Изучение ашальчинской нефти. Ашальчинская нефть. Настоящей статье с научных и инженерных позиций найдены и обоснованы эффективные пути
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Экспериментальныйпроцессинг«Термакат» Поисковые эксперименты по термоконверсионной переработке тяжелой нефти, представленной компанией «ТАТОЙЛГАЗ» [1, 5], показали, что дополнительно можно получить до 40% дизельно-бензиновых фракций (рис. 6). Эти результаты явились отправной базой для дальнейшего совершенствования рациональной технологии глубокой переработки тяжелых нефтей. Эксперименты по термолитическим превращениям ашальчинской нефти по технологии «Термакат» – термокавитационной конверсии (кавитация как катализатор термолиза) проводились на усовершенствованной установке, позволяющей отрабатывать технологические режимы и моделировать отдельные стадии процесса: • нагрев в теплообменной аппаратуре и трубчатой печи; • термодеструкцию и отгон газо- и парообразных продуктов в испарителе; • термолиз при заданном температурно-барическом режиме; • термокавитационное воздействие на реакционный остаток; • термополиконденсацию и стабилизацию остаточного продукта; • отгонку дистиллятных продуктов. Основными позициями процессинговой установки термокавитационной конверсии являются реактор и кавитатор. Реактор-испаритель автоклавного типа объемом 2 дм 3 , с возможностью регулировать заданные температуры до 480°С и давления до 2 МПа. Кавитатор погружного типа имеет 6 скоростей, что позволяет регулировать интенсивность кавитационного воздействия в широком диапазоне. На установке с достаточно высокой достоверностью можно моделировать различные промышленные стадии термолитических процессов, а также процессы однократного атмосферного испарения и вакуумной перегонки, в силу чего установка получила статус пилотной. 74 | 2/2016 (52) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ Исходные, промежуточные и конечные продукты процесса подвергаются физико-химическим исследованиям по методикам ГОСТ. Скорость и направление процесса регулируются кавитационно-акустическим воздействием на реакционную массу, температурой и давлением в реакторе, длительностью процесса. В ходе процесса контролируется динамика выделения дистиллята, отбираются пробы газообразных и жидких продуктов. По завершении процесса жидкий остаток сливается, составляется материальный баланс процесса, исследуются физико-химические свойства продуктов. Загрузку сырья производили в объеме 1500 мл, одновременно замеряя вес загрузки для составления материального баланса по массе. Ввиду отсутствия в нефти легких углеводородных газов кавитационное воздействие на нефть осуществляли на стадии предварительного нагрева сырья до 120°С. Температуру и продолжительность процессингов ограничивали из-за опасения начала процессов коксования, которое пытались не допустить, контролируя и фиксируя начало экзотермических процессов в конечной стадии термолиза. Пилотный процессинг Висбрекинг-Термакат проводили по вышеописанной методике с предписанием получить максимальный выход дистиллятных фракций при приемлемом качестве остаточного продукта, прежде всего не содержащего карбенов-карбоидов. Отбор отгонов без набора избыточного давления обозначили О1 – отгон первый, О2 – отгон второй. Обор дистиллятов, собственно термолизных продуктов, обозначили Д1, Д2, Д3 и т.д. Динамику процессингов регулировали подводом энергии к электрической печи реактора, а объем отбираемых отгонов и дистиллятов для всех проб был одинаков – 250 мл. Режимы процессингов приведены в табл. 11. Таблица 11. Технологические режимы конверсионного процессинга ашальчинской нефти, выход и плотность продуктов № эксп. t, °С Р, Мпа τ, мин. Продукт, выход % масс и плотность, г/см 3 Отг.1 Отг.2 Д1 Д2 Д3 Д4 Ост. ∑ светл., % масс ра-1 420–430 0,5–0,6 160 11,1 0,824 – 13,7 0,805 13,7 0,807 13,8 0,812 – 45,3 52,3 ра-2 420–435 0,4–0,2 140 14,1 0,840 – 15,4 0,820 15,6 0,833 11,6 0,844 – – 37,5 56,7 ра-3 425–435 1,0–1,1 80 – – 14,1 0,807 11,8 0,806 – – 70,1 25,9 ра-4к 430–445 1,1–1,0 40 – – 13,3 0,823 13,7 0,836 13,5 0,834 10,1 