Table of Contents

Растущая связь между модернизацией нефтеперерабатывающих заводов и производством нефтехимического сырья

Модернизация НПЗ стала центральной стратегией для удовлетворения растущего глобального спроса на нефтехимическое сырье - фундаментальное сырье, используемое для производства пластмасс, синтетических волокон, смол, растворителей и тысяч других химических продуктов. По мере роста населения мира и индустриализации развивающихся стран призыв к этим материалам усиливается. Традиционные НПЗ, первоначально предназначенные для максимизации транспортных топлив, таких как бензин и дизельное топливо, в настоящее время модернизируются и перенастраиваются для поворота к производству высокочистых потоков сырья, таких как нафта, этан, пропан и смешанные ароматические вещества. Эта трансформация - это не просто вопрос установки нового оборудования; это включает в себя всестороннее переосмысление конфигурации НПЗ, интеграции процессов и операционной философии. Результатом является более гибкий, эффективный и устойчивый НПЗ, который может регулировать производство в режиме реального времени, чтобы соответствовать меняющимся рыночным условиям, внося непосредственный вклад в нефтехимическую цепочку создания стоимости.

Современный нефтеперерабатывающий нефтехимический комплекс все чаще рассматривается как единая, оптимизированная производственная система, а не две отдельные отрасли. Путем модернизации существующих установок и добавления новых технологий преобразования и разделения, нефтеперерабатывающие заводы могут захватывать более высокую маржу, снижать потребление энергии и снижать интенсивность углерода. В этой статье рассматривается, как конкретные обновления нефтеперерабатывающих заводов способствуют производству нефтехимического сырья, задействованным технологиям, экономическим и экологическим преимуществам и тенденциям, определяющим будущее интегрированной переработки.

Стратегическое значение модернизации НПЗ для поставок кормового сырья

Нефтехимическое сырье получают в основном из фракций сырой нефти и жидкостей природного газа (NGLs). Наиболее распространенные исходные материалы включают легкую нафту (используемую в паровых крекерах для производства этилена и пропилена), тяжелую нафту (для производства ароматических веществ), сжиженный нефтяной газ (пропан и бутан) и этан. Исторически НПЗ отправляли эти фракции в топливные бассейны или продавали их на открытом рынке по ценам на сырье. Однако, поскольку глобальный спрос на химические вещества растет быстрее, чем спрос на транспортные виды топлива - отчасти из-за электрификации транспорта и более строгих стандартов топливной эффективности - нефтеперерабатывающие заводы стимулируются к модернизации своих мощностей для производства большего количества молекул, которые питают нефтехимические заводы.

Модернизация нефтеперерабатывающего завода позволяет объекту:

  • Увеличить выход легких фракций , которые являются идеальным сырьем для крекеров и реформаторов.
  • Улучшить качество сырья путем удаления серы, азота, металлов и других загрязняющих веществ, которые отравляют катализаторы ниже по течению.
  • Повышение операционной гибкости для переработки более широкого спектра сырой нефти (включая более тяжелые, кислые сорта), при этом все еще производя высокочистое сырье.
  • Снизить потребление энергии и выбросы за счет более эффективной интеграции тепла, передовых катализаторов и современных систем управления.

Без этих обновлений многие нефтеперерабатывающие заводы будут бороться за конкуренцию на рынке, который все больше поощряет химическое производство. Прогнозируется, что мировой спрос на нефтехимическое сырье будет расти ежегодно со скоростью 3-4% в течение следующего десятилетия, причем большая часть этого роста будет приходиться на Азию и Ближний Восток. Поэтому обновления не являются факультативными; они необходимы для поддержания жизнеспособной бизнес-модели в эпоху энергетического перехода.

Ключевые нефтеперерабатывающие заводы модернизируются, что повышает производство кормового сырья

Комплексная программа модернизации НПЗ может быть нацелена на несколько технологических установок одновременно. Ниже мы рассмотрим наиболее эффективные обновления и то, как они способствуют качеству и количеству сырья.

