ФЛЕКСИКОКИНГ

ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
FLEXICOKING™ - Технология
переработки нефтяных остатков
Даниэль Ф. Брэйди
Анна Горштейн
Евгения Копли
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Россия и страны СНГ
Конференция BBTC 2015
23 - 24 апреля 1
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
2
Коксование - наиболее широко применяемая во всем
мире технология переработки нефтяных остатков
• Технология термической конверсии при низком давлении
• Производство более легких жидких продуктов для дальнейшей гидропереработки с
получением дизтоплива и автомобильных бензинов
• Остаточный продукт с низким содержанием водорода удаляется в виде кокса
Гудрон:
+ 20-40 % масс. нефти
+ H/C: 1,4 – 1,5
Асфальтены:
+ 10-25 % масс. гудрона
+ H/C: 1,1 – 1,2
Газ:
~ 10 % масс.
455 – 510°С
Сырье
Продукты
Жидкие
~ 55 % масс.
продукты: H/C: ~ 1,8 – 2,2
~ 1 – 5,5 бар
Кокс:
~ 35 % масс.
H/C: ~0,5
• Добавление водорода к асфальтеновым кольцам неэффективно и требует
больших затрат
• Для насыщения / открытия колец / повышения качества остаточного сырья ПАУ
с 4 – 5 кольцами требуется как правило 5 – 10 молей водорода
• Жидкие продукты требуют дальнейшей гидропереработки
• Экономические показатели зависят от местных условий
• Стоимость природного газа и наличие водорода
• Цены и рынки сбыта кокса или остатков
с высоким содержанием серы
* Siskin, M., et al; Energy & Fuels 2006, 20, 1227-1234
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
H/C: 1.47
H/C: 1.61
H/C: 0.78
H/C: 0.8
Молекула асфальтена*
3
Технология ФЛЕКСИКОКИНГ:
Интеграция коксования с паровоздушной газификацией
• Непрерывный процесс в псевдоожиженном слое
• Переработка очень тяжелого сырья
• Пневматический транспорт и закрытое хранение кокса
• Выход жидких продуктов аналогичен замедленному
коксованию
• При газификации кокса вырабатывается чистый
топливный газ CO/H2
Коксование без кокса!
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
4
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Technology
Overview
• Описание процесса
• Экологические преимущества
• Использование Флексигаза в
виде топлива или для
производства энергии
• Применение в
промышленности
ФЛЕКСИКОКИНГ
5
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
5
Технология ФЛЕКСИКОКИНГ : Интегрированный
паровоздушный газификатор
+ Газ в секцию легких фракций
+ Жидкие продукты на
фракционирование
Сырье
(Горячее из АВТ)
Скруб.
Reactor
Реактор
+ Теплообмен
+ Очистка от
частиц кокса
+ Начало кипения
рецикла
Очищенный Флексигаз после
удаления коксовой мелочи и
H2S
Нагреватель
Горячий
кокс
Газификатор
Сырьевые
кольца и
форсунки
Холодный
кокс
Воздух из
воздуходувки
Флексигаз
Пар
Отбор кокса,
содержащего Ni и V, в силос
ФЛЕКСИКОКИНГ
FLEXICOKING
Гибкая
The
Flexible
технология
Resid Upgrading
переработки
Technology
нефтяных остатков
6
Большой промышленный опыт переработки тяжелого сырья
• Гудрон с высокой коксуемостью по Конрадсону* **
• Остаток с установки гидроконверсии в кипящем
слое**
• Пек после сольвентной деасфальтизации**
• Тяжелая Венесуэльская нефть**
• Битум из битуминозных песков*
* Fluid Coking
** ФЛЕКСИКОКИНГ
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
7
Технология ФЛЕКСИКОКИНГ: Выход продуктов
• Выходы аналогичны другим технологиям с термической конверсией
• Различия качества сырья и температуры начала кипения рецикла
затрудняют сравнение
Газ и жидкие продукты
2000 тыс. тонн в год
Продукты
Флексигаз
Сырье
Тип
Гудрон
Начало кипения, °C
540
Качество сырья
Р
Плотность, кг/м3
999
Сера, % масс.
2,6
H
Г
Воздух
и пар
%
масс.
на
сырье
% объем
жидк. на
сырье
C2 – топл. газ
6,4
C3 / C4 СУГ
5,5
Всего C4-
11,0
C5 -221 °С
18,8
25,0
221-343 °C
14,0
15,6
343-524 °C
32,1
32,3
Всего C5+
64,9
72,9
Коксуемость по
Конрадсону, % масс.
19
Никель, ppm (масс.)
84
Продуктовый
Ванадий, ppm (масс.)
209
Газифицированный
22,1
Всего
23,2
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Кокс, % масс.
1,1
8
ФЛЕКСИКОКИНГ позволяет получать чистый топливный газ,
состоящий из CO и H2
Чистый топливный газ Флексигаз
2000 тыс. т/год
Состав
ГАЗ: 27 т/ч
ЖИДКИЕ ПРОДУКТЫ: 155 т/ч
ФЛЕКСИГАЗ
СЫРЬЕ: 238 т/ч
(36 тыс. барр/сут)
H
CO/H2
35,5
N2
53,9
Прочее
10,6
Всего
100
Расходы
СИ
Газифицированный кокс, т/ч
52
Флексигаз, т/ч
330
Теплотворная способность, кДж /нм3
(БТЕ/ст. куб. фут)
Тепловая мощность, МВт (тыс.) (тыс.
БТЕ/час)
Bold the font in the text boxes
Р
мол. %
Брит. ед.
4510
115
368
1258
Г
Потребители Флексигаза:
Воздух
и пар
газифицированный кокс: 53 т/час
продуктовый кокс: 3 т/час
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
 Трубчатые печи
 Печи установки производства
водорода
 Печи установки риформинга
 Пароперегреватели
 Котлы-утилизаторы
 Бойлеры энергоблока
 Потребители третьих сторон
9
Высокие цены на природный газ повышают привлекательность
технологии ФЛЕКСИКОКИНГ
• Замедленное коксование привлекательно при низких ценах на
природный газ
• Цены и рынки топливного кокса
• Логистика транспортировки кокса
• ФЛЕКСИКОКИНГ очень привлекателен при высоких ценах на
природный газ или при его отсутствия
1X = 6,50 долл./млн. БТЕ
Delayed Coking
0 долл.
Экономический эффект нетто,
долл./барр. битума
Переработка битуминозных песков Атабаски, Канада
FLEXICOKING
1X
*Under Permission from SFA Pacific, Inc.
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
2X
3X
SFA Phase 8 Study, October 2009
10
Развивающаяся технология гидроконверсии шлама может быть
привлекательной при низких, но не при высоких ценах на газ
Экономический эффект нетто,
долл./барр. битума
0 долл.
• Высокие цены на нефть стимулируют максимизацию объемов жидкой
продукции
• Низкие цены на газ компенсируют очень высокий расход водорода и
соответствующие затраты
• Для получения чистых продуктов требуется дополнительный
гидропроцессинг
Переработка битуминозных песков Атабаски, Канада
1X = 6,50 долл./млн. БТЕ
Гидроконверсия
Slurry HDC
шлама
FLEXICOKING
1X
2X
3X
Привлекательность технологии ФЛЕКСИКОКИНГА повышается при
высоких ценах на газ!
*Under Permission from SFA Pacific, Inc. SFA Phase 8 Study, October 2009
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
11
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Экологические
преимущества
• Производство, хранение и
транспортировка кокса
• Требуемые размеры площадки
• Выбросы твердых частиц и
углеводородов
• Выбросы SOx и NOx и другие
ФЛЕКСИКОКИНГ
12
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
12
Основные различия в производстве кокса, обработке, хранении и
требованиях к площадям
Технология замедленного
коксования
Технология ФЛЕКСИКОКИНГ
Производство кокса
Основной продукт ~30 % масс.
Высокое содержание серы ~6 % масс.
Малые объемы отбора: ~2-3 % масс.
Низкое содержание серы: ~ 3 % масс.
Хранение
Открытые котлованы, осушение
Краны и конвейеры
Хранение в штабелях
Закрытая система
Пневматическая транспортировка
Хранение в силосах*
Транспортировка
Поезда или баржи большой
грузоподъемности
Возможные проблемы для НПЗ,
расположенных внутри материка или в
густонаселенных районах
Большая часть подвергается газификации
Отбираемый кокс вывозится на грузовиках
Требования к производственным
площадям
Котлованы и штабели кокса требуют
дополнительных площадей
Меньше, чем при замедленном коксовании
Штабель
кокса
установки
замедленного
коксования
Силосы ФЛЕКСИКОКИНГА*
*Размер определяется исходя из объема
кокса при капитальном ремонте
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
13
ФЛЕКСИКОКИНГ: Преимущества по уменьшению выбросов
• Выбросы твердых частиц - Низкие
• Закрытая система; пневматическая транспортировка из реакторов с псевдоожиженным слоем
в силосы для продукта
• Отсутствует пыль от открытых штабелей и транспортировки кокса
• Не требуется оборудование для удаления пыли из котлованов и площадок хранения кокса
• Выбросы углеводородов - Низкие
• Непрерывный процесс, без частого открывания и цикличности работы оборудования
• Отсутствуют выбросы углеводородов в результате цикличности работы оборудования и
продувки емкостей для кокса
• Не требуется оборудование для отвода паров из системы охлаждающей воды, котлованов и
площадок хранения кокса
• Выбросы SOx – Низкие
• В результате газификации сера, содержащаяся в коксе, превращается в H2S, который уносится
Флексигазом
• H2S легко удаляется из Флексигаза до содержания < 10 ppm с помощью специального амина
• При сжигании Флексигаза в печах и бойлерах на НПЗ образуются низкие объемы SOx
• Выбросы NOx – Низкие
• Содержащийся во Флексигазе N2 снижает температуру адиабатического пламени при сгорании
• Это дает более низкие объемы NOx, чем при сжигании природного или заводского топливного
газа
ФЛЕКСИКОКИНГ: Низкие выбросы твердых частиц, углеводородов, SOx и отсутствие
выбросов NOx
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
14
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
ФЛЕКСИГАЗ В КАЧЕСТВЕ
ЗАВОДСКОГО
ТОПЛИВНОГО ГАЗА
• Состав Флексигаза и характеристики
его горения
• Примеры применения Флексигаза на
существующих установках
Флексикокинга
• Факторы, учитываемые при
применении Флексигаза в качестве
топлива
15
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
15
Флексигаз по сравнению с другими топливными газами
• Природный газ и заводской топливный газ богаты метаном
• Газы с более низкой теплотворной способностью, обеспечивающие стабильное
горение, богаты CO/H2
• Водород повышает горючесть, скорость горения и снижает требования к подаче
воздуха
• Флексигаз - ценный и экономичный источник чистого топлива
Теплотворная
способность
Топливный газ
Состав, % об.
C1-C4
H2
CO
CO2
N2
H2O
Общее содержание
инертных компонентов
Теплотворная
способность
БТЕ/ст. куб. фут
ккал/м3
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Низкокалорийный
Высококалорийный
Флексигаз
Доменный газ
Газификация угля
кислородом
Нефтезаводской и
природный газ
1.4
17.8
17.4
10.
48.7
4.7
0.1
3.2
23.3
11.5
53.7
8.2
29.6
58.7
10.4
1.3
-
100
-
63.4
73.4
11.7
-
120
1067
85
756
273
2428
1064
9465
16
Применение Флексигаза в качестве топлива
• Флексигаз содержит большое количество CO и H2
• Теплотворная способность снижена за счет присутствия азота, однако
• Теплотворная способность горения постоянна (в отличие от заводского газа)
• Флексигаз хорошо горит в различных системах и позволяет
использовать имеющиеся в промышленности горелки
• Технологические печи (АВТ, установки риформинга нафты, печи установок
производства водорода)
• Котлы-утилизаторы (парогенераторы, пароперегреватели)
• Продажа за пределы НПЗ - электростанциям и другим близко расположенным
потребителям
• Затраты на горелки и систему распределения Флексигаза низкие
• Стоимость горелок для сжигания Флексигаза такая же как и стандартных
горелок
• Распределительные трубопроводы / газоходы низкого давления
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
17
Флексигаз: Двухтопливная горелка
Горелка для
заводского
газа
Горелка для
Флексигаза
Пилотная
горелка на
природном
газе
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
18
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Низкокалорийный газ для
выработки электроэнергии
• Паровой цикл
• Флексигаз компании TOA
• Комбинированный цикл
• Доменный газ и газовая
турбина MHI
• Сравнение капзатрат по
разным вариантам
19
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
19
НПЗ TOA на оптовом рынке электроэнергии в Японии
• Проект начат в 2003 г. совместно с энергопроизводящей компанией
• Электрогенераторы с паровыми и газовыми турбинами
• Флексигаз применяется в качестве топлива для парового котла и турбины,
пар также применяется на НПЗ
• Стабильное производство электроэнергии и пара
• Спрос на электроэнергию опережает производство Флексигаза на НПЗ
НПЗ TOA OIL Keihin
Гудрон
Жидкая
продукция
Паровой котел
37 %
Низкокалорийный
газ (НКГ)
Легкие
фракции
Высококалорийный
газ (C1, C2)
Высококалорийный
газ FCC
СУГ (C3, C4)
Печи НПЗ
Р
Genex (электростанция)
П
21 %
Котелутилизатор
33 %
9%
100 %
Газовая
турбина
Г
Сырье
Feed
Воздух и пар
FLEXICOKINGTM Unit (27 kbd)
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Газовая турбина:
Паровая турбина:
Всего
~80 МВт
~190 МВт
~ 270 МВт
20
Промышленное производство электроэнергии на газотурбинной установке
комбинированного цикла (GTCC) с применением низкокалорийного газа
• Газотурбинные установки комбинированного цикла мощностью 150 МВт и 300 МВт
• Применение газовых турбин для низкокалорийного газа Mitsubishi Heavy Industries
(MHI)
• В качестве топлива используется низкокалорийный доменный газ и газ из коксовой
печи соседнего металлургического завода
Местоположение Kimitsu Cooperative Thermal Power Company, Inc.
