Изучение ашальчинской нефти. Ашальчинская нефть. Настоящей статье с научных и инженерных позиций найдены и обоснованы эффективные пути
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
настоящей статье с научных и инженерных позиций найдены и обоснованы эффективные пути глубокой переработки высоковязкой тяжелой нефти Ашальчинского месторождения. Оценен потенциал атмосферной и вакуумной перегонки нефти. Показано, что в нефти нет бензиновых фракций, выход дизельных фракций слишком мал (17–18%), чтобы считать нефть коммерчески значимой. С целью поиска эффективных технологических методов глубокой переработки высоковязкой нефти проведены экспериментальные процессинги, моделирующие технологии: вакуумной перегонки; висбрекинга; термокрекинга; замедленного коксования; деасфальтизации; деструктивно-вакуумной перегонки; термополиконденсации; окисления до битумов; висбрекинг-термакат. Показано: традиционные вторичные процессы не представляют значимого коммерческого интереса, – слишком мал выход ценных дистиллятов и высок выход остаточных высокосернистых продуктов, невостребованных на рынке. Исследованиями установлено, что использование интегрированных технологий, сочетающих в себе несколько базовых процессингов, и применение высокоэнергетических аппаратов кавитационно- акустического воздействия позволяют довести выход дизельно-бензиновых фракций до 60–70%, что позволяет создать высокорентабельную технологию переработки тяжелой ашальчинской нефти. В 62 | 2/2016 (52) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ УДК 665.642.2 Экспериментальный поиск перспективной технологии глубокой переработки ашальчинской сверхвязкой нефти ОАО «Татнефть» разрабатывает перспективные месторождения сверхвязких (битуминозных) нефтей, и вопросы транспортировки этих нефтей являются весьма актуальными. Еще более актуальными являются задачи повышения ценовой квалификации битуминозных нефтей перед сдачей их в нефтепровод. Решая задачи ускоренного разбуривания месторождений сверхвязких нефтей (СВН), необходимо вести опережающие разработки по поиску перспективных рентабельных технологий глубокой переработки тяжелых нефтей. Такие задачи на инициативных началах решены для высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения (ВВАН). А. К. КурочКин – к.т.н., Завотделом Энергоэффективные технологии тяжелых нефтей, ГУП «ИПТЭР» РБ, руководитель проектов Термакат, г. Уфа р. р. ХАзеев – Генеральный директор ООО «РОР ОЙЛ», г. Москва Актуальность проблем переработки битуминозных нефтей Цели и задачи переработки битуминозных нефтей • Мировой опыт извлечения прибыли из высоковязких битуминозных нефтей отработан, – эти нефти необходимо перерабатывать непосредственно на добывающем промысле. • Основные задачи промысловой переработки тяжелых нефтей: 1. Производство облегченной синтетической нефти (меньшей плотности и вязкости) на получение дополнительной прибыли за счет увеличения цены по сравнению с тяжелой нефтью. 2. Решение проблем транспорта сверхтяжелых нефтей и природных битумов с отдаленных месторождений, обеспечение параметров нефти для сдачи в нефтепровод. 3. Безостаточная и безотходная переработка тяжелых остатков с получением товарных высоколиквидных нефтепродуктов. Ожидается, что мировая добыча и переработка сверхвязких и битуминозных нефтей в ближайшее десятилетие станет преобладающей. Добыча, транспортировка и переработка сверхвязких нефтей сопряжена с большими инженерно-техническими сложностями и весьма высокими капитальными затратами. Для битуминозных нефтей характерны высокая плотность, очень высокая вязкость и практическое отсутствие бензино-керосиновых фракций. Такие «плохие» свойства тяжелых нефтей ставят задачи необходимости поиска инженерных решений по их эффективной добыче, трубной транспортировке и рентабельной переработке на максимальное получение светлых моторных топлив. СФЕРАНЕФТЕГАЗ.РФ | 63 Методы преобразования тяжелых нефтяных остатков в дистилляты • Весь набор термолизных процессов, обеспечивающих конверсию тяжелых углеводородов в легкие (теромокрекинг, висбрекинг, ДВП, деасфальтизация, гидрокрекинг, коксование, газификация и их различные комбинации); • Облагораживание дистиллятных продуктов с целью снижения содержания в них сернистых соединений, непредельных и ароматических углеводородов; • Доработка остаточных, наиболее тяжелых углеводородов в востребованный на рынке товарный продукт (битум, пек, кокс, судовые остаточные топлива и т.