Лекция 8

Процесс переработки нефти можно разделить на 3 основных этапа:

1. Разделение нефтяного сырья на фракции, различающиеся по интервалам температур кипения (первичная переработка);

2. Переработка полученных фракций путем химических превращений содержащихся в них углеводородов и выработка компонентов товарных нефтепродуктов (вторичная переработка);

3. Смешение компонентов с вовлечением, при необходимости, различных присадок, с получением товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство).

В схеме современного нефтеперерабатывающего завода, одним их ведущих процессов является процесс компаундирования. Этот процесс обеспечивает получение высокооктанового бензина, отвечающего всем требованиям ГОСТ. 

Товарное производство - смешение компонентов с использованием различных присадок, с получением товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества.

Компаундирование топлива - это смешивание в необходимых пропорциях компонентов топлива и присадок с последующей гомогенизацией смеси для доведения топлива до состояния, удовлетворяющего стандарту. Компаундирование – это:

- производство товарных продуктов из сырья методом вовлечения в его состав добавок и компонентов в заданных объемах согласно технологической рецептуры;

- повышение октанового числа товарных продуктов методом вовлечения в состав товарных продуктов добавок и компонентов в заданных объемах согласно требованиям

В настоящее время распространены два подхода к приготовлению товарных нефтепродуктов: с использованием станций смешения и резервуарный метод. На современных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) используются специализированные станции смешения товарных бензинов, которые готовят бензины в потоке. Станции смешения, хотя и обеспечивают технологичный способ компаундирования, требуют существенных затрат на проектирование, закупку оборудования и техническое обслуживание. Хотя строительство таких установок является перспективным направлением автоматизации процессов по приготовлению товарных бензинов, подобные станции на настоящий момент имеются далеко не на всех российских НПЗ. В этом случае приготовление бензинов происходит в резервуарах товарно-сырьевых парков (ТСП). Приготовление товарных нефтепродуктов в резервуарах не требует затрат на переоснащение и позволяет добиться требуемых качественных показателей получаемых товарных продуктов в полном ассортименте выпускаемой продукции

Товарно-сырьевые парки - это отдельные парки для приема и хранения сырой нефти и товарной продукции и насосные для перекачки нефти, компонентов и товарных продуктов.

В ходе технологических процессов первичной и вторичной переработки нефти вырабатываются только компоненты моторных, авиационных и котельных топлив с различными показателями качества.

Для получения товарных н/продуктов организуется смешение полученных компонентов в соответствующих емкостях НПЗ в соотношениях, которые обеспечивают нормируемые показатели качества.

Расчет рецептуры смешения (компаундирования) компонентов осуществляется при помощи модулей математических моделей, используемых для планирования производства по НПЗ в целом.

Исходными данными для моделирования являются прогнозные остатки сырья, компонентов и товарной продукции, план реализации н/продуктов в разрезе ассортимента, плановый объем поставок нефти. Таким образом возможно рассчитать наиболее эффективные соотношения между компонентами при смешении.

Зачастую на заводах используются устоявшиеся рецептуры смешения, которые корректируются при изменении технологической схемы.

Компоненты н/продуктов в заданном соотношении закачиваются в емкость для смешения, куда также могут подаваться присадки.

Полученные товарные н/продукты проходят контроль качества и откачиваются в резервуары товарно-сырьевой базы, откуда отгружаются потребителю.

Наряду с требованиями к теоретическим и практическим знаниям, содержащимся в разделе «знания», необходимо знать следующее: правила и нормы по охране труда, производственной санитарии и противопожарной безопасности, правила пользования средствами индивидуальной защиты, требования, предъявляемые к качеству выполняемых работ (услуг), к рациональной организации труда на рабочем месте, виды брака и способы его предупреждения и устранения, производственную сигнализацию.Прямогонный бензин обладает октановым числом 55−60. В современные двигатели такой бензин не годится. Он нуждается в дополнительной переработке. Высококачественный бензин по ГОСТу и без модифицирующих добавок производят только крупные нефтяные компании и НПЗ, поскольку эта операция становится выгодной лишь при больших объемах.

Рентабельные установки риформинга, то есть превращения углеводородов нормального линейного строения с низким октановым числом в разветвленные углеводороды с высоким октановым числом, должны производить более 1 млн. тонн продуктов в год. Зная это, каждый может самостоятельно подсчитать, сколько в России производят в год «настоящего», ГОСТовского бензина.

Весь остальной бензин доводят до товарного продукта, который можно продавать на заправках, исключительно с помощью присадок.

