Технико экономическое проектирование нефтеперерабатывающего завода

Предприятия с неглубокой переработкой нефти проектировались и строились в 1950—80-х годах в тех районах, где отсутствуют такие источники энергии, как каменный уголь, природный газ и где в связи с этим для энергетических установок использовалось котельное топливо нефтяного происхождения (мазут).

Заводы топливного профиля с глубокой переработкой нефти сооружены в районах Урала и Сибири, а за рубежом - в США, на Ближнем и Среднем Востоке. В США, где особенно велика потребность в бензине и в других светлых нефтепродуктах, имеются заводы, на которых отбор светлых достигает 72—75/0, а котельное топливо вырабатывается только в количествах, необходимых для обеспечения собственной потребности предприятия.

В ближайшем будущем будет реализована программа проектирования и строительства установок глубокой переработки нефти на многих предприятиях, - в том числе и на тех, которые были первоначально запроектированы как заводы с неглубокой переработкой нефти.

На рис. 2.1.1 приведена схема потоков НПЗ топливного профиля с неглубокой переработкой нефти, а на рис. 2.1.2 - с глубокой переработкой нефти.

Заводы топливно-масляного профиля (рис. 2.1.3) проектируются таким образом, чтобы обеспечить получение заданного количества смазочных масел. Попутно с производством масел вырабатываются парафины и церезины. На базе асфальтов и экстрактов, являющихся побочными продуктами установок очистки масел, получают битумы и нефтяной кокс.

Ассортимент продукции значительно расширяется, если включить в состав НПЗ нефтехимические производства. Нефтехимические производства используют такие виды сырья, как прямогонный бензин, индивидуальные легкие парафиновые углеводороды, ароматические углеводороды (бензол, толуол), смеси высших алканов (жидкие и твердые парафины). Как правило, нефтехимические цеха являются частью крупных производственных объединений, в состав которых входят и нефтеперерабатывающие заводы. Сырье с нефтеперерабатывающей на нефтехимическую часть передается по трубопроводам. Так запроектированы, в частности, предприятия в Перми, Ангарске, Салавате. В отдельных случаях нефтехимические производства функционируют независимо от НПЗ и получают сырье по железной дороге или магистральным продуктопроводам (например, по этиленопроводу).

Головным производством НХЗ в большинстве случаев является пиролиз с получением этилена, пропилена, бутилен-дивинильной фракции, жидких продуктов, в которых содержится 60—90% (масс.) ароматических и 10—40% (масс.) неароматических углеводородов (в основном, диенов, олефинов и циклоолефинов). На основе полученных продуктов осуществляется широкая гамма нефтехимических синтезов. На рис. 2.1.4 приведена примерная схема материальных потоков нефтехимического завода, на котором вырабатываются различные кислородсодержащие соединения, полиолефины, полистирол и т. д.

Рис. 2.1.1. Схема потоков НПЗ топливного профиля с неглубокой переработкой нефти.

Рис. 2.1.2. Схема потоков НПЗ топливного профиля с глубокой переработкой нефти:

I - легкий бензин; II - легкий газойль; III - тяжелый бензин; IV - фракция выше 350°С; V - фракция 280-420°С; VI - фракция выше 420°С; VII - легкий алкилат; VIII - тяжелый алкилат.

Рис. 2.1.3. Схема потоков НПЗ топливно-масляного профиля.

Рис. 2.1.4. Схема потоков НХЗ.

2.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ  ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  ЧАСТИ ПРОЕКТА

Разработка технологической части проектов нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов ведется на основании комплекса данных, которые выдаются отраслевыми научно-исследовательскими институтами. Эти данные могут быть условно разбиты на несколько групп.

В первую группу входит характеристика исходного сырья, которое предполагается использовать на проектируемом заводе, Данные о количестве и качестве промежуточных и товарных продуктов, которые могут быть получены из этого сырья.

Вторую группу составляют показатели отдельных технологических процессов, используемых при переработке для получения определенного ассортимента товарных продуктов.

В отдельную группу выделяются данные о мероприятиях, которые должны быть предусмотрены для охраны - водного и воздушного бассейнов и почвы от загрязнений вредными выбросами.

Перед началом проектирования должен быть определен головной, научно-исследовательский институт по выдаче данных для проектирования. Обязанности головного института при проектировании НПЗ обычно выполняются Всероссийскимм научно-исследовательским институтом по переработке нефти (ВНИИНП) или Грозненским научно-исследовательским институтом по переработке нефти (ГрозНИИ). Головной научно-исследовательский институт самостоятельно или с привлечением других НИИ проводит детальное исследование представительных образцов сырья. Сырье подвергается переработке на полупромышленных или промышленных установках, воспроизводящих реальные технологические процессы, намечаемые к осуществлению на проектируемом заводе. В тех случаях, когда реальное сырье по каким-либо причинам отсутствует и провести его исследование не представляется возможным, выдаются данные, полученные при изучении близкого аналога.

