Глубокая переработка нефти, современные тенденции и новые продукты

Глубина переработки большинства отечественных НПЗ существенно ниже, чем в остальном мире.
Этот факт усугубляется тем, что в ближайшей перспективе на переработку будет поступать только тяжелая нефть.
Развитие и внедрение в нефтеперерабатывающую промышленность эффективных и недорогих процессов углубленной и глубокой переработки нефти и нефтяных остатков очень актуально как для нашей страны, так и для мировой нефтяной промышленности тоже.
При внедрении таких процессов происходит существенное снижение стоимости готовой продукции переработки, экономия сырья при выработке необходимого количества целевых товарных продуктов, другими словами рациональное и оптимальное использование сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке, что позволит получать огромную дополнительную ежегодную прибыль и эко ...

Введение 3
1 Современное состояние и актуальные проблемы переработки нефти 4
1.1 Краткая характеристика и классификация НПЗ 4
1.2 Современное состояние технологии глубокой переработки нефтяных остатков в моторной топливо 9
1.3 Основные принципы углубления переработки нефти и схемы НПЗ топливного профиля 11
2 Перспективные технологии для нефтепереработки и нефтехимии 18
Заключение 30
Список литературы 31

Общая тенденция нефтяной отрасли в настоящее время - снижение разведанных запасов лёгкой нефти, прирост запасов практически весь происходит за счет вязкой тяжелой сернистой нефти.
Следовательно, в недалеком будущем перерабатывать придется нефть исключительно тяжелую.
Однако процесс переработки тяжелой нефти достаточно энергоёмок, затруднителен и, вследствие чего, является низкорентабельным или убыточным. Для того, чтобы обеспечить приемлемую глубину переработки подобной нефти при помощи известных технологий требуются значительные капиталовложения, повышенные процентные нормы эксплуатационных затрат и оборотных средств.
Помимо этого, при условии ограничения запасов нефти нужно довести глубину переработки (считая по выходу светлых легких продуктов) без учета неорганических примесей и потерь практически до 100%.
По этой причине основной задачей ближайшего будущего является глубокая переработка нефтей и нефтяных остатков, вовлечение в традиционную переработку газообразных и в особенности твердых углеводородов.
Для решения вопросов глубокой переработки, экономного и рационального использования любого углеводородного сырья нужно не просто улучшать известные углубляющие процессы (гидрокрекинг, каталитический и термический крекинг), а изменить отношение к уже существующим технологиям переработки нефти.
Требуется разработка новых направлений и новых подходов глубокой переработки углеводородного сырья, которые позволят осуществить безостаточную конверсию любого УВ сырья (газообразного, твердого, жидкого) в целевые легкие углеводороды.

) с получением деасфальтизатов с пониженной коксуемостью и низким содержанием металлов и трудно утилизируемого остатка — асфальтита; они характеризуются повышенной энергоемкостью, высокими эксплуатационными и капитальными затратами;процессы термоадсорбционной деасфальтации и деметаллизации ТАДД (процессы APT в Соединенных Штатах, в Японии HOT и KKИ, AKO и рр.) с получением облагороженного сырья для последующей каталитической переработки;высокотемпературные процессы парокислородной газификации тяжелых нефтяных остатков с получением технологических или энергетических газов, используемых в синтезе моторного топлива, производстве метанола, аммиака, водорода и др. Для данных процессов характерны исключительно высокие эксплуатационные и капитальные затраты.Описанные процессы, за исключением замедленного коксования, не предусмотрены в государственных программах строительства и развития нефтепереработки Российской Федерации на ближайшую перспективу. В то же время на многих НПЗ России осуществляется строительство бесперспективного процесса висбрекинга (ВБ). Следует отметить, что в этом процессе не происходит удаление избыточного углерода гудрона, осуществляется лишь незначительное снижение вязкости остатка, что позволяет несколько уменьшить расход дистиллята разбавителя при получении котельного топлива.