Vlu06Unit_INV_LP1tobe2. Производство компонентов масел на НПЗ сложное. Инвестиции в депарафинизацию. Без КО/ГО в.15-06 для ДП. Планирование инвестиций и окупаемости. Месяц. Работают оба крыла установки.

Производство компонентов масел

Установки атмосферно-вакуумной трубчатки (АВТ) входят в состав цеха первичной переработки нефти, но поставляют сырье для производства компонентов масел (ПКМ). АВТ разделена на два блока — атмосферной и вакуумной перегонки.

Атмосферная перегонка предназначена для отбора светлых нефтяных фракций — бензиновой, керосиновой и дизельных, выкипающих до 360°С, потенциальный выход которых составляет 45-60% на нефть. Остаток атмосферной перегонки — мазут. Процесс заключается в разделении нагретой в печи нефти на отдельные фракции в ректификационной колонне — цилиндрическом вертикальном аппарате, внутри которого расположены контактные устройства (тарелки), через которые пары движутся вверх, а жидкость — вниз. Ректификационные колонны различных размеров и конфигураций применяются практически на всех установках нефтеперерабатывающего производства, количество тарелок в них варьируется от 20 до 60. Предусматривается подвод тепла в нижнюю часть колонны и отвод тепла с верхней части колонны, в связи с чем температура в аппарате постепенно снижается от низа к верху. В результате сверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций конденсируются в соответствующих частях колонны и выводятся, мазут остаётся жидким и откачивается с низа колонны.

Вакуумная перегонка предназначена для отбора от мазута масляных дистиллятов на НПЗ топливно-масляного профиля, или широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на НПЗ топливного профиля. Остатком вакуумной перегонки является гудрон.

Необходимость отбора масляных фракций под вакуумом обусловлена тем, что при температуре свыше 380°С начинается термическое разложение углеводородов (крекинг), а конец кипения вакуумного газойля — 520°С и более. Поэтому перегонку ведут при остаточном давлении 40-60 мм рт. ст., что позволяет снизить максимальную температуру в аппарате до 360-380°С.

Разряжение в колонне создается при помощи соответствующего оборудования, ключевыми аппаратами являются паровые или жидкостные эжекторы.

Каждая фракция выпускается одного или нескольких сортов; ими различаются варианты работы установок АВТ. Избыток некоторых фракций может сбрасываться в мазут.

Рисунок. Схема установки АВТ: 1 — трубчатая печь, работающая при атмосферном давлении; 2 -ректификационная колонна, работающая при атмосферном давлении; 3 — газоотделитель; 4 — теплообменники; 5 — трубчатая печь, работающая при пониженном давлении; 6 — ректификационная колонна, работающая при пониженном давлении; 7 — насосы; 8 — холодильники.

Установки пропановой деасфальтизации гудрона (заруб. — сольвентная деасфальтизация) предназначены для удаления из нефтяных остатков смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости. В качестве сырья используются гудроны «маслянистых» нефтей. Целевыми продуктами являются деасфальтизаты, используемые для выработки остаточных масел, а побочными продуктами асфальты (битумы ДА), служащие сырьем для производства битумов и других компонентов стройматериалов или компонентами котельных топлив.

Рисунок. Установка деасфальтизации гудрона. Принципиальная схема

Установки селективной очистки масляных фракций и деасфальтизатов предназначены для удаления смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов из масел с целью повышения их индекса вязкости и снижения коксуемости (фактически, деароматизация масел). В качестве сырья используются масляные дистилляты вакуумной перегонки мазутов, деасфальтизаты гудронов. Целевыми продуктами являются рафинаты, которые направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел, а побочными продуктами – экстракты (фактически, концентраты ВМ-полиароматики), которые используются как сырье для производства битумов, технического углерода, нефтяных коксов и т.д.

Рисунок. Установка селективной очистки масел. Принципиальная схема

Установки депарафинизации рафинатов кристаллизацией предназначены для удаления из рафинатов высокоплавких парафиновых углеводородов с целью получения масел с низкими температурами застывания.

Различают процессы обычной ДП с получением масел с температурой застывания от -10 до -15°С и глубокой ДП с получением масел с температурой застывания -30 °С и ниже. Процесс представляет собой одну из разновидностей процесса экстракции – экстрактивную кристаллизацию – и основан на разной растворимости углеводородных компонентов масел в некоторых растворителях при низких температурах. Является наиболее трудный процесс в производстве нефтяных масел.

Альтернативой кристаллизации – гидрокаталитическая депарафинизация (селективный гидрокрекинг).

Целевыми продуктами являются депарафинизаты – депарафинированные дистиллятные и остаточные масла, а побочными продуктами – гачи из дистиллятного и петролатумы из остаточного сырья, направляемые на обезмасливание с получением, соответственно, парафинов и церезинов–сырья многих отраслей промышленности.

Рисунок. Установка депарафинизации масел. Принципиальная схема

Контактная очистка нефтепродуктов осуществляется с помощью адсорбентов для улучшения физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик.

