Эффективность применения технологии низкотемпературного каталитического термокрекинга нефтяных остатков (НКТ) на действующих установках висбрекинга

Авторы: А.А. Яковлев, к.э.н., директор ООО «ЭПН», В.Б. Коптенармусов. ген. директор ООО «КИНЭКС», г. Санкт-Петербург

E-mail: promtrak@yandex.ru

Глубина переработки нефти на российских НПЗ в 2018 г. планируется на уровне 82,2%. Прежде всего, это — результат ввода в эксплуатацию новых комплексов каталитического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля и установок замедленного коксования. Основным фактором дальнейшего роста глубины переработки может стать применение эффективных методов получения светлых нефтепродуктов на базе вакуумных остатков (гудрона).

В современной нефтепереработке имеется широкий набор технологий по переработке гудрона:

• замедленное коксование;

• деасфальтизация;

• висбрекинг гудрона;

• производство нефтяных битумов;

• гидрокрекинг нефтяных остатков в кипящем слое катализатора под высоким давлением водорода (процессы H-Oil, LC-Fining, VCC, Юнифлекс).

Современные технологии тяжёлого гидрокрекинга нефтяных остатков обеспечивают почти полную конверсию сырья в лёгкие продукты (бензин, дизельное топливо, сжиженные газы и вакуумный газойль). Однако их применение потребует значительных инвестиционных затрат. Так, стоимость комплекса глубокой переработки нефтяных остатков мощностью 2,7 млн т/год на ОАО «ТАИФ-НК» по технологии Veba Combi Cracking (VCC) оценивается в 68 млрд руб. (2,15 млрд долл. по курсу 2012 г.). Строительство комплекса, начатое в 2012 г., планируется завершить в конце 2018 г. [1, 2].

В настоящее время на российских НПЗ широко применяется термический процесс — висбрекинг гудрона. Суммарная мощность промышленных установок висбрекинга составляет 27,4 млн т/год или 9,4% объёма перерабатываемой нефти. Процесс предназначен для снижения вязкости гудрона. Висбрекинг практически не увеличивает выход светлых фракций. Целесообразность его применения обусловлена экономией светлых дистиллятов для снижения вязкости товарного котельного топлива.

Учитывая значительные мощности действующих установок висбрекинга на российских НПЗ, совершенствование этого процесса имеет важное практическое значение.

Компанией ООО «КИНЕКС» совместно с кафедрой «Химическая технология переработки нефти и газа» Самарского ГТУ предложен процесс низкотемпературного каталитического термокрекинга (НКТ) тяжёлых нефтяных остатков в присутствии суспендированного катализатора КМК [3]. Раствор катализатора в концентрации 0,05-0,1% на сырьё подаётся в реакционную зону установки. В зависимости от направлений использования крекинг-остатка процесс можно проводить с извлечением и без извлечения катализатора из продуктов реакции. Тяжёлые металлы, содержащиеся в исходном сырье (Ni, V, Fe), частично хемосорбируются на поверхности катализатора. Это позволяет организовать их извлечение из отработанного катализатора и существенно снизить его стоимость.

Сравнение технологических показателей традиционного висбрекинга и процесса НКТ выполнено в сопоставимых условиях на пилотной непрерывной установке при переработке опытного образца гудрона следующего состава:

Представленное сырьё характеризуется высоким содержанием серы (3,5% мас.), высокой плотностью и коксуемостью. Содержание фракции, выкипающей до 500°С, не превышает 5% мас. Суммарное содержание металлов составляет 450 ppm.

Сравнение показателей традиционного висбрекинга и низкотемпературного каталитического термокрекинга проводилось на пилотной установке при температуре 440 и 435°С соответственно (табл. 1). Следует отметить, что при работе на таком тяжёлом сырье в промышленных условиях при более высоких температурах возникает опасность закоксовывания и непроизводительных простоев установки для очистки оборудования.

Таблица 1

Сравнение технологических показателей традиционного висбрекинга и каталитического термокрекинга

Предлагаемая технология каталитического термокрекинга при переработке тяжёлого гудрона характеризуется рядом преимуществ.

1. Конверсия сырья за проход (выход газа и фракций, выкипающих до 360°С) составляет соответственно 12,3 и 37,5% мас. при соответствующем снижении выхода крекинг-остатка с 87,7 до 62,5% мас. Потребуется дополнительная гидроочистка образующихся светлых дистиллятов.

