатори базуються на запатентованих фірмою нових цеолітах марки ADZT-100. Серія каталізаторів ACTION з використанням цеолітів типу ADZT-100 відрізняється високою доступністю активних центрів для молекул у тому числі важкої сировини (мазуту), що дозволяє переробляти таку сировину без підвищеного коксоутворення. При цьому в результаті пригнічення побічних вторинних реакцій збільшується вихід бензину, а також зростає вміст олефінів в газах, що відходять. Компанія застосовує два типи каталізаторів крекінгу : каталізатори серії TOPAZ, в яких як матриця використаний високоактивний оксид алюмінію, і каталізатори серії JADE на основі золю кремнієвої кислоти. Каталізатори серії JADE прийнятніші за необхідністю використання каталізаторів з високим співвідношенням цеоліт/матриця. Для переробки більш важкої сировини, використані каталізатори типу OPAL на основі технологічної платформи TOPAZ, які дозволяють збільшити конверсію важких залишків на 2 %, а також вміст олефінів Сз+.

Каталізатор ACTION не лише збільшує вихід бензину, але і його октанове число за рахунок утворення розгалуджених вуглеводнів. Для збільшення виходу олефінів компанія використовує як відомі прийоми (гідроочищення сировини, введення до складу каталізатора цеолітів типу ZSM-5), так і дві нові добавки на основі цеоліту ZSM : PROvantage (призначена для переробки вакуумного газойлю) і PROvantageR (призначена для переробки важких залишків з високим вмістом металів). Обидві добавки забезпечують збереження високої активності навіть при високому вмісті цеоліту ZSM-5 в каталізаторі. Зрозуміло, склад і тип цеолітів для нових каталізаторів каталітичного крекінгу, а тим більше самих каталізаторів не повідомляється.

Міжнародна фірма Quadrise Fuels International у якості нової технології переробки нафтових залишків (доповідь виконавчого директора В. Howe "Технологія MSAR - новий різновид переробки залишків")[5] рекомендує утилізацію залишків вакуумної перегонки і навіть використання сирої нафти, як водоемульсивного палива, для заміни паливного мазуту на електростанціях, технологічного палива на НПЗ, для витіснення води парою на нафтових родовищах. При виробництві емульсивного палива компанія використовує спеціальні добавки (ПАР), внаслідок чого паливо MSAR забезпечує більш ефективне згорання. Крім того перевагою такого палива є різноманітність початкової сировини і значне поліпшення екологічної обстановки. Застосування палива MSAR дозволяє забезпечити можливість переробки на НПЗ більш важких нафт, у тому числі високосірчистих, підвищити вихід світлих, забезпечити паливом власне виробництво.

Підхід до вибору каталізатора процесів переробки нафтових залишків на думку компанії Criterion Catalysts & Texnology/ies (Shell global solutions)[5] багато в чому залежить від зміни динаміки ринку нафтопродуктів після 2010 г, від вимог до якісних показників нафтопродуктів, а також від вибору однієї зі схем роботи НПЗ : а) з виробництво мазуту, б) з виробництвом якісних моторних палив, в) з "нульовим" виробництвом мазуту і переробкою нафтових залишків. Для роботи за першим варіантом компанія рекомендує ліцензійну технологію гідроочищення з нерухомим шаром каталізатора (залишки атмосферної і вакуумної дистиляції), гідроконверсія з киплячим шаром каталізатора (технології H-Oil або LC-Fining, T-Star), гідроконверсія шламів (технологія EST).

Тому разом з вдосконаленням вказаних технологій гідроконверсії велика увага повинна приділятися правильному вибору і умовам експлуатації каталізатора. Компанією "Criterion" розроблені каталізатори серії TEX-2710, 2720, 2731 з функцією контролю відкладень коксу. Крім того, компанія розробила спеціальні каталізатори для двоступінчатої переробки гудронів, а також універсальний каталізатор для одноступінчатої переробки важкої бітумінозної сировини. Тривалість робочого циклу роботи каталізатора при роботі з киплячим шаром визначається стандартною процедурою, по забрудненню встановленого після реактора устаткування. Тому ефективність роботи установки гідроконверсії визначається властивостями початкового каталізатора.

Концерн "Shevron Lummus Global" (США)[5], для виробництва високоякісних моторних палив рекомендує на Туапсинському і Нижнєкамському НПЗ використовувати гідропроцеси: гідрокрекінг (ISOCRACKING), гідроочистку залишків (RDS/VRDS/OCR/UFR), гідрокрекінг залишків (LC - Fining і Flexicocking), недивлячись на вищі капітальні витрати. Так, технологія двоступінчатого гідрокрекінгу з рециклом (TSR) дозволяє досягти 100 %-ої конверсії сировини, максимально необхідної якості продуктів, мінімізувати витрату водню, здійснювати переробку складнішої сировини і гнучко регулювати вихід середньодистилятних фракцій.

Фірма "Axens"(доповідь A.Gragnani "H - Oil - шлях до високої конверсії і зниження цін")[5] пропонує для переробки нафтових залишків модифікований процес H-Oil з киплячим шаром каталізатора. Модернізація технології торкнулася включення в схему додаткового сепаратора між реакторами, створення високоефективної системи розподілу водню, що поліпшило його очищення на мембранах, створення системи, яка каскадує каталізатор, що зменшило його витрати. Також проведена оптимізація зі змішенням мазуту із залишками, що знижує утворення залишку, усуває забивання теплообмінника. Крім того в технологічну схему введена установка гідроочищення дизельного палива Prime-D, яка працює від водню високої чистоти установки Н-Оil і забезпечує отримання дизпалива з наднизьким вмістом сірки.

