Разработка технологической части проекта нефтеперерабатывающего завода

???

Рациональное, экономное использование капитальных вложений в строительстве в значительной степени зависит от качества проектирования и уровня разработки проектно-сметной документации для строительства.

В процессе проектирования закладываются основы экономической эффективности будущего предприятия.

Работы по созданию проектов нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов могут быть разделены на два вида — проектирование технологических установок и проектирование общезаводского хозяйства, отличающиеся по объему и содержанию выполняемой технической документации.

Ниже, в самостоятельных главах будут освещены вопросы, касающиеся технологической и других частей проектов установок нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.

В последние годы обязанности проектных организаций значительно расширились — им поручено составление заказных спецификаций на оборудование и комплектация заводов генерального проектирования оборудованием и материалами, ведение авторского надзора за строительством и участие в пуске производств.

Резко возросли требования к качеству проектно-сметной документации.

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы (НПЗ и НХЗ) представляют собой сложные многоотраслевые предприятия, в состав которых входят различные инженерные сооружения технологические цеха и установки, объекты приема и хранения сырья и товарной продукции, многочисленные энергетические службы и сооружения.

Ежегодно на этих предприятиях вводятся новые производственные мощности. Постоянно осуществляется строительство новых и расширение действующих заводов. Обеспечение строительства высококачественной проектно-сметной документацией представляет собой задачу большой государственной важности.

Целью данного курсовой работы является ознакомиться с технико-экономическим проектированием нефтеперерабатывающего завода.

1. ??? ???? ??? ??? ???

1.1 ??? ???-??? ???

Проект является одним из важнейших звеньев научно-технического прогресса, связывающего науку, современную технику и технологию с производством.

Проектно-сметная документация (ПСД) представляет собой сумму текстовых и графических — материалов, которые описывают и изображают с минимально необходимой степенью детализации будущее предприятие в целом и его составные части в отдельности.

ПСД предназначается для капитального строительства и технического перевооружения предприятий. Только на основе проектных разработок можно выявить оптимальный вариант будущего завода. Образно говоря, созданию предприятия в натуре предшествует его «строительство на бумаге».

Строительно-монтажные организации осуществляют на основе ПСД возведение объектов в точном соответствии с замыслами проектировщиков. С помощью ПСД производственный персонал организовывает надежную и безопасную эксплуатацию предприятия.

Проектирование новых, расширение, реконструкция и техническое перевооружение действующих предприятий могут осуществляться только на основе утвержденных схем развития и размещения отраслей народного хозяйства и отраслей промышленности, а также схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам и союзным республикам.

Это условие — первое из тех, которые дают право на разработку ПСД, но не единственное. Решение о строительстве новых, особо крупных и сложных предприятий принимается Правительством. Руководствуясь указанными схемами развития и размещения, Министерство энергетики РФ составляет, согласовывает с Госпланом РФ и утверждает перечни вновь начинаемых строительством предприятий, а также перечни действующих предприятий, намечаемых к реконструкции и расширению.

На базе этих перечней аналогично составляются, согласовываются и утверждаются титульные списки строек и титульные списки проектно-изыскательских работ. На основании последних заказчик готовит, согласовывает и выдает генеральному проектировщику утвержденное задание на проектирование. Вышестоящая инстанция включает данную работу в тематические планы проектно-изыскательских работ проектных институтов, которым предстоит участвовать в проектировании. Генеральный проектировщик заключает договоры с заказчиком и субподрядными проектными институтами на выполнение проектно-изыскательских работ.

Таким образом, в системе Министерство энергетики РФ основанием, дающим право на разработку ПСД для строительства конкретного объекта, является сумма документов, в каждом из которых должен фигурировать данный объект:

1) утвержденная схема развития и размещения нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности с обосновывающими материалами, а также схема развития и размещения производительных сил экономического района;

2) постановление Правительства о проектировании и строительстве (в случае крупного и сложного предприятия);

3) титульный список проектно-изыскательских работ;

4) задание на проектирование;

5) тематический план проектно-изыскательских работ проектного института;

6) договор между заказчиком и проектным институтом на выполнение проектно-изыскательских работ.