Из нефтепродуктов удаляют нестабильные продукты разложения углеводородов, кислые и смолисто-асфальтеновые вещества, серо-, азот- и кислородсодержащие соединения, и другие вредные примеси. Адсорбенты – природные продукты (обычно отбеливающие земли). Наиболее часто контактная очистка служит заключит, стадией производства нефтяных масел и применяется для их доочистки после проведения специальной очистки с помощью H2SO4 (сернокислотная очистка) либо избирательными растворителями (селективная очистка). Эффективность контактной очистки определяется температурой процесса, продолжительностью контактирования масла с отбеливающей землей и ее расходом. Последний зависит от активности адсорбента, качества очищаемого масла, необходимой глубины доочистки и, как правило, составляет (в % по массе): для дистиллятных масел 3-5, для остаточных масел 5-20. Увеличение вязкости масел и снижение активности используемой отбеливающей земли требуют более высокой температуры контактирования. Чаще всего доочистку маловязких дистиллятных масел осуществляют при 120-180 °С, вязких остаточных масел – при 180-300 °С. Принципиальная технологическая схема контактной очистки: смешение предварительно тонкоизмельченной отбеливающей земли (размер частиц около 0,1 мм) с очищаемым маслом; контактирование этих компонентов в течение 15-25 мин при выбранной температуре; отгонка остатков селективного растворителя, воды и низколетучих продуктов разложения углеводородов; отделение адсорбента фильтрованием на дисковых или рамных фильтрах. Отработанную отбеливающую землю, в которой остается до 50% по массе масла, подвергают регенерации и возвращают в систему либо используют в качестве наполнителей дорожных битумов, при производстве цемента и т.п. В результате контактной очистки значительно повышается стабильность нефтепродуктов и происходит их осветление. В последнее время при получении множества нефтяных масел контактную очистку успешно заменяют более эффективным методом – гидроочисткой.

Рисунок. Установка контактной очистки. Принципиальная схема

1, 4 – поршневые насосы; 2 – подогреватель; 3 – холодный смеситель; 5 – теплообменник; 6 – печь; 7 контактная колонна; 8, 11, 14, 18 – центробежные насосы; 9, 16 – конденсаторы-холодильники; 10, 17, 20 – приемники; 12 – конденсатор смешения; 13 – горячий смеситель; 15 – дисковый фильтр; 19 – рамный фильтр.

Линии: I – сырье; II – свежий адсорбент; III – отработанный адсорбент; IV – очищенное масло; V – водяной пар; VI – вода.

Гидроочистка, осуществляется действием водорода на прямогонные нефтяные фракции и вторичные продукты их термокаталитической переработки в присутствии катализатора. Применяется с целью получения малосернистых бензинов, реактивных, дизельных и печных топлив, а также подготовки сырья для каталитического крекинга и риформинга, гидрокрекинга и др. Основные реакции, происходящие при гидроочистке: гидрогенолиз связей углерод – гетероатом с практически полным превращением серо-, азот- и кислородсодержащих органических соединений в предельные углеводороды с одновременным образованием легко удаляемых H2S, NH3 и водяных паров; гидрирование непредельных углеводородов. При гидроочистке происходит также разрушение металлоорганических соединений.

Гидроочистку проводят при 250-415 °С, 1-10 МПа, объемной скорости подачи сырья 1-15 ч-1, соотношении водородсодержащий газ: сырье, равном (50-1000):1. Катализаторы обычно алюмокобальтмолибденовый (9-15% МоО3, 2-4% СоО) или алюмоникельмолибденовый (до 12% NiO, до 4% СоО), носитель-А12О3, иногда с добавками цеолитов, алюмосиликатов и др. Содержание водорода в водородсодержащем газе до 90% по объему, расход водорода 0,1-1,0% от массы сырья. Выход жидких продуктов обычно достигает 96-99%, суммарный выход углеводородных газов, бензина, H2S, NH3 и паров Н2О — 1-4%.

Принципиальная технологическая схема гидроочистки: смешение сырья с водородсодержащим газом и предварительный подогрев смеси в теплообменнике; нагрев смеси в трубчатой печи; собственно гидроочистка в одно- или многосекционном реакторе – стальном цилиндрическом аппарате (поскольку процесс экзотермичный, в различные зоны реактора вводят холодный водородсодержащий газ); охлаждение полученного гидрогенизата; отделение его от водородсодержащего, а затем от углеводородных газов соответственно в сепараторах высокого и низкого давления с последующей ректификацией на целевые продукты; очистка газов от H2S, NH3 и водяных паров.

В зависимости от назначения процесса и состава сырья схемы установок гидроочистки могут несколько различаться. Так, для облагораживания бензинов, содержащих значит. количество непредельных углеводородов, применяют так называемую селективную гидроочистку, при которой в сравнительно мягких условиях (250-325 °С) гидрированию подвергаются главным образом диены. Для удаления из дистиллятов одновременно больших количеств сернистых, азотистых и непредельных соединений используют двухступенчатую гидроочистку: на первой ступени при 250-325 °С гидрируются наиболее реакционноспособные диены, на второй при 320-425 °С- остальные примеси. Для переработки высокосернистых тяжелых нефтяных фракций, содержащих повышенные количества металлоорганических и коксообразующих веществ, применяют гидроочистку с предварительной подготовкой сырья в присутствии катализаторов (Гидрообессеривание).