Для безостаточной переработки тяжелых нефтяных остатков в моторные топлива наиболее приемлемыми являются термоконтактные процессы, которые осуществляются при высоких температурах крекинга и небольшом времени контакта на поверхности дешевого природного адсорбента в реакторах нового поколения и регенераторах-котлах с получением дистилляционных полупродуктов, направляемых на облагораживание и каталитическую переработку.1.3 Основные принципы углубления переработки нефти и схемы НПЗ топливного профиляНПЗ НГП характеризуется наиболее простой технологической структурой, низкими эксплуатационными и капитальными затратами по сравнению с НПЗ углубленной и глубокой переработки нефти. Основным недостатком НПЗ НГП является значительный удельный расход дефицитного и ценного нефтяного сырья и ограниченный ассортимент нефтепродуктов. Наиболее типичные нефтепродукты НПЗ такого типа — дизельное топливо, котельное топливо, автомобильный бензин (при необходимости печное топливо), сжиженные газы и сухой газ. Глубина отбора моторных топлив ограничена потенциальным содержанием их в исходном нефтяном сырье. Строительство НПЗ НГП могут позволить себе только государства, которые располагают неограниченными ресурсами нефти (Кувейт, Ирак, Иран, Саудовская Аравия). В России, которая обладает достаточно скромными нефтяными запасами (меньше 5 % от мировых), переработка нефти должна ориентироваться исключительно на глубокую или безостаточную переработку нефти.Типовая схема НПЗ НГП сернистой нефти показана на рисунке 1.Рисунок 1 – Схема НПЗ НГП сернистой нефтиТехнологическая структура НПЗ НГП представляет собой по сути тот же набор технологических процессов, которые входят в состав комбинированной установки ЛK-6у.Осуществление технологии следующей ступени нефтепереработки — УГП с получением моторных топлив в количествах, превышающих их потенциальное содержание в исходном нефтяном сырье, связано с физико-химической переработкой мазута - остатка атмосферной перегонки.В мировой практике широкое распространение при углубленной и глубокой переработке получили схемы переработки мазута методом вакуумной перегонки (ВП) или глубоковакуумной перегонки (ГВП) с последующей каталитической переработкой вакуумного (глубоковакуумного) газойля в компоненты моторного топлива.Количество трудно перерабатываемого тяжелого нефтяного остатка — гудрона — в этом случае примерно в два раза меньше в сравнении с мазутом. Технология химической переработки вакуумного газойля в нефтепереработке является давно освоенной и не представляет значительных технических трудностей.На рисунке 2 показана схема НПЗ, наиболее широко применяемая при УГП сернистой нефти, включающая контактное устройство ЛК-6у и каталитический крекинг (КК) или гидрокрекинг (ГК) вакуумного газойля.Рисунок 2 – Схема НПЗ УГП сернистой нефтиГлубокая переработка гудронов с максимальным получением компонентов моторных топлив может быть осуществлена посредством тех же промышленных технологических процессов, которые применяются при переработке вакуумного (глубоковакуумного) газойля , но с предварительной деасфальтацией и деметаллизацией сырья, где одновременно достигается деметаллизация и снижение коксуемости нефтяного остатка. Для этой цели более предпочтительна энергосберегающая технология процесса термоадсорбционной деасфальтизации и деметаллизации (ТАДД) и деметаллизации типа АРТ, 3Д, адсорбционно-контактной очистки и экспресс-термоконтактного крекинга.На рисунках 3 - 7 представлены варианты схем перспективных НПЗ ГПН и БОП сернистых нефтей.Рисунок 3 – Схема НПЗ ГП сернистой нефти с выработкой нефтяного коксаВ состав перспективных НПЗ рекомендованы освоенные в промышленном или опытно-промышленном масштабе такие процессы нового поколения, как ТАДД типа 3Д или АРТ мазута или гудрона; легкий гидрокрекинг и гидрокеркинг деметаллизованного газойля, КК типа каталитический крекинг миллисекундный (ККМС) газойля, а также сопутствующие ККМС процессы производства высококачественных бензинов — алкилирование и производство метилтретбутилового эфира.Рисунок 4 – Схема перспективного НПЗ глубокой переработки сернистой нефтиРисунок 5 – Схема перспективного НПЗ БОП с максимальной выработкой автомобильных бензиновРисунок 6 – Схема перспективного НПЗ БОП с максимальной выработкой дизельного топливаРисунок 7 – Схема перспективного глубокой переработки сернистой нефти с получением моторных топлив и игольчатого коксаЭти схемы перспективных НПЗ позволяют получить высокооктановые компоненты автомобильного бензина, такие как изомеризат, риформат, алкилат, метилтретбутиловый эфир, сжиженные газы C3 и C4, так необходимые при производстве неэтилированных высокооктановых автомобильных бензинов с ограниченным содержанием аренов, а также малосернистые реактивные и дизельные и топлива зимних и летних сортов.В таблице 2 показано сравнение приведенных схем НПЗ при переработке сернистой нефти.