п.); • Использование полученного вторичного (технологического) газа в качестве печного топлива, сырья для производства водорода, автомобильного топлива и для производств химического синтеза. Научно-технические разработки технологий эффективной подготовки и глубокой переработки сверхвязких нефтей непосредственно на промыслах, являются весьма актуальными, насущно необходимыми, энергетически и коммерчески значимыми. Основной задачей поиска технологических процессингов, позволяющих получить максимальный выход высоколиквидной продукции из ашальчинской нефти, является проблема минимизации выхода образующегося высокосернистого тяжелого остатка, ликвидность которого весьма сомнительна. Перспективными методами глубокой переработки нефти признаны процессы, в которых выход тяжелых остаточных продуктов будет минимален и они будут иметь высокую рыночную ликвидность. Рис.1. Типовые промысловые процессы конверсии тяжелых нефтей в синтетические и/или полусинтетические нефти Традиционные процессы и схемы переработки тяжелых нефтей Процессы переработки тяжелых нефтей традиционно связывают с аналогичными технологиями вторичных деструктивных процессов переработки нефтяных остатков – мазутов и гудронов. Среди них: глубокая вакуумная перегонка, термокрекинг, замедленное коксование и гидрокрекинг. Применительно к промысловым методам, преимущественно использующимся за рубежом, для перевода сверхвязких нефтей в маловязкие синтетические и полусинтетические нефти, следует выделить: висбрекинг, деасфальтизацию и коксование гудронов от атмосферной перегонки нефти (рис. 1). Работами ГрозНИИ в 60–70-е годы прошлого века была предложена схема глубокой переработки сернистых и высокосернистых мазутов, основу технологической конфигурации которой составляли четыре конверсионных процесса: деструктивно-вакуумная перегонка мазута, коксование тяжелого остатка ДВП, гидрокрекинг дистиллята ДВП и каталитический крекинг фракции выше 350°C от гидрокрекинга. Схему дополняли экологические и облагораживающие процессы: очистки газов деструктивной перегонки и коксования, термообессеривания кокса, гидроочистки и каталитического риформинга, соответствующих фракций от ДВП, коксования и гидрокрекинга. Эта схема, как базис, может быть рекомендована в настоящее время для переработки сверхвязких тяжелых нефтей. Безусловно, необходима современная аппаратурно-технологическая редакция схемы, базисные процессы, включающие все новейшие достижения мировой нефтепереработки. Такие решения предложены нами для повышения эффективности добычи тяжелой нефти Русского месторождения [1] и легли в основу усовершенствования технологии для ашальчинской тяжелой нефти. 64 | 2/2016 (52) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ Таблица 3. Материальный баланс атмосферно- вакуумной перегонки нефти (обр. №1) Взято: г % Получено: г Выход, % на сырье для ИТК Нефти 2209 100,0 1. Фракции, °С: НК - 150 68,7 3,11 3,11 150 - 210 31,5 1,43 4,54 210 - 240 42,0 1,90 6,44 240 - 270 50,4 2,28 8,72 270 - 290 38,4 1,74 10,46 290 - 320 75,2 3,40 13,86 320 - 350 81,6 3,69 17,55 350 - 370 64,1 2,90 20,45 370 - 400 142,6 6,46 26,91 400 - 440 201,7 9,13 36,04 Сумма дистиллятов 796,2 36,04 36,04 2. Остатка (440°С+) 1354 61,29 – 3. Потерь 58,8 2,67 – Итого: 2209 100,0 Итого: 2209 100,0 – Исследование свойств нефти Ашальчинского месторождения Рассматривая представленные данные по свойствам ашальчинской нефти (табл. 1), необходимо отметить, что основными негативными свойствами являются прежде всего: сверхмалый выход светлых фракций (бензиновые – отсутствуют, а дизельных – лишь 12%), высокое содержание асфальтенов и смол, а также серы. Высокая вязкость нефти,– создает технические и энергетические проблемы при перекачке. Коммерческая значимость нефти не просматривается. Как и ожидалось, у нефти весьма высок показатель коксуемости по Конрадсону. Для выявления коммерческой значимости нефти решено провести комплекс лабораторных процессингов, моделирующих технологические переделы и позволяющих вырабатывать высоколиквидные нефтепродукты с высокой добавленной стоимостью. Экспериментальные процессинги переработки ашальчинской нефти В программу процессинговых исследований были включены базовые процессы, позволяющие либо выделять дистиллятные нефтепродукты, либо