автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка новых технологических решений по переработке высокопарафинистого газового конденсата

На правах рукописи

Кудрявцев Михаил Александрович

Разработка новых технологических решений по переработке высокопарафинистого газового конденсата

Специальность 05.17.07 - Химия и технология топлив и

специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

\

На правах рукописи

Кудрявцев Михаил Александрович

Разработка новых технологических решений по переработке высокопарафинистого газового конденсата

Специальность 05.17.07 - Химия и технология топлив и

специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

г

»м».

■ .. >

¿IG 5&cf

Работа выполнена на Сосногорском газоперерабатывающем заводе и в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Шурупов С В. доктор химических наук, Арутюнов B.C.; кандидат химических наук, Абрамова A.B.

Ведущая организация:

Институт высоких температур РАН (ИВТАН), г. Москва

Защита состоится «_» апреля 2004 г. в 13 час 30 мин на заседании

диссертационного совета Д 511.001 01 при ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская обл Ленинский район, пос. Развилка, ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ». Автореферат разослан «_» марта 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. г -м н.

H.H. Соловьев

Национальна* библиотека

С.П

08 Ж

И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В углеводородном сырье, поступающем на газоперерабатывающие заводы (ГПЗ) в последние годы, возрастает доля высокопарафинистых газовых конденсатов Существующее на некоторых ГПЗ упрощенные схемы переработки конденсата не обеспечивают требуемого качества товарной продукции, и, как правило, направлены на производство продукции узкого ассортимента (сжиженный газ, стабильный конденсат) В связи с этим, возникает необходимость в изменении существующих схем переработки и в разработке новых технологических решений по глубокой переработке высокопарафинистого конденсата и его остаточных дистиллятных фракций, что и определяет актуальность темы диссертации

Цель работы

Разработка новых технологических решений по комплексной переработке высокопарафинистого газового конденсата в рентабельную продукцию топливного и газохимического назначения на примере Сосногорского ГПЗ с учетом существующей на заводе производственной инфраструктуры

Основные задачи

• на основании физико-химических исследований образцов газового конденсата, поступающего на Сосногорский ГПЗ в настоящее время, и образцов конденсата, моделирующего сырье, которое будет поступать на завод в период 20-25 лет, научно обосновать комплексную схему глубокой переработки высокопарафинистого газового конденсата с производством продукции газохимического и топливного назначения;

• научно обосновать решения по утилизации высокопарафинистых остатков газового конденсата в качестве сырья для производства низкодисперсного те-хуглерода;

• научно обосновать технологические решения переработке отходящих газов печного производства техуглерода в смесь жидких углеводородов

Научная новизна

На основании физико-химических исследований образцов газового конденсата, поступающего на Сосногорский ГПЗ в настоящее время, и образцов конденсата, моделирующего сырье, которое будет поступать на завод в период до 2030 г автором предложена и научно обоснована комплексная схема глубокой переработки высокопарафинистого газового конденсата с производством экологически чистой продукции газохимического и топливного назначения; показана низкая тенденция к сажеобразованию высокопарафинистых остатков газового конденсата и разработана технология производства техуглерода П701(Ы772 по классификации АЭТМ) из газожидкостного сырья (смесь природного газа и высокопарафинистых остаточных фракций газового конденсата); дано научное обоснование технологии переработки отходящих газов печного производства техуглерода П701(М772) в широкую фракцию углеводородов (ШФУ) с использованием железосодержащих катализаторов с добавками цеолита.

з

Основные положения, представляемые к защите

1 Научное обоснование комплексной схемы переработки высокопарафинистого газового конденсата в продукцию газохимического и топливного назначения (бензиновая фракция, дизельное топливо, печной техуглерод, ШФУ);

2 Технологический регламент на производство техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья, разработанный на основании результатов анализа зависимости тенденции к сажеобразованиго высокопарафинистых дистиллятов газового конденсата от температуры пиролиза,

3 Научное обоснование способа получения ШФУ из отходящих газов производства печного техуглерода

Практическая ценность

1 Выполнены технико-экономическое обоснование и бизнес-план по предложенной автором комплексной схеме переработки высокопарафинистого газо-конденсатного сырья в продукцию газохимического и топливного назначения Обоснована экономическая эффективность проекта,

2 Под руководством автора был внедрен в промышленную эксплуатацию один из реакторов производства печного техуглерода П701(Ы772) из газожидкостного сырья на Сосногорском ГПЗ;

3 Получен патент и разработана технологическая схема получения ШФУ из отходящих газов процесса производства печного техуглерода П701(Ы772)

Апробация работы

Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях по малотоннажной переработке нефти и газа в республике Саха (г Якутск, 2001 г), по переработке природного газа (г Орландо, США, 2002 г.), а также на научно-техническом совете ОАО «Газпром» (г Сургут, 2002 г)

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 12 научных работах

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, заключения, литературы и приложения Диссертация изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков и 57 таблиц Библиографический список включает 90 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обоснована актуальность изменения существующей схемы переработки высокопарафинистого газового конденсата на Сосногорском ГПЗ, обусловленная изменением в области переработки углеводородного сырья, изменением сырьевой базы, в частности, вовлечением в переработку нефтегазоконденсатно-го сырья (НГКС) и экономическими факторами - желанием расширить ассортимент высокорентабельной продукции.

Глава 1. Особенности химической переработки углеводородного сырья

Первичная переработка НГКС происходит на установках стабилизации, где образуются газы стабилизации и товарные продукты - сжиженный газ и стабильный конденсат Из стабильного конденсата извлекают бензиновую и дизельную фракции (дизельное топливо) Часть бензиновой фракции перерабатывают в автобензин по процессам риформинга (Сургутский ЗСК, Астраханский ГПЗ) и цеоформинга (Сосно-горский ГПЗ) Принципиальным отличием процесса цеоформинг от риформинга является отсутствие капиталлоёмких установок производства водорода

Существующие на некоторых заводах упрощенные схемы переработки НГКС не обеспечивают требуемого качества товарной продукции. Поэтому разработка новых технологических решений по глубокой переработке газового конденсата, содержащего высокопарафинистые фракции, в экологически чистую продукцию топливного и газохимического назначения представляет важную научную и прикладную задачу

На Сосногорском ГПЗ из углеводородного сырья производят техуглерод различных марок, который применяется в лакокрасочных и резинотехнических изделиях и пользуется экспо'ртным спросом Основным способом получения техуглерода является печной процесс, при котором дисперсный углерод образуется при неполном горении углеводородного сырья Широко известны работы российских ученых П А Теснера, Т Г Гульмисаряна, В Ф Суровикина, в которых показано, что технологические условия и углеводородный состав сырья определяют основные показатели качества дисперсного продукта (дисперсность и структурность) и влияют на экономические показатели процесса, в частности, на удельный выход продукта и расход топливного газа Создание техуглерода, отвечающего требованиям потребителей, наряду с повышением удельного выхода продукта, являются важными исследовательскими и прикладными задачами.

В настоящее время многие нефтегазовые компании ведут работы по созданию конкурентоспособных процессов превращения углеводородного сырья, в частности, природного газа в синтетические жидкие топлива (СЖТ) Актуальность таких работ определяет рост цен на нефть и, соответственно, моторные топлива.

Следует отметить, что исходным строительным кирпичиком, из которого складывается здание химии метана, является синтез-газ (смесь Н2 и СО), получаемый в процессах парового риформинга или неполного окисления метана Из синтез-газа можно получать продукты органического синтеза (метанол, формальдегид, водород) и экологически чистые СЖТ, в том числе диметиловый эфир (ДМЭ) Основными достоинствами СЖТ являются экологическая чистота (отсутствие сернистых компонентов, полиароматических углеводородов), высокое цетановое число (>65), что очень важно для работы дизельного двигателя Обеспечение потребности России в экологически чистых моторных топливах в перспективе окажется невозможным без компаундирования нефтепродуктов продуктами газохимии

Научные достижения по совершенствованию отдельных стадий процесса Фишера-Тропша ассоциируются с именами российских ученых, таких как А Л Лапи-дус, Е В. Сливинский, А Я. Розовский, Д.Н. Каган.

Прогресс в процессе Фишера-Тропша связан с совершенствованием каталитической стадии синтеза углеводородов, в частности с улучшением теплообмена в реакторе синтеза углеводородов в слое катализатора, что можно обеспечить разбавлением синтез-газа инертным компонентом - азотом.

В отходящем газе с установок производства техуглерода, образующегося при неполном горении природного газа, кроме инертных компонентов, присутствуют Н2 и СО Этот газ классифицируется как разбавленный синтез-газ и может рассматриваться в качестве промежуточного продукта переработки природного газа в СЖТ по процессу Фишера-Тропша Применение разбавленного синтез-газа, например, полученного воздушной конверсией метана, и активных каталитических систем для синтеза углеводородов, должно повысить рентабельность производства СЖТ В связи с этим, актуальным направлением исследований является разработка технологии каталитической переработки разбавленного синтез-газа в смесь углеводородов (ШФУ, содержащую топливные фракции).