Модернизированные установки перегонки сырой нефти (CDU)

Модернизация до уровня CDU, например, замена лоток высокоэффективной упаковкой, установка усовершенствованных теплообменных сетей и внедрение более эффективного контроля рефлюкса, позволяет более четко разделить сырую нефть на составляющие фракции. Это приводит к более высокой доле легкого прямого пробега нафты (C5-C12) и более легких газов (C1-C4) при минимизации количества ценного легкого материала, потерянного для более тяжелых потоков. Разделение Шарпера также снижает перенос загрязняющих веществ, таких как сера и азот, в вырезы сырья, снижая нагрузку на установки для обработки ниже по течению. Современные конструкции CDU могут увеличить выход нафты на 2%-5% по сравнению с более старыми конструкциями, что является значительным повышением, учитывая большую пропускную способность типичного НПЗ.

Обновление каталитического крекинга жидкости (FCC)

Установка FCC уже давно является рабочей лошадкой для производства бензина, но она может быть адаптирована для производства более легких олефинов (пропилен, бутилен) и высокооктановой нафты для нефтехимического использования.

  • Установка усовершенствованных каталитических составов , которые максимизируют светоолефиновую селективность без ущерба для конверсии.
  • Модифицировать конструкцию восходящего и регенератора , чтобы обеспечить более высокое время пребывания и оптимизированные температурные профили.
  • Добавление раздела восстановления пропилена (например, пропиленового сплиттера) для отделения пропилена химического класса от FCC-офф-газа.
  • Интеграция с блоком нисходящего алкилирования для преобразования бутиленов в высокоценный алкилат, чистый компонент бензина или в изобутилен для производства MTBE/ETBE.

Модернизация FCC может увеличить урожайность пропилена на 2%-4% по сравнению с исходным сырьем, превращая FCC в значительный источник химических промежуточных продуктов. Многие нефтеперерабатывающие заводы теперь используют «петхемные FCC», которые оптимизированы для максимальных олефинов, а не бензина.

Модернизация гидрокрекинга

Гидрократизация - это универсальный процесс преобразования, который разбивает тяжелые газовые масла и вакуумные газойли в более легкие продукты под высоким давлением водорода. Модернизация гидрокрекера для производства большего количества нафты и СНГ - а не дизельного топлива - требует регулировок в выборе катализатора, рабочей температуре и паровом давлении водорода. Современные катализаторы высокой активности могут выборочно колеблются - открытые нафтены и парафины трещины для получения высоких выходов легкой нафты, богатой молекулами С5-С6, идеально подходящими для растрескивания пара. Гидрократизация также производит значительные количества сжиженного газа (пропан и бутан), который может использоваться в качестве корма для крекеров или продаваться в качестве топлива. Модернизируя гидрокрекер, нефтеперерабатывающие заводы могут сместить сланцы продукта в сторону нефтехимического сырья на 10-20% без создания совершенно новых единиц.

Каталитическая реформа модернизация

Каталитические реформаторы превращают низкооктановую нафту в высокооктановый реформат (богатый ароматическими веществами, такими как бензол, толуол и ксилол), а также богатый водородом офф-газ. Реформация является основным источником ароматических веществ для нефтехимического производства. Модернизация реформаторов включает:

  • Технология непрерывной регенерации катализаторов (CCR) , которая поддерживает активность катализатора и селективность, производя более высокие выходы ароматических веществ.
  • Передовая гидроочистка кормов для удаления ядов катализатора (серы, азота, металлов) перед реформированием.
  • Оптимизированные условия работы (давление, температура, скорость пространства) для максимизации образования бензол-толуол-ксилена (BTX) при минимизации нежелательного растрескивания до более легких газов.