0,824 44,2 50,3 ра-5 440–465 0,6–0,2 55 – 10,5 0,793 13,8 0,826 14,2 0,850 14,4 0,862 14,6 0,874 23,3 67,5 ра-6 430–440 1,1–1,0 20 – – 14,6 0,808 16,8 0,823 – – 60,6 31,4 ра-7г 430–440 1.0–1.1 50 – – 17,7 0,802 15,0 0,809 – – 57,0 37,7 ра-8 420–435 1,1–1,0 50 – – 14,9 0,800 16,9 0,806 15,3 0,818 – 52,3 47,1 ра-9 425–445 0,8–0,1 130 16,7 0,78 18,5 0,848 17,8 0,817 10,4 0,858 – – 33,3 63,5 ра-10 420–430 0,7–0,8 50 15,6 0,765 17,1 0,840 16,4 0,808 10,1 0,836 – – 34.2 59,2 ра-11 395–400 0,06–0,08 180 14,8 0,823 15,2 0,848 9,2 0,815 – – – 54,8 39,2 ра-12 410–415 0,05–0,07 220 16,8 0,830 16,8 0,863 16,7 0,853 10,2 0,832 – – 35,1 60,5 Продолжительность процессинга необходимо регулировать в тесной взаимосвязи с температурой в реакционной зоне: при недостаточной температуре и длительном времени – процесс «замерзает», при высокой температуре – фактор времени на карбенообразование становится неуправляемым. Фактор регулирования давления оказывает существенное влияние на плотность отбираемых дистиллятов. Кавитационным воздействием на предварительной стадии обработки сырья диспергировали асфальтеновую фазу, что позволяло вести процессинг при температурах до 430°С, обеспечивающих максимальный выход дистиллятов с образованием остатков с минимальным содержанием карбенов-карбоидов. Анализ данных табл. 11 показывает, что исследуемая нефть чрезвычайно восприимчива к температурным воздействиям. Термолиз при низких температурах (400–420°С) способствует протеканию деструктивных процессов. Однако, скорость превращений таких реакций мала и конечный выход желаемых дистиллятных фракций также низок. Конечная стадия процессинга завершается процессами уплотнения. Режим благоприятен для пекования. Термолиз при повышенных температурах (440– 460°С) на первых этапах способствует интенсивному испарению (на что указывают плотности Д1, как правило повышенные) и интенсивным процессам деструкции. Но уже после отбора фракций Д2, не добившись протекания максимально возможных реакций деструкции, начинают интенсивно протекать процессы уплотнения (конденсации) и в реакционной массе образуются карбены-карбоиды. Процесс интенсивно уходит в коксование. Основные технологические факторы процессинга – давление и время, оказывают значительное влияние на балансовый выход продуктов и их качество, однако регулирование этих факторов находится также в зоне риска срыва процесса в коксование. Наиболее благоприятным температурным режимом, с позиций обеспечения максимального выхода дистиллятных фракций при приемлемом качестве остаточного продукта, определен режим в 420–430°С. Количественный выход дистиллятов при этом режиме можно считать приемлемым – 55–60%. При дальнейшей переработке остатка можно ожидать дополнительного прироста дистиллятов в 10–15%. Суммарный выход дистиллятов в 70–75% для ашальчинской высоковязкой нефти можно считать вполне приемлемым с коммерческих позиций. При этом необходимо учесть, что остаточный продукт – весьма востребованный и высоколиквидный – дорожные битумы. Перспектива получения высокоплавких пеков с высоким содержанием серы зависит от процессов его обессеривания. Такие технологические факторы, как давление процессинга и его продолжительность оказывают значительное влияние и на выход продуктов термолиза и, особенно, на их качество. При проведении термолиза при температуре 420–430°С эти факторы достаточно легко регулируемы. Надежное регулирование технологических процессов в промышленном масштабе гарантирует высокую гибкость процессу по выработке востребованной продукции широкой ассортиментной гаммы. При проведении процессинга режимные факторы регулировали так, чтобы получаемые дистилляты имели плотность не выше 0,86 г/см 3 . Исследование свойств отбираемых отгонов и дистиллятов ограничили измерением плотностей, определением фракционного состава, содержания серы, температуры застывания. Некоторые, данные для наиболее представительных процессингов приведены в табл. 12. Таблица 12. Фракционный состав отгонов и дистиллятов конверсионных процессингов ашальчинской нефти % об. РА8 РА9 РА10 РА11 РА12 ∑Д 0.809 О1 0.780 О2 0.848 ∑Д 0.838 О1 0.765 О2 0.840 ∑Д 0.808 О1 0.823 О2 0.848 ∑Д 0.815 О1 0.830 О2 0.863 ∑Д 0.850 Н.