Глава 2. Схема переработки нефтегазоконденсатного сырья Существующая схема переработки газового конденсата

Сосногорский ГПЗ, введенный в эксплуатацию более 60 лет назад, предназначался для стабилизации газового конденсата, подготовки природного газа к транспорту, а также производства техуглерода различных марок. Кроме указанных продуктов на заводе вырабатывается смесь пропан-бутана (СПБТ) и автобензин А-76 (нормаль-80)

Существующая блок-схема переработки нестабильного газового конденсата представлена на рисунке 1 и включает структурные единицы:

• установку стабилизации газового конденсата УСК-1;

• установку производства автобензина А-76 (нормаль-80);

• цех производства техуглерода П701 (N772);

• цех производства техуглерода Т900 (N990).

Рисунок 1 - Блок-схема переработки нестабильного газового конденсата на Сосногорском ГПЗ

В настоящее время в сырьевую базу Сосногорского ГПЗ вовлекаются газо-конденсатные месторождения, содержащие не только конденсат, но и нефть нефтяных оторочек Доля нефти в сырье в период 1995-2003 гг возросла с 4 до 13 масс % Прогнозируется, что в ближайшие 15-20 лет содержание нефти в сырье, поступаю-

щем на переработку, может достигнуть 35 масс % (рисунок 2) С увеличением доли нефти изменяются физико-химические свойства перерабатываемого сырья, повышается температура застывания стабильного конденсата, наблюдается парафино-отложение в оборудовании.

ГОДЫ

Рисунок 2 - Динамика изменения содержания нефти в НГКС

Обеспечение эффективной переработки такого сырья не возможно без изменения технологической схемы, в частности, без научного обоснования технологии переработки высокопарафинистых остаточных фракций НГКС.

Физико-химические свойства углеводородного сырья

Углеводородным сырьем, поступающим на УСК-1 на стабилизацию, является НГКС с месторождений Тимано-Печорской провинции (республика Коми) Компонентный состав и физико-химические характеристики НГКС, поступающей на переработку в настоящее время и «перспективного» сырья, которое может содержать в ' своем составе до 35 масс % нефти, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Компонентный состав НГКС

Сырье Содержание, масс. % Молекулярная масса Плотность кг/м3 Газоеый фактор м3/г

С02 М2 С, с2 Сз 'С4 пО, ¡с5 пС5 1Сб

Текущее сырье 0,03 0,01 1,84 3,98 10,24 4,40 10,39 6,57 7,67 54,9 65,5 611 268

Перспективное сырье 0,03 0,03 1,31 3,72 10,05 4,02 10,05 5,53 6,53 58,73 79,8 665 226

Разработка технологической схемы переработки вьюокопарафинистой НГКС невозможна без проведения комплексного физико-химического исследования перспективного сырья.

Физико-химический анализ образцов стабильного конденсата (текущее и перспективное сырье) проводили по существующим Российским и Международным стандартам в ООО «ВНИИГАЗ» и его филиалом «СеверНИПИГАЗ» (г. Ухта, Коми) Образцы стабильного конденсата были подвергнуты ректификации на узкие 10-ти

градусные фракции на установке «Autodest 800» фирмы FISCHER (Германия) На основе этих фракций были приготовлены модельные композиции дизельных и бензиновых фракций, которые далее были подробно проанализированы и в которых были определены оптимальные композиции бензиновых и дизельных фракций, соответствующие требованиям стандартов Физико-химические показатели стабильного конденсата (текущее и перспективное сырье) приведены в таблице 2

Таблица 2 - Физико-химические показатели стабильного конденсата

Показатель Текущее сырье Перспективное сырье

1 Плотность при 20 °С, кг/м3 715 744

2 Молекулярная масса 105 135

3 Фракционный состав, °С НК 10% 50% 90% КК

32 35

48 56

89 114

285 360

360 415

4 Вязкость кинематическая, мм2/с, при 20 °С 0,84 1,67

5 Содержание воды, % об 0,01 0,02

6 Содержание хлористых солей, мг/л 5,7 7,8

7 Массовая доля серы, % 0,03 0,05

8 Содержание парафинов, масс % 0,76 5,5

9 Температура застывания, иС <-60 +4

10 Давление насыщенных паров, мм. рт ст 486 380

Таким образом, стабильный конденсат (существующий и перспективный), характеризуется незначительным содержанием общей серы, пластовой воды, а также хлористых солей, что предопределяет высокое качество товарных продуктов

Высокое содержание тугоплавких парафинов и положительная температура застывания перспективного стабильного конденсата являются основными причинами разработки новой технологической схемы переработки НГКС

Предлагаемая схема и материальный баланс переработки НГКС

С целью более глубокого разделения НГКС в существующую схему УСК-1 (колонны К-1 и К-2) было предложено ввести колонну предварительного отбензини-вания К-3, где будут отбираться фракция НК-65 °С, и колонну К-4 для отбора бензиновой фракции 65-150 °С и дизельного топлива (фракция 150-300 °С) Схема модернизированного производства представлена на рисунке 3

Таким образом, в результате модернизации УСК-1 будет производиться дополнительная продукция,в частности'

• фракция НК-65 °С - компонент автомобильного бензина;

• бензиновая фракция (65-150 °С) - сырье для нефтехимии, компонент автомобильного бензина, сырье для процесса цеоформинг,

• дизельное топливо (150-300 °С).

Рисунок 3 - Схема переработки НГКС на Сосногорском ГПЗ

Производительность УСК-1 с блоком ректификационного выделения тяжелого остатка была принята равной 350 тыс.т/год Материальный баланс переработки НГКС, содержащей, соответственно, нефть 6 масс % (нижний предел содержания нефти) и 35 масс % (перспективное сырье) при годовом фонде рабочего времени 8000 ч., приведен в таблице 3

Таблица 3 - Материальный баланс УСК-1 после реконструкции

Производительность, тыс т/год

Материальные потоки Доля нефти в сырье Доля нефти в сырье

6 масс. % 35 масс. %

Сырье 328,8 328,8

Газ стабилизации, в т.ч 19,7 15,8

• газ сепарации 4,1 1,8

• газ деэтанизации из К-1 15,6 14,0

СПБТ 93,2 80,0

Бензиновая фракция, в т ч 168,8 131,6

. НК-65 °С 73,8 52,8

• 65-150 °С 95,0 78,8

Дизельное топливо 25,2 34,0

Тяжелый остаток 18,0 59,4

Потери 8,0 8,0

Высокопарафинистые тяжелые остатки газового конденсата имеют температуру кипения > 300 °С и положительную температуру застывания Реализация таких остатков в качестве товарных продуктов затруднена, особенно в регионах с неразвитой транспортной и потребительской инфраструктурой. Аналогичная ситуация возникла на Сосногорском ГПЗ

Остаточные дистиллятные фракции переработки газового конденсата, имеющиеся в данное время или те, которые появятся на заводе после реконструк-

ции УСК-1, рекомендовано использовать в качестве сырья для производства техуг-лерода П701^772).

Глава 3. Утилизация остаточных фракций переработки НГКС

Высокопарафинистые остатки - сырье для получения техуглерода

В таблице 4 представлены свойства дистиллятов газового конденсата, которые могут быть использованы для производства низкодисперсного техуглерода П701 (N772) Такими фракциями являются

• остаток, образующийся при однократном испарении стабильного конденсата при подготовке сырья для получения бензина по процессу цеоформинг, (сырье №1);

• дистиллят газового конденсата 165-КК (360 °С), (сырье №2);

• дистиллят газового конденсата 300-КК (360 °С), перерабатываемого на заводе в настоящее время (сырье №3),

• дистиллят газового конденсата 300-КК (360 °С) перспективного сырья (сырье №4)

Таблица 4 - Свойства дистиллятов газового конденсата

Показатель Сырье 1 Сырье 2 Сырье 3 Сырье 4 Метан

1 Плотность при 20 °С, кг/м3, при 50 °С, кг/м3 745-760 820 816 821 -

2 Вязкость кинематическая при 20 °С, мм2/с 2,87 5,00 - - -

3 Интервалы выкипания, °С' 60-360 165-360 300-360 300-360 -

4 Молекулярная масса 150-170 220-240 360-380 390-410 16

5 Содержание серы, масс % 0,05 0,07 0,1 0,2 -

6 Зольность, масс % 0,015 0,021 0,034 0,066 -

7 Температура застывания, °С 0...+5 +12.. +17 +45...+55 +50.. +65 -

8 Групповой состав, % масс Парафины Ароматические у/в Нафтены 60...70 15...10 25...20 65...75 15...10 20...15 70...80 15...10 15...10 75...85 12...7 13...8 100

9 Содержание углерода, масс % 86,0 85,0 85,2 85,3 75,0

10 Тенденция к сажеобразо-ванию при 1300 °С, N0, г'1 1,2x1014 1,2x1014 1,1х1014 1,0х1014 2,1х1014

Так как в настоящее время на заводе отсутствует предполагаемый к переработке дистиллят конденсата с температурой начала кипения >300 °С, научно-техническое обоснование предложений по утилизации остатка в качестве сырья для производства техуглерода П701^772) было сделано на основании физико-химического исследования модельных образцов высокопарафинистых фракций, приготовленных методом компаундирования узких фракций

ю

Результаты, представленные в таблице 3, показывают, что количество остаточных фракций, подлежащих утилизации, составит 18 и 59,4 тыс т/год, соответственно, на текущее и перспективное сырье.

