Перегонка сырой нефти на основе использования струйных аппаратов

В настоящее время одной из серьезных проблем российской нефтеперерабатывающей промышленности является сравнительно небольшая глубина переработки сырой нефти, что объективно приводит к снижению количества выработки высоколиквидных светлых нефтепродуктов (бензинов, керосинов, дизельных топлив и т.д.).

Неуклонный рост транспортных средств приводит к значительному увеличению потребления топлива, что, в свою очередь, увеличивает потребность в высококачественных, светлых нефтепродуктах. В связи с чем углубление переработки сырой нефти хотя бы до уровня стран Европейского Союза является весьма актуальным для нашей страны.

Тенденции

Современный нефтеперерабатывающий комплекс Российской Федерации представлен двадцатью пятью нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ), пять из которых введены в строй до 1940 года, шесть – до 1950 года, восемь – до 1960 года и всего лишь шесть – после 1960 года. За последние десять лет в России не был введен в строй ни один крупный современный НПЗ.

Четырнадцать из 25-ти российских НПЗ, то есть более половины, применяют технологические циклы переработки нефти, существовавшие на год их проектирования, а следовательно, не рассчитаны на повышение эффективности переработки нефти.

Только шесть процентов установок на действующих предприятиях эксплуатируются менее 10 лет, поэтому могут считаться для России относительно «новыми».

На российских нефтеперерабатывающих предприятиях постоянно увеличиваются объемы первичной переработки нефти, однако этот рост не приводит к существенному улучшению качественных и количественных показателей светлых нефтепродуктов. В настоящее время средняя глубина переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах РФ достигает около 59-61 процента, при этом минимальная глубина не более 48-49 %, средняя – до 60-62 процентов и – наибольшая – около 70-73 процентов, то есть выход светлых нефтепродуктов в России примерно в 2-2,5 раза ниже, чем в странах Западной Европы и США.

В связи с этим по уровню технологии переработки нефти находящиеся в эксплуатации отечественные НПЗ входят в число наиболее устаревших предприятий в мире.

По экспертным оценкам при сохранении существующих объемов выпуска светлых нефте-продуктов и резком увеличении спроса на высококачественные топлива в 2010-2011 годах в России может возникнуть значительный дефицит качественного топлива для транспортных средств.

Чтобы избежать дефицита высококачественных, светлых нефтяных топлив, необходимо уже в ближайшее время значительно увеличить наибольшую глубину переработки нефти, доведя выход светлых нефтепродуктов сначала до европейского уровня (80-85 процентов), а затем до уровня стран Северной Америки (95 процентов).

Другой проблемой российской нефтеперерабатывающей промышленности является отсутствие производства качественного высокооктанового бензина.

Российские нефтеперерабатывающие предприятия способны производить только бензины с октановым числом 76 (по действующим сегодня ГОСТам и ТУ-80), а повышение октанового числа в товарных бензинах достигается вводом в его состав топливных присадок.

Известно, что на переработку одной тонны сырой нефти требуется около 25-35 килограммов жидкого топлива, а, учитывая суммарные объемы первичной переработки всех российских НПЗ в объеме около 260 миллионов тонн в год, на проведение самого технологического процесса переработки ежегодно потребляется в среднем 6,5-9,1 миллиона тонн нефти или нефтяного топлива.

При сжигании такого количества горючего суммарный выброс вредных веществ (диоксида серы, окиси углерода, окислов азота, сероводорода и др.) составляет 1170000 тонн в год.

Особенности внедрения

Внедрение новых технологических циклов в технологический процесс переработки сырой нефти сталкивается с рядом трудностей.

В настоящее время внедрение новых технологических процессов в технологический цикл переработки сырой нефти в России затруднено по следующим причинам:

- слабая информированность руководителей нефтеперерабатывающей промышленности (НПП) различного уровня о новых профильных технологиях;

- боязнь отдельных руководителей НПП и НПЗ брать на себя ответственность за внедрение новых технологий;

- отсутствие высококвалифицированных специалистов, кадров и ученых в НПП;

- значительные объемы перерабатываемой нефти;

- преобладание в нашей стране экспорта сырой нефти над экспортом нефтепродуктов;

- непрерывность технологического процесса переработки сырой нефти;

- невозможность остановки технологического процесса даже на короткий срок;

- отсутствие денежных средств на модернизацию существующих и внедрение передовых технологий.

Именно по этим причинам сегодня невозможно достигнуть глубины переработки нефти до уровня развитых стран, что в будущем окажет негативное влияние на экономику страны и на Россию в целом.

О глубине переработки

В качестве одного из направлений углубления переработки нефти авторами предлагается использование эффекта струйно-кавитационных явлений, возникающих в струйном аппарате при прокачке его проточной части реальной жидкостью.