При двухстадийном проектировании основанием для разработки ПСД на второй стадии (рабочей документации) служат:

1) утвержденный проект (разработанный на первой стадии проектирования);

2) внутрипостроечный титульный список капитального строительства;

3) задание на проектирование;

4) тематический план проектно-изыскательских работ;

5) договор на выполнение проектно-изыскательских работ.

Утвержденные схемы развития и размещения и четыре последних документа являются достаточным основанием для разработки ПСД на техническое перевооружение.

Схема развития и размещения нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности выполняется по поручению Министерство энергетики РФ головным проектным институтом с привлечением других проектных институтов. Схема составляется на период 10 — 15 лет, согласовывается с Госпланом РФ и утверждается Министерством энергетики РФ. Через каждые пять лет схема уточняется на новый пятнадцатилетний период и утверждается заново.

В дополнение к схемам разрабатываются материалы с необходимыми расчетами, обосновывающие целесообразность проектирования, строительства, реконструкции или расширения предприятий, определяется расчетная стоимость строительства (реконструкции) и другие основные технико-экономические показатели. Схемы развития и размещения производительных сил по экономическим районам и союзным республикам разрабатываются территориальными проектными институтами РФ.

Ответственным за разработку задания на проектирование является заказчик проекта. Непосредственная разработка задания осуществляется генеральным проектировщиком по поручению заказчика. Задание на проектирование составляется на основе: утвержденной схемы развития и размещения нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также схемы развития и размещения производительных сил того экономического района или союзной республики, на территории которой намечается строительство предприятия; утвержденного акта по выбору площадки строительства; материалов, собранных, разработанных и согласованных в период выбора площадки строительства.

При строительстве предприятия по очередям, задание составляется на первую очередь строительства. На каждую последующую очередь составляются и утверждаются отдельные задания на проектирование.

Необходимо отметить, что приводимые в задании технико-экономические показатели не должны быть ухудшены по сравнению с аналогичными для данного объекта, утвержденными в составе генеральной схемы развития и размещения нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Объем исходных данных зависит от характера намечаемого строительства (новостройка, расширение, реконструкция) и состава проектируемого объекта.

В любом случае в состав основных исходных данных входят:

1) утвержденная схема развития и размещения нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности с обосновывающими материалами, а также схема развития и размещения производительных сил того района, где намечается строительство;

2) утвержденное задание на проектирование;

3) отчеты о научно-исследовательских работах, связанных с разработкой новых технологических процессов на проектируемом предприятии;

4) данные органов Госнадзора о состоянии атмосферы, водоемов и почв в районе площадки строительства;

5) технические условия на присоединение проектируемого предприятия к источникам энергои водоснабжения, транспортным и инженерным коммуникациям;

6) отчет — об инженерных изысканиях, проведенных на площадке строительства;

7) каталоги на оборудование, изделия и приборы;

8) каталоги местных строительных материалов, конструкций, деталей и полуфабрикатов?

9) сборник районных единичных расценок на строительные работы

10) сведения о генеральной подрядной строительной организации.

Утвержденные схемы развития и размещения, а также каталоги на оборудование, изделия и приборы генеральный проектировщик получает в установленном Министерством энергетики РФ порядке. Остальные исходные данные должен представить заказчик до начала проектирования. Однако часто в практике проектно-изыскательских работ сбор и подготовку большинства исходных данных по поручению заказчика выполняет генеральный проектировщик.

На проектирование нового и расширение действующего предприятия, связанных с застройкой новых территорий, дополнительно требуются:

1) документация, собранная и разработанная генеральным проектировщиком в процессе выбора и согласования размещения площадки строительства;

2) утвержденный акт выбора — площадки строительства;

3) акт об отводе земельного участка.