Поскольку компаундирование является завершающим процессом приготовления бензинов, его подготовка и проведение обусловливают качество товарной продукции, соответствие требованиям стандартов. Прежде чем приступить к компаундированию, разрабатывают рецептуру товарного бензина и технологию его приготовления. Рецептура товарного бензина основывается на показателях качества имеющихся компонентов и задании заводу по выпуску отдельных марок бензинов. Существующий метод компаундирования на производстве предусматривает следующую последовательность операций:

– направление в резервуар с остатком от предыдущей операции потоков компонентов с технологических установок;

– достижение в резервуаре нужного количества смеси компонентов для получения в последующем требуемого количества товарного бензина;

– лабораторный анализ образца для определения качества смеси компонентов в резервуаре;

– определение количества смеси компонентов в резервуаре;

– расчет количества присадки (присадок), которое нужно переместить в резервуар для получения продукта товарного качества;

– перемещение рассчитанного количества присадки (присадок) в резервуар;

– переход резервуара на циркуляцию для того, чтобы добиться равномерного перемешивания всех компонентов и присадок, перемещенных в резервуар;

– отбор полученной в резервуаре смеси на лабораторный анализ, по результатам которого может быть принято решение, что получен товарный бензин;

– выдача паспорта качества на резервуар.

Определение рецептуры предполагает вычисление наиболее целесообразного и экономически выгодного соотношения компонентов для каждой партии бензина. Традиционно на НПЗ используется переборный алгоритм определения рецептуры, подбор компонентов происходит итерационно. Существующий подход может быть оптимизирован за счет изменения или исключения ряда операций, а также за счет расчета количеств компонентов товарного бензина до направления потоков компонентов в резервуар.

Предлагаемый оптимизированный порядок операций состоит из следующих этапов:

– из имеющихся сведений (паспорт продукции на предыдущую партию товара и данные пооперационного учета) определяется качество и количество остатка товарного бензина;

– качество высокооктановой присадки определяется по паспортным данным на эту присадку;

 – качество компонентов бензина с технологических установок берется на основании плановых значений с учетом фактического режима работы установок (если установка работает в стабильном режиме, то качество компонентов максимально приближено к плановому);

 – количество (пропорции) вырабатываемых компонентов определяется согласно утвержденным балансам технологических установок (если установка работает в стабильном режиме, то количество выработки компонентов максимально приближено к плановому);

– на основании заранее известных сведений производится определение минимального количества высокооктановой присадки;

– рассчитанное количество присадки направляется в резервуар, для которого произведен расчет, совместно с компонентами бензина с технологических установок;

– полученная в резервуаре смесь отбирается на лабораторный анализ, по результатам которого может быть принято решение, что получен товарный бензин;

– выдается паспорт качества на резервуар. Предлагаемое решение в части изменения или исключения ряда операций позволяет получить в резервуаре товарный продукт за значительно меньшее время, без применения операции циркуляции и с минимальном использованием самой дорогой части товарного бензина – присадок. Эта задача оптимизации компонентного состава товарных бензинов решается методом линейного программирования [1]. Такой подход и рассматривается как оптимальный в рамках настоящей статьи. Задача расчета количества присадки и количеств компонентов бензина с технологических установок и из других резервуаров ТСП рассматривается в следующем разделе. Задача минимизации потребления присадок при компаундировании товарного бензина как задача линейного программирования Задача подбора оптимальных количеств компонентов нефтепродуктов может быть решена как задача линейного программирования.

Эта задача может быть сформулирована так: требуется в конкретном резервуаре ТСП с известным качеством и количеством остатка приготовить посредством смешивания компонентов необходимое количество товарного бензина при минимизации количества высокооктановых присадок.

В качестве компонентов выступают:

– высокооктановые присадки;

– компоненты бензина с технологических установок;

– компоненты бензина из других резервуаров ТСП.

 В автомобильный бензин, в первый среди всех видов топлив, стали вовлекать альтернативные кислородсодержащие синтетические компоненты, в том числе биокомпоненты из возобновляемого растительного сырья. Сегодня во всех развитых странах оксигенаты рассматриваются как основная альтернатива металлорганическим и аминовым добавкам к бензинам. На практике используют: метанол, этанол, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ), метил-трет-амиловый эфир (ТАМЭ) и др.

Наиболее востребован в промышленности в России МТБЭ. Потребление МТБЭ запрещено в США, сокращено в скандинавских странах и Западной Европе в целом до 9,7 млн.т/год в 2013 году с тенденцией дальнейшего снижения на 3-5% в год. В Европе наибольшие мощности по производству МТБЭ в Великобритании, Нидерландах и Бельгии. В России производство МТБЭ составляет 0,8 млн.т./год. В основном это предприятия ОАО «Сибур» и группа компаний «Титан». Прогноз производства октанповышающих добавок представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Прогноз производства октанповышающих добавок

Введение кислородсодержащих добавок в состав бензина позволяет повысить их детонационную стойкость, так как увеличение концентрации кислорода в топливе снижает теплоту сгорания топливовоздушной смеси, а следовательно, замедляется распад пероксидных радикалов, происходит более быстрый отвод тепла из камеры сгорания, и в результате падает максимальная температура горения.

 

Литература

1 Г.Н. Рогачев, Ю.С. Труфанов Оптимизация процесса компаундирования нефтепродуктов// Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. сер. технические науки. 2022. Т. 30. № 2.