Переработка тяжёлой нефти
Преимущества технологии HOUP: ■■
Минимальные требования к качеству сырья — возможность перерабатывать сырьё с остаточной обводнённостью до 10–15 %
■■
Не требует наличия водорода, катализатора и соответствующей инфраструктуры
■■
Минимальный выход газов разложения (<0,1 %) и продуктов коксообразования
■■
Существенное повышение содержания дистиллятных фракций
■■
Снижение плотности — прибавка в 6–17 пунктов API
■■
Возможность модульного исполнения оборудования
■■
Переработка широкого ассортимента тяжёлого нефтяного сырья — тяжёлые и высоковязкие нефти, природные битумы и т. д.
■■
Отсутствие токсичных стоков и выбросов
■■
Низкие капитальные затраты
Введение В XXI веке мир становится всё более за висимым от запасов тяжёлой нефти, чтобы удовлетворять свои постоянно растущие потребности в топливе. Выработка место рождений обычной нефти и постоянный рост глобального потребления топлива приводят к росту добычи тяжёлой нефти и природных битумов. Однако, несмотря на то, что мировые запасы тяжёлой нефти и превышают запасы обычной, добыча тяжёлой нефти составляет менее 12 % от общей добычи нефти. Одним из сдержи вающих факторов является относительная дороговизна существующих технологий добычи, подготовки и переработки тяжё лой нефти. Технология HOUP (от англ. Heavy Oil UPgrading), предлагаемая компанией Red Mountain Energy, является передовым решением, отвечающим мировым потреб ностям в простом, но эффективном способе облагораживания тяжёлого нефтяного сырья. В процессе облагораживания про исходит снижение плотности исходного сырья до значений, близких к обычной
1
нефти. Облагороженная или другими сло вами синтетическая нефть характеризуется более низкими значениями вязкости, что позволяет решить задачу транспортировки и последующей переработки без использо вания дорогостоящих разбавителей. Технология HOUP является гибкой и может быть использована для облагоражива ния тяжёлой нефти и природного битума в промысловых условиях на месторожде ниях или переработки тяжёлых нефтяных остатков с целью увеличения производи тельности существующих нефтеперераба тывающих заводов.
Запасы тяжёлой нефти и природного битума в географических бассейнах мира
Крупнейшие мировые запасы тяжёлой нефти в большинстве случаев ещё не разработаны I IIA IIB IICa IICb IICc IIIA IIIBa IIIBb IIIBc IIIC IV V
2
Общие начальные запасы тяжёлой нефти в пласте по данным Klemme Basin Classification
Общие начальные запасы природного битума в пласте по данным Klemme Basin Classification Общие начальные запасы природного битума в пласте (BBO)
Общие начальные запасы тяжёлой нефти в пласте (BBO)
1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0
3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0
I
IIA
IIB
IICa
IICb
IICc
IIIA
IIIBa IIIBb IIIBc
IIIC
IV
Распределение запасов тяжелой нефти по странам 350+
50+
Канада
Китай
Ирак
Индонезия
Россия
Саудовская Аравия
Венесуэла
США
3
I
IIA
IIB
IICa
IICb
IICc
IIIA
IIIBa IIIBb IIIBc
IIIC
Простота процесса Термический крекинг
Комбинированный подвод энергии
В основе процесса лежит способ терми ческого крекинга высокомолекулярных соединений тяжёлого нефтяного сырья, в первую очередь смол и асфальтенов, в среде перегретого водяного пара средне го давления. Отличительной особенностью процесса является использование комби нированного способа подвода энергии к пе рерабатываемому сырью. Использование такого способа в сочетании с аппаратурным оформлением позволяет направить процесс в сторону образования среднедистиллят ных фракций и значительно снизить выход газов разложения в процессе крекинга.
Комбинированный подвод энергии пред полагает использование трёх различных этапов подвода энергии к перерабатыва емому сырью в определённой последова тельности. Основная часть энергии, необ ходимая для активации реакций крекинга, подводится в виде тепловой энергии по средством нагрева сырья в трубчатой печи или теплообменников. С использованием данного способа тяжёлое нефтяное сырьё нагревается до температуры несколько ниже температуры начала термического разложения сырья при давлении процесса.
Принципиальная схема реактора Перегретый пар
Тяжёлая нефть Форсунка
Вторая часть энергии сообщается при по мощи перегретого водяного пара. Коли чество подводимой энергии регулируется с целью управления процессом крекинга и изменения глубины протекания про цесса. Предварительно нагретое тяжё лое нефтяное сырьё подаётся в первую реакционную камеру, выполненную в виде форсунки специальной конструкции, куда также подаётся перегретый водяной пар. Конструкция форсунки обеспечивает такое взаимодействие потоков сырья и перегре того водяного пара, при котором происхо дит интенсивный теплообмен и перемеши вание пара и сырья. Третья часть энергии передаётся от во дяного пара к сырью в виде кинетической энергии при механическом взаимодейст вии потоков и расходуется в основном на разрушение надмолекулярных структур в составе сырья и атомизацию потока.