Современный CCR-реформатор может производить реформат, содержащий 60-70% ароматических веществ, что значительно выше, чем у старых фиксированных элементов. Этот реформат затем отправляется в блок экстракции ароматических веществ для восстановления бензола, толуола и ксиленов высокой чистоты - ключевых строительных блоков для полимеров, волокон и растворителей.

Обновления гидрообработки (гидрообработка и гидродесульфуризация)

Строгие экологические нормы и требования к катализаторам требуют сверхнизких уровней серы и азота в нефтехимическом сырье. Установки гидроочистки удаляют эти гетероатомы, реагируя на них водородом поверх катализатора. Обновления этих блоков могут включать:

  • Установка катализаторов с более высокой активностью , которые достигают более глубокой десульфуризации при более низких температурах (снижение потребления энергии).
  • Добавление второй стадии для удаления ароматических веществ и насыщенных олефинов, особенно ценных для получения нафты высокой чистоты для этиленовых крекеров.
  • Перезапуск внутренних элементов реактора для улучшения жидкостно-твердого контакта и увеличения пропускной способности без строительства нового реактора.

Улучшенная гидроочистка гарантирует, что сырье соответствует строгим спецификациям, требуемым нефтехимическими процессами (например, < 0,5 ppm серы для подачи паровых крекеров).

Модернизация восстановления и фракционирования СНГ

Многие НПЗ имеют значительное количество легких углеводородов, растворенных в различных потоках - от газообразных газов из FCC, гидрокрекинга, коксующегося и реформирования. Модернизация единиц рекуперации и фракционирования газа (например, деэтанизатор, депропанизатор, дебутанизатор) позволяет НПЗ захватывать пропан, бутан и этан, которые в противном случае были бы сожжены в качестве топлива. Этот восстановленный сжиженный нефтяной газ может продаваться непосредственно в качестве нефтехимического сырья или далее перерабатываться в более легкие олефины. Современные технологии поглощения и мембраны могут извлекать более 95% углеводородов C2 + из топливного газа, резко увеличивая объем доступного сырья.

Интеграция отложенного коксования и обновления остатков

По мере того, как более тяжелые сырые масла становятся все более распространенными, обновление остатков (вакуумных дно) в более легкие продукты имеет важное значение. Отсроченный кокер-блок превращает тяжелые остатки в более легкие газойль, нафту и нефтяной кокс. Модернизация к кокер-технологии, такая как оптимизированная езда на барабанах, усовершенствованная конструкция нагревателя и улучшенная фракционация, может увеличить выход кокер-нафты (сырье для крекеров нафты) на 3%-5%. Некоторые нефтеперерабатывающие заводы даже рассматривают возможность замены кокеров на более селективную гидрокрекинг или гидрокрекинг суспензионной фазы для получения еще более высоких выходов дистиллятов и нафты.

Виды кормовых запасов, усиленные модернизацией

Модернизация нефтеперерабатывающих заводов адаптирована для производства конкретных категорий сырья, каждая из которых имеет различные химические свойства и использование.

Светлая Нафта (C5-C12)

Светлая нафта является предпочтительным сырьем для паровых крекеров, потому что она дает высокие уровни этилена и пропилена. Обновления, которые увеличивают выход светлой нафты, такие как улучшенная фракция CDU и модификации FCC, имеют решающее значение. Светлая нафта обычно имеет содержание парафина > 70%, что делает ее отличным крекером.

Этан и СУГ (Пропан/Бутан)

Этан является основным сырьем для производства олефинов в регионах с обильным природным газом (например, в Северной Америке, на Ближнем Востоке). Однако нефтеперерабатывающие заводы также могут производить этан из негазов посредством криогенного восстановления или поглощения. Модернизация газоперерабатывающих установок может захватывать этан, который в противном случае был бы вспыхнут или сожжен в качестве топлива. Аналогичным образом, пропан и бутан (LPG) могут использоваться в крекерах для производства пропилена и бутадиена соответственно. Модернизация, которая улучшает восстановление и чистоту сжиженного природного газа, открывает новые потоки доходов.

