Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы в России в связи с формированием рыночных отношений наблюдается тенденция к повышению стоимости всех видов энергоресурсов. Особенно сильно выросли цены на электроэнергию и водяной пар. Высокая стоимость энергоносителей в сочетании с большой изношенностью оборудования и значительным отставанием в темпах обновления технологического оформления процессов приводит к удорожанию продукции нефтепереработки и снижению её конкурентоспособности на мировом и отечественном рынках.
В России в настоящее время эксплуатируются 19 из имеющихся 24-х установок пропановой деасфальтизации гудрона. Технология процесса была разработана ещё в 50-60-х годах и до настоящего времени не претерпела существенных изменений. В качестве растворителя используется пропан, целевым продуктом процесса является деасфальтизат - базовый продукт для выпуска моторных масел. Выход побочного продукта процесса - асфальта достигает 64-85% на исходное сырьё. Асфальт пропановой деасфальтизации на сегодня большей частью используется крайне неэффективно. По удельным энергозатратам отечественные установки пропановой деасфальтизации гудрона значительно уступают зарубежным аналогам.
Эти обстоятельства потребовали проведения исследовательских работ по созданию современных энергосберегающих технологий процесса деасфальтизации гудрона, направленных на получение как сырья для производства минеральных масел, так и сырья для гидрокаталитических процессов глубокой переработки нефти, и разработки новых направлений квалифицированного применения продуктов процесса деасфальтизации гудрона.
Исходя из этого были сформулированы цель и задачи исследований. Они выполнены в соответствии с «Программой по разработке процессов деасфальтизации нефтяных фракций методом сверхкритической экстракции пропаном и смесью пропан-бутан», утверждённой первым заместителем МНХП СССР В.М.Гермашом 29 октября 1989г., а также «Программой научно-производственной деятельности ИПНХП по обеспечению генерального плана развития нефтеперерабатывающих предприятий АО «Башнефтехим» в1995г и распоряжением кабинета Министров РБ № 969-р от 25.08.95г.
Цель работы. Разработка научно-методической основы для реализации современных технологий процессов пропановой и пропан-бутановой деасфальтизации, направленной на снижение энергоемкости процессов и расширение сырьевой базы и ассортимента получаемых продуктов.
Задачи исследований:
создание экспериментальной базы и методов исследования;
исследование закономерностей процесса пропан-бутановой деасфальтизации и сверхкритического разделения смеси деасфальтизат – растворитель и разработка методов расчета;
разработка технологических схем по оснащению установок пропановой и пропан-бутановой деасфальтизации гудрона современными узлами регенерации растворителя в сверхкритических условиях, инжекторной системой компремирования, аминной очистки растворителя, системой нагрева потоков горячим органическим теплоносителем;
проведение технико-экономического анализа эффективности включения процесса пропан-бутановой деасфальтизации в схемы глубокой переработки нефти.
поиск новых направлений применения процесса пропан-бутановой деасфальтизации нефтяных остатков, включающий исследования по:
- расширению сырьевой базы процесса и ассортимента выпускаемой продукции;
- научному обоснованию и реализации на отечественных НПЗ топливного направления с применением процесса деасфальтизации нефтяных остатков;
- разработке новых экономически выгодных схем переработки нефти с включением процесса деасфальтизации.
Научная новизна работы.
Обоснованы и разработаны научно-методические основы для создания нового процесса пропан-бутановой деасфальтизации нефтяных остатков, включающего узел сверхкритической регенерации, инжекторную систему компремирования и узел аминной очистки растворителя.
На основе экспериментов и термодинамического анализа установлены закономерности процесса фазового разделения деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях, разработаны методики расчета состава равновесных фаз, получаемых в условиях сверхкритического разделения, выявлено влияние физических и динамических параметров, таких как средний размер и дисперсный состав частиц фазы деасфальтизата, формирующихся в подводящем (трансферном) трубопроводе в сверхкритический разделитель, скорость потока, время прибывания смеси в разделителе на результаты фазоразделения.
Выполнено физическое моделирование процесса компремирования пропана струйным инжектором. Показана принципиальная возможность вовлечения высоконапорного потока пропана, получаемого при сверхкритическом разделении деасфальтизатного раствора, для инжектирования низконапорного потока газообразного пропана, выводимого из отпарных колонн установки деасфальтизации, за счет применения струйных аппаратов.
Разработаны методики расчета рабочих параметров струйных аппаратов, включаемых в узел регенерации растворителя из деасфальтизатного раствора в сверхкритическом режиме.
Установлены закономерности, определяющие влияние параметров режима процесса деасфальтизации, физико-химических характеристик сырья и растворителя на качество и выход продуктов. Разработаны методики и программы расчетов требуемого состава растворителя для заданных параметров разделения.
Научно-практическая значимость работы и внедрение результатов работы в практику.
Разработаны лабораторные и пилотные установки, специальная технологическая нитка, реализованная на промышленной установке при проведении опытно-промышленных экспериментов, и методики исследования процесса разделения деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях.
На основе проведенных исследований разработан новый процесс сольвентной деасфальтизации нефтяных остатков с использованием энергосберегающей технологии регенерации растворителя в сверхкритических условиях, инжекторной системы компремирования растворителя и дополнительных узлов аминной очистки растворителя и нагрева и циркуляции органического теплоносителя АМТ-300. Новый процесс освоен и успешно внедрен в производство в 2007г. на ОАО «Уфанефтехим». Экономия энергоресурсов в результате реконструкции установки составила 39,4%, в стоимостном выражении 28,7 млн. руб. в год, содержание сероводорода в циркулирующем растворителе снижено с 2 до 0,01%.
Получены опытно-промышленные партии пропан-бутанового деасфальтизата и асфальта и опробованы различные направления их использования. На установке деасфальтизации 36/1, получения битума 19/3 ОАО «Уфанефтехим» в промышленных масштабах реализована технология получения неокисленных дорожных битумов марок БНН 50/80 и БНН 80/120. На установках деасфальтизации 36-1/1, 36-1/2, селективной очистки 37/1, депарафинизации 39/2 ОАО «Новойл» получены опытные партии высоковязких технологических маслел ПС-28 и П-40.
В 1994г. ПРСО «Башкиравтодор» с использованием неокисленных дорожных битумов ОАО «Уфанефтехим» построен опытный участок дороги протяженностью свыше 10 км. Результаты многолетних квалификационных испытаний и наблюдений за дорожным покрытием показали, что в течение 15 лет на этом участке не произошли существенные изменения качества дороги, отсутствуют следы глубокого износа и разрушений.
Разработаны технологические регламенты на проектирование реконструкции установок пропановой деасфальтизации 36/1 (ОАО «Новойл», 1993г.), 36/2 (ООО «Лукойл–Волгограднефтепереработка», 1992г.), 36/2М (ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», 1992г.), 36/5 (ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания», 1991г.).
Выполнены исследования и подготовлены технико – экономические расчеты (ТЭР) применительно к сырьевой базе России и Казахстана по организации переработки тяжелых нефтей сочетанием процессов атмосферной перегонки нефти и деасфальтизация мазута с получением деметаллизированной нефти и дорожных битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130.
Технология пропан-бутановой деасфальтизации в различных вариантах внедрена в производство на ОАО «Уфанефтехим» и ОАО «Новойл».
Основные положения, защищаемые автором.
Методики прогноза режима и величин основных технологических параметров процесса фазового разделения деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях.
Защищенная патентами РФ энергосберегающая технология регенерации растворителя в процессах пропановой и пропан-бутановой деасфальтизации гудрона с применением сверхкритического разделителя для деасфальтизатного раствора и струйного аппарата для очистки и компремирования растворителя систем низкого и среднего давлений.
Защищенные патентами РФ технологии производства новых видов продукции на основе деасфальтизата и асфальта пропан-бутановой деасфальтизации гудрона.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, республиканских и отраслевых конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе:
на международной конференции по проблемам комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов (добыча и переработка) (г. Казань, 1994 г.);
на первой и второй республиканских конференциях по энергоресурсосбережению в республике Башкортостан (г. Уфа, 1997, 1999 г.г.).
на научно–практической конференции, проведенной в рамках VI Международной специализированной выставки «Нефть, газ–99», г. Казань, 1999г.
на V Международной научной конференции «Методы кибернетики химико–технологических процессов (КХТП–V–99)», г. Уфа, 21-22 июня 1999г.
на Международной конф. «Современная технология и производство экологически чистых топлив в первом десятилетии XXI века», г. Кириши, 1999г.
на Международной конференции «Актуальные проблемы Российской нефтепереработки и возможности их решения», Санкт-Петербург, 31 октября 2000г.
на НП Конференциях, проведенных в рамках II, III, IV,V, VI Конгрессов нефтегазопромышленников России, г. Уфа, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005г.г.
на Международных НП Конференциях «Нефтепереработка-2008», г. Уфа, 2008г. и «Нефтегазопереработка-2009», г. Уфа, 2009г.
Публикации. По теме диссертации издано 70 научных работ, в том числе 2 тематических обзора, 21 статьи в научных журналах, 28 тезисов докладов, получены 19 патентов Российской Федерации. Основные материалы, относящиеся к теме диссертации, изложены в научно-технических отчетах ГУП «Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан» (ГУП «ИНХП РБ») и технологических регламентах на проектирование реконструкции установок.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений.
