Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Состояние и тенденции развития нефтеперерабатывающего комплекса мира и России. Монография
.pdf
Таблица 1.9
Процесс
Мощность, млн т /год
Прирост
Первичная переработка
304,5
+14,5 %
Каталитический риформинг
29,1
+11,5 %
Гидроочистка дизельного топлива
79,2
+12,3 %
Гидроочистка бензина КК
5,0
раньше не было
Изомеризация
9,1
в 4,8 раза
Каталитический крекинг
24,6
+3,8 %
Алкилирование
2,1
в 3,5 раза
Гидрокрекинг
15,8
в 2,3 раза
Коксование
8,0
в 1,5 раза
Висбрекинг 24,3
в 1,9 раза
Технологическая установка
Мощность, %
Атмосферная трубчатка
100
Вакуумная трубчатка
38,9
Висбрекинг
8,1
Замедленное коксование
2,5
Каталитический крекинг
7,1
Гидрокрекинг
4,8
Каталитический риформинг
10,6
Гидроочистка топлива
27,1
Гидроочистка вакуумного газойля
5,1
Гидроочистка бензина
16,6
Гидроочистка масла
0,4
Гидродепарафинизация
1,2
Алкилирование
0,6
Изомеризация
2,7
Газофракционирующая установка
5,1
Депарафинизация
1,1
Производство ароматики
0,4
Производство масел
0,9
Производство битума
3,7
Производство оксигенатов
0,2
Производство серы
0,4
Производство серной кислоты
0,3
Производство водорода
0,2
Прокалка кокса
0,1
Динамика мощностей в 2015 году
Таблица 1.10
Состав и мощности основных технологических установок
31
До 2020 года объем инвестиций в НПП составит ~ 48 млрд дол-
Предприятие
Значение
Башнефть-Новойл
10,89
Пермьнефтеоргсинтез
9,14
Омский НПЗ
6,96
Танеко
~12 (будет 15)
Сызранский НПЗ
5,66
Киришинефтеоргсинтез
5,66
Рязанский НПЗ
5,23
ТАИФ-НК
4,62
Сургутский ЗСК
3,63
ларов, глубина переработки должна достигнуть 85 %, при этом качество
80 % бензина и 92 % ДТ будет соответствовать Евро-5 [23].
Нефтяные компании планируют строительство 57 новых установок: гидроочистка (ГО), каталитический крекинг (КК), изомеризация (И), алкилирование (А), улучшающих качество и 30 установок для
уг-лубления, а также планируется реконструкция нескольких установок.
Насовременных НПЗ большинства развитых стран мощность
вторичных процессов значительно превышает мощности первичной переработки, например в США – 330 %, в том числе доля деструктивных
процессов – 113 %.
Основными процессами, увеличивающими глубину переработки
нефти, являются каталитический крекинг, гидрокрекинг и коксование.
В развитии процессов, углубляющих переработку нефти, Россия
отстает от среднемирового и европейского уровня в 2 раза, от уровня
США – более чем в 3 раза, а в развитии важнейших их этих процессов,
каталитического крекинга и гидрокрекинга, – в 4–7 раз. Сложность НПЗ
оценивается индексом Нельсона (табл. 1.11).
Вследствие этого в России ограничена возможность выработки
моторных топлив, в то время как выработка мазута составляет около
20 % от объема перерабатываемой нефти (в США ~5 %).
Таблица 1.11
Индекс Нельсона
32
Для достижения к 2020 году глубины переработки нефти до 85 %
необходимо построить:
– 8 установок КК с предварительно ГО исходного вакуумного газойля общей мощностью 11 млн т/год;
– 16 установок ГК вакуумного газойля мощностью око
11 млн т/год;
– 6 установок гидрокрекинга остатков;
– 10 установок коксования (2 флексикокинг);
– 3 установки гидроконверсии остатков на нанокатализаторах.
Основным процессом углубления на ближайшие годы будет каталитический крекинг. Для загрузки этого процесса потребуется вовлечение все более тяжелого сырья, вплоть до мазутов и гудронов (после соответствующей их подготовки деасфальтизацией), а также газойлей
вторичного происхождения.
Наряду с КК достаточно широкое использование в мировой практике находит гидрокрекинг, обеспечивающий более высокие выходы
моторных топлив (особенно ДТ), а сочетание КК с ГК позволяет создавать оптимальные схемы переработки с максимальным выходом и требуемым ассортиментом моторных топлив с заданным соотношением
«бензин : керосин : ДТ».
ло
Будут наращиваться мощности и по термическим процессам
(висбрекинг и коксование), на которые приходится значительная доля и
за рубежом.
Самый надежный и низко инвестиционный из всех процессов
глубокой переработки – процесс замедленного коксования (УЗК).
В США УЗК составляют более 65 % мировых мощностей, доля этих
установок относительно первичной переработки нефти в 5 раз больше,
чем в странах СНГ и в 10 раз больше, чем в России, что естественно
отражается на уровне глубины переработки нефти.
Основная задача коксования на большинстве заводов США –
обеспечение максимального выхода светлых фракций, при одновременном получении топливного кокса, однако в значительных количествах
получают и электродный кокс. Следует отметить, что на НПЗ США
мощности УЗК сбалансированы с мощностями каталитического крекинга и гидрокрекинга, что позволяет перерабатывать не только прямогонные газойли, но и газойли коксования, обеспечивая высокий выход
моторных топлив. Таким образом, процесс коксования при налаженном
сбыте нефтяного кокса и сбалансированности мощности с процессами
33
каталитического и гидрокрекинга обеспечивает практически безостаточную переработку нефти.
Нефтяные компании России начинают обращать серьезное внимание на строительство новых и модернизацию действующих УЗК, тем
более, что дефицит в малосернистом коксе для производства алюминия
превышает 1 млн т/год. К тому же, в России не производят нефтяной
кокс с содержанием серы менее 1 % для производства электродной продукции. Электродные заводы вынуждены покупать кокс у зарубежных
поставщиков.
В России ввод новых и увеличение мощности действующих установок замедленного коксования производится только на тех НПЗ, которые имеют в своем составе процессы каталитического крекинга или
гидрокрекинга (АО «Газпромнефть-Омский НПЗ», АО «Ангарская
нефтехимическая компания», АО «Новокуйбышевский НПЗ»,
ОАО «Ново-Уфимский НПЗ», ООО «ЛУКОЙЛ–Пермьнефтеоргсинтез», ООО «ЛУКОЙЛ–Волгоград-нефтепереработка», АО «ТАНЕКО»).
Наращивание мощностей по КК и К приведет к увеличению ресурсов низших олефинов, которые будут вовлекаться в переработку с целью получения изопарафиновых углеводородов путем алкилирования и
кислородсодержащих соединений в основном путем этерификации.
Получение высокосортных и экологически чистых бензинов
практически невозможно обеспечить без увеличения производства изопарафиновых углеводородов и кислородсодержащих соединений.
Эффективно решается задача производства и использования отечественных высококачественных катализаторов.
Новейшие катализаторы, отвечающие самым жестким современным требованиям, были созданы на АО «Газпромнефть–Омский НПЗ»,
который интергрирован с Институтом катализа СО РАН.
Уже сей час ис пользуе тся катализатор крекинга «Люкс» (выход
бензина 56 %, ОЧ – 82 (по ММ)) и его модификация «КБ-99», обеспечивающая выход бензина – 60 %. Эти катализаторы представляют собой
наноструктурированные композиты. Этим же институтом был разработан катализатор глубокой гидроочистки дизельного топлива. Стоимость
катализаторов в мире оценивается порядка 15–20 млрд $.
Основные приемы совершенствования катализаторов крекинга
тяжелого сырья – нанотехнологии.
Типичный катализатор – это сложнейший наноструктурированный композит, включающий в качестве принципиально важного компонента нанокристаллы ультрастабильного макропористого цеолита с
34
оптимизированным соотношением числа сильных протонных и мягких
Компоненты
Содержание, %
Евро-4
Евро-5
Риформат
40–45
35
Крекинг-бензин
35–40
40
Изомеризат
7
6,5
Алкилаты
10
15
Оксигенаты 3 3,5
Суммарная ароматика
35
30
Бензол
1,0
1,0
Сера 50 ррм
10 ррм
апротонных кислотных центров. Оптимизируется и пористая структура
матрицы таких катализаторов.
В матрицу вводят также «ловушки» для присутствующих в сырье
ионов Ni, V, компоненты, фиксирующие S, способствующие более глубокому выжигу кокса, окислению СО в СО
в газах регенерации.
2
В требованиях к качеству топлив также произошли существенные изменения. В 1996 году в США был принят закон о «чистом воздухе» и были определены требования на «реформулированный» бензин,
в котором лимитируется содержание (в %):
– связанного кислорода 2–2,7;
– бензола 0,8–1,0 (с 2011 года 0,62);
– суммарной ароматики 22–25;
– упругость паров 50–55 кПа.
Для отдельных штатов дополнительно ограниченно содерж
ание
серы – не выше (3–4)·10−3 % и олефинов 4–6 %.
Переход на новые сорта бензина в США потребовал дополнительных затрат (~70 $ за 1 т бензина).
В Западной Европе уже более 90 % потребляемого бензина соответствует требованиям США.
В России около 50 % бензинового фонда приходится на бензин
риформинга, в котором содержание ароматики составляет более 50 %.
Поэтому, чтобы получать бензины, соответствующие евростандартам, необходимо развивать такие процессы, где получаются высокооктановые, но неароматические компоненты (КК, А, И, олигомеризация О) (табл. 1.12).
Таблица 1.12
Компонентный состав бензинов
35
В Европе наиболее удачный компонентный состав бензинов
Бензин КК + риформат
73,0 %
Алкилат
5,0 %
Изомеризат
16,0 %
Оксигенаты
6,0 %
имеют НПЗ Германии:
В некоторых бензинах отечественного производства содержание
ароматики доходит до (45–50 %), бензола – до 5 % и более, и мала доля
компонентов изостроения.
Однако крупные НПЗ уже выпускают бензины только класса 5
(Евро-5) – ПАО «ЛУКОЙЛ», АО «Газпромнефть-Омский НПЗ»,
ОАО «ТАИФ-НК».
К 2020 году качество бензинов, выпускаемых отечественными
НПЗ, на 80 % должно соответствовать Евро-5 [24].
После отказа от применения алкилсвинцовых антидетонаторов в
качестве антидетонационных добавок, используются различные оксигенаты (в основном, метилтретбутиловый эфир МТБЭ), амины, карбонилы марганца и железа.
Доля бензинов, содержащих оксигенаты, в России незначительна главным образом из-за их высокой стоимости. Наибольшее применение среди октанповышающих добавок нашел МТБЭ (ОЧ = 118).
Но он практически не разлагается при попадании в почву, легко растворяется и может попасть в грунтовую и питьевую воду, нанося ущерб
здоровью людей. Также выявлена его канцерогенность, поэтому
в США с 2010 г. запрещено его использование. Установки по его производству переориентированы на получение более тяжелых и менее
растворимых эфиров, например метилтретамиловый эфир (МТАЭ) и
этилтретамиловый эфир (ЭТАЭ).
Альтернативой эфирам являются спирты – метанол и этанол, особенно этанол, так как его в основном получают из возобновляемых источников сырья (биомасса, древесина, водоросли) и он не оказывает
вредного влияния на окружающую среду и человека. Он находит в мире
все большее применение, и Россия является едва ли не единственным
исключением.
Биоэтанол применяется в качестве добавки к бензинам в количестве от 5 до 10 %. Возможна даже более высокая концентрация этанола – до 85 %, однако тогда автомобиль должен быть снабжен специальным модифицированным двигателем. Следует отметить, что
36
«чистый» этанол, крепостью 95 % и более в качестве моторного топлива
Марка бензина
Содержание этанола
Премиум БН-95
бензонолы, до 5 % этанола
Супер БН-98
АИ-95 (10)
до 10 % этанола
АИ-95 (5)
до 5 % этанола
используется в небольших объемах.