Реформат и ароматика (BTX)

Реформат от каталитического реформирования является основным источником бензола, толуола и ксилена. Модернизация реформаторов с помощью технологии CCR повышает выход ароматических веществ и снижает расход водорода. Разделенные BTX затем используются в производстве стирола, кумени, циклогексана и полиэфирных волокон.

Тяжелые запасы (газовые масла)

В то время как более легкие исходные материалы являются предпочтительными для растрескивания, некоторые нефтехимические процессы (например, гидрокрекинг для производства масел для основы смазочных материалов) могут использовать тяжелые газовые масла. Модернизация, которая улучшает гидроочистку и гидрокрекинг для этих фракций, позволяет нефтеперерабатывающему заводу поставлять специализированные потоки сырья в химическую промышленность.

Интеграция нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов

Одним из наиболее значимых направлений в отрасли является физическая и оперативная интеграция НПЗ с нефтехимическими заводами, часто называемыми «интегрированными нефтеперерабатывающими нефтехимическими комплексами» (ИРСК).

  • Прямые трубопроводы , которые передают нафту, СНГ и переформатируют с нефтеперерабатывающего завода на установку для извлечения крекеров и ароматических веществ, снижая транспортные расходы и потери.
  • Общие коммунальные системы (пар, мощность, водород), которые повышают общую энергоэффективность.
  • Общее управление водородом , где водород, полученный в каталитическом реформировании и FCC, используется в гидроперерабатывающих установках, а излишки водорода из хвостового газа нефтехимического завода возвращаются на НПЗ.
  • Гибкость сырья, которая позволяет крекеру принимать смесь нафты из ХДС, СНГ от рекуперации газа и даже переработанного света от самого нефтехимического завода.

Многие недавно построенные комплексы, такие как в Саудовской Аравии, Китае и Индии, спроектированы с нуля как интегрированные подразделения. Однако для существующих НПЗ серия обновлений может постепенно привести объект к полной интеграции. Этот поэтапный подход позволяет НПЗ инвестировать постепенно, получая ранние выгоды.

Экономические выгоды модернизации НПЗ для производства кормового сырья

Финансовые обоснования модернизации нефтеперерабатывающих заводов для производства большего количества нефтехимического сырья убедительны. Нефтехимические продукты обычно имеют более высокую маржу, чем транспортные виды топлива, а рост спроса на химические вещества является более устойчивым. Конкретные экономические выгоды включают:

  • Более высокая маржа прибыли: Производство нафты или пропилена высокой чистоты может дать маржу в 2–3 раза больше, чем бензина или дизельного топлива, в зависимости от рыночного цикла.
  • Сокращение зависимости от волатильных рынков топлива: Диверсификация в химические вещества стабилизирует потоки доходов, поскольку химический спрос менее чувствителен к ценам на нефть и экономическим циклам.
  • Увеличение использования мощностей: Модернизация часто позволяет нефтеперерабатывающим заводам работать ближе к полной мощности, балансируя предложение сырья с нефтехимическим спросом.
  • Снижение эксплуатационных расходов: Повышение энергоэффективности за счет модернизации снижает затраты на топливо и электроэнергию, улучшая конечную прибыль.
  • Доступ к быстрорастущим рынкам: Азия и другие развивающиеся регионы имеют сильный аппетит к пластмассам, упаковке и строительным материалам, все из которых зависят от нефтехимического сырья.

Согласно отчету Международного энергетического агентства, нефтехимические продукты должны составлять почти половину мирового роста спроса на нефть к 2050 году, что делает нефтехимическую интеграцию НПЗ стратегическим императивом для долгосрочной рентабельности.