Способность газоконденсатных дистиллятов к сажеобразованию

Способность газоконденсатных дистиллятов к сажеобразованию оценивали по методике, разработанной в ООО «ВНИИГАЗ» Методика основана на пиролизе углеводородсодержащих образцов в проточном лабораторном реакторе в изотермических условиях На основе прямого измерения выхода сажи и ее удельной поверхности проводился расчет числа частиц (N0) в 1 г сажи. Чем больше число частиц в 1 г сажи при одинаковом выходе продукта, тем выше способность к сажеобразованию углеводородного сырья

На рисунке 4 приведена зависимость удельной поверхности сажи, образующейся при пиролизе дистиллятов НГКС и метана, моделирующего природный газ, в координатах Аррениуса при выходе сажи 60 масс %

Рисунок 4 - Удельная поверхность сажи в координатах Аррениуса

1-метан, 2-фракция НГКС (165-360 °С),

3 - фракция НГКС (300-360 °С) [текущее сырье] 4 - фракция НГКС (300-360 °С) [перспективное сырье]

Зависимость удельной поверхности сажи, образующейся при пиролизе фракции НГКС (165-360 °С) от температуры апроксимируется уравнением-

Зуд =3,5х103ехр(-17000^Т) (1)

Где, Т - температура пиролиза, К;

Я - универсальная газовая постоянная, И = 1,985 кал/(мольхград); Б уд - удельная поверхность сажи при выходе сажи 60 масс.%, м2/г

Способность к сажеобразованию у дистиллятов НГКС (таблица 4) ниже, чем у метана примерно в 2 раза Удельная поверхность сажи, образующейся при пиролизе дистиллятов НКГС, представленная в координатах Аррениуса на рисунке 4, иллюстрирует этот вывод Следовательно, получить техуглерод П701(Ы772) только из высокопарафинистых остатков на существующем заводском оборудовании невоз-

п

можно Использование остатка в качестве сырья для техуглерода П701^772) возможно только в смеси с природным газом.

Результаты промышленных испытаний

Промышленные испытания по производству печного техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья были проведены на одном из модернизированных реакторов на Сосногорском ГПЗ В качестве жидкого углеводородного сырья использовали высокопарафинистый остаток с установки цеоформинг (сырье №1), который характеризуется высоким содержанием парафинов (до 70 масс %), невысоким содержанием ароматических углеводородов и очень близок к составу модельного остатка, испытанного в лаборатории. В таблице 5 представлен материальный баланс производства техуглерода П701^772) из газожидкостного сырья.

Таблица 5 -Производство техуглерода П701 (N772) из газож'идкостного сырья

Наименование потока Показатель Расход

HMJ/4 кг/ч

1 Природный газ 1600 1243

• содержание углерода, кг/м3 0,566 905

• содержание водорода, кг/м3 0,178 285

• содержание азота, кг/м3 0,033 47 53

2 Жидкое сырье (сырье №1) 400

• содержание углерода, масс % 86 344

• содержание водорода, масс.% 14 56

3 Воздух 9000 10729

• влагосодержание, об.% 1,5 135 101

• содержание 02, об.% 20,7 1863 2478

• содержание N2, об % 77,8 7002 8150

4 Техуглерод 420

5 Дымовые газы, об.% Сухой газ Влажный газ

N2 67,0 56,5 7049 8203

н2 18,0 15,1 1894 157

СО 9,5 8,0 999 1163

С02 4,6 3,8 484 885

СН4 0,7 0,6 73 49

1С2 0,2 0,2 21 23

Н20 - 15,8 1967 1472

I 100,0 100,0 12487 11952

Выход техуглерода, рассчитанный на потенциальное содержание углерода в сырье, составляет ~35 масс %, т е на 40% выше, чем на действующем производстве при неполном горении природного газа Качество образующегося при этом техуглерода n701(N772) полностью соответствует требованиям ГОСТ 7885-86 (ASTM).

Испытание образцов техуглерода из газожидкостного сырья в эластомерах проводили в ГУП "Научно-исследовательский институт шинной промышленности" в соответствии со стандартами ISO В таблице 6 представлены результаты испытаний типовых эластомеров с образцами техуглерода из газожидкостного сырья и природ-12

ного газа, которые свидетельствуют о том, что образцы техуглерода по усиливающей способности в каучуках похожи

Таблица 6 - Испытание эластомера с техуглеродом П701 (N772)

Показатель Газовое сырье Газожидкостное сырье

Условное напряжение при удлинении 300%, МПа, 20°С 10,8 11,2

Условная прочность при растяжении, МПа, 20°С 22,4 21,9

Относительное удлинение при разрыве, % 20 °С 340 320

Сопротивление раздиру, кН/м, 200 °С 61,4 62,5

Твердость по Шору А, уел ед 63 62

Многократное растяжение, 70 °С, 60%, тыс ц 750 842

Таким образом, существуют все научно-технические предпосылки варианту переработки высокопарафинистых остатков в качестве сырья для производства техуглерода П701 (N772), при котором наблюдается увеличение продукта на 40% в сравнении с базовым вариантом (неполное горение природного газа)

Глава 4. Разработка технологии утилизации отходящих газов производства печного техуглерода

При производстве 20 тыс т/год техуглерода П701, образующегося при неполном горении природного газа, ежегодно расходуется от 140 до 145 млн м3 природного газа Энергоаудит показал, что потенциальная энергия (тепловая и химическая), содержащаяся в отходящих газах, эквивалентна -80 млн м3 природного газа в год Около 60 % этой энергии приходится на содержащуюся в отходящем газе смесь Нг и СО, дожигаемую в настоящее время перед выбросом в атмосферу Такой подход является расточительным и экологически неоправданным Утилизации отходящих газов печного производства техуглерода по химическому варианту с выработкой дополнительной продукции (ШФУ) представляется интересным способом решения проблемы

Существующие промышленные катализаторы процесса Фишера-Тропша не обеспечивают высокой степени превращения сильно разбавленного азотом синтез-газа в ШФУ. Поэтому основной акцент при разработке технологии химической утилизации отходящих газов был сделан выбор более активных каталитических систем Научно-исследовательская работа проводилась совместно со специалистами Института нефтехимического синтеза им А В Топчиева (г Москва) и включала стадии синтеза образцов бинарных железосодержащих катализаторов с добавкой цеолита для проведения процесса Фишера-Тропша и исследования активности катализатора Основным критерием при тестировании катализаторов была максимальная конверсия СО и выход жидких углеводородов, в частности фракций С5-С20

Испытание активности катализаторов проводили на проточной установке под давлением 3 МПа на газе, моделирующим состав отходящего газа производства техуглерода П701 (таблица 5), содержащего, соответственно, % об ' N2-61, СО-Ю, Н2-24, СОг-5 Максимальный выход жидких углеводородов С5^С2о был достигнут на плавленом железосодержащем катализаторе ПЖК-1, промотированным К20, СаО и А1_20з в сочетании с цеолитным компонентом. Усредненные значения выхода продуктов синтеза на данном катализаторе приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Активность катализатора ПЖК-1

Показатель Значение

1 Средняя конверсия СО при 290 °С, масс % 97,4

2 Выход углеводородов на разбавленный синтез-газ, г/нм3 33,3

3 Состав углеводородов, масс.%

СН4 20,22

С2-С4 31,56

С5-С10 35,11

С11-С20 11,00

С21 2,11

£ 100,0

Переработка отходящих газов производства печнбго техуглерода

На основании проведенных исследований по каталитическому превращению разбавленного азотом синтез-газа был получен патент на способ получения дистил-лятных фракций из отходящих газов процесса производства печного техуглерода

Г-1-газодувка; Н-1, Н-2, Н-3 - насосы; СВ-1 - скруббер Вентури; АВО-1, АВО-2 - воздушные холодильники; С-1 - сепаратор; К-1 - компрессор; П-1 - печь; Р-1 - реактор; ТФС-1 - трехфазный фильтр-сепаратор; Е-1 - емкость.