Применительно к нефтеперегонной установке эффект струйно-кавитационных явлений может быть использован для:

- расщепления, дробления и разрушения структуры углеводородов сырой нефти непосредственно при ее подаче на перегонку в ректификационные колонны, в результате чего затраты энергии на указанный процесс в самих колоннах значительно сократится;

- обработки жидкого топлива (тяжелых фракций нефти), поступающего на сжигание в подогревательные печи, что сэкономит часть топлива, затрачиваемого на проведение самого технологического процесса перегонки нефти, и сократит количество экологически опасных выбросов в атмосферу;

- дозированного ввода и смешения присадок с товарными нефтепродуктами на молекулярном уровне с целью улучшения их качества;

- снижения вязкости перекачиваемой нефти в магистральных трубопроводах.

Эффективность использования струйных аппаратов в технологическом цикле переработки нефти определяется перепадом давлений нефти на входе и выходе из аппарата и температурой подогрева нефти перед аппаратом.

Струйные аппараты взрыво-, пожарозащищенные не имеют движущихся и вращающихся частей, герметичны, не требуют для своей работы дополнительных источников энергии и электрооборудования, поскольку надежно работают на перепаде давлений рабочей среды, создаваемом штатным насосом, в широком диапазоне температур подогрева рабочей жидкости и могут быть рассчитаны на любую производительность.

Струйно-кавитационная обработка

Процесс струйно-кавитационной обработки нефти – это процесс целенаправленного воздействия на межмолекулярные связи углеводородных молекул с целью их расщепления и получения нефтяных радикалов и углеводородных молекул меньшей молекулярной массы с помощью генерирования кавитационных явлений, возникающих при высокоскоростном струйном истечении нефти и распаде нефтяной струи в диффузоре струйного аппарата.

При проходе нефтяного потока под давлением через проточную часть струйного аппарата сначала происходит расширение нефти и уменьшение ее давления в сопле и в вакуумной камере аппарата, а затем сжатие с увеличением давления в диффузоре аппарата.

При струйном истечении нефти из сопла аппарата возникают струйные турбулентные пограничные слои, создающие кавитационные явления и разлагающие нефтяную струю.

Под воздействием кавитационных явлений происходит процесс дробления нефтяных углеводородов с длинными цепями на молекулы меньшей массы и длины и на свободные нефтяные радикалы (кинетически независимые частицы, характеризующиеся наличием неспаренных электронов), что косвенно подтверждается уменьшением показателя вязкости. Поэтому процесс струйно-кавитационной обработки нефти можно отнести к так называемому процессу струйно-кавитационного висбрекинга.

Эффект струйно-кавитационного висбрекинга неоднократно выявлялся авторами при обработке струйными аппаратами тяжелых высоковязких нефтяных топлив.

Результаты обработки нефтяного топлива показывали снижение вязкости, разрушение структуры и расщепление высокомолекулярных углеводородных соединений, отсутствие тяжелых углеводородов.

Газовый анализ продуктов сгорания предварительно обработанного струйно-кавитационным способом топлива также подтверждал отсутствие в них высокомолекулярных углеводородных соединений.

Кроме того, струйно-кавитационная обработка тяжелых нефтяных топлив позволила добиться снижение вязкости перекачиваемых нефтепродуктов в диапазоне спецификационных температур подогрева, количественно и качественно изменить структуру нефтяного топлива.

Так, вязкость обработанного струйно-кавитационным способом топочного мазута М-100 при температуре подогрева +90 –95 °С соответствовала вязкости необработанного мазута с температурой подогрева +115–120 °С, т.е. снижение вязкости составило около 15-20 процентов, и это без подвода дополнительного тепла.

В составе обработанного мазута отсутствовали высокомолекулярные углеводородные соединения С ¹⁸-С ²⁰ и более. В результате исследований также было установлено, что обработанное топливо способно существовать в виде свободных радикалов около 1,5-2 секунд.

Некоторые выводы

1. Находящиеся сегодня в эксплуатации российские нефтеперерабатывающие заводы используют устаревшую технологию перегонки нефти, что исключает производство высококачественных, светлых нефтепродуктов в необходимых для потребления количествах.

2. Удовлетворить потребности российского рынка в высококачественных, светлых нефтепродуктах возможно только путем совершенствования технологического цикла их производства, в том числе и на основе использования струйных аппаратов в отдельных технологических процессах перегонки сырой нефти.

3. Внедрение струйно-кавитационных явлений в технологические процессы перегонки сырой нефти позволит повысить долю выхода высококачественных светлых нефтепродуктов.

Источник: Энергетика и промышленность России