В результате гидроочистки может быть снижено содержание (% по массе): серы в бензинах — с 0,03-0,6 до 10-5, в дизельных топливах с 0,6-2,5 до 0,01-0,2, в вакуумных газойлях с 1,5-3,5 до 0,15-0,4; азота в бензинах с 0,01-0,03 до 10-4, в вакуумных газойлях с 0,05-0,2 до 0,02-0,15; непредельных углеводородов в бензинах с 3-120 до 0,2-0,5, в дизельных топливах с 3-100 до 0,5-6,0; металлов (Ni + V) в вакуумных газойлях с 5*10-5-3*10-4 до 2*10-5-5*10-5. Кроме того, в нефтяных фракциях уменьшается содержание смолистых веществ, улучшаются их запах и цвет, повышается устойчивость к окислению.

Рисунок. Установка гидроочистки масел. Принципиальная схема

1 – печь; 2 – реактор; 3, 7, 15 – колонны; 4, 13 – холодильники; 5, 6, 18, 19 – насосы; 8 – барометрические конденсаторы; 9 – эжектор; 10 – барометрический колодец; 11, 17 – теплообменники; 12, 14, 21 – сепараторы; 16 – фильтр; 20 — компрессор;

Линии: I – сырье; II – водородсодержащий газ риформинга; III – гидроочищенное масло; IV – углеводородный газ; V – отгон; VI – сероводород; VIII – моноэтаноламин; IX – вода; X – неконденсированные газы.

кратко

См. Объект O.Vlu06. Производство компонентов масел на НПЗ сложное. С контактной и гидроочисткой в.15-06 для ЛП

Добавлена стадия вакуумной перегонки – вакуумной части АВТ

Стадия: Вакуумная перегонка

Установки: установки вакуумной части АВТ.

Операции: операции вакуумной перегонки мазута с атмосферной части АВТ

Потоки: материальные потоки операций установок, сырье – мазута с атмосферной части АВТ, продукты – вакуумные погоны и гудроны

Изменение работы крыльев установки депарафинизации, отражающие различные возможные варианты их работы при их реконструкции и в различных ситуациях, таких как ремонт одного из крыльев.

кратко

Рисунок. Фрагмент потоковой схемы объекта «со стрелками»

кратко

Задача расчета объемного плана производства при планируемых инвестициях в 30 установку «to-be». В 30й установке депарафинизации построено два крыла — может одновременно работать оба крыла

Весь горизонт рассматриваются, как один интервал.

Нагрузки по всем установкам определяются в результате оптимизации. Номинальные производительности установок заданы жестко.

Емкости на конец горизонта: промежуточные емкости = начальному состоянию, истоки и стоки — ограничения на сырье/продукты.

Рассчитываются дни работы установок, за исключением КО/ГО, исходя из ограничений на выработку продуктов и потребления сырья отвечающих максимуму прибыли.

кратко

Вакуумный блок АВТ, смеси сырья производства компонентов масел

Рисунок. Фрагмент формы – стадия, установка, операция, поток

Деасфальтизация гудрона и дуосол очистка

Рисунок. Фрагмент формы – стадия, установка, операция, поток

Селективная очистка

Рисунок. Фрагмент формы – стадия, установка, операция, поток

Депарафинизация

Рисунок. Фрагмент формы – стадия, установка, операция, поток

Контактная очистка и гидроочистка

Рисунок. Фрагмент формы – стадия, установка, операция, поток

Мазуты АВТ убывающим итогом.

Рисунок. Фрагменты формы – стадия, емкость

Продукты вакуумной части АВТ.

Рисунок. Фрагменты формы – стадия, емкость

Продукты стадии деасфальтизации – деасфальтизат гудрона и рафинаты дуосол очистки.

Рисунок. Фрагменты формы – стадия, емкость

Промежуточные емкости под рафинаты селективной очистки

Рисунок. Фрагменты формы – стадия, емкость

Депарафинированные компоненты масел нарастающим итогом

Рисунок. Фрагменты формы – стадия, емкость

кратко

Потребление мазута вакуумными частями АВТ за месяц:

Рисунок. Гистограммы изменения состояния емкостей

Выход компонентов масел с производства за месяц:

Рисунок. Гистограммы изменения состояния емкостей

Объяснения решения

Рисунок. Фрагмент трассы объяснений Решателя LP

Размерность задачи и характеристики расчета

Размерность задачи:

Стадий 5, Установок 23, Операций 117, Емкостей 79, Интервалов 1, Переменных 841, Ограничений 2411.

Характеристики расчета:

Минут до оптимального 00:00,305

Решатель LpSolve, сервер Intel Core i5-4570 3,2GHz.

кратко