2. Динамическая вязкость крекинг-остатка при 100°С составляет соответственно 84 и 42,5 сСт. Требование ГОСТа к качеству мазута по этому показателю составляет не более 50 сСт. Таким образом, крекинг-остаток, получаемый по новой технологии, не потребует разбавления лёгкими дистиллятами, что увеличит их ресурсы для получения светлых моторных топлив.

3. Содержание серы в крекинг-остатке снижается на 10-15% по сравнению с традиционным висбрекингом.

4. Содержание ванадия и никеля в крекинг-остатке процесса НКТ снижается.

5. При вакуумной разгонке крекинг-остатка, в случае применения его в производстве кокса или нефтяного битума, можно выделить вакуумный погон, используемый как сырье каталитического крекинга или гидрокрекинга, а также в качестве товарного продукта. Таким образом, может быть достигнута 100%-я глубина переработки нефти.

Предлагаемый процесс полностью отвечает технологической схеме и параметрам существующих установок висбрекинга гудрона. Затраты на реконструкцию включают расходы на изготовление узла подачи суспендированного катализатора в реакционную зону, а также, при необходимости, на увеличение объёма сокинг-камеры.

Для количественной оценки эффективности применения технологии НКТ на действующих установках висбрекинга учитывались следующие факторы:

• сокращяется выработка товарного мазута за счёт снижения выхода крекинг-остатка и исключения из его состава светлых дистиллятных фракций-разбавителей. Практика показывает, что для достижения требований ГОСТа к мазуту М-100 по вязкости к остатку висбрекинга в зависимости от качества сырья добавляется до 15% светлых дистиллятов;

• отмечается улучшение ассортимента нефтепродуктов. Увеличивается производство светлых моторных топлив при соответствующем сокращении производства мазута. Растёт стоимость продаж;

• снижается размер таможенных пошлин при условии экспорта вырабатываемых нефтепродуктов. Так, с 01.02.2018 г. экспортные пошлины на дизельное топливо и мазут установлены в размере соответственно 36,0 и 120,1 долл. за тонну. Дизельное топливо и мазут относятся к основным экспортным продуктам российских НПЗ.

Расчёт технико-экономических показателей по рассматриваемым вариантам переработки гудрона выполнен для типовой установки висбрекинга мощностью 1200 тыс.т/год по сырью (табл. 2).

Таблица 2

Технико-экономические показатели традиционного висбрекинга и процесса НКТ

Представленные расчёты показывают, что при переводе установки висбрекинга мощностью по сырью 1200 тыс.т/год на технологию НКТ стоимость продаж в текущих ценах увеличится на 3,8 млрд руб., при этом экономия на экспортных пошлинах достигнет 2,4 млрд руб. Таким образом, суммарное увеличение стоимости продаж и экономия на снижении экспортных пошлин составит в расчете на год 6,2 млрд руб., или 5 166 руб. в расчёте на 1 т перерабатываемого сырья. Безусловно, представленные значения могут меняться в зависимости от конкретных условий предприятия, но преимущество этой технологии очевидно. Наибольший интерес технология НКТ может представлять для мини-НПЗ, так как гидрогенизационная переработка гудрона на таких заводах неприемлема из-за ее высокой стоимости.

Следует отметить, что перевод действующих установок висбрекинга на технологию НКТ не потребует значительных капиталовложений и может быть реализован в короткие сроки. Учитывая масштабы применения процесса висбрекинга на российских НПЗ, реализация этой технологии обеспечит существенный народнохозяйственный эффект и улучшит показатели отрасли в целом.

Литература

1. Дурницына Ирина, Нижнекамск. РИА Новости 11.11.2015, https://ria.ru/economy/20151111/1318835082.html.

2. Neftegaz.ru. ТАИФ-НК запустит в режиме пусконаладки комплекс глубокой переработки тяжелых нефтяных остатков в 2017 г., https://neftegaz.ru/news/view/157032-TAIF-NK-zapustit-v-rezhime-puskonaladki-kompleks-glubokoy-perer....

3. Коптенармусов В.Б., Катков А.Л., Малов Е.И., Пимерзин А.А., Цветков В.С. Низкотемпературный каталитический термокрекинг вакуумных погонов в присутствии катализатора «КМК-5» и водородосодержащего газа на проточной пилотной установке // Нефтепереработка и нефтехимия. — 2017. — № 3. — С. 7–15.