Рисунок 5 - Схема утилизации отходящих газов в ШФУ

Схема утилизации отходящих газов (рисунок 5) включает стадии очистки синтез-газа компремирования, синтеза углеводородов и разделения продуктов реакции Основным аппаратом установки является реактор с адиабатическими секциями и межсекционным охлаждением Охлаждение продуктов реакции осуществляется вследствие испарения перегретого водяного конденсата Условия синтеза на катализаторе ПЖК-1. температура на входе в каждую из секций реактора - 270 °С, давление газа - ЗМПа, объемная скорость процесса - 2800 ч"1, линейная скорость газа -14,2 нм/с

На основании данных по активности катализатора ПЖК-1 в реакциях превращения синтез-газа, сильно разбавленного азотом, выполнен расчет материального баланса установки переработки отходящих газов печного производства техуг-лерода П701 (N772) в ШФУ, для следующих условий

• Состав перерабатываемого отходящего газа (таблица 5),

• Для производства техуглерода предполагается использовать газожидкостное сырье В соответствии с данными таблицы 5 для производства 20 тыс т/год техуглерода из газожидкостного сырья необходимо б технологических линий,

• Количество отходящих газов с 6 технологических линий производства техуглерода из газожидкостного сырья в соответствии с данными таблицы 5 составляет 6x12487=74922 нм3/час.

С учетом результатов по фракционному составу углеводородов, синтезированных по процессу Фишера-Тропша, на лучшем образце железосодержащего катализатора (ПЖК-1) получены следующие материальные потоки (таблица 8)

Таблица 8 - Материальный баланс установки производства ШФУ

Поток Показатель Расход

нм^/ч кг/ч тыс т/год

1. Отходящие газы, об %■ 74922 71712 -

2 ШФУ, масс %

С2 3,2 50 0,4

Сз-С4, 30,4 477 3,8

С5 - С10. 48,3 757 6,0

Сц - С2о, С21+, 15,1 3,0 236 47 1,9 0,4

I 100,0 1567 12,5

3 Водяной конденсат 4780 38,2

4. Дымовые газы, об. % N2, 86,47 42294 49218

н2, 3,95 1933 172

СО, 1,04 510 638

С02, 6,65 3254 6391

Сь 1,24 608 434

Сг. Н20, 0,24 0,41 111 200 148 161

I 100 48910 57162

Таким образом, при каталитической переработке отходящих газов с 6 технологических линий печного производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ можно получить 12,5 тыс т/год ШФУ, в которой содержится 63,2 масс % фракции С5-С2о

Экологический эффект от утилизации отходящих газов производства печного техуглерода заключается в снижении выбросов СО2 за счет уменьшения содержания горючих веществ в дымовых газах Их количество сократится на 118,1млн м3/год, что снизит выбросы С02 на 8 тыс. т в год.

В России нет промышленно реализованных технологий производства синтетических жидких углеводородов из природного газа, включая стадию каталитического синтеза жидких углеводородов из синтез-газа, поэтому разработка технологии переработки отходящих газов на Сосногорском ГПЗ представляет интерес не только с производственной, но и с научной точки зрения.

Глава 5. Экономическая эффективность предлагаемых решений

Оценка экономического эффекта от внедрения мероприятий заключалась в сопоставлении затрат на проведение реконструкции с приростом выручки и прибыли, достигаемой в результате реконструкции УСК-1 с целью производства бензиновой фракции, дизельного топлива и внедрением технологии производства техугле-рода П701 (N772) из газожидкостного сырья

Интегральные показатели экономической эффективности (денежный поток, внутренняя норма рентабельности, Срок окупаемости), обусловленные реализацией проекта за расчетный период эксплуатации 20 лет, в сравнении с базовым вариантом (без проведения реконструкции) представлены в таблице 9

Таблица 9 - Показатели экономической эффективности проекта

Показатель Вазовый вариант Проектный вариант Сравнение вариантов

Сырье на переработку тыс т 7212,2 7212,2 0,0

Выпуск продукции, тыс т

- газ стабилизации, тыс т 526,4 526,4 0,0

- СПБТ, тыс т 2185,5 2185,5 0,0

- бензиновая фракция, тыс т 3297,8 3297,8

- стабильный конденсат, тыс т 4472,8 0 -4472,8

- топливо дизельное Л, тыс т 0 214,8 214,8

- топливо дизельное 3 тыс т 0 164,0 164,0

- техуглерод П701 (N772), тыс т 410,0 615,0 205,0

- мазут М-100 тыс т 0 72,4 72,4

- мазут М-40 тыс т 0 108,6 108,6

Выручка от реализации, млн руб 19313,1 20915,0 1602,0

Капитальные затраты, млн руб 127,7 290,5 162,8

Эксплуатационные затраты млн руб 11956,7 12359,4 402,7

Амортизационные отчисления, млн руб 152,5 315,3 162,8

Чистая прибыль, млн руб 5455,1 6229,5 774,3

Чистый доход (ЧД), млн руб 5479,9 6254,3 774,3

Дисконтированный ЧД (к=10%), млн руб 2210,6 2398,0 187,4

ВНД, % 24,8%

Срок окупаемости, год 5,8

Дисконтируемый срок окупаемости, год 6,7

Результаты экономической оценки позволяют сделать выводы

• переработка НГКС по проектируемой технологии обеспечит максимальное значение накопленного потока денежной наличности (6254,3 млн руб против 5479,9 млн руб по базовому варианту);

• в результате реконструкции производства переработки НГКС за счет изменения номенклатуры выпускаемой продукции выручка от реализации увеличится на 1602 млн руб, при этом эксплуатационные затраты возрастут только на 402,7 млн. руб,

• реализация инвестиционного проекта при капитальных вложениях 290,5 млн руб. обеспечит по сравнению с базовым вариантом увеличение денежного потока на 774,3 млн руб Срок окупаемости проекта - 5,8 лет, внутренняя норма доходности - 24,8%

ВЫВОДЫ

1 Проведен комплексный физико-химический анализ образцов стабильного конденсата, получаемого на Сосногорском ГПЗ в настоящее время, и перспективного образца сырья, содержащего -35 масс.% нефти Определены оптимальные композиции бензиновых и дизельных фракций, содержащихся в стабильном конденсате, соответствующие требованиям действующих стандартов

• фракция 65-150 "С - компонент автобензина по ТУ 51-275-86, сырье установки цеоформинг, нефтехимическое сырье по ОСТ 51 65-80;

• фракция 150-300 °С (290 °С - для перспективного сырья) - дизельное топливо по ГОСТ 305-82

2 Дано научное обоснование комплексной схемы реконструкции установки стабилизации НГКС на Сосногорском ГПЗ с производством дополнительной продукции - бензиновой фракции, дизельного топлива и высокопарафинистого остатка, который предложен в качестве сырья для производства печного те-хуглерода.

3 Дано научно-техническое обоснование варианта использования высокопарафинистого остатка газового конденсата в качестве сырьевой добавки к природному газу при производстве печного техуглерода:

• промышленные испытания, проведенные на установке производства печного техуглерода из газожидкостного сырья, показали, что качество продукта соответствует требованиям ГОСТ 7885-86 на техуглерод П701 (N772 по классификации АБТМ),

• выход техуглерода в расчете на потенциал углерода в газожидкостном сырье оказался на 40% выше, чем на существующем производстве при неполном горении природного газа;

• испытания в эластомерах опытной партии образцов техуглерода, полученного при неполном горении газожидкостного сырья и природного газа, показали их одинаковую усиливающую способность.

4 Определена активность железосодержащих катализаторов с добавками цеолита при синтезе углеводородов из разбавленного азотом синтез-газа и разработана технология переработки отходящих газов производства техуглерода П701 (N772) в ШФУ Максимально достигнутый выход ШФУ и углеводородов (С5-С20) при переработке синтез-газа состава (об % N2-61; СО-Ю, Н2-24, СОг-5) при конверсии СО >95% составил, соответственно 24,3 и 15,4 г/нм3 синтез-газа.

5 В результате реконструкции производства переработки НГКС за счет изменения номенклатуры выпускаемой продукции выручка от реализации увеличится на 1602 млн руб., при этом эксплуатационные затраты возрастут только на 402,7 млн. руб.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 С В Савченков, М.П. Лапшин, M А. Кудрявцев, И В Ваулин. Оптимизация процесса абсорбции газа на Сосногорском ГПЗ Сб СеверГазпром- союз науки и производства в области геологии, разработки месторождений и транспорта газа в Тимано-Печорской провинции - г Ухта.-1999 - С 589-595

2 С В Савченков M П Лапшин, M А Кудрявцев, А П Патшин Анализ процесса деэтанизации нефтеконденсатных смесей с малым содержанием газовых компонентов Сб СеверГазпром' союз науки и производства в области геологии, разработки месторождений и транспорта газа в Тимано-Печорской провинции - » г Ухта- 1999-С 596-608

3 Л Б Директор, В M Зайченко, M А Кудрявцев, И Л Майков, Б Т Рогов, А H Соболев, H А Черномырдина Новое в производстве технического углерода на Сосногорском ГПЗ M Газовая промышленность.- 2001 - N 2 - С 49-50

4 MA Кудрявцев, М.П Лапшин, C.B. Шурупов, H H Киспенко, A.B. Шестоперова,, С В Савченков Комплексная схема переработки газового конденсата на Сосногорском ГПЗ -М Наука и техника в газовой промышленности - 2001 - N 4 - С 46-49

5 MA Кудрявцев, M П Лапшин, Т Г Гюльмисарян, С В Савченков, С В Шурупов, А В Шестоперова Производство автобензина из стабильного конденсата // Малотоннажная переработка нефти и газа в республике Саха (Якутия) - Материалы конференции (26-27 июля 2001, Якутск) - С 109-112.