Ниже приводится краткая характеристика основных технологических процессов переработки нефти и нефтехимического синтеза и их места в схеме завода.

Обессоливание и обезвоживание. Нефть, добываемая из земных недр, отделяется на промыслах от растворенного газа, воды и солей. В зависимости от степени подготовки на промыслах установлено три группы нефти, отличающиеся содержанием воды (0,5; 1%) и хлоридов (до -100, 100-300, 300-1800 мг/л). Все нефти, поступающие на НПЗ, должны быть обезвожены и обессолены до остаточного содержания солей 3-5 мг/л. Обезвоживание и обессоливание проводится на отдельных установках или блоках, входящих в состав установок первичной перегонки. Рекомендации по проектированию установок обессоливания выдаются ВНИИНП и содержат сведения о температуре и давлении процесса, расходе промывной воды и деэмульгатора.

Первичная перегонка предназначена для получения нефтяных фракций, которые используются как сырье для последующей переработки или в качестве компонентов товарной продукции. Первичная перегонка осуществляется на атмосферных трубчатых (AT) и атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках. Первичная перегонка на современных НПЗ комбинируется с обессоливанием нефти и вторичной перегонкой бензинов, целью которой является, получение узких бензиновых фракций для производства ароматических углеводородов и высокооктанового бензина. В табл, 2.2.1 приводится перечень получаемых на установках первичной перегонки различного типа фракций и направления их дальнейшего использования. Исследовательские данные для проектирования установок первичной перегонки выдаются БашНИИНП и содержат рекомендации по выбору технологической схемы, ассортименту получаемых фракций, расходу водяного пара в атмосферную и вакуумные колонны, рекомендации по защите оборудования от коррозии.

Каталитический риформинг. С помощью этого процесса на современных НПЗ получают высокооктановые базовые компоненты автомобильных бензинов, а также индивидуальные ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы. Наилучшим сырьем при производстве высокооктановых бензинов являются прямогонные бензиновые фракции 85—180°С и 105—180°С, для получения ароматических углеводородов используются узкие бензиновые фракции 62—85°С, 85- 105°С, 105- 140°С или их смеси. Разработка процесса риформинга ведется в НПО «Лен-нефтехим». Исследовательская часть объединения выдаёт проектному подразделению следующие основные сведения о процессе:

• характеристику сырья и катализатора,
• выход и состав газообразных продуктов, рекомендуемые режимы работы в цикле реакции (температура, давление, кратность циркуляции водородсодержащего газа, объемная скорость подачи сырья, температурный перепад по реакторам)

ТАБЛИЦА 2.2.1. Перечень получаемых при первичной перегонке фракций и направления их использования.

Продолжение таблицы 2.2.1

Для установок риформинга, имеющих в своем составе блок экстракции ароматических углеводородов, выдаются, кроме того, рекомендации по выбору типа экстрагента, температура и давление процесса, массовое соотношение растворитель: сырье, количество рисайкла в % к сырью, данные по регенерации растворителя и вторичной ректификации ароматических углеводородов.

Гидроочистка предназначена для снижения содержания серы в дистиллятах. На НПЗ строятся установки гидроочистки прямогонных бензиновых фракций (обычно комбинируются с установками риформинга), керосиновых и дизельных фракций, вакуумных дистиллятов, масел, вторичных бензинов. Одновременно с удалением серы уменьшается содержание в продуктах непредельных и смолистых соединений. Процесс гидроочистки разработан во ВНИИНП. Для проектирования установок выдаются следующие данные: характеристика сырья и продуктов очистки, тип катализатора, рекомендуемые режимы работы в циклах реакции (температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции водородсодержащего газа, содержание водорода в циркулирующем газе, продолжительность цикла реакции, срок службы катализатора, тепловой эффект реакции) и регенерации.

Замедленное коксование служит для получения нефтяного кокса, дополнительных количеств светлых нефтепродуктов из тяжелых остатков. Детальное исследование процесса проводится БашНИИНП, а разработка проектов новых и реконструкции старых установок ведется Башгипронефтехимом.

Каталитический крекинг получил широкое распространение в связи с намечаемым осуществлением мероприятий по углублению переработки нефти. С помощью каталитического крекинга из тяжелых газойлевых фракций получают высокооктановый компонент бензина, сырье для производства технического углерода, ценные олефинсодержащие газовые фракции. Исследования в области каталитического крекинга проводятся во ВНИИНП, ГрозНИИ, Институте нефтехимического синтеза АН Азербайджанской ССР.