На реконструкцию и техническое перевооружение действующего предприятия дополнительно необходимо иметь:

1) описание действующих производств либо проектную документацию, на основании которой эти производства были построены, с указанием внесенных в процессе строительства и эксплуатации дополнений и изменений;

2) обмерные чертежи (в необходимых случаях) зданий и сооружений;

3) заключение о техническом состоянии оборудования, зданий, сооружений и коммуникаций.

При двухстадийном проектировании в состав основных исходных данных на второй стадии проектирования дополнительно входят:

1) утвержденный проект (разработанный на первой стадии;

2) замечания и рекомендации организаций, проводивших экспертизу проекта;

3) замечания и рекомендации организаций, осуществлявших согласование проекта.

1.2 РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНО-СМЕТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Разрабатывая ПСД, следует стремиться к тому, чтобы построенное или реконструированное по этой ПСД предприятие было технически передовым, обеспечивало выпуск заданной продукции высокого качества при минимально возможных затратах труда, сырья, материалов и топливно-энергетических ресурсов, удовлетворяло санитарно-гигиеническим и безопасным условиям труда, не загрязняло окружающую среду отходами производства. Капитальные затраты при этом должны быть сведены к обоснованному минимуму.

Для достижения указанных целей в ПСД необходимо закладывать последние достижения науки и техники, передовой отечественный и зарубежный опыт, изобретения, безотходную технологию производства, установки большой единичной мощности и высокопроизводительное оборудование, рациональное использование природных, трудовых, материальных и топливно-энергетических ресурсов, механизацию и автоматизацию производственных процессов, автоматизацию управления предприятием (АСУП) и технологическими процессами (АСУТП) безопасные условия труда, кооперирование вспомогательных производств, инженерных сооружений и коммуникаций, экономичную транспортную схему завоза сырья, материалов и вывоза готовой продукции, наиболее совершенные объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений, индустриальные методы строительства и эффективные формы его организации,. высокую эффективность капитальных вложений.

Технологические процессы, оборудование, приборы и материалы, впервые примененные в проекте, должны проверяться на патентную чистоту и патентоспособность.

Сметная стоимость строительства объекта не должна быть выше, а его основные технико-экономические показатели ниже утвержденных в схеме развития и размещения нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Основные требования к ПСД. Разделы ПСД должны быть изложены четко и лаконично. Материалы ПСД, представляемые на экспертизу и утверждение, разрабатываются в минимальном объеме и составе, достаточном для обоснования принимаемых проектных решений, определения объемов основных работ, стоимости строительства, потребности в оборудовании, конструкциях материалах.

Приводимые в ПСД показатели и итоговые данные должны оформляться в основном в табличной форме. Представляемые на экспертизу и утверждение в составе ПСД чертежи. должны, как правило, выполняться с максимально возможным совмещением графического изображения проектных решений различных частей проекта (например, генеральный план и планы инженерных коммуникаций архитектурно-строительные чертежи и расположение технологического оборудования). В состав ПСД не включаются выполненные проектировщиками расчеты (обычно они хранятся в архиве проектной организации).

Одним из критериев оценки качества ПСД при ее экспертизе и утверждении является соблюдение перечисленных выше требований.

Текстовые и графические материалы рабочей документации, разрабатываемые для непосредственного строительства, оформляются в соответствии с государственными стандартами «Системы проектной документации для строительства» (СПДС). Разрабатывая ПСД на строительство предприятия, следует типизировать проектные решения по основным производствам, а для вспомогательных зданий и сооружений применять типовые проекты.

Если какую-либо технологическую установку предполагается использовать на нескольких предприятиях отрасли, то индивидуальный проект такой установки для первого предприятия разрабатывается в соответствии с требованиями, предъявляемыми к типовому проекту. Это делается для того, чтобы многократно использовать разработанную ПСД при строительстве технологической установки на остальных заводах, и для того, чтобы сэкономить время и средства на проектные работы в целом. Если нормативная продолжительность строительства предприятия превышает двухлетний период, то предприятие строится по очередям, для каждой из которых разрабатывается и утверждается отдельный проект (рабочий проект). Выше указывалось, что в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности нормативная продолