НВП Лінас-Техно Ще раз про можливість отримання якісних нафтопродуктів на міні-НПЗ

Сайфутдінов А.Ф., Нестеров Г.А. *, Бекетов О.Є., Ладошкін В.С. Лінас-Техно, Новосибірськ, Україна * - Linas Technology International Corporation, New York, USA

В одній із попередніх статей "Чи можливе отримання нафтопродуктів високої якості на міні-НПЗ" ми вже розглядали різні аспекти проблеми якості паливних фракцій, що одержуються на міні-НПЗ [1]. Висновок наш однозначний: отримання якісного палива на міні-НПЗ – це реальність. І це підкріплюється нашим практичним досвідом проектування, виготовлення та експлуатації міні-НПЗ, а також досвідом розробки інших ректифікаційних процесів для різних галузей промисловості. Міні-НПЗ в економічному плані має свої переваги, які визначаються нижчими накладними та експлуатаційними витратами, заснованими на порівняно невеликих капіталовкладеннях, конкретних умовах постачання сировини та збуту продукції. Звичайно, у гігантів промисловості НПЗ також є свої економічні переваги. Але й міні-НПЗ має свою високоефективну економічну нішу. На наш погляд великі НПЗ і міні-НПЗ повинні взаємно доповнювати один одного і займати кожен своє місце на ринку нафтопереробки. Критерієм є економічна ринкова доцільність, яка визначається безліччю чинників. Проте досі часто існує протилежна думка. І воно нерідко активно підтримується як у засобах масової інформації, так і серед фахівців із нафтопереробки. Досить переглянути деякі аналітичні статті про міні-НПЗ, що публікуються іноді в різних нафтогазових виданнях. У результаті образ міні-НПЗ представляється як ущербний і другосортний варіант великого промислового НПЗ, здатний виробляти лише низькоякісне паливо. Заради справедливостіНеобхідно зауважити, що частково в цьому винні самі виробники і власники дешевих міні-НПЗ, які ставлять в основу свого бізнесу не якість продукції, а отримання максимального прибутку. Про це ми раніше писали в аналітичному огляді "Український ринок міні-нафтопереробних установок: співвідношення ціни та якості" [2]. З іншого боку, таке ставлення до міні-НПЗ провокується через непорозуміння особливостей структури міні-НПЗ і пов'язаних з цим природних обмежень. Такі обмеження накладаються насамперед із боку економіки процесу. Зокрема, на міні-НПЗ нерентабельно організовувати процеси вторинної переробки, які є на великих НПЗ. А саме ці процеси багато в чому визначають якісні показники нафтопродуктів. До таких процесів відносяться в першу чергу процеси отримання високооктанових бензинів із прямогонного бензину, процеси гідроочищення (видалення сірки) та депарафінізації, а також процеси глибокої переробки залишків перегонки. Це дорогі процеси, які починають окупатися за обсягів переробки понад 200 тисяч тонн на рік. Такі обсяги переробки практично перебувають поза потужностей міні-НПЗ. Але звідси зовсім не випливає, що на міні-НПЗ неможливо отримувати якісні нафтопродукти. При зваженому ставленні до природних обмежень, що накладаються на можливості міні-НПЗ, отримання якісних палив є цілком досяжним результатом. Вирішальну роль у забезпеченні якості одержуваних нафтопродуктів на міні-НПЗ грають два ключові фактори:

Правильний вибір сировини з урахуванням особливостей роботи міні-НПЗ.
Правильний вибір технологічної схеми переробки сировини на міні-НПЗ із урахуванням конструктивних особливостей устаткування.

Провимоги до сировини, що використовується на міні-НПЗ, ми писали в одній із наших попередніх статей [3]. У цій статті ми проаналізуємо склад та технологічну схему міні-НПЗ та їх вплив на різні аспекти якості продукції.

Основна ідея міні-НПЗ полягає в оперативному та досить економічному одержанні різних видів палива з доступних джерел сировини. У зв'язку з цим міні-НПЗ є спрощеним блоком атмосферної перегонки великого НПЗ. Завданням цього блоку, як великого так і міні-НПЗ є перегонка нафти з отриманням прямогонного бензину, проміжних дистилятів, наприклад, дизпалива, і мазутного залишку. Найбільшого поширення набула так звана класична схема, представлена на рис.1.