Гидрокрекинг предназначен для получения дополнительных количеств светлых нефтепродуктов каталитическим разложением тяжелого сырья в присутствии водорода. В зависимости от сырья и продуктов, которые необходимо получить, используются одноступенчатые и двухступенчатые схемы, системы с неподвижным, движущимся и суспендированным катализатором. Процесс изучается во ВНИИНП.

Газофракционирование. В состав НПЗ включаются установки Цля получения легких углеводородных фракций высокой чистоты из нефтезаводских газов. По типу перерабатываемого сырья газофракционирующие установки (ГФУ) подразделяются на ГФУ предельных и ГФУ непредельных газов, по технологической схеме на установки абсорбционного и конденсационно-компрессионного типов. Рекомендации по составу сырья, схемам очистки газов, фракционирования выдаются проектным организациям Всроссийским научно-исследовательским институтом углеводородного сырья (ВНИИУС).

Алкилирование изобутана олефинами позволяет получить из легких углеводородных фракций (бутан-бутиленовой, пропан-пропиленовой, изобутановой) высокооктановые компоненты автомобильных и авиационных бензинов. Исследования в области алкилирования олефинов изобутаном сосредоточены в ГрозНИИ. На отечественных НПЗ в качестве катализатора применяется концентрированная серная кислота, а за рубежом — серная кислота и фтористый водород.

Изомеризация низших парафиновых углеводородов (бутана, пентана, гексана, легкокипящих бензиновых фракций) применяется для выработки высокооктановых компонентов автомобильного бензина и получения сырья для производства синтетического каучука. Существуют различные модификации процесса, которые различаются по типу применяемого катализатора, требованиям к СБФЬЮ, условиям проведения процесса. В РФ эксплуатируются установки высокотемпературного типа, намечается внедрение получившей распространение за рубежом низкотемпературной изомеризации. Научно-исследовательские данные, необходимые для проектирования, выдаются в том же объеме, как при проектировании установок каталитического риформинга, НПО «Леннефтехим».

Производство масел. Современная схема производства масел из восточных парафинистых нефтей включает очистку с применением избирательных растворителей (деасфальтизацию гудрона, селективную очистку деасфальтизата и вакуумных дистиллятных фракций, депарафинизацию рафинатов селективной очистки) и гидрогенизационную или контактную доочистку депарафинированных масел. Для проектирования установок очистки с применением избирательных растворителей необходимы следующие данные: выход продуктов в расчете на сырье, состав растворителя, температура и давление процесса, соотношение между растворителем и сырьем на различных ступенях извлечения и т.д. Эти данные выдаются ВНИИНП, а по отдельным процесеам - ГрозНИИ и Институтом нефтехимического синтеза АН Азербайджане.

Производство парафинов. Производство жидких и твердых парафинов включает две стадии: выделение и очистку. Жидкие парафины выделяют из дизельных фракций карбамидной депарафинизацией и адсорбцией на молекулярных ситах. Твердые парафины получают, обезмасливанием гача — побочного продукта установок депарафинизации масел, а также из дистиллятов высоко-парафинистых нефтей методом фильтрпрессования и потения. Доочистка парафинов проводится сернокислотным, адсорбционным или гидрогенизационн.ым методом. Изучение проблем, связанных с производством парафинов, выдача необходимых научно-исследовательских данных для проектирования установок возложена на ГрозНИИ.

Производство битумов. Для производства битумов применяются глубокая вакуумная перегонка мазута и окисление нефтепродуктов воздухом при высокой температуре. В зависимости от типа перерабатываемой на НПЗ нефти, наличия различных видов сырья (гудрона; асфальтов и экстрактов, получаемых при производстве масел) головной институт по проблеме производства битумов — БашНИИНП — выдает рекомендации по схеме получения битумов на предприятии, ассорти-менту вырабатываемой продукции, а при необходимости проектирования специальной установки — по схеме и технологическому режиму этой установки.

Получение низших олефинов. Головными производствами нефтехимических комплексов и заводов являются установки получения низших олефинов, состоящие из отделений пиролиза углеводородного сырья, газоразделения, переработки жидких продуктов пиролиза. Исследования в области пиролиза и газоразделения ведутся Всероссийским научно-исследовательским институтом органического синтеза (ВНИИОС), а в области переработки жидких продуктов пиролиза — ВНИИОС, Институтом горючих ископаемых, ВНИИОлефин, а также НИИ сланцев. Для проектирования процесса пиролиза выдаются следующие данные: характеристика сырья и состав продуктов пиролиза, температура процесса, время пребывания сырья в зоне реакции (время контакта), расход водяного пара, парциальные давления углеводородов в зоне реакции. При разработке проекта отделения газоразделения используют рекомендации по очистке пирогаза от сероводорода, двуокиси углерода, ацетилена и диеновых углеводородов, осушке газа, последовательности выделения легких углеводородов.