6 S V Shurupov, N N Kisfenko, M A Kudryavtsev, M P Lapshin An advanced scheme for processing the paraffin-rich gas condensate // Gas technology institute's conference and exhibition on natural gas technologies Sept 30-0ct 2, 2002, Orlando, Florida-P 1-9

7 S V Shurupov, N N Kislenko, M A Kudryavtsev, M P Lapshin An advanced scheme for processing the paraffin-rich gas condensate // Gas technology institute's conference and exhibition on natural gas technologies Sept 30-0ct 2, 2002 Orlando, Florida - Abstracts P 92

8 С В Шурупов, M A Кудрявцев, M П Лапшин Производство низкодисперсного техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья Сб Научно-технический прогресс в технологии переработки природного газа и конденсата - г Москва, 2003 - С 167-179

9 С В Шурупов, H H Кисленко, Д А Пак, А В Шестоперова, М.С Кудрявцев, M П Лапшин, С В Савченков Особенности переработки газового конденсата на Сосногорском ГПЗ Сб Научно-технический прогресс в технологии переработки 0 природного газа и конденсата - г Москва, 2003 - С 186-194

10 С В Семенова, С В Шурупов, А Г Бинюков, M А Кудрявцев, M П Лапшин Использование вторичных энергоресурсов печного производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ Сб Научно-технический прогресс в технологии переработки природного газа и конденсата - г Москва, 2003 - С 204-210

11 С В Шурупов, H H Кисленко, M А Кудрявцев, M П. Лапшин Способ получения дистиллятных фракций из отходящих газов процесса производства печного техуглерода Патент РФ на изобретение № 2212376

12 С В Шурупов, H H. Кисленко, MA. Кудрявцев, М.П. Лапшин Утилизация отходящих газов печного производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ Сб. Энергосбережение и энергосберегающие технологии при переработке газа, газового конденсата, нефти. Сургут, сентябрь 2002 г. Москва, 2002 - С. 87-93

Заказ № 11 Лицензия № 020878 от 20 мая 1999 г

Тираж 120 экз. Подписано к печати 9 марта 2004 г

Объем 1 уч.-изд. л. Формат 60x84/16

Отпечатано на ротапринте ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская обл, Ленинский район, пос Развилка.

's

f

il

/

-44 4 ê

РНБ Русский фонд

2004-4 33059

Введение.

Глава 1 Особенности химической переработки углеводородного сырья.

1.1 Краткие сведения о газовом конденсате.

1.1.1 Физико-химические характеристики газовых конденсатов.

1.1.2 Способы переработки газового конденсата.

1.2.1 Производство бензина из газового конденсата по процессу цеоформинг.

1.2. Способы производства техуглерода и применяемое сырье.

1.2.1. Промышленные способы производства техуглерода.

1.2.2. Сырье для производства техуглерода.

1.2.3 Тенденции развития процессов производства техуглерода.

1.3 Краткие сведения о синтетических жидких углеводородах.

1.3.1 ДМЭ - экологически чистое дизельное топливо.

1.3.2 Синтетическая нефть и моторные топлива.

1.3.3 Экологические и эксплуатационные свойства синтетических моторных топлив.

1.3.4 Технологии СТ1.

1.4 Обоснование направления исследований.

Глава 2 Схема переработки нефтегазоконденсатного сырья.

2.1 Существующая схема переработки газового конденсата.

2.2 Физико-химические свойства углеводородного сырья.

2.3 Характеристика отдельных фракций стабильного конденсата.

2.3.1 Дизельные фракции.

2.3.2 Бензиновые фракции.

2.3.3 Высокопарафинистый остаток.

2.4 Предлагаемая схема и материальный баланс переработки нефтегазоконденсатного сырья.

2.5 Выводы.

Глава 3. Утилизация остаточных фракций переработки нефтегазоконденсатного сырья.

3.1 Применение высокопарафинистых остатков в качестве сырья для производства техуглерода.

3.1.1. Свойства дистиллятов газового конденсата.

3.1.2. Способность газоконденсатных дистиллятов к сажеобразованию.

3.1.3 Результаты опытно-промышленных испытаний.

3.2 Материальный баланс газожидкостного процесса.

3.3 Испытание образцов техуглерода в эластомерах.

3.3.1 Объекты и методы испытаний.

3.3.2 Результаты испытаний.

3.4. Выводы.

Глава 4. Разработка технологии утилизации отходящих газов производства печного техуглерода.

4.1 Методика исследования.

4.1.1 Используемые катализаторы.

4.1.2 Схема установки.

4.1.3 Анализ продуктов синтеза Фишера-Тропша.

4.1.4 Результаты исследований.

4.1.5 Побочные продукты синтеза.

4.2 Переработка отходящих газов печного техуглерода.

4.3 Схема установки переработки отходящих газов печного техуглерода в широкую фракцию углеводородов.

4.4 Материальный баланс установки переработки отходящих газов печного техуглерода в широкую фракцию углеводородов.

4.5 Выводы.

Глава 5. Экономическая эффективность предлагаемых решений.

5.1 Общие положения.

5.2 Капитальные вложения.

5.3 Текущие затраты.

5.4 Налоговые платежи.

5.5 Выручка от реализации продукции.

5.6 Оценка экономической эффективности проекта.

5.7 Анализ риска и оценка чувствительности.

5.8 Выводы.

ВЫВОДЫ.

Еще несколько лет назад переработка природного газа и газового конденсата ассоциировалась со способами подготовки газа к транспорту, заключающимися в осушке и отбензинивании газа, очистке от сернистых компонентов, а также с процессами стабилизации газового конденсата. За последние 10-15 лет произошли изменения в области переработки углеводородного сырья, обусловленные как изменением сырьевой базы, а именно вовлечением в переработку нефтегазоконденсат-ного сырья, так и экономическими факторами - желанием предприятий расширить ассортимент продукции и получить дополнительную прибыль от ее реализации.

В настоящее время на предприятиях ОАО «Газпром» ежегодно перерабатывается около 34 млрд. м3 природного газа и от 9 до 10 млн. т нефтегазоконденсат-ной смеси. Переработка углеводородного сырья осуществляется на Астраханском, Оренбургском и Сосногорском газоперерабатывающих заводах, Оренбургском гелиевом заводе, Сургутском заводе стабилизации конденсата и Уренгойском управлении подготовки конденсата к транспорту.

Первичная переработка нестабильной нефтегазоконденсатной смеси (НГКС) происходит на установках стабилизации (ректификации), где образуются газы стабилизации и товарные продукты - сжиженный углеводородный газ и стабильный конденсат. Из стабильного конденсата извлекают бензиновую (дистиллят газового бензина) и дизельную фракции (дизельное топливо). Часть бензиновой фракции перерабатывают в автобензин по процессам риформинга (Сургутский ЗСК, Астраханский ГПЗ) и цеоформинга (Сосногорский ГПЗ). На Сургутском ЗСК из стабильного конденсата извлекают в качестве товарной продукции пентан-гексановую фракцию и изопентан (высокооктановый компонент автобензина).

На Сосногорском ГПЗ из газоконденсатного углеводородного сырья производят технический углерод различных марок, который применяется в лакокрасочных и резинотехнических изделиях и, который пользуется экспортным спросом.

Основным способом получения техуглерода является печной процесс, при котором дисперсный углерод образуется при неполном горении углеводородного сырья в реакционной печи. Технологические условия процесса и углеводородный состав сырья определяют основные показатели качества дисперсного продукта (прежде всего дисперсность и структурность), и влияют на экономические показатели процесса, в частности, на удельный выход продукта и расход топливного газа. В шинной и резино-технической промышленности требуется техуглерод различной дисперсности и структурности. Поэтому, создание техуглерода, отвечающего требованиям потребителей, наряду с задачей повышения удельного выхода продукта, являются важными задачами, как исследователей, так и производственников.

В настоящее время природный газ в России применяется, главным образом, как топливо в процессах генерирования тепла и электроэнергии. Доля природного газа, используемого в качестве химического сырья, не превышает 1,5%. Термодинамическая стабильность метана, основного компонента природного газа, является главной причиной высокой энергоемкости существующих промышленных процессов переработки природного газа, таких, как производство метанола, аммиака и водорода. Принимая во внимание тот факт, что только разведанные запасы природного газа (категории А+В+С^ на территории России оцениваются в 47 трлн. м3, перспективным направлением использования ресурсов природного газа уже в ближайшие годы должна стать химическая переработка газа в высоколиквидную продукцию.