Реакционная камера
Стабильные продукты
4
Принципиальная схема процесса HOUP
E2
Тяжёлая нефть
T1
V3
H3
E1 P2 A/B
Подготовленная вода
V4
P3 A/B
H3 V1
V8
P4 A/B P1 A/B
V2
H1
Сброс на факел
H2
V6 E5
P9 A/B
Пек
Сброс на факел Охлаждение оборотным хладогентом
V8
V5 E3
E4
P6 A/B
E7
P7 A/B P5 A/B
Вода на подготовку
Охлаждение товарной нефтью E9
E6
Синтетическая нефть
Отличие HOUP Поступенчатый способ подвода энергии с комбинированием тепловой и кинети ческой энергии позволяет равномерно и постепенно повышать внутреннюю энергию молекул сырья. При этом проис ходит крекинг тяжёлого нефтяного сырья по наиболее слабым связям, расположен ным, как правило, ближе к центру молекул. Такой подход принципиально отличается от существующих способов термического крекинга.
Форсунка, при помощи которой происходит распыление нефти
Важным преимуществом процесса по сравнению с существующими способами термической переработки углеводород ного сырья также является очень корот кое время пребывания сырья в полости форсунки — порядка миллисекунд. Далее реакционная смесь, поступает во вторую реакционную камеру, выполненную в виде полого аппарата. При этом останавлива ется процесс крекинга, происходит обрыв цепи реакций и стабилизация продуктов. Конденсация и разделение продуктов об лагораживания осуществляется с примене
5
нием традиционных способов, в качестве продуктов могут быть получены как синте тическая нефть, так и отдельные фракции. Неконвертированная часть сырья выводит ся в виде тяжёлого остатка — пека.
Области применения Облагораживание тяжёлого нефтяного сырья в промысловых условиях
■■
Тяжёлые нефти характеризуются высокой плотностью, вязкостью, высоким содержа нием серы, металлов, асфальтенов и смол, содержат небольшое количество светлых дистиллятных фракций. Независимо от спо соба, стоимость транспортировки высоко вязких и битуминозных нефтей существенно выше по сравнению со стоимостью транс портировки традиционного углеводородного сырья. Высокая плотность и вязкость делает подготовку такого сырья значительно более энергоёмкой и капиталоёмкой.
■■
■■
значительно повышается содержание дистиллятных фракций за счёт конверсии преимущественно смол и асфальтенов, происходит снижение плотности (прибавка в 6–17 пунктов API) снижается содержание металлов
Все эти улучшения способствуют повыше нию рыночной стоимости облагороженной синтетической нефти и облегчают её даль нейшую переработку. Синергизм с процессами добычи и подготовки Наиболее распространённым методом уве личения нефтеотдачи при добыче тяжёлых нефтей является термическое воздействие на пласт водяным паром. В этом случае продукция скважин характеризуется по вышенным содержанием воды и обезво живание такой нефти является отдельной проблемой, которая усугубляется высокой плотностью нефти. Технология HOUP про являет синергизм в таких случаях: ■■ Возможность переработки сырья с оста точной обводнённостью до 10–15 % ■■ Использование пека в качестве топлива для генерации пара как для собствен ных нужд, так и для закачки в пласт ■■ Повторное использование водного конденсата для закачки в пласт ■■ Простота и возможность модульного исполнения для установки в промысловых условиях
Технология HOUP позволяет решить следу ющие задачи: Снижение вязкости На сегодняшний день задача снижения вязкости до значений, приемлемых для транспортировки, осуществляется путём смешения с разбавителем. В качестве разбавителя могут быть использованы более лёгкие нефти или отдельные фрак ции. Облагораживание тяжёлой нефти по технологии HOUP в промысловых условиях позволяет полностью отказаться от при менения разбавителей. Повышение рыночной стоимости В процессе облагораживания улучшаются характеристики сырья:
Пример применения технологии HOUP в промысловых условиях — Сверхвязкая нефть Ашальчинского месторождения Исходное сырьё
Синтетическая нефть
н .к.–193° С
2
9
193–360° С
20
34
360–520° С
27
43
520° С и выше
51
14
0,9698
0,9107
Содержание серы, % масс.
4,30
3,54
Кинематическая вязкость, сСт
558,2 при 40° С
37,3 при 20° С
Кинематическая вязкость, сСт
28,2 при 100°С
10,1 при 50° С
Фракционный состав, % масс.
Плотность,
6
г/см3
Возможности процесса HOUP для применения в промысловых условиях представлены на примере облагораживания сверхвязкой нефти, добываемой компанией Татнефть на Ашальчинсокм месторождении. Выход синтетической нефти — 83 % массовых.