Таблица 2 – Сравнительные характеристики схем НПЗ при проработке сернистой нефтиВыход нефтепрдукта, % массНомер схемы (рисунка)12а2б34567Моторное топливо, в т.ч.:42,760,664,970,561,477,881,450,5бензин15,628,320,431,419,33125,919,7дизельное топливо27,132,344,539,142,146,855,530,8Котельное топливо49,025,124,47,3----Технологическое топливо----22,8---Термогазойль-----2,1-20,9Кокс электродный---5,8----Кокс игольчатый-------2,85Из данных таблицы 2 видно, что при переработке западно-сибирской нефти максимальный выход моторного топлива (81,4 %), в т. ч. дизельного топлива (55,5 %) достигается при комбинировании ЛК-6у с процессом ТАДД и ГК (рисунок 4), а максимальный выход компонентов автомобильного бензина — при включении в состав НПЗ процесса КК (рисунок 5). Важным достоинством использования замедленного коксования (рисунок 7) является возможность получения малосернистого кокса игольчатой структуры.При переработке газоконденсатного сырья с исключительно низким содержанием металлов и смолисто-асфальтеновых веществ на перспективном НПЗ представляется возможность обходиться без использования процессов деасфальтизации и вакуумной перегонки, направляя мазут - остаток атмосферной перегонки - непосредственно на установку гидрокрекинга или каталитического крекинга.2 Перспективные технологии и современные тенденции глубокой переработки нефтиНа развитие нефтехимии и нефтепереработки как в Российской Федерации, так и во всем мире, большое влияние оказывают многие факторы, такие как ухудшение качества и утяжеление сырья, необходимость переработки высоковязких матричных и битуминозных нефтей. Все это предопределяет необходимость в разработке инновационных технологий.Вместе с тем можно наблюдать некоторый сдвиг структуры использования углеводородных ресурсов в сторону газа, в т. ч. активно обсуждается вопрос использования сжиженного природного газа (СПГ) в качестве топлива для судов. Появление на мировом энергетическом рынке нефтей из низкопроницаемых пород, биомасс, сланцевого газа и другого альтернативного сырья также оказывает значительное влияние не только на газовую и нефтяную отрасли, но и на нефтехимию.на сегодняшний день в Российской Федерации нефтепереработка является одной из ключевых отраслей промышленности. По объемам перерабатываемого сырья Россия занимает третье место в мире. Для сохранения ее роли необходимо учитывать указанные факторы. В 2015 г. в нашей стране было добыто порядка 518 миллионов тонн нефти, а переработано – 268,2 миллионов тонн.Несмотря на это, наблюдается существенное отставание по степени использования нефти, о чем свидетельствует низкий уровень конверсии нефтяного сырья в более ценные продукты переработки: средний показатель глубины переработки нефти на НПЗ России составляет порядка 71%, тогда как уровень современных зарубежных НПЗ (85–95%). Отставание отрасли от развитых стран связано, прежде всего, с крайне невысокой долей вторичных процессов – 17% (в США – 55%, на европейских НПЗ – 45–50%).Преодоление этого отставания в настоящее время связывается с реализацией нефтяными компаниями программ модернизации НПЗ, обеспечивающих достижение показателей, заложенных в Энергетической стратегии Российской Федерации. Уже к 2020 г. предусматривается довести переработку нефти до 290 млн т/год, а глубину переработки – до 82–85%.В связи с вводом в действие нового техрегламента на нефтепродукты нефтяным компаниям необходимо осуществить реконструкцию действующих и строительство новых установок, улучшающих качество топлив, включая установки гидроочистки топлив, риформинга, алкилирования, изомеризации. Другим важным аспектом модернизации является углубление переработки нефти. Актуальность этой проблемы возрастает в связи с резким сокращением рыночной ниши в Европе для российских производителей мазута.Постоянное ужесточение норм и требований к качеству продуктов переработки газа и нефти, повышение в топливах различного типа доли компонентов, произведенных из возобновляемого и альтернативного сырья, приводят к необходимости опережающего развития технологий для их производства.К новым технологиям, позволяющим интенсифицировать процессы, следует отнести регулирование структуры и размеров частиц нефтяных дисперсных систем за счет активирования нефтяного сырья путем изменения интенсивности и способов воздействия на систему, что особенно важно в процессах переработки нефти, использующих катализаторы, в том числе наноразмерные [3]. Данные технологии позволяют при минимальных затратах получать высокие экономические эффекты за счет улучшения качества и увеличения выхода получаемой продукции. Разработки в области технологии фазовых переходов и нефтяных дисперсных систем в настоящее время предлагаются многими исследователями, в том числе ИНХС им. А.