к. 52 58 118 86 57 130 58 97 95 61 109 100 73 10 123 102 207 140 103 187 110 146 151 112 162 165 147 20 153 127 221 168 121 207 138 167 177 143 182 181 161 30 174 138 232 195 132 214 157 190 210 169 203 251 210 40 194 156 243 222 141 227 181 209 238 190 218 277 242 50 209 169 252 245 151 236 202 224 257 207 229 294 273 60 228 181 263 264 161 246 220 237 279 228 250 306 288 70 247 198 273 279 173 258 238 253 299 247 266 320 310 80 267 221 288 304 191 274 257 272 317 264 283 336 334 90 302 249 309 327 221 299 276 303 348 297 309 355 361 S, % 0,85 2,19 3,13 1,48 2,67 3,07 t, зас -37 -23 -33 -31 -28 В процессингах, где отбирались отгоны, плотность первых отгонов менее 0,78, при этом выход бензиновых фракций выкипающих до 170°С составляет 50–70%. В то же время есть 1-е отгоны с плотностью более 0,82, и содержание бензиновых фракций в них 10–20%, остальное – дизельные фракции. Вторые отгоны практически на 100% состоят из дизельных фракций и их плотность составляет 0,84–0,86. Скорее всего для промышленного оформления процесса нет необходимости в отборе фракций, выкипающих выше 270–280°С, их потенциал необходимо включить в термолизуемый объем сырья. Отбор дистиллятов проводили после достижения температуры в реакционном кубе 350°С и до завершения процесса. Из табл. 12 видно, что плотность первых дистиллятов на несколько единиц ниже чем последующих. Дистиллятов с плотностью выше 0,86 нет. Во всех дистиллятах содержится 20–30% бензиновых фракций, что и обеспечивает низкую плотность. Да и тяжелых фракций в дистиллятах менее 10%. Необходимо обратить внимание, что 90%–ная точка выкипания всех суммарных дистиллятов ниже 360°С, а для некоторых даже ниже 300°С. В процессингах №№1, 2, 10, 12 выход дистиллятов более 50–60%, при этом остаточный продукт отличался жидкой консистенцией. Предположительно, при дальнейшей переработке данных остатков дополнительно может быть получено до 15% дистиллятных фракций, так что суммарный выход дистиллятов от термоконверсионной переработки нефти составит не менее 75%. Полученные дистилляты, произведенные на промысловой установке, могут быть сданы в нефтепровод как синтетическая легкая нефть (ШФЛУ), но более рационально продолжить их технологическое облагораживание непосредственно на промысле. В табл. 13 приведены свойства кубовых остатков от термоконверсионных процессингов. 76 | 2/2016 (52) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ СФЕРАНЕФТЕГАЗ.РФ | 77 Таблица 13. Выход и свойства кубовых остатков термоконверсионных процессингов № эксперимента выход, % масс Сод. асф., % масс Сод. карб-к, % масс Темп.заст/пл, °С Сод. серы, % масс Квалификация ра-1 45,3 15,0 1,0 +3 мазут ра-2 37,5 18,0 2,0 +12 5,66 мазут ра-3 70,1 11,0 3,0 +14 мазут ра-4 44,2 19,0 27,5 +47 пл полукокс ра-5 23,3 – 69,6 – кокс ра-6 60,6 18,0 7,0 -8 4,89 мазут ра-7 57,0 – 23,0 +53 пл пек ра-8 52,3 15,0 4,0 +37 4,94 мазут ра-9 33,3 22,0 7,0 +43 гудрон ра-10 34,2 23,0 4,0 +26 мазут ра-11 54,8 11,0 1,0 +9 мазут ра-12 35,1 19,0 3,0 +28 7,32 полугудрон Из таблицы видно, что выход дистиллятов находится в прямой зависимости от температуры процессинга, чем ближе температуры к режиму коксования, тем больше балансовый выход дистиллятов. Можно подсчитать, что предельный выход дистиллятов из ашальчинской нефти будет в пределах 75%, если выход кокса составит 20%, а доля выгазовывания будет около 5%. Можно также добиться максимальных значений балансового выхода дистиллятов при пониженных температурах, в режимах близких к деструктивно-вакуумной перегонки и пекования, выход дистиллятов будет около 70%. Однако образующиеся карбены-карбоиды в остаточных продуктах диктуют необходимость продолжения работ по недопущению образования карбенов. Причинно-следственную связь начала образования карбенов в проведенных экспериментах установить не удалось. Необходимо провести более расширенные эксперименты по исследованию механизма карбенообразования ашальчинской нефти. Процессинг висбрекинг-термакат показал наиболее обнадеживающие