Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Современные и перспективные требования к моторным топливам. Совершенствование технологии их производства (литературный обзор) 12
1.1 Варианты развития производства моторных топ-лив 12
1.2 Структура бензинового фонда и ее изменение в связи с ужесточением требований к автомобильным бензинам 14
1.3 Производство автомобильных бензинов с улучшенными моторными и экологическими свойствами 20
1.3.1 Характеристика современных процессов производства высокооктановых компонентов бензина 20
Каталитический риформинг 20
Изомеризация 23
Каталитический крекинг 26
Алкилирование 32
1.3.2 Октаноповышающие добавки и присадки к бензинам 36
1.3.3 Реактивное топливо 39
1.4 Актуальные проблемы повышения выхода и улучшения качества дизельных топлив 41
1.4.1 Основные показатели качества дизельных топлив 43
1.4.2 Научные основы гидрообессеривания средних дистиллятов... 48
1.4.3 Катализаторы и технология гидрообессеривания 53
1.4.4 Присадки к дизельным топливам 59
1.4.5 Расширение ресурсов дизельных топлив и изменение их свойств. Проблемы фильтруемое™ топлива 60
1.5 Интенсификация первичной переработки нефти с целью повышения выхода светлых фракций и вакуумных дистиллятов 64
1.5.1 Повышение четкости погоноразделения и отбора дистиллятов за счет использования совершенных контактных устройств... 65
1.5.2 Совершенствование конструктивных узлов вакуумных колонн и системы создания вакуума 67
1.5.3 Фазовый переход жидкость-пар и способы его регулирования Заключение. Цель и задачи работы 69
Глава 2. Анализ работы предприятий ТНК/ТНК-ВР. Стратегия их развития 73
2.1 Общая характеристика предприятий, входящих в состав ТНК/ТНК-ВР 75
2.2 Поточные схемы НПЗ и ассортимент продукции 78
2.3 Инвестиционные проекты в нефтепереработке. Критерии выбора и последовательность их реализации 85
Выводы к главе 2 95
Глава 3. Совершенствование технологии производства качественных нефтепродуктов 96
3.1 Реконструкция установки первичной переработки нефти 97
3.2 Оптимизация фракционного и химического состава сырья изомеризации 118
3.2.1 Модернизация производства бензинов на установках первичной переработки нефти 118
3.2.2 Реконструкция установки изомеризации 119
3.2.3 Использование установки Л-35/5 для изомеризации рецикла гексановой фракции 121
3.2.4 Организация схемы вовлечения нормального бутана в товарные бензины 125
3.3 Реконструкция и модернизация установок каталитического крекинга 126
3.4 Оптимизация работы установок гидроочистки дизельного топлива.. 131
Выводы к главе 3 137
Глава 4. Разработка технологии производства малосернистых дизельных топлив 139
4.1 Исследование состава и реакционной способности сернистых соединений средних дистиллятов 139
4.2 Сравнительные испытания отечественных катализаторов гидрообессеривания 148
4.2.1 Испытания на пилотных установках 148
4.2.2 Результаты испытания катализаторов на промышленной установке 152
4.3 Разработка новой промышленной технологии гидрообессеривания дизельных топлив 157
4.3.1 Технология раздельного гидрообессеривания узких дизельных фракций 157
4.3.2 Оптимизация режима гидроочистки и рациональное использование тепловых потоков 163
4.3.3 Промышленное производство дизельных топлив с содержанием серы 0,035% и 0,05% 168
4.4 Совершенствование технологической схемы и аппаратуры производства высококачественных дизельных топлив 175
4.5 Доведение качества дизельных топлив до уровня современных ф требований с помощью присадок 180
Выводы к главе 4 185
Глава 5. Расширение сырьевой базы и совершенствование технологии получения дизельных топлив с улучшенными моторными и экологическими свойствами 186
5.1 Количественная оценка зависимости характеристик дизельных топлив отих группового и фракционного состава 191
5.1.1 Определение базовых показателей топлива для разработки модели зависимости состав-свойства 191
5.1.2 Влияние физико-химических свойств топлив на их • моторные характеристики 198
5.1.3 Влияние углеводородного состава топлива на их моторные характеристики 207
^ 5.2 Оптимизация моторных свойств дизельных топлив с помощью присадок, регулирующих их воспламеняемость 212
5.3 Улучшение воспламеняемости и эксплуатационных свойств дизельных газоконденсатных и смесевых топлив 215
5.4 Расширение ресурсов и оптимизация моторных свойств дизельных топлив 218
5.5 Расширение ресурсов зимних дизельных топлив путем оптимизации из низкотемпературных свойств и характеристик фильтрующих материалов 223
5.6 Использование кислородсодержащих продуктов для оптимизации цетанового числа дизельных топлив 230
Выводыкглаве5 233
Глава 6. Повышение эффективности нефтепереработки в результате внедрения предложенных мероприятий по реконструкции НПЗ 234
Выводы к главе 6 245
Общие выводы 246
Литература 248
Приложения 270
Введение к работе
С распадом Советского Союза и образованием отдельных государств Россия столкнулась с необходимостью перехода на новую форму ведения хозяйства в рыночных условиях. В нефтяной отрасли, как и в других секторах экономики страны, произошел переход от централизованного руководства и планового хозяйства с распределением нефтепродуктов в соответствии с выделенными фондами и лимитами к новым экономическим отношениям.