Переработка тяжёлых нефтяных остатков на НПЗ
Дизель-ориентированность Важной особенностью процесса HOUP является его дизель-ориентированность. В отличие от существующих процессов, крекинг высокомолекулярных соедине ний нефти происходит с преимуществен ным образованием среднедистиллятных фракций. Это позволяет увеличить выход дизельного топлива и улучшить соотноше ние дизельного топлива к бензину в про дуктовой корзине НПЗ.
Увеличение объёмов переработки тяжёлой нефти на НПЗ приводит к росту нагрузки на установки, направленные на увеличение глубины переработки, таких как каталити ческий крекинг, гидрокрекинг, коксование. С утяжелением исходного сырья, поступаю щего на переработку, увеличивается выход тяжёлых нефтяных фракций и остатков. Технология HOUP может быть использова на для переработки части или всего объёма атмосферного остатка, вакуумного газойля или вакуумного остатка. Это особенно акту ально для НПЗ, на которых отсутствуют или исчерпаны ресурсы по увеличению мощно сти перечисленных вторичных процессов. Комбинированное использование процес са HOUP совместно с существующими про цессами позволяет увеличить производи тельность НПЗ по тяжёлым фракциям. При этом отпадает необходимость в затратной реконструкции или строительства новых установок глубокой переработки нефти.
Применение неконвертированного остатка Тяжёлый остаток процесса HOUP может быть использован в качестве компонента для получения дорожных битумов путём компаундирования с окисленными биту мами. Альтернативным способом приме нения является использование данного остатка в качестве сырья для получения вяжущих, спекающих добавок, техуглерода и т. д. Ниже представлена таблица сравне ния технологии HOUP с прочими процесса ми переработки тяжёлых остатков на НПЗ.
Пример применения технологии HOUP в нефтепереработке — Смесь нефтяных остатков на НПЗ в Боливии Исходное сырьё
Синтетическая нефть
н. к.–193° С
0
35,3
193–360° С
1
57,4
360–520° С
58
43
520° С и выше
41
0
Фракционный состав, % масс.
ИТОГО дистиллятные фракции:
92,7
Углеводородный газ
0,2
Тяжёлый остаток
28,2 при 100° С
6,9
Сырьём является смесь тяжёлых нефтяных остатков, получаемых на НПЗ компании YPFB-R, Боливия. Материальный баланс процесса составлен на основании результатов, полученных при переработке образца тяжёлого нефтяного остатка НПЗ с учётом рециркуляции вакуумного газойля.
Сравнительная таблица технологий переработки тяжёлых нефтяных остатков на НПЗ
Химическая конверсия
HOUP
RFCC
HC
•
•
•
Каталитический крекинг нефтяных остатков
Потребление водорода
гидрокрекинг
SDA
DC
VB
•
•
сольвентная замедленное деасфальтизация коксование
висбрекинг
•
Использование катализатора Средний выход лёгких углеводородов, % Минимальная рентабельная производительность, б/д Капитальные затраты
7
•
•
85
90
95
65
70
55
2 500
20 000
12 000
3 000
10 000
10 000
низкие
высокие
очень высокие
средние
средние
низкие
Адрес для связи с нами: info@redmn.com Посетите наши сайты: www.redmn.com (Red Mountain Energy) www.premen.ru (Премиум Инжиниринг) Или позвоните в любой из наших офисов:
Группа компаний Red Mountain Energy Red Mountain Energy
Премиум Инжиниринг
США Сент-Луис, Миссури E-mail: st.louis@redmn.com Тел.: +1 314 505 5355 Факс: +1 314 754 1976
Россия Москва E-mail: moscow@redmn.com Тел.: +7 495 783 4747 Факс: +7 495 783 4748
Россия Москва E-mail: moscow@premen.ru Тел.: +7 495 620 9797 Факс: +7 495 620 9798
Китай Сучжоу E-mail: suzhou@redmn.com Тел.: +86 512 8887 4818 +86 138 1482 5533
Украина Одесса E-mail: odessa@redmn.com Тел.: +38 048 784 1357 Факс: +38 048 784 1354
Казань E-mail: kazan@premen.ru Тел.: +7 843 238 6070 Факс: +7 843 238 0452
Киев E-mail: kiev@redmn.com Тел.: +38 044 246 7080 Факс: +38 044 246 7063 Казахстан Алматы E-mail: almaty@redmn.com Тел.: +7 727 331 3332 Факс: +7 727 333 3323
Балашиха E-mail: balashikha@premen.ru Тел.: +7 498 720 6057 Боливия Ла-Пас E-mail: bolivia@premen.ru Тел.: +5912 244 0373 Факс: +5914 244 2310 Эквадор Кито E-mail: ecuador@premen.ru Тел.: +5939 983 0639 Факс: +5932 256 1200
Технологии. Инновации. Рациональные решения.
v.3RU_062012
www.redmn.com