Местоположение:
На территории металлургического комбината Kimitsu
корпорации Nippon Steel в городе Кимицу-Сити, префектура
Тиба, Япония
По разрешению компании MITSUBISHI
HEAVY INDUSTRIES, LTD. Все права
защищены
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
21
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Установка
замедленного
коксования +
комбинированный цикл
комплексной
газификации (IGCC)
2,9
Установка
замедленного
коксования + бойлер с
циркулирующим
псевдоожиженным
слоем (CFBB)
2,5
Установка
ФЛЕКСИКОКИНГА +
газовая турбина
комбинированного
цикла (GTCC)
Базовый
процесс
Установка
ФЛЕКСИКОКИНГА +
цикл производства
пара
1.0
Установка
ФЛЕКСИКОКИНГА
Установка
замедленного
коксования
Инвестиционный капитал - сравнительные общие
капиталовложения
Варианты производства
электроэнергии
4,0
3,1
1.3*
* Включает газификатор при затратах всего на 30% выше,
чем на установку замедленного коксования
22
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
FLEXICOKING
• Находящиеся в
Commercial
Units
эксплуатации
установки
ФЛЕКСИКОКИНГА
• Новые лицензиаты
технологии
ФЛЕКСИКОКИНГА и
причины выбора
технологии
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
23
ФЛЕКСИКОКИНГ: Промышленно отработанная технология!
•
Успешная эксплуатация свыше 35 лет; в настоящее время общая мощность по сырью 219 тыс. барр/сут (11
миллионов т/г)
•
Новая установка компании Hellenic введена в эксплуатацию в 2012 г.; работает на проектной или более высокой
производительности
•
На стадии проектирования - четыре установки общей мощностью 148 тыс. барр/сут (7,4 миллионов т/г)
•
Значительный интерес во всем мире
КОМПАНИЯ
МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ
СЫРЬЕ
тыс.
барр/сут
СЫРЬЕ
тыс. т/год
TOA Oil
Япония
27
1,3
+ В эксплуатации, производительность выше
расчетной
PDVSA
Венесуэла
65
3,3
+ В эксплуатации
Shell
Калифорния
22
1,1
+ В эксплуатации
ExxonMobil
Нидерланды
42
2,1
ExxonMobil
Техас
42
2,1
Hellenic
Греция
21
1,1
PetroPeru
Перу
22
1,1
ОАО НК «Роснефть»
Россия
50
2,5
ОАО «Газпромнефть»
Россия
40
2,0
+ Завершен базовый проект
Zhonghai (Инкоу)
Китай
36
2,0
+ Подготовка базового проекта
367
18.6
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
СТАТУС
+ В эксплуатации, производительность выше
расчетной
+ В эксплуатации, производительность выше
расчетной
+Пуск в 2012 г.; эксплуатируется с расчетной
производительностью
+ Проектирование завершено; выполняется
рабочее проектирование
+ Проектирование завершено; выполняется
рабочее проектирование
24
Основные причины выбора установок ФЛЕКСИКОКИНГА
Новая лицензированная установка
•
•
•
•
•
•
Основные причины выбора
технологии ФЛЕКСИКОКИНГА
новыми заказчиками
Отсутствие или ограниченные
объемы природного газа
Потребители чистого газа
(топливо или энергия)
Проблемы с рынком кокса и
транспортировкой
Промышленно отработанная
технология
Природоохранные
соображения
Ограниченное место на
площадке
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
A
B
C
D
E
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
25
Выводы по технологии ФЛЕКСИКОКИНГА
 Хорошо зарекомендовавшая себя в
промышленности технология
 Кокс преобразуется в чистый Флексигаз
путем паровоздушной газификации
 Флексигаз пригоден для использования в
качестве чистого топлива на НПЗ
 Идеальна в условиях высоких цен на
природный газ
 Новейшая установка успешно введена в
эксплуатацию в III кв. 2012 г.
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
26
Chapter 1:
Base Stock Fundamentals
Chemistry, Quality, Supply And Demand
ФЛЕКСИКОКИНГ
Гибкая технология переработки нефтяных остатков
Research and Engineering
27