обеспечивать протекание конверсионных процессов с образованием высоколиквидных нефтепродуктов. Снижение вязкости, плотности и серы – основные задачи по подготовке нефти на промысле. Ниже приведены результаты лабораторных экспериментов (процессингов) по поиску перспективных технологий, которые могут быть применимы для создания рациональной технологической схемы переработки ашальчинской нефти с высокой рентабельностью. Рациональными схемами мы считаем схемы, в которых не образуется неликвидных или трудно ликвидных тяжелых остаточных нефтепродуктов. Основные негативные свойства тяжелому остатку от термической переработки нефти, привносят продукты уплотнения, – асфальтены и карбены- карбоиды. Наличие последних в остатке, не позволяет получить высокую товарную квалификацию. Например, битум из таких остатков производить нельзя. Как критерий высокой перспективности технологического процесса для переработки ашальчинской нефти, мы принимаем технологии, в которых высок выход дистиллятных продуктов, а в остаточных продуктах – отсутствуют карбены-карбоиды. Таблица 1. Физико-химические свойства (паспортные) ашальчинской нефти Наименование показателя Значение показателя Плотность при 20°С, кг/м 3 965 Вязкость при 20°С, сСт 3000 Массовая доля серы, % 4,5 Массовая доля смол, % 28,0 Массовая доля асфальтенов, % 5,5 Массовая доля парафина, % 1,4 Массовая доля никеля, % 0,002 – 0,008 Массовая доля ванадия, % 0,02 – 0,03 Фракционный состав: Т нк, °С выход фракций, % об. до температуры 200°С до температуры 300°С 170 1 12 Таблица 2. Дополнительно определены некоторые свойства нефти Показатель Значение Плотность при 20°С, г/см 3 0,9625 Вязкость условная при 50°С 29,41 Температура застывания, °С -13 Температура вспышки в открытом тигле, °С 91 Содержание общей серы, % масс. 4,426 Содержание золы, % масс. 0,03 Коксуемость, % масс. 9,009 Вакуумная перегонка Вакуумная перегонка мазута проводилась на аппарате АРН-2 по стандартной методике для 2-х проб нефти из разных канистр. При перегонке определялись материальные балансы и некоторые свойства полученных нефтепродуктов. Данные исследований приведены в табл. 3, 4 и 5. 66 | 2/2016 (52) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ Таблица 4. Материальный баланс атмосферно- вакуумной перегонки нефти (обр. № 2) Взято: г % Получено: г Выход, % на сырье для ИТК Нефти 2213 100,0 1. Фракции, °С: НК - 150 33,4 1,51 1,51 150 - 270 158,3 7,15 8,66 270 - 350 226,6 10,24 18,90 350 - 400 219,9 9,94 28,84 400 - 440 144,3 6,52 35,36 Сумма дистиллятов 782,5 35,36 35,36 2. Остатка (440°С+) 1378 62,27 – 3. Потерь 52,5 2,37 – Итого: 2213 100,0 Итого: 2213 100,00 – Таблица 5. Результаты исследований фракций, выделенных при атмосферно-вакуумной перегонке нефти Фракция, °С Показатель качества Плотностьпри 20°С, г/см 3 Вязкость Температура,°С Содержание, % масс. кинематическая, сСТ, при условная, °ВУ, при 20°С 50°С застывания вспыш. в откр. тигле общей серы НК - 150 0,7798 1,1575 – – – 0,459 150 - 210 0,8178 1,6985 – – – 0,959 210- 240 0,8367 2,4659 – – 1,297 240- 270 0,8513 3,5744 – – – 1,827 270 - 290 0,8653 4,8650 – – – 2,432 290- 320 0,8752 7,1294 – – – 2,754 320 - 350 0,8832 12,4043 – – 147 2,758 350 - 370 0,9022 – 7,1111 – – 3,179 370 - 400 0,9195 – 12,5684 -19 – 3,526 400 - 440 0,9355 – 32,6374 – – 3,676 440 +** 1,0121 – – 41 – 5,134 Примечания. * – вязкость условную для фракции (440°С+) при температуре 100°С определить не удалось, так как при этой температуре фракция не течет. А при температуре 115°С фракция «идет» по каплям; содержание золы – 0,034% масс.; коксуемость по Конрадссону – 14,42. **– сод. асфальтенов/карб-карбоидов 1) в исходной нефти, %/%: 8,0/2,0; 8,0/5,0; 8,0/2,0; 2) в вак.остатке -9,0% По материальным балансам сходимость результатов для 2-х проведенных разгонок достаточно высока. Разгонка проводилась при вакууме равном 1–2 мм рт.ст., при достижении температуры в кубе колонки 306–314°С проявлялись признаки начала разложения, – разгонку прекращали. Анализируя результаты разгонок можно сделать некоторые предположения. Бензиновых фракций в нефти практически нет (1.5–3,1%), их плотность высока и высоко содержание серы. Содержание серы по всем дистиллятным фракциям очень высокое, – до 2,76% в дизельных фракциях, и до 3,68% – в газойлевых. Такое распределение серы подсказывает, что для данной нефти сероочистка целесообразна в самом начале технологических переделов, т.