Исходным строительным кирпичиком, из которого складывается здание химии метана, является синтез-газ (смесь Н2 и СО), получаемый в процессах парового риформинга или неполного окисления метана. Из синтез-газа можно получать продукты органического синтеза (метанол, формальдегид, водород) и экологически чистые синтетические моторные топлива (СМТ), в том числе диметиловый эфир (ДМЭ). Основными достоинствами СМТ являются экологическая чистота (отсутствие сернистых компонентов, канцерогенных полиароматических углеводородов) и высокое це-тановое число (>65), что очень важно для работы дизельного двигателя.

На данный момент в мире действует только два крупнотоннажных завода по производству СМТ из природного газа. Это заводы в ЮАР и Малайзии суммарной производительностью 2 млн. т продуктов в год. Еще 7,8 млн. т СМТ получают при переработке углей в ЮАР. Почему так мало, если учесть, что ежегодно в мире производят около 1,5 млрд. т бензина и дизельного топлива? Основная причина заключается в том, что СМТ, получаемые с применением существующих в мире технологий, находятся на границе рентабельности по сравнению с продуктами нефтепереработки из-за энергоемкости и многостадийности всего процесса производства.

Несколько слов о переработке газоконденсатного сырья. Объем стабильного конденсата, реализуемого в качестве товарного продукта на предприятиях ОАО «Газпром», составляет -2,5 млн. т/год. Дальнейшей переработке на этих заводах подвергается -5,2 млн. т/год стабильного конденсата. Доля выручки от реализации продукции более глубокой переработки стабильного конденсата составляет -52% и превышает долю выручки от реализации стабильного конденсата в качестве товарной продукции (13,8%) почти в 4 раза. Этот факт наглядно демонстрирует необходимость повышения глубины переработки углеводородного сырья.

Не секрет, что основной акцент при выборе технологий переработки стабильного конденсата делается, и долго еще будет делаться на производство моторных топлив, включая высокооктановые добавки к бензинам (изопентан, изомеризат), производство зимнего и арктического дизельного топлива. Повышение глубины переработки газоконденсатного сырья связано с внедрением вторичных процессов газопереработки. В этой связи перспективным направлением является разработка энергосберегающих технологий химической переработки углеводородного сырья, направленных на производство экологически чистых моторных топлив.

Выбор процессов по глубокой переработке углеводородного сырья специфичен для каждого завода и зависит от насыщенности рынка моторных топлив, структуры цен, требуемых капитальных вложений в реконструкцию действующих и строительство новых установок. Кроме этого, выбор для конкретного производства определяется физико-химическими характеристиками и объемом перерабатываемого углеводородного сырья. Например, традиционные технологии глубокой переработки (каталитический крекинг, гидрокрекинг) для высококипящих фракций газовых конденсатов часто оказываются неприемлемыми. Это объясняется тем, что газовый конденсат отличается от нефти высоким содержанием парафиновых углеводородов (75% и более) и небольшим содержанием асфальто-смолистых веществ.

Диссертация является обобщением многолетней работы, проведенной автором в сотрудничестве со специалистами научно-исследовательского института природных газов и газовых технологий - ООО "ВНИИГАЗ" (г. Москва), проектного института СеверНИПИГаз (г. Ухта), института нефтехимического синтеза ИНХС им. A.B.

Топчиева (г. Москва), и направленной на разработку и научное обоснование мероприятий по комплексной переработке высокопарафинистого углеводородного сырья на действующем производстве Сосногорского ГПЗ. Результаты легли в основу предлагаемой схемы реконструкции переработки НГКС на Сосногорском ГПЗ.

Результаты диссертационной работы изложены в пяти главах.

В первой главе приведен анализ газохимических процессов переработки углеводородного сырья, в том числе существующих в настоящее время на заводе. Автором дана краткая характеристика промышленному способу получения автобензина из стабильного конденсата по процессу цеоформинг; дан анализ технологиям производства техуглерода различных марок, методикам оценки углеводородного сырья и составления композиций, применяемых для производства печного техуглерода различной дисперсности; обоснована необходимость создания технологий получения синтетических углеводородов; дано обоснование диссертационной работы.

Во второй главе приведено описание и дано обоснование комплексной схемы реконструкции существующей установки стабилизации НГКС с производством высокорентабельной продукции - бензиновой фракции, дизельного топлива. Часть бензиновой фракции рекомендована в качестве сырья установки цеоформинг. Вы-сокопарафинистая остаточная дистиллятная фракция рекомендована в качестве сырья для производства печного техуглерода.

В третьей главе дано научно-техническое обоснование процессу производства низкодисперсного техуглерода П701 (N772 по классификации АБТМ) из газожидкостного сырья (смесь природного газа и высокопарафинистых дистиллятных фракций газового конденсата). Приведены результаты промышленных испытаний по использованию высокопарафинистых дистиллятных фракций газового конденсата в качестве сырья для производства техуглерода П701 (N772) на Сосногорском ГПЗ.

Четвертая глава посвящена разработке технологии каталитической переработки отходящих газов печного производства техуглерода в широкую фракцию углеводородов. Определена активность железосодержащих катализаторов с добавками цеолита, позволяющих эффективно перерабатывать отходящий газ печного производства техуглерода, классифицируемый как разбавленный синтез-газ, в широкую фракцию углеводородов.

Пятая глава содержит расчет эффективности внедрения мероприятий по реконструкции существующей схемы переработки НГКС на Сосногорском ГПЗ в сравнении с существующим (базовым) вариантом.

Практическим воплощением работы явились:

-регламент на проектирование (реконструкцию) установки переработки НГКС на существующей установке стабилизации конденсата с производством бензиновой фракции и дизельного топлива;

-определена тенденция к сажеобразованию высокопарафинистых дистиллятных фракций, образующихся в качестве побочной продукции переработки газового конденсата, и разработан регламент на проектирование (реконструкцию) установки производства техуглерода П701 (N772) из газожидкостного сырья (смесь природного газа и высокопарафинистых остатков газового конденсата);

- патент на производство жидких дистиллятов из отходящих газов процесса печного производства техуглерода;

-технологическая схема производства широкой фракции углеводородов из отходящих газов печного производства техуглерода.

выводы

1. Проведен комплексный физико-химический анализ образцов стабильного конденсата, получаемого на Сосногорском ГПЗ в настоящее время, и перспективного образца сырья, содержащего ~35 масс.% нефти. Определены оптимальные композиции бензиновых и дизельных фракций, содержащихся в стабильном конденсате, соответствующие требованиям действующих стандартов:

- фракция 65-150 °С - компонент автобензина по ТУ 51-275-86, сырье установки цеоформинг, нефтехимическое сырье по ОСТ 51.65-80;

- фракция 150-300 °С (290 °С - для перспективного сырья) - дизельное топливо по ГОСТ 305-82.

2. Дано научное обоснование комплексной схемы реконструкции установки стабилизации НГКС на Сосногорском ГПЗ с производством дополнительной продукции - бензиновой фракции, дизельного топлива и высокопарафинистого остатка, который предложен в качестве сырья для производства печного техуглерода.

3. Дано научно-техническое обоснование варианта использования высокопарафинистого остатка газового конденсата в качестве сырьевой добавки к природному газу при производстве печного техуглерода:

- выход техуглерода в расчете на потенциал углерода в газожидкостном сырье оказался на 40% выше, чем на существующем производстве при неполном горении природного газа;

-испытания в эластомерах опытной партии образцов техуглерода, полученного при неполном горении газожидкостного сырья и природного газа, показали их одинаковую усиливающую способность.

4. Определена активность железосодержащих катализаторов с добавками цеолита при синтезе углеводородов из разбавленного азотом синтез-газа и разработана технология переработки отходящих газов производства техуглерода П701 (N772) в ШФУ. Максимально достигнутый выход ШФУ и углеводородов (С5-С2о) при переработке синтез-газа состава (об.% N2-61; СО-Ю; Н2-24; С02-5) при конверсии СО >95% составил, соответственно 24,3 и 15,4 г/нм3 синтез-газа.

5. В результате реконструкции производства переработки НГКС за счет изменения номенклатуры выпускаемой продукции выручка от реализации увеличится на 1602 млн. руб., при этом эксплуатационные затраты возрастут только на 402,7 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Процессы глубокой переработки газового конденсата, в отличие от нефтяного сырья, имеют свою специфику, обусловленную высоким содержанием светлых фракций. Поэтому, процессы ректификационного разделения и каталитического облагораживания бензиновой и дизельной фракций газового конденсата, направленные на производство экологически чистых моторных топлив будут оставаться основным направлением глубокой переработки газового конденсата.