Этанол является высокоэффективным топливом с ОЧ = 113
(поИМ), он биоразлагаем, не загрязняет водные системы. Добавка 10 %
этанола в бензин снижает токсичность выхлопа на 30 %, увеличивает
ОЧ на 3 пункта, способствует очистке топливной системы и двигателя,
предупреждает замерзание воды в топливной системе зимой.
Однако топлива, содержащие этанол, отличаются фазовой неустойчивостью, коррозионной активностью, меньшей теплотворной
способностью, что приводит к увеличению расхода топлива, и повышенной летучестью, по сравнению с бензином, хотя при содержании
этанола в топливе до 10 % наиболее существенна только фазовая нестабильность (расслоение, особенно при попадании воды).
Мощности по производству этанола, который может быть использован в России в составе топлив ~1 % от объема производства бензина
(также ценовая политика – его цена такая же, как для производства алкогольной продукции).
Кроме этанола в составе топливных композиций иногда используют метанол, но это связано с рядом существенных проблем.
Бензины, содержащие (5–10) % этанола, называются «газохолами» (табл. 1.13).
Таблица 1.13
Содержание этанола в бензинах
К 2020 году 92 % ДТ будет соответствовать «Евро-5».
Основой проблемой для ДТ является не соответствие наших
ГОСТ стандарту EN-590 по важнейшему параметру – цетановому
числу. Оно должно составлять не менее 45 единиц, а в Европе – не менее
51. При низких значениях этого показателя происходит ухудшение пусковых свойств двигателя, повышается жесткость его работы,
37
увеличивается токсичность отработанных газов, а также снижается эффективность сгорания топлива и соответственно растет его расход.
По воспламеняемости и содержанию ароматики ДТ соответствует нормам ЕС. Однако содержание серы по нормам ЕС не должно
превышать 0,005 % (50 ррм), а в РФ этот показатель может быть значительно завышен (0,2–0,5), хотя сейчас многие заводы выпускают ДТ
с содержанием серы 8–10 ррм.
Содержание ароматики в ДТ США составляет менее 35 %, а в отдельных штатах – 10 %.
В РФ возможна реконструкция установок ГО с применением катализаторов нового поколения и нового оборудования, что позволило
бы осуществить процесс при 5,0–7,0 МПа и довести содержание ароматики до 20 %.
Для получения низкозастывающих дизельных топлив в мировой
нефтепереработке реализованы процессы каталитической депарафинизации дизельных фракций. При реализации этих процессов происходит
либо изомеризация n-парафиновых углеводородов, либо их крекинг.
Предпочтительней первый вариант, так как сохраняются ресурсы ДТ.
Это очень важно, так как в ближайшем будущем обострится дефицит
ДТ, в связи с дизелизацией автопарка.
Следует учитывать, что дизелизация автопарка дает экономию
топлива на 15–25 % с одновременным снижением выбросов вредных
веществ в атмосферу, по сравнению с бензиновыми автомобилями.
Качество ДТ может быть улучшено и за счет специальных присадок (антидымных, моющих депрессорных, противоизносных). Противоизносные присадки необходимы для улучшения смазывающих
свойств глубоко очищенных топлив.
На НПЗ РФ основное количество ДТ летнего сорта (до 90 %).
Зимние виды топлива с температурами застывания −35 и −45 оС и арктическое с температурой застывания –55 оС выпускаются в ограниченном количестве. Выпуск низкозастывающих топлив удовлетворяет потребности рынка лишь на 40 %.
Массовые сорта реактивных топлив не уступают по качеству зарубежным аналогам, а по содержанию серы даже их превосходят. Организован выпуск топлива Jet-A; оно отличается более высокой температурой 10 % точки выкипания (205 оС) по сравнению с топливами ТС-1
и РТ и более высокой температурой вспышки (не более 35 оС). Производство этого топлива связано с изменением выхода бензиновой и дизельной фракций.