В. Топчиева, Уфимским нефтяным технологическим университетом, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и некоторыми другими.Основным процессом, направленным на углубление переработки нефти как в России, так и за рубежом является процесс каталитического крекинга. Целевое назначение процесса – получение высококачественного компонента автобензина с октановым числом до 93. В Российской Федерации доля каталитического крекинга в общем объеме нефтепереработки не превышает 10%, в то время как в странах ЕС – 14–15%, в Китае – более 27% и в США – 35%. В процессе каталитического крекинга образуется большое количество газа, богатого бутан-бутиленовой и пропан-пропиленовой фракциями. Газ каталитического крекинга используют в качестве сырья при производстве полипропилена, высокооктановых эфиров – компонентов бензина, алкилбензина и др.Россия – одна из стран, создавших свой собственный конкурентоспособный современный процесс каталитического крекинга в прямоточном реакторе на цеолитсодержащем катализаторе. Эксплуатация систем каталитического крекинга КТ-1 и Г-43-107 на Уфимском, Омском, Грозненском и Московском НПЗ, а также в бывших Союзных республиках и странах Восточной Европы (на Бургасском, Мажейкском, Лисичанском, Бакинском, Павлодарском НПЗ) подтвердила конкурентоспособность отечественной технологии и показала возможность достижения планируемого уровня глубины переработки нефти в 80% с получением высококачественных моторных топлив [4]. Конкурентоспособность технологии в настоящий период была подтверждена ее внедрением в ОАО ТАИФ-НК на установке мощностью 880 тыс. т/год при участии альянса проектных и научно-исследовательских организаций (ОАО "ВНИИ НП". ИНХС РАН, ОАО "ВНИПИнефть"). Была реализована технология переработки тяжелого нефтяного сырья в сочетании с секцией сероочистки бензина. Сероочистка бензина каткрекинга осуществлена раздельно для легкой фракции (НК-70 °С) путем демеркаптанизации и тяжелой фракции (70–215 °С) путем гидроочистки. Следует отметить, что и отечественные катализаторы крекинга, благодаря усилиям ОАО "Газпромнефть" и ИППУ СО РАН, в настоящее время занимают 36% всего рынка, что существенно превосходит масштабы использования отечественных катализаторов в гидропроцессах.Повышение глубины переработки нефти до 93% и более возможно только при условии внедрения новых технологий переработки тяжелых нефтяных остатков в синтетическую нефть или светлые нефтепродукты. Разработкой современных технологий переработки нефтяных остатков, в том числе технологий каталитического крекинга, гидрокрекинга (производство масел и производство топлив), производства битума, коксования занимаются ведущие зарубежные и российские компании (таблица 3).Таблица 3 - Основные лицензиары современных процессов глубокой переработки нефтиПроцессЛицензиарыЗарубежныеРоссийскиеКаталитический крекингвакуумного газойляAxens, CBI Lummus, UOP, Stone & Webster, Shell, Exxon Mobil, KBR, Haldor TopsoeИНХС РАН,ОАО "ВНИПИнефть",ОАО "ВНИИ НП"нефтяных остатковShevron Lummus, IFP, KBR, UOPРазрабатывается ОАО "ВНИПИнефть" и ИНХС РАНГидрокрекингвакуумного газойляShevron Lummus, Axens, UOPОтсутствуютнефтяных остатковUOP, Axens, KBR,Shevron LummusИНХС РАНКоксованиезамедленноеFoster Wheeler, CBI Lummus, Conoco PhilipsГУП «ИНХП РБ»непрерывноеExxon MobilОтсутствуютПроизводство смазочных масел III группыShevron Lummus, Exxon MobilОтсутствуютСовременные тенденции развития процесса каталитического крекинга связаны с переработкой утяжеленного нефтяного сырья и остатков, совмещением топливного и нефтехимического вариантов (производство бензина, дизельного топлива, пропилена) и сокращением контакта сырья и катализатора. Из перспективных можно выделить разработки компаний UOP (процесс Мillisecond) и KBR (процесс Maxofin). Заначительный интерес представляют разработки российских ученых по следующим технологиям получения:добавок в катализаторы крекинга, в том числе оксидов редкоземельных элементов, для увеличения выхода олефинов и повышения октанового числа, связывания оксидов азота и серы;конкурентоспособных микросферических катализаторов крекинга, в том числе с минимальным содержанием элементов редкоземельных;промоторов дожига оксида углерода.Основные тенденции развития процесса гидрокрекинга, в том числе увеличение выхода жидких продуктов, предполагают осуществление процесса в трехфазном и движущемся слое катализатора.