результаты по глубокой переработке ашальчинской нефти. Учитывая, что интенсивность промышленных кавитационных аппаратов в разы выше, чем у лабораторных приборов, можно ожидать, что промышленная реализация процесса позволит создать высокоэффективную технологию глубокой переработки высоковязких битуминозных нефтей. По предварительным рассчетам установка промысловой переработки ашальчинской нефти, в основу которой будут заложены термокавитационные конверсионные процессы, будет высокорентабельной. При выборе температурных режимов промышленного процессинга необходимо руководствоваться данными термограммы нефти. Обсуждение процессинговых исследований и поиск рациональных схем высокорентабельной переработки ашальчинской нефти 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. Детальное рассмотрение результатов процессингов приведено в отчете НИР [6]. По результатам проведенных экспериментальных процессингов перспективными методами глубокой переработки тяжелой ашальчинской нефти признаны процессы, в которых выход тяжелых остаточных продуктов минимален и они имеют высокую рыночную востребованность. Процессы с высокой капиталоемкостью, такие как гидрокрекинг, нами не рассматривались. Сравнение эффективности экспериментальных процессингов приведено в табл. 14. Таблица 14. Эффективность лабораторных процессингов переработки ВВАН Процессинг Выход дист-тов, % масс Выход остатка, % масс Квалификация остатка Вакуумная перегонка 36 61 гудрон Висбрекинг 45-60 35-50 полупек Термокрекинг 60 34 полукокс Замедленное коксование 67 23 кокс Деасфальтизация 97 3 смола Деструктивно- вакуумная перегонка 59 36 гудрон Термополиконденсация 15 80 пек Окисление до битума 2–3 93 полубитум Висбрекинг-Термакат 57 37 мазут Проведенными процессингами показано, что для увеличения выработки дистиллятных фракций из ашальчинской нефти весьма высока перспективность применения термоконверсионных процессов. В простых по аппаратурному оформлению процессах: висбрекинг, деструктивно-вакуумная перегонка, термополиконденсация, деасфальтизация, висбрекинг- термакат показана целесообразность использования технических решений этих технологий для глубокой переработки высоковязкой ашальчинской нефти. Основное преимущество этих процессов – в их сравнительно низкой инвестиционной стоимости. Весьма обнадеживающие результаты получены на процессах характеризующихся минимальной инвестиционной стоимостью. Так процессы висбрекинга и деасфальтизации в 2 раза дешевле АВТ и в 5 раз дешевле процессов замедленного коксования и гидрокрекинга. 78 | 2/2016 (52) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ Перспективная схема комплексной промысловой переработки ВВАН Основные преимущества термокавитационной технологии • Современные аппаратурно-технологические решения, высокая промышленная надежность и экологическая безопасность. • Высокая степень превращения тяжелых углеводородов в среднедистиллятные фракции с повышением сортности нефти. • Высокая универсальность и гибкость технологии по видам выпускаемой продукции (СН, ПСН, битумы, тяжелые топлива). • Исключение проблем трубной перекачки тяжелых нефтей. • Обеспечение районов добычи высококачественными дорожными битумами, дизельными и котельными топливами. • Минимально необходимые средства на строительство промысловой установки ПТН в СН. • Высокая прибыльность обеспечивает быструю окупаемость инвестиций. Процессинг висбрекинг-термакат показал наиболее обнадеживающие результаты. Можно ожидать, что промышленная реализация процесса позволит создать высокоэффективную технологию глубокой переработки высоковязких битуминозных нефтей. Рис. 6. Интегрированная схема НПЗ-ГПН на базе технологий Термакат При рассмотрении положительных факторов исследованных технологий и объединяя их в единую комплексную конфигурацию схемы (рис. 6) глубокой переработки ВВАН можно отметить возможные очевидные преимущества. Возможно ожидать от объединения технологий «эффект синергизма», – при минимальных капиталовложениях получить максимальный объем высоколиквидной продукции с высокой добавленной стоимостью, а созданное