е. вместе с промысловой подготовкой. Суммарный выход дизельных фракций, выкипающих до 350°С составляет 17,5–18,9%, однако фракции выкипающие выше 240–270°С не соответствуют основным свойствам дизельных топлив. Параметры плотности и вязкости на дизельные топлива соответствую нормам только для фракций выкипающих до 240°С, их выход не превышает 6,5%. Все, выше кипящие фракции не проходят под требования на дизельные топлива. Категорию их товарной применимости необходимо искать скорее всего в качестве сырья для вторичных термоконверсионных и каталитических процессов облагораживания. Все фракции вакуумных газойлей отличаются высокими вязкостью, плотностью и чрезвычайно высоким содержанием серы. Надо отметить, что вакуумные газойли имеют малую летучесть и низкие температуры застывания. Товарную категорию для этих газойлей определить без дополнительной вторичной переработки невозможно. Низкий суммарный выход всех дизельно- газойлевых фракций до 440°С, – лишь 35–36%, скорее всего, не сможет «вытянуть» экономику переработки ашальчинской нефти в положительный баланс доходности. Вакуумный остаток от перегонки нефти (гудрон, 440+) имея достаточно низкую температуру начала кипения характеризуется высокой плотностью (1,012), высокой температурой застывания, высокими коксуемостью и зольностью, высоким содержанием серы и асфальтенов (9,0%). Условную вязкость остатка при 100°С не удалось определить, так как при этой температуре фракция не течет и лишь при 115°С «идет» по каплям. Выход тяжелого остатка весьма значителен (более 61–62%), чтобы ожидать, что его вторичная переработка принесет ощутимую прибыль. Вакуумная перегонка, в ее классическом виде, для ашальчинской нефти скорее всего не найдет места в комплексной схеме глубокой переработки. Висбрекинг Классический процесс висбрекинга (рис. 2) применяют для снижения вязкости гудронов, – вакуумного остатка от перегонки мазутов. По аналогии с таким процессом нами проведен лабораторный висбрекинг ашальчинской нефти на лабораторной установке термолизных технологий. Основными параметрами, отрабатываемыми в ходе экспериментов, были: температура, давление и время процессинга. Основными критериями, по которым оценивалась приемлемость и эффективность технологии были: снижение вязкости, наработка дополнительного количества дистиллятных фракций и недопущение протекания процессов термополиконденсации. Результаты процессингов приведены в табл. 6. Таблица6.Лабораторныйвисбрекинг ашальчинскойнефти Режимы висбрекинга: Т мах , °С/t, мин./Р, атм. Выход дист-тов, % масс / вязкость кин. при 20°С, сСт Сод. асфальтенов в остат., % масс Сод. карбенов, в остат., % масс 460/60/10 60/3,3 19 27 440/30/7 45/3,9 18 7 420/20/6 32/2,7 12 4 Проведенные процессинги выявили четкую закономерность преобладания протекания реакций уплотнения перед деструктивными реакциями. Даже при минимальном времени термолиза и минимальных температурах в остаточных продуктах термолиза появляются асфальтены и карбены-карбоиды. Причем количество последних – в недопустимо высоких концентрациях, чтобы использовать остатки для производства битумов окислением (в битумах нормируется количество нерастворимых в толуоле – не более 1%). Процесс висбрекинга для снижения вязкости ашальчинской нефти возможно и применим, однако потребуется дополнительная проработка с целью исключения реакций уплотнения до карбенообразования. СФЕРАНЕФТЕГАЗ.РФ | 67 Висбрекингостатков, как и коксование обеспечивает дополнительное количество легких бензиновых и дизельных фракций, газойлей, при этом трудно утилизируемый кокс не образуется. Висбрекинг гораздо дешевле, однако и выход дистиллятов невысок, – до 30–40%. Рис. 2. Принципиальная схема традиционного Висбрекинга Термокрекинг На основании результатов процессингов висбрекинга можно заключить, что процесс термокрекинга для снижения вязкости ашальчинской нефти и получения ПСН не применим из-за карбенообразования в остатке. В классическом виде режим термокрекинга подразумевает применение температур выше 460–480°С при давлениях более 20 атм. Процессинг висбрекинга показал, что карбенообразования не удастся избежать даже при минимальных продолжительностях минимального температурного воздействия. Необходимо искать новые редакции аппаратурно-технологического оформления процессов термической конверсии. |