Были созданы крупные вертикально-интегрированные нефтяные компании, управляющие всей цепочкой нефтяной технологии - от добычи и транспортировки до переработки нефти и реализации готовой продукции.
Россия - одна из крупнейших нефтедобывающих стран мира. Годовая добыча нефти и газоконденсата достигла в 2003г. 400 млн. т. При этом объем переработки нефти - около 200 млн. т/год. Большинство российских НПЗ были построены 40-50 лет назад и имеют в основном старое оборудование и низкую, по сравнению с экономически развитыми странами, долю вторичных процессов переработки тяжелого нефтяного сырья. Все это не позволяет существенно углубить переработку нефти и повысить выпуск качественных нефтепродуктов, соответствующих международным стандартам.
Одним из основных продуктов нефтепереработки являются моторные топлива: в структуре мирового потребления нефти с 1998г. по 2015г. объем их производства должен вырасти с 51 до 56% от мощности первичной переработки [1,2].
В последние годы в большинстве регионов и стран мира нефтеперерабатывающая промышленность продолжала развиваться в сторону углубления переработки сырья и повышения качества продуктов в связи с новыми требованиями развивающейся техники, а также под давлением экологического фактора. В связи с этим происходили структурные изменения в составе мировой нефтепереработки, что выразилось в возрастании объемов переработки сырья деструктивными процессами, прежде всего углубляющими перера ботку за счет крекирования тяжелых остатков (коксование), а также повышающих качество целевой продукции (гидрокрекинг, алкилирование, производство оксигенатов)
Количественные и качественные показатели развития вторичных процессов российской и зарубежной нефтепереработке (табл.1) [1] свидетельствует о том, что значительно меньший объем производства моторных топлив в России и худшее качество отечественных нефтепродуктов по сравнению с западными странами объясняется низкой долей деструктивных процессов в общем объеме нефтепереработки. Сопоставляемый по набору процессов качественный (отнесенный к мощности по первичной переработке соответствующих регионов и стран) уровень развития вторичных процессов российской нефтепереработки (Кразв.) более чем в 2 раза отстает от такового для США и Японии, и в 1,8 раза - Западно-Европейского региона [3-5].
Аналитические расчеты показывают, что российская нефтеперерабатывающая промышленность в ближайшие 10 лет не сможет удовлетворить растущий внутренний рынок моторных топлив, дефицит которых по прогнозам уже в 2005 году составит 4,0 - 5,5 млн. т и может возрасти к 2010 году до 10 млн. т. [5]
Технологическая структура большинства НПЗ России в настоящее время не удовлетворяет требованиям глубокого использования сырья и получения продуктов высокого качества, осуществляется с низкой степенью конверсии мазута. Потребление моторных топлив и продуктов нефтехимии на душу населения в России значительно ниже, чем в развитых странах [6].
Между тем обеспеченность населения автотехникой, транспортными услугами и соответствующий объем потребления продуктов нефтепереработки и нефтехимии в расчете на каждого жителя страны относят к важнейшим характеристикам уровня жизни населения.
Именно это и должно быть главным критерием, на который необходимо ориентироваться нефтеперерабатывающей промышленности России в первом десятилетии нового века.
Однако для настоящего момента уровень развития отечественных НПЗ не соответствует требованиям XXI века, количественные и качественные показатели производства моторных топлив и других продуктов отстают от уровня развитых стран. Требуется значительная реконструкция существующих установок и строительство новых. Многие установки наших НПЗ морально и физически устарели - их возраст превышает 15-20 лет (табл.2) [13].