Розглянемо коротко роботу цієї технологічної схеми, опускаючи несуттєві для цієї статті технічні подробиці. Основою традиційного міні-НПЗ є тарілчаста колона. Нафта подається насосом Н-1 на піч нагріву сировини П-1 через теплообмінники Т-1 і Т-2, де підігрівається теплом фракцій дизпалива і мазуту, що виходять з колони. Нагріту сировину з печі надходить у колону ректифікації К-1. Залишок, що не випарувався - мазутна фракція потрапляє в нижню частину колони, звідки через теплообмінник Т-2 відкачується насосом Н-4. Пари світлих фракцій нафти надходять у верхню частину колони, де відбувається поділ на бензинову і дизельну фракції. Пари бензинової фракції відводяться з головної частини колони в конденсатор-холодильник Х-1. Тут вони конденсуються та охолоджуються до температури 40-45 про З і далі надходять у сепаратор С-1. Із сепаратора С-1 бензинова фракція відкачується насосом Н-2. При цьому частина фракції через клапан-регулятор V-2 повертається назад в голову колони на зрошеннястворення потоку флегми, який необхідний процесу ректифікації. А решта прямогонного бензину через клапан-регулятор V-3 відводиться до товарно-сировинного парку. З дизельної тарілки колони ректифікації К-1 дизельне паливо відкачується насосом Н-3 через теплообмінник Т-1. Газ із сепаратора С-1 відводиться через клапан-регулятор V-1.

Ця схема має ряд істотних недоліків.

На ректифікаційних тарілчастих колонах, які застосовуються для перегонки нафти, зазвичай дуже складно отримати дизельне паливо з нормальною температурою спалаху. Це пов'язано з невисокою розподільчою здатністю таких колон, внаслідок чого дизельне паливо містить значну кількість легких бензинових фракцій. Саме їхня присутність призводить до зниження температури спалаху дизпалива.
Невисока ефективність тарілчастих колон міні-НПЗ також часто позначається як мазутної фракції.
Спроби використовувати ефективніші насадкові колони для перегонки нафти призводять до швидкого засмічення та виходу з ладу насадки.
Існуючий спосіб подачі флегми в колону призводить до підвищеної витрати енергії та зниження якості прямогонного бензину.

На останньому пункті зупинимося докладніше. В ідеальному варіанті температура флегми, що подається в голову колони, повинна бути близькою до температури в голові колони. І тут витрати тепла працювати колони мінімальні. При перегонці нафти температура в голові колони зазвичай становить близько 100 про З або трохи вище. Тобто виходячи з теорії роботи колони температуру бензину, що подається на зрошення, треба було б тримати на тому самому рівні. Але чим вище температура бензину в сепараторі С-1, тим більше втрати легких фракцій бензину з тим, що йде зсепаратора газом. Тому з точки зору отримання прямогонного бензину максимальної якості температура в сепараторі повинна бути якомога нижчою, щоб запобігти втратам найлегших фракцій С4-С5. А використання холодного бензину для зрошення – це серйозне збільшення енерговитрат на ректифікацію. Таким чином, перед технологом міні-НПЗ виникає протиріччя: або зберегти якість бензину ціною збільшення енерговитрат, або зменшити енерговитрати ціною зниження якості бензину. На практиці прямогонний бензин на виході з колони охолоджують до компромісних температур 40-45оС. Але це не вирішує повністю ні проблему зниження енерговитрат, ні проблему якості прямогонного бензину.

Проблема отримання якісного дизельного палива на традиційних нафтоперегінних установках вирішується запровадженням у технологічну схему додаткової відпарної колони. Така схема використовується на великих НПЗ та в ряді конструкцій міні-НПЗ, переважно зарубіжного виробництва. Технологічна схема з додатковою отпарной колоною представлена на рис.2.

Відмінною особливістю цієї схеми є наявність отпарной колони К-2 та ребойлера Р-1. Дизельне паливо з колони К-1 відводиться у отпарную колону К-2, де з нього випаровуються легкі бензинові фракції і знову повертаються колону К-1. Додаткове підведення тепла в колону К-2 здійснюється підігрівом частини дизельного палива в ребойлері Р-1 теплом мазутної фракції. Відбір частини дизпалива з потоку на нагрівання здійснюється за допомогою клапанів-регуляторів V-4 і V-5, подібно до того, як проводиться відбір частини бензину на зрошення. У іншому дана технологічна схема працює як і, як попередня схема на рис.1. Отже, у цій схемі вирішено проблему отриманняякісного дизпалива, але проблема з якістю бензину та додатковими енерговитратами збереглася. Як уже зазначалося вище, через збільшення складності конструкції (додаткові колони та ребойлер) та системи управління (клапани-регулятори V-4, 5 та інша супутня автоматика), така схема рідко використовується розробниками вітчизняних міні-НПЗ. Проте закордонні міні-НПЗ, зокрема американські та німецькі, постачаються зазвичай саме у такому технологічному варіанті, що, природно, збільшує їхню ціну.