Воздействие на окружающую среду и устойчивость

Модернизация нефтеперерабатывающих заводов также способствует экологической устойчивости несколькими способами. Во-первых, многие модернизации непосредственно снижают выбросы за счет повышения энергоэффективности. Например, замена старых печей высокоэффективными горелками, установка систем рекуперации отработанного тепла и оптимизация управления процессом могут сократить выбросы CO2 на баррель кормов на 5%-15%. Во-вторых, производство большего количества сырья с существующих нефтехимических заводов снижает необходимость строительства новых автономных нефтехимических заводов, которые могут иметь больший экологический след. В-третьих, передовые технологии модернизации позволяют перерабатывать более тяжелые, высокосернистые сырые продукты, которые в противном случае могли бы быть выброшены или обработаны неэффективно, уменьшая общую интенсивность углерода в барреле.

Кроме того, возможность производить легкое сырье на местном уровне может снизить потребность в дальней доставке сырой нефти или промежуточных химических веществ, тем самым сокращая выбросы, связанные с транспортировкой. Некоторые нефтеперерабатывающие заводы также изучают использование возобновляемого водорода (производимого посредством электролиза) в гидроперерабатывающих установках, что в конечном итоге может позволить производить углеродно-нейтральное сырье.

Стоит отметить, что нефтехимическая промышленность сама находится под давлением, чтобы уменьшить свое воздействие на окружающую среду. Модернизация НПЗ для производства более чистого сырья - например, с очень низким содержанием серы и ароматических веществ - нижестоящие химические процессы могут работать более эффективно и с меньшим количеством отходов. Этот положительный цикл обратной связи усиливает ценность инвестиций в модернизацию.

Будущие тенденции: цифровизация, модульные обновления и круговая экономика

Следующая волна модернизации НПЗ, вероятно, будет обусловлена цифровизацией и модульным строительством. Расширенное управление технологическими процессами (APC) и оптимизация в реальном времени (RTO) могут максимизировать выход сырья при минимизации использования энергии. Цифровые двойники установок НПЗ позволяют инженерам тестировать сценарии модернизации практически до внедрения, снижая риск и стоимость.

Модульные модернизации, когда участки блока строятся за пределами площадки, а затем собираются на месте, могут сократить сроки строительства и сократить капитальные затраты. Это особенно привлекательно для проектов на коричневом поле, где пространство ограничено, а время простоя должно быть сведено к минимуму.

Наконец, круговая экономика подталкивает НПЗ к рассмотрению переработки пластиковых отходов в качестве источника сырья. Разрабатываются обновления, которые позволяют совместно перерабатывать пиролизисное масло из отходов пластмасс в существующих установках FCC или гидрокрекерах. Это может создать замкнутый цикл, в котором использованные пластмассы превращаются обратно в химические строительные блоки, уменьшая зависимость от сырой нефти.

Такие компании, как Honeywell UOP и Shell , уже являются пионерами в области интегрированных решений, которые сочетают модернизацию, цифровизацию и цикличность. По мере развития этих технологий нефтеперерабатывающий завод будущего будет гибким, эффективным и устойчивым поставщиком нефтехимического сырья.

Заключение

Модернизация нефтеперерабатывающих заводов является мощным рычагом для увеличения производства нефтехимического сырья, позволяя НПЗ адаптироваться к меняющемуся энергетическому ландшафту. Модернизация установок перегонки сырой нефти, FCC, гидрокрекинга, реформирования и гидроочистки, НПЗ может повысить урожайность легкой нафты, СНГ и ароматических веществ. Эти обновления также улучшают качество сырья, повышают эксплуатационную гибкость и снижают воздействие на окружающую среду. Экономический случай силен, с более высокой маржой и более стабильным спросом по сравнению с традиционными видами топлива. По мере того, как мир движется к будущему с более низким уровнем выбросов углерода, способность НПЗ поворачиваться к химическим веществам будет ключевым фактором в их выживании и успехе. Инвестирование в модернизацию сегодня закладывает основу для жизнестойкого, прибыльного и устойчивого нефтехимического предприятия завтра.

Узнайте больше о нефтехимическом сырье от Европейской нефтехимической ассоциации.