Компанія "Stone & Webster Ltd". (США) (W.S.Letzsch "Досягнення в переробці важких нафтових залишків") [5] презентує нові можливості реконструйованої установки каталітичного крекінгу для крекінгу важких нафтових залишків. Перш за все реконструкція торкнулася усього реактора з відпарною секцією з додаванням другого ступеня регенерації. Внесені зміни в пристрої подачі сировини і припинення реакції, відпарній секції регенератора і технології роботи регенератора. За рахунок додавання холодильника для каталізатора стало можливим переробка сировини з високим вмістом коксу за Конрадсоном. Приводиться схема нової установки, в якій використана двоступінчата регенерація: на першій ступені при низькій температурі в протитечії і при високій температурі, на другій ступені з повним згорянням СО при мінімальному вологоутворенні. В установці використана також технологія псевдозрідження каталізатора KFBE™ компанії "Koch-Glitsch" (Італія), що забезпечує майже ідеальні умови контакту парової фази з твердим каталізатором.

Фірма "Genoil"(доповідь виконавчого віце-президента J.F.Runyan "Гідроконверсія залишків – спосіб підвищення ефективності нафтопереробки")[5] вважає, що з відомих технологій, гідроконверсія є найбільш перспективним способом поглибленої переробки нафти. Кошти на створення установок сповільненого коксування витрачені даремно, оскільки можливості цієї технології обмежені по виходу продуктів і потрібні значні кошти на послідуюче гідрооблагороджування світлих фракцій. Компанією розроблена модифікована технологія гідрокрекінгу GHU/ГОУ, яка дозволяє на діючих НПЗ підвищити вихід світлих нафтопродуктів на 25 % і усунути коксоутворення, а також проводити облагороджування важких нафт і залишків. Зниження робочих температури і тиску досягається в результаті оптимізації змішення водню із залишком в різних точках. Так, при облагороджуванні важкої нафти (густина 949,7 кг/т, вміст сірки 1,22 мас %, металів 77 млн^-1, коксованість за Конрадсоном 7,4 мас %) при тиску 120- 128 атм, температурі 377-430 °С з об'ємною швидкістю 0,4 год^-1 ступінь знесірчення склала 97 %, денітрування - 53 %, деметалізації - 98 %, Зниження коксового числа за Конрадсоном відбувалося на 87 %, конверсія смол – на 88%.

Автор [5], провівши аналіз представлених на конференції презентацій, зробив наступні висновки:

1. Жодна з фірм не має в розпорядженні схеми "ідеального" заводу глибокої переробки нафти. Це цілком з'ясовно, оскільки розвиток процесів переробки нафтових залишків відбувався з прив'язкою до конкретних НПЗ з урахуванням кон'юнктури регіонального і світового ринків нафтопродуктів, підвищення вимог до якості продуктів, погіршення якості сировини, що переробляється.

2. Абсолютно очевидно, що для забезпечення сучасної якості моторних палив і регіонального асортименту (у Європі переважає споживання дизельного палива, в США - бензину) основний упор робиться на процеси гідрогенізації – глибоке гідроочищення і легкий гідрокрекінг. Одночасно в переробці нафти знижується роль каталітичного крекінгу.

3. Для процесів глибокої переробки нафтових залишків (залишки атмосферної і вакуумної перегонки) найбільш ефективною технологією є гідроконверсія під високим тиском водню. Технологія матеріало- і енергоємна, вимагає великої витрати водню, проте дозволить отримувати з високими виходами продукти – моторні палива високої якості (Евро- 4, Евро- 5).

Технологія реалізується з використанням спеціальних каталізаторів в рухомому або стаціонарному шарі, що вимагає створення високоефективних каталізаторів нового покоління з використанням нетрадиційних підходів до конструювання активної фази, включаючи вибір нетрадиційних носіїв.

4. У багатьох випадках фірми пропонують максимально використовувати комплекс існуючих установок, удосконалюючи технології каталітичного крекінгу, гідроочищення, легкого гідрокрекінгу, і для кваліфікованої переробки важких залишків (шлами, деасфальтизати, важкі рециркуляти), що утворюються, пропонуються додатково вводити установки термокрекінгу, флексикокінгу, газифікації. При цьому основною метою переробки нафтового залишку є максимальне підвищення ступеню конверсії, видалення домішок, що впливають на наступну переробку, з отриманням цінних продуктів, розширення сфери використання продуктів і комбінування цих процесів з отриманням тепла і енергії, виробництвом водню.

5. Новим рішенням використання важких нафтових залишків є пропозиція фірми "Quadrise Fuels International" у якості нової технології переробки нафтових, проводити утилізацію залишків вакуумної перегонки і навіть використання сирої нафти, як водоемульсивного палива для заміни паливного мазуту на електростанціях, технологічного палива на НПЗ. Для країн СНД таке рішення добре відоме і вимагає детального економічного аналізу ефективності використання мазуту і нафтових залишків як енергетичного палива.

6. Очевидно, що широко розрекламована технологія переробки залишків методом вісбрекінга вже не зустрічає підтримки, оскільки не дозволяє отримувати з прийнятними виходами продукти необхідної якості. Інтерес представляє російська технологія Вісбрекінг-ТЕРМАКАТ, яка дозволяє переробляти нафтові залишки без коксоутворення з високим виходом світлих нафтопродуктів.