Увеличение доли высокопарафинистых газовых конденсатов в углеводородном сырье, поступающем на газоперерабатывающие заводы, требует новых технологических решений по глубокой переработке газового конденсата, так как существующие на некоторых заводах упрощенные схемы переработки сырья не обеспечивают требуемого качества товарной продукции и направлены на производство продукции узкого ассортимента (сжиженный газ, стабильный конденсат). Разработка комплексной схемы глубокой переработки высокопарафинистого газового конденсата с производством широкого ассортимента продукции топливного и газохимического назначения представляет собой важную научную и прикладную задачу. Конкретная схема переработки газового конденсата зависит от физико-химического состава углеводородного сырья (текущего и перспективного) и определяется экономическими показателями. На примере Сосногорского ГПЗ обоснована целесообразность внедрения комплексной схемы переработки высокопарафинистого конденсата в экологически чистые моторные топлива, газохимическое сырье, технический углерод.

Основным способом производства техуглерода различных марок является печной процесс, с помощью которого получают > 90% техуглерода в мире и на что ежегодно потребляется от 14 до 15 млн. т различного углеводородного сырья. Процесс ведут таким образом, чтобы получить дисперсный продукт необходимого качества (прежде всего по показателям дисперсности и структурности) при максимальной эффективности и экологической безопасности всего технологического цикла.

Применяемые в настоящее время методы оценки углеводородного сырья являются эмпирическими и основанными на расчете степени его ароматизованно-сти. Считается, чем больше степень ароматизации сырья, тем выше выход техуглерода и его дисперсность. Однако, степень превращения углерода, содержащегося в углеводородном сырье, в дисперсный продукт не является полноценной характеристикой процесса и не может служить единственным критерием выбора сырьевой углеводородной композиции. Требуется учитывать и дисперсность образующегося продукта. Методика ООО «ВНИИГАЗ» позволяет количественно оценить тенденцию углеводородного сырья к сажеобразованию на основании прямых измерений выхода и дисперсности сажи при изотермическом пиролизе образцов сырья и установить прямую связь между составом углеводородного сырья и дисперсностью техуглерода, а также его выходом. Методика позволяет не только оценивать сырьевые композиции с точки зрения их тенденции к сажеобразованию, но и давать рекомендации по оптимальному составу композиции, предназначенной для производства техуглерода требуемой дисперсности. При решении задачи квалифицированной утилизации остаточных высокопарафинистых фракций газового конденсата в качестве сырья для производства низкодисперсного техуглерода П701(Ы772) на Сосногорском ГПЗ методика позволила научно обосновать технологический режим процесса и разработать регламент на проектирование (реконструкцию) установок производства низкодисперсного техуглерода из газожидкостного сырья (смесь природного газа и высокопарафинистых фракций газового конденсата).

Выход техуглерода, рассчитанный на потенциальное содержание углерода в сырье оказался на 40% выше, чем на существующем производстве при неполном горении природного газа. Качество получаемого продукта полностью соответствует требованиям ГОСТ на техуглерод П701 (N772 по классификации АЭТМ). Комплексное испытание опытного образца техуглерода в эластомерах подтвердило высокое качество продукта и возможность его применения в качестве наполнителя при изготовлении резинотехнических изделий.

В настоящее время многие нефтегазовые компании ведут интенсивные работы по созданию конкурентоспособных процессов превращения углеводородного сырья, в частности, природного газа в СМТ. Актуальность работ в этом направлении определяет рост цен на нефть и, соответственно, моторные топлива. Актуальность разработки для России отечественного крупнотоннажного процесса производства СМТ из природного газа заключается в необходимости производства экологически чистых моторных топлив, не содержащих сернистых и ароматических компонентов.

По нашему мнению, перспективы совершенствования существующих в мире технологий Фишера-Тропша связаны с каталитической стадией синтеза углеводородов. В результате проведенных исследований определена активность различных железосодержащих катализаторов с добавкой цеолита и разработана технология синтеза широкой фракции углеводородов из отходящих газов производства техуглерода П701 (N772). Катализатор позволяет эффективно перерабатывать отходящий газ печного производства техуглерода, классифицируемого как разбавленный синтез-газ, содержащий СО - 10, Нг - 20 об.%, в ШФУ (ценное нефтехимическое сырье).

В России нет промышленно реализованной технологии производства СЖУ из природного газа (включая стадию каталитического синтеза ШФУ). Поэтому разработка технологии переработки отходящих газов печного производства техуглерода на Сосногорском ГПЗ определяется не столько коммерческой, как научной точки зрения. Реализация проекта позволит не только ежегодно получать 12-13 тыс. т ШФУ, но и отработать в промышленном масштабе технологию получения углеводородных топливных фракций из разбавленного синтез-газа.

Экологическая целесообразность утилизации отходящих газов печного производства техуглерода обусловлена возможностью значительного сокращения выбросов СОг в атмосферу.

1. Гриценко А.И., Гриценко И.А., Юшкин В.В., Островская Т.Д. Научные основы прогноза фазового поведения пластовых газоконденсатных систем. М.: Недра, 1995, с. 432.

2. Тер-Саркисов P.M. Разработка месторождений природных газов. М.: Недра, 1999. с. 659.

3. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. М.: Химия, 1987, С. 253.

4. Шурупов C.B. Углубленная переработка углеводородов // Газовая промышленность, 2003, №10. С. 74-79.

5. Мальковский П.А. Совершенствование технологий и аппаратов переработки газовых конденсатов: Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук.-Казанский государственный технологический университет, Казань, 2003, 43 с.

6. Вольцов A.A., Исмагилов Ф.Р., Вольцов Ан. А. Экологически безопасная глубокая переработка газовых конденсатов // Химия и технология топлив и масел, 1999, № 4. С. 3-5.

7. Степанов В.Г. Научные и технологические основы процесса цеоформинг.-Материалы семинара "Цеоформинг новая промышленная технология получения бензина. Тез. докл." - Новосибирск, Изд-во Института катализа, 1998, С. 17-29.

8. Степанов В.Г., Ионе К.Г. Производство высокооктановых автобензинов процессом цеоформинг//Химическая промышленность, 1999, № 10, С. 3-8.

9. Ахметов А.Ф., Каратун О.Н. Превращение прямогонных бензиновых фракций на модифицированных пентасилсодержащих катализаторах // Химия и технология топлив и масел. 2002, № 3, С. 30-32.

10. Ахметов А.Ф., Каратун О.Н. Стабильность пентасилсодержащих катализаторов при превращении прямогонных бензиновых фракций // Химия и технология топлив и масел. 2002, № 6, С. 24-25.

11. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработка нефти. М.: Химия, 1985, С. 279.

12. Степанов В.Г., Ионе К.Г. Цеоформинг перспективный процесс производства неэтилированных автомобильных бензинов. - Химия и технология топлив и масел, 2000, № 1, С. 8-12.

13. Степанов В.Г., Ионе К.Г. Способ получения моторных топлив из газового конденсата. Патент РФ № 2030446, приоритет от 16.04.92.

14. Магарил Е.Р. Экологические свойства моторных топлив. Тюмень: ТюмГН-ТУ, 2000, С. 171.

15. Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М.: Химия, 1995. 304с.

16. Carbon Black. Science and Technology / Donnet J-B., Bansal R.C., Wang M-J. Eds. New York, Marcel Dekker.- 1993.-461 p.

17. Зуев В.П., Михайлов B.B. Производство сажи.- M.: Химия, 1970.- 317 с.

18. Печковская К.А. Сажа как усилитель каучука.- М.: Химия, 1968.- 215 с.

19. Гюльмисарян Т.Г. Технология производства технического углерода (сажи).-М., изд. МИНХ и ГП им. Губкина, 1979.- 85 с.

20. Производство и свойства углеродных саж: Научные труды / Под редакцией Суровикина В.Ф.- Выпуск 1.- Омск, 1972.- 406 с.

21. Lahaye J., Prado G. Morphology and internal structure of soot and carbon blacks // Particulate Carbon. Siegla D.C., Smith W.G. Eds., N.Y. Plenum Press.- 1981.- P. 33-51.

22. Шурупов C.B. Закономерности образования дисперсного углерода при изотермическом пиролизе углеводородного сырья: Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук.- РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, М., 2001.- 241 с.

23. Гюльмисарян Т.Г., Гилязетдинов J1.П. Сырье для производства углеродных печных саж.- М.: Химия, 1975.- 160 с.

24. Переработка жидких продуктов пиролиза.- Беренц А.Д., Воль-Эпштейн А.Б., Мухина Т.Н., Аврех Г.Л.- М.: Химия, 1985.- 212 с.

25. Гилязетдинов J1.П. Производство печных саж из жидкого углеводородного сырья за рубежом.- М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1968 98 с.

26. Гилязетдинов Л.П. Исследование процесса образования сажи при неполном горении нефтяных фракций и каменноугольных масел: Автореферат дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук.- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1971.- 56 с.

27. Цеханович М.С. Исследование особенностей получения печных саж из углеводородного сырья с повышенной коксуемостью: Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук.- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1976.- 18 с.

28. Гюльмисарян Т.Г. Разработка научных основ применения нефтяного и коксохимического сырья в производстве технического углерода: Автореферат дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук.- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1982.- 40 с.