производство будет иметь значимый коммерческий эффект. Представляется, что наиболее эффективной интеграцией процессов может быть схема с включением технологий ДВП+Висбрекинг-Термакат+ТПК. Как одна из стадий производства высококачественных дорожных битумов может рассматриваться деасфальтизация. В качестве товарного ассортимента от переработки ашальчинской нефти можно рассматривать: дизельно-бензиновые фракции, судовые топлива, дорожные битумы, электродные пеки. Все продукты востребованы на рынке нефтепродуктов. Плохо- или мало- ликвидных продуктов – нет! ВАЖНО! Любые технологические переделы на промысле Ашальчинской нефти должны сопровождаться технологиями сероочистки дистиллятных и газовых потоков. Сера, выделяемая из товарных дистиллятов, вовлекается в производство дорожных битумов и повышает их качество. Такая технология нами отработана совместно с ВНИИГАЗ. Основные выводы: • Проведенными исследовательскими процессингами, моделирующими различные технологии переработки нефти, показано: традиционные вторичные процессы не представляют значимого коммерческого интереса: либо мал выход ценных дистиллятов, либо высок выход остаточных высокосернистых, невостребованных на рынке, продуктов. • Показана высокая перспективность отечественных импортозамещающих кавитационно-конверсионных технологий глубокой переработки тяжелой ашальчинской нефти в дизельно- бензиновые дистиллятные фракции и безкарбеновые остаточные продукты, которые квалифицируются как дорожные битумы. • За базовую основу технологической схемы глубокой переработки ашальчинской нефти предлагается принять термокавитационную конверсионную технологию Висбрекинг-Термакат (рис. 6), по которой выход дизельно- бензиновых дистиллятов достигает 70%, а в остатке могут быть получены дорожные битумы, либо электродные пеки. СФЕРАНЕФТЕГАЗ.РФ | 79 Предложения к созданию промышленного производства глубокой переработки высоковязкой ашальчинской нефти Учитывая необходимость наращивания темпов разбуривания Ашальчинского месторождения на увеличение объемов добычи тяжелой нефти к 2016 г. руководству ОАО «ТАТНЕФТЬ» предложено несколько технологических вариантов повышения ценовой квалификации товарной нефти перед ее сдачей в нефтепровод с плотностью не более 850 кг/м 3 Оператору разработки тяжелой нефти Ашальчинского месторождения предложены 4 возможных сценария реализации проектов повышения квалификационной категорийности добываемой нефти: от строительства опытно- промышленного модуля глубокой переработки нефти до промышленного битумного завода с выпуском до 70% ШФЛУ, либо комплексного промыслового НПЗ-ГПН. Расчетами показано, что окупаемость перспективных технологий глубокой переработки Ашальчинской нефти непосредственно на промысле не превысит 4-х лет эксплуатации созданных производственных мощностей. Литература: 1. Курочкин А. К., Топтыгин С. П. Синтетическая нефть. Безостаточная технология переработки тяжелых российских нефтей на промыслах. СФЕРА Нефтегаз, 1/2010, с.92–105. 2. Курочкин А. К. Глубина переработки нефти свыше 90% – объективная реальность для любого НПЗ без коксовой. Сфера Нефтегаз, 3, 2011, с.144–152. 3. Курочкин А. К. Кондинский НПЗ – пилотный проект безмазутной схемы завода. Опыт проектирования и строительства. Сфера Нефтегаз, 2, 2011, с.50–59. 4. Курочкин А. К. Повышаем рентабельность мини- НПЗ: комплектуем модулем глубокой переработки мазута. СФЕРА. Нефть и Газ, 1/2015, с. 60–66. 5. Инвестиционный предложение для ОАО «ТАТОЙЛГАЗ». УСТАНОВКА ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ мощностью 0,2 млн т нефти в год на производство 80% синтетической нефти и 20% дорожных битумов, 2012, 9 с. 6. Высокорентабельная стратегия переработки высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения. Доклад в ОАО «Татнефть» 30.10.2014, по отчету НИР «Проведение процессинговых исследований к разработке рациональных технологических схем глубокой переработки битуминозной нефти ашальчинского месторождения», 38 с. тел./факс 8 (34542) 212-04, 233-36 тел./факс приемной 8 (34542) 234-78, 232-39 e-mail: zmz@kedrvagon.ru www.kedrvagon.ru |