38
В качестве добавки к дизельному топливу используются биодобавки («биодизель»). Биодизель служит добавкой в количестве 5–20 %.
Для выработки биодизельного топлива могут использоваться различные масличные культуры (соя, рапс), а также отходы производства
животных жиров. Наиболее часто используют рапсовое масло, которое
представляет собой сложные эфиры глицерина и насыщенных и ненасыщенных высших карбоновых кислот. Рапсовое масло имеет высокую
температуру плавления, поэтому его подвергают гидролизу с получением глицерина и смеси жирных кислот. Эту смесь этерифицируют метанолом с получением метиловых эфиров жирных кислот (биодизель).
Полученный продукт можно использовать в качестве дизельного топлива в чистом виде или в различных композициях с традиционным
нефтяным топливом.
Введение до 10 % биодизеля практически не влияет на физико–
химические и эксплуатационные свойства нефтяного дизельного топлива. При большем содержании возникает необходимость добавления
депрессорных присадок.
При использовании биодизельного топлива и его смесей с нефтяным не требуется реконструкция инфраструктуры (хранения, заправки
и т. д.).
Двигатели, работающие на биодизельном топливе, выделяют
меньше сажи, оксида углерода, т. е. выхлопные газы менее токсичны,
чем при работе двигателя на обычном дизельном топливе.
Ввиду недостаточно глубокой переработки нефти на отечественных НПЗ вырабатывается значительное количество мазута. Он используется как топливо и является экспортным продуктом.
Качество топочных мазутов, по содержанию серы не удовлетворяет требованиям экологии, поскольку большая часть мазута содержит
серы более 2 %, что связано с отсутствием мощностей по гидрогенизационному обессериванию нефтяных остатков. Высокое содержание
серы в мазутах приводит к проблемам при его экспорте, которые также
осложняются в связи с тем, что используемый в Западной Европе мазут
как топливо ТЭЦ, вытесняется газом.
В России, как и за рубежом, весьма незначительны ресурсы
нефтей, из которых можно получить высококачественные битумные материалы.
Поэтому перспективы развития битумного производства связаны
с получением компаундированных битумов, которые отличаются оптимальной дисперсностью и структурой. Достаточно часто используется
39
компаундирование окисленных и остаточных битумов. Широкое распространение для изменения свойств битумов имеет введение в них
синтетических полимеров.
Более 80 % получаемых битумов используется в дорожном строительстве. Для создания прочной асфальтобетонной композиции необходимо использовать вяжущие, обладающие стабильностью к внешним
воздействиям.
Неудовлетворительное сцепление нефтяных битумов с минеральными наполнителями является одной из причин преждевременного разрушения дорожных покрытий, поэтому весьма важны адгезивные свойства битумов, которые часто усиливают введением в битумы адгезионных добавок.
Качественный битум должен иметь сбалансированный групповой
состав и технология его производства должна быть адаптирована к особенностям качества сырья, чтобы направленно регулировать качество
на стадии производства.
Большинство НПЗ РФ перерабатывают западносибирские нефти,
вакуумные остатки которых используются для получения окисленных
битумов.
При этом подготовка сырья для производства битумов не ведется,
хотя для производства высококачественных дорожных битумов на всех
НПЗ имеются возможности производства битумов, отвечающих самым
современным требованиям и пакет отработанных промышленных технологий.
Для конкретного НПЗ с целью достижения заданного уровня качества следует оценивать оптимальное сочетание свойств сырья и технологий его переработки и реализовать варианты раздельной переработки разных видов сырья.
Развитие процессов глубокой переработки нефтяного сырья и
облагораживания продуктов возможно лишь при достаточном обеспечении техническим водородом [24].
В настоящее время нефтеперерабатывающая промышленность
располагает следующими источниками получения водорода:
– с установок КР;
– установок пиролиза;
– установок паровой каталитической конверсии углеводородов;
– установок газификации нефтяных остатков.
КР обеспечивает примерно 50 % потребности гидрогенизационных процессов в водороде. Основным процессом производства
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]