При проектировании мини-НПЗ качество нефти может колебаться очень резко. Колебания качества нефтей необходимо систематизировать на начальном этапе исследований и принять решения как по программе исследований, так и по предполагаемой схеме завода.
Эксперимент - основа проектирования.
Планирование эксперимента должно отвечать следующим требованиям:
эксперимент необходимо ставить так, чтобы полученные данные можно было обобщить, т.е. выводы из опыта распространить на условия, в которых будет проводиться промышленный процесс;
следует изучить влияние тех параметров, которые существенным образом воздействуют на ход процесса, но уменьшить при этом число исследуемых параметров до возможного минимума;
стремится к минимально необходимому числу опытов;
должна быть воспроизводимость эксперимента;
при проведении эксперимента должны быть минимальными стоимость и затраты труда;
результаты опытов следует подвергнуть критической оценке и представить в виде, удобном для их использования при проектировании.
Ввиду сложности изучаемых технологических процессов при проведении эксперимента исследователь чаще всего использует математическую теорию планирования, что дает возможность избежать излишне длительных и дорогостоящих систематических исследований и одновременно очень точно составить план решения задачи при минимально необходимом числе опытов.
Эксперимент проводится обычно в лабораторном масштабе и должен включать изучение статики, кинетики и механизма процесса.
Однако полное исследование невозможно, особенно сложного процесса. Поэтому чаще всего используют зависимость критерия эффективности (например производительность, выход целевой продукции, средняя прибыль, приведенный доход и т. д.) от отдельных факторов процесса. Затем находится система уравнений, описывающих зависимости интересующих зависимых переменных от изменений независимых параметров.
3. Проведение экспериментов на пилотных, укрупненных и полупромышленных установках
После проведения исследовательских работ, позволяющих разработать технологическую концепцию, возникает проблема практической реализации процесса в промышленном масштабе. Однако собранная к этому времени информация о процессе недостаточна для составления проекта промышленной установки, так как большинство единичных элементов процесса реализуется различными способами в лабораторном и промышленном масштабе. Кроме того, промышленная установка должна включать в себя разнообразное оборудование, не применяемое в лабораторном масштабе, что связано с необходимостью накопления и перемещения больших масс и переноса больших количеств энергии в производственных условиях. Поэтому для правильного проектирования промышленной установки необходимо провести исследования в масштабе, среднем между лабораторным и промышленным. Данный этап работ называется развитием процесса. Он охватывает не только экспериментальные исследования, но и проектные расчеты, и предварительные пробы экономической оценки процесса.
После разработки технологической концепции метода и предварительного определения числа и вида единичных элементов процесса приступают к проектированию установки промежуточного масштаба.
Цель исследований на такой установке пополнение сведений о процессе, необходимых для правильного проектирования промышленной установки, определение оптимальных параметров и экономической оценки метода производства.
Проектируются и сооружаются опытные и опытно – промышленные установки, предназначенные для неоднократного их использования при отработке новых технологических процессов, определении параметров при использовании других исходных веществ, или испытании новых катализаторов и т.п. Проектирование и изготовление стендов и опытных установок разового использования предназначаются для проверки и отработки только данного изделия или процесса.
Полученные результаты лабораторных исследований, испытаний на опытно – промышленной и промышленной установках используются для составления технологического регламента, который является исходным материалом для проектирования вновь разрабатываемой или модифицируемой технологической установки.
4. Технологическая структура нефтеперерабатывающей промышленности РФ для анализа к разработке новых технологий
Важнейшими характеристиками качества технологической структуры нефтеперерабатывающей промышленности являются долевые показатели процессов, направленных на углубление переработки нефти (так называемых углубляющих процессов) и процессов, направленных на повышение качества нефтепродуктов (облагораживающих процессов) по отношению к объему первичной переработки нефти и удельный вес всех вторичных процессов.
Использование только 70% мощностей в настоящее время по первичной переработке неизбежно ведет к недогрузке по всем вторичным процессам.
Технологическая структура российской нефтепереработки формировалась на основании требований топливно-энергетического баланса страны. Поскольку последний ориентировал производство нефтепродуктов на мазутный вариант, а постоянно растущий объем добычи нефти позволял удовлетворить потребности в моторных тооливах при низкой глубине переработки нефти, постольку развитию вторичных процессов, которые определяют глубину переработки нефтяного сырья и качество получаемых товарных продуктов, в прошлом уделялось недостаточное внимание.
В последнее десятилетие в состав российских нефтеперерабатывающих заводов был введен рад современных и эффективных технологий по элсктрообессоливанию н атмосферно-вакуумной дистилляции нефти (установки мощностью от 3 до 6 млн.т в год), по каталитическому крекингу в псёвдоожиженном слое катализатора (установки мощностью 2 млн. т в год), по каталитическому риформингу бензинов (установки мощностью 1 млн.т в год), новые установки селективной очистки масел, каталитической депарафинизации, производства нефтяного битума, кокса и другие.
Технико-экономические показатели этих и целого ряда других технологических установок по основным процессам нефтепереработки соответствуют мировым стандартам по технологии и конструкции аппаратуры. Однако практически на всех заводах в эксплуатации находится значительное количество устаревших технологий и оборудования, что существенно снижает общий технологический уровень производства относительно уровня западных стран. Главным же недостатком остается низкий удельный вес вторичных процессов в структуре нефтепереработки России в сравнении с уровнем западных стран. В условиях падающей добычи нефти в России такая структура нефтеперерабатывающей промышленности не будет в состоянии обеспечить страну собственным моторным топливом и другими нефтепродуктами в достаточном количестве, ассортименте и требуемого качества.
5. Критические факторы, определяющие кризисное состояние нефтепереработки и мотивирующие к созданию новых технологий переработки углеводородного сырья
Прежде всего необходимо отметить, что нефтеперерабатывающая промышленность страны в целом представляет собой мощный комплекс непрерывных поточных производств, реализующих многовариантную технологию переработки нефти с выпуском нефтепродуктов широкого ассортимента и в значительных объемах.
Однако ряд важнейших факторов, сформировавшихся к началу 90-х годов, привел к ситуации, когда приходится констатировать, что структура и состояние отечественной нефтеперерабатывающей промышленности не соответствует мировым технологическим стандартам по ряду важнейших процессов, а качество нефтепродуктов не отвечает формирующимся западным требованиям. Это ставит под сомнение перспективы успешного развития отрасли. Такими факторами являются:
Первое. Резкое падение добычи и,следовательно, переработки нефти в России,которое при неблагоприятных условиях может продолжаться. Это обстоятельство исключает "мазутный" вариант развития из возможных, т.к. не обеспечивает страну моторным топливом.
Второе. Доля вторичных процессов, обеспечивающих глубину переработки нефти (и, следовательно, выход светлых дистиллятов) и высокое качество нефтепродуктов, недопустимо низка. Таким образом, структурное несовершенство российской нефтепереработки, заключается в низкой доле углубляющих и, прежде всего, деструктивных процессов,что в условиях низких объемов перерабатываемого сырья ставит под угрозу достаточное производство необходимых нефтепродуктов.
Третье. Сначала 90-х годов прошлого века формирование технологической структуры мировой нефтепереработки совершалось под постоянным давлением новых экологических требований и возрастающих требований техники к качеству моторных топлив, смазочных масел и других нефтепродуктов. США, Канада, Япония — несколько ранее, а страны Западной Европы — начиная с 1996 года, вводят новые требования к качеству нефтепродуктов, используемых на их территории. Эти требования приведены в виде нормируемых показателей и значений самих нормативов для основного ассортимента нефтепродуктов, составляющих примерно 80% всего объема нефтепродуктов: автомобильных бензинов, авиакеросинов, дизельного топлива и топочного мазута.
Выпуск нефтепродуктов, удовлетворяющих нормативам, для отечественной нефтепереработки означает значительные структурные подвижки в направлении увеличения доли процессов риформинга, гид-рочистки, алкилирования, изомеризации, производства МТБЭ, каталитической депарафинизации, гидрообессеривания и других новых или малоосвоенных процессов.