Проблема отримання якісного прямогонного бензину вирішена у промисловості на великих НПЗ шляхом введення ще однієї додаткової – відбензинюючої – колони. Технологічна схема такого атмосферного блоку представлена на рис.3.

Як уже згадувалося вище, отримання якісної мазутної фракції також нерідко є однією із проблем міні-НПЗ. У промисловості великих НПЗ проблема отримання якісного мазуту на атмосферній колоні К-1 не стоїть гостро, оскільки залишок перегонки колони далі прямує на вакуумну колону. Ця проблема існує через невисоку роздільну здатність тарілчастих колон, розміри яких обмежені в конструкції міні-НПЗ.

Отже, ми розглянули, як склад та технологічна схема НПЗ впливають на якісні показники одержуваних паливних фракцій. Складається враження, що у разі міні-НПЗ не вдається отримувати високоякісні продукти за рахунок використання досить простих та економічно ефективних технологічних схем та технологій. Проте таке рішення було знайдено, відпрацьовано у промисловості та його ефективність підтверджується щодня на міні-НПЗ Лінас.

Виявилося, що використання ректифікаційної технології Лінас та ректифікаційної колони Лінасзабезпечує дуже високу ефективність та надійність процесів поділу, у тому числі й у нафтопереробці. Завдяки унікальним властивостям колони Лінас вдалося розробити компактну і просту схему міні-НПЗ, що дозволяє отримувати продукти високої якості. Технологічна схема міні-НПЗ на базі колони Лінас представлена на рис.4. За простотою компонування вона мало чим відрізняється від класичної схеми міні-НПЗ (рис.1).

Головна відмінність схеми у тому, що на відміну зовнішньої подачі флегми в колону процес флегмообразования у колоні Лінас відбувається усередині. Для цього використовується невеликий дефлегматор Х-2 та рефлюксна ємність Е-1. Внутрішнє флегмообразование дозволяє підтримувати високу температуру флегми з верху колони, і, отже, зменшувати енерговитрати процес ректифікації. Також внутрішнє флегмоутворення дозволяє відводити з головної частини колони цільовий потік прямогонного бензину та охолоджувати його максимум у холодильнику Х-1. В результаті втрати фракцій С4-С5 з газом, що відходить, зводяться до мінімуму. Крім цього конструкція колони Лінас містить відпарні секції для дизпалива та мазуту, що забезпечує отримання паливних фракцій найвищої якості. При цьому колона Лінас має висоту всього 5,5 метрів для всіх типів міні-НПЗ "Лінас" з потужністю від 10.000 до 200.000 тонн нафти на рік. Технологічна простота конструкції міні-НПЗ обумовлює простоту і, отже, високу надійність системи автоматичного управління, яка поєднується із системою потужного інтелектуального протиаварійного захисту. При цьому колона Лінас забезпечує неймовірно стійкий режим роботи, місяцями зберігаючи технологічний режим та якісні параметри продуктів без втручання з боку людини таавтоматики. Як приклад наводимо середньомісячні дані міні-НПЗ на базі колони Лінас за основними показниками прямогонного бензину та літнього дизельного палива, залишок - мазут М100.

Параметр	Показники
початок кипіння	34-37 про З
10%	65-66 про З
50%	102-103 про З
90%	150-152 про З
кінець кипіння	187-189 про З
середній залишок	1,1 мл
середня щільність	0,71

Параметр	Показники
початок кипіння	158-160 про З
10%	185-188 про З
50%	240-242 про З
90%	329-332 про З
96%	360 про З
Температура спалаху	51-53 про З
середня щільність	0,83

Узагальнюючи вищевикладене, хотілося б зазначити таке:

При правильному виборі сировини проблема отримання якісних продуктів на міні-НПЗ багато в чому визначається технологічною схемою та складом устаткування.
За грамотної організації технологічної схеми міні-НПЗ навіть із використанням традиційних ректифікаційних колон можливе отримання якісних продуктів.
Використання ефективних технологічних рішень з використанням традиційних колон пов'язане із значним ускладненням обладнання та системи управління міні-НПЗ. Що, своєю чергою, робить такі малотоннажні виробництва низькорентабельними.
Використання ректифікаційної колони Лінас як основа міні-НПЗ дозволяє отримуватиякісні продукти при збереженні найпростішої технологічної схеми, що призводить до високої рентабельності виробництва.