29. Kuhner G. What is carbon black? // Inorganic Chemical Products Division / Degussa AG.-1992.-40 p.

30. Moore R.L. Thermatomic process for cracking of gaseous hydrocarbons // Industrial and Engineering Chemistry.- 1932,- Vol. 24.- N. 1.- P. 21-23.

31. Директор Л.Б., Зайченко В.М., Кудрявцев М.А., Майков И.Л., Рогов Б.Т., Соболев А.Н., Черномырдина H.A. Новое в производстве технического углерода на Сосногорском ГПЗ. Газовая промышленность.- 2001. № 2 - С . 49-50.

32. Технический углерод. Каталог. Под ред. Орехова C.B. и Руденко В.А. М.: 1984.- 36 с.

33. Прогноз потребления шинной промышленности России в основных видах сырья и материалов в 1996 и 2000 годах // Сырье и материалы для резиновой промышленности.- 1996.- N. 1.- Р. 39-63.

34. Запорин В.П., Валявин Г.Г., Калимуллин М.М. Технический углерод из продуктов коксования декантойлей // Химия и технология топлив и масел.- 1999.- N. 1.-С. 15-16.

35. Гюльмисарян Т.Г. Перспективы использования нефтегазового сырья в производстве углеродных материалов // Химия и технология топлив и масел.- 2000.- N. 2.- С. 44-48.

36. Guercio V.J. Carbon black feedstock overview // Proceedings of the Carbon Black World 96, 4-6 March, 1996, Nice, France.

37. Blumer G. Carbon black feedstocks from coal tar // Proceedings of the Carbon Black World 96, 4-6 March, 1996, Nice, France.

38. Углерод технический для производства резины. Технические условия. ГОСТ 7885-86.

39. Nelson W.L. Oil and Gas Journal.- 1955.- Vol. 57.- N. 47.- P. 115-145.

40. Морозова Л.А. Исследование структурно-механических свойств, устойчивости и методов их регулирования в нефтяных дисперсных системах: Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук.- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1979.- 24 с.

41. Шаала А. Коллоидно-химические свойства сырья для производства технического углерода и методы их регулирования: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук,- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1982.- 20 с.

42. Павлов А.В. Интенсификация процессов подготовки сырья при производстве технического углерода: Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук.- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1985.- 24 с.

43. Крючкова Э.Б. Регулирование свойств дисперсных систем на основе углеводородного сырья для процессов получения технического углерода: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук.- ГАНГ им. И.М. Губкина, М., 1991.-24 с.

44. Shurupov S.V. and Tesner Р.А. A new approach in feedstock selection for carbon black manufacturing by furnace process // The Second Middle East and Petrochemicals Conference and Exhibition: Conference Proceedings.- Bahrain.- 1998.-V. 1.- P. 377388.

45. Шурупов C.B., Теснер ПА Новый подход к составлению сырьевых композиций при производстве технического углерода печным процессом// Нефтехимия 1999.- Т. 39.- N. 3-С. 234-240.

46. Tesner Р.А, Kuehner G. Comparison of physico-chemical parameters of carbon black formation during hydrocarbons pyrolysis and furnace process // Combust. Sci. and Tech.- 1995.-Vols. 110-111.- P. 551-554.

47. Теснер П.А., Шурупов C.B. Способ получения техуглерода из углеводородного сырья. Патент РФ № 2129578, приоритет от 08.07.97.

48. Горюнов Г.Л. Влияние технологических параметров печного процесса получения технического углерода на морфологию первичных агрегатов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук.- МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, М., 1985.-16 с.

49. Freud В., and Forster F. Low rolling resistance tread compounds // KGK Kautschuk Gummi Kunststoffe.-1996.- Vol. 49.- N. 11.- P. 774-784.

50. Гюльмисарян Т.Г. / Технический углерод: состояние и пути развития // Газохимия в XXI веке. Проблемы и перспективы. Труды Московского семинара по газохимии 2000-2002 гг. Москва, 2003., С. 33-59.

51. Велихов Е.П. Энергетический мост Россия Северо-Восточная Азия // Газовая промышленность,- 2000.- № 11.- С. 12-14.

52. Капустин В.М., Кукес С.Г., Бертолусини Р.Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР.- М. Химия.- 1995.- 304 с.

53. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А., Емельянов В. Современные требования к качеству моторного топлива // Технологии ТЭК: Научно-технический журнал.- 2003. -№1. С.41-45.

54. Митусова Т.Н., Полина Е.В. Дизельное топливо, соответствующее европейским требованиям // Мир нефтепродуктов: Вестник нефтяных компаний. -2002. №3. - С. 28-29

55. Кессель И.Б., Шурупов С.В., Гриценко А.И. Кисленко Н.Н., Сосна М.Х., Ла-пидус А.Л. На диметиловом эфире // Нефтегазовая вертикаль,- 2000.- № 9.- С. 96-98.

56. Ohno Y., Ogawa Т., Ono M. et al. Development of dimethyl ether synthesis technology and its diesel engine test II Proceedings of International Congress and Exposition. -2000.- P. 35-41.

57. Chang T. New JV markets one-stop GTL package // Oil and Gas Journal.- 2000.-Vol. 98.- N. 51.- P. 46-49.

58. Магарил E.P. Экологические свойства моторных топлив. Тюмень., Изд. Тюменский ГНУ. 2000,-171 с.

59. Арутюнов B.C., Лапидус А.Л., Сайфуллин И.Ш. XXI век век газохимии // Газовая промышленность.- 2003. - №3. - С. 76-80.

60. Природный газ нефтехимическое сырье или топливо для электростанций в США? // Переработка нефти и нефтехимия за рубежом: Экспресс-информация ЦНИИ - ТЭИнефтехим. - 2002. - №3. - С. 33-34.

61. Рязанов А.М., Черномырдин В.Н. Кисленко Н.Н. Глубокая переработка углеводородного сырья с получением высоколиквидной продукции // Газовая промышленность. 2003. -№4. - С. 50-52.

62. Гурвич А.Я. Химия и технология продуктов нефтехимического и основного органического синтеза. М.: Химия, 1992. 272 с.

63. Radchenko M.N., Kagan D.N., Krechetova G.A. Synthetic liquid hydrocarbon motor fuel from natural gas. M.: IVTAN, 1998. 223p.

64. Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов. Нефтехимический синтез, переработка нефти и природного газа. Справочник. М.: Химия, 1985. 464с.

65. Gradassi M.J., Green N.W. Economical aspects of natural gas processing technologies. Fuel Processing Technology, 1995. V. 42. P. 65-83.

66. Кессель И.Б., Мирошниченко Д.А. Современное состояние и перспективы производства синтетических жидких топлив из природного газа. Сб. Научнотехнический прогресс в технологии переработки природного газа и конденсата -Москва, 2003. С. 155-162.

67. Новый кобальтовый катализатор процесса Фишера Тропша для производства жидких продуктов из природного газа // Переработка нефти и нефтехимия за рубежом: Экспресс - информация ЦНИИТЭИнефтехим. - 2002. - №11. -С. 3-4.

68. Лапидус А.Л., Крылова А.Ю. Катализаторы синтеза углеводородов из СО и Н2. В сб.: Актуальные проблемы нефтехимии.- М.: Наука, 2001. С.17.

69. Лапидус А.Л., Крылова А.Ю., Цапкина М.В., Ерофеев А.Б., Росляков C.B., Рейзин A.B. Влияние содержания кобальта на свойства катализаторов синтеза углеводородов из СО и Н2.В сб.: Актуальные проблемы нефтехимии.- М.: Наука,2001. С 262.

70. Fundamentals of gas to liquids. Petroleum Economist. 2003. P. 64. GTL Project Listing // Gas-to-Liquid News.- 2004.-Vol. 7- N. 1.- P. 7.

71. Кудрявцев М.А., Лапшин М.П., Шурупов С.В., Кисленко Н.Н., Шестоперова А.В., Савченков С.В. Комплексная схема переработки газового конденсата на Со-сногорском ГПЗ.-М. Наука и техника в газовой промышленности.- 2001. № 4 - С . 46-49.

72. Шурупов С.В., Кудрявцев М.А., Лапшин М.П. Производство низко дисперсного техуглерода П 701 (N772) из газожидкостного сырья. Сб. Научно-технический прогресс в технологии переработки природного газа и конденсата. Москва, 2003. — С.167-179.

73. Семенова С.В., Шурупов С.В., Бинюков А.Г., Кудрявцев М.А., Лапшин М.П. Использование вторичных энергоресурсов печного производства техуглерода на

74. Сосногорском ГПЗ. Сб. Научно-технический прогресс в технологии переработки природного газа и конденсата Москва, 2003. - С. 204-210.

75. Шурупов C.B., Кисленко H.H., Кудрявцев М.А., Лапшин М.П. Способ получения дистиллятных фракций из отходящих газов процесса производства печного те-хуглерода. Патент РФ на изобретение № 2212376.

76. Рациональное использование газа в энергетических установках. Справочное руководство/Под редакцией A.C. Иссерлина- Л.Недра. -1990.-428 с.