Сложившееся положение требует коренного переоснащения НПЗ России новым оборудованием, совершенствования существующих и создания новых технологий, строительства новых установок. Относительно низкая загрузка большинства НПЗ (в среднем около 70%) от имеющихся мощностей в течение ряда лет привела к снижению рентабельности производства, что заставило вывести из эксплуатации часть действующих мощностей по первичной переработке нефти. Опыт эксплуатации зарубежных НПЗ показывает, что эффективная работа предприятия обеспечивается при загрузке мощностей около 90% (в США - более 95%) [5,8].
Значительный потенциал модернизации российской нефтепереработки в первую очередь заключен в катализаторных технологиях - возможности производства новых каталитических систем на существующем оборудовании катализаторных фабрик.
Для организации производства высококачественных бензинов необходимо строительство новых и совершенствование существующих установок изомеризации легких бензиновых фракций, строительство установок серно кислотного алкилирования, в первую очередь на заводах, уже эксплуатирующих установки каталитического крекинга.
Для получения дизельных топлив с перспективными показателями качества нужны новые катализаторы для процессов облагораживания, обеспечивающих снижение содержания серы и ароматических углеводородов в дизельных топливах, а также температуры их застывания, и других низкотемпературных свойств.
Процессы гидрооблагораживания тяжелых газойлей, коксовых дистиллятов, мазутов и других нефтяных остатков в последние годы начали применять и развивать в странах Запада. В России они отсутствуют, что затрудняет серийное производство нефтепродуктов с улучшенным экологическими свойствами.
Программа модернизации разработана для многих нефтеперерабатывающих предприятий России [8,10]. Решение проблемы углубления переработки нефти до 75% к 2010г. и 85% - к 2020г. по расчетам специалистов потребует строительство семи установок каталитического крекинга с предварительной гидроочисткой сырья общей мощностью 13 млн. т/год и восьми установок гидрокрекинга общей мощностью около 11 млн. т/год, а также расширения мощности термических процессов (висбрекинг, коксование) [8]. Потребуется также реконструкция действующих мощностей, расширения производства водорода, разработка рациональной схемы переработки нефтяных остатков, создание инфраструктуры предприятий, обеспечивающих производство продукции требуемого качества.
В числе основных 26-ти российских НПЗ Рязанский НПЗ топливно-масляного профиля Тюменской нефтяной компании занимает одно из ведущих мест.
Согласно выработанной ТНК стратегии осуществляется реконструкция завода, [9,10] предусматривающая повышение выработки бензина с 16 до 27,5%, дизельного топлива - с 23 до 30% на нефть при сокращении выхода мазута с 41 до 18%.
За счет кредита, представленного Exim-Bank (США) и собственных средств на Рязанском НПЗ реконструируется комплекс, включающий установки каталитического крекинга, сернокислотного алкилирования, получения высокооктановых добавок, каталитической дистилляции бензина каталитического крекинга по технологии компании «CDTech» и производства серной кислоты. Проводится оснащение вакуумных колонн установок АВТ-1 и АВТ-4 насадками фирмы «Koch-Glitch», что позволит повысить отбор светлых от потенциала до 98%.
В данной работе приводятся результаты многолетней работы автора, по инициативе и с участием которого проведена реконструкция установок, совершенствования существующих и создание новых промышленных схем производства высококачественных топлив, в первую очередь моторных. Приведены результаты работ по расширению ресурсов топлив, повышения качества - снижение содержания серы, улучшение моторных характеристик, низкотемпературных свойств дизельных топлив, создание топливных композиций, подготовка сырья с оптимизацией его химического и фракционного состава применительно к решению задачи снижения содержания серы в процессе гидроочистки на отечественных катализаторах, а также повышение выработки топлив за счет вовлечения газоконденсатных фракций и продуктов глубокой переработки нефти.
Научная основа разработки автора - оптимизация технологических и поточных схем, состава сырья, катализаторов, параметров процессов, а также использование принципов компаундирования и воздействия добавок и присадок для обеспечения выпуска продукции заданного качества, прежде всего моторных топлив, отвечающих возросшим химмотологическим и экологическим требованиям.
Поставленные задачи решались на предприятиях ТНК-ВР с участием сотрудников Компании и нефтеперерабатывающих заводов. Экспериментальные исследования проводились под руководством автора сотрудниками лабораторий, цехов, аспирантами и соискателями. Отдельные этапы работы по реконструкции установок, оптимизации параметров, поточных и технологических схем выполнялись коллективом сотрудников Компании, НПЗ, ОАО "ВНИИ НП" и других организаций, что нашло отражение в виде совместных публикаций, патентов и авторских свидетельств. Работы выполнялись под руководством, по инициативе и при непосредственном участии автора.
Выражаю глубокую благодарность всем коллегам, которые принимали участие в выполнении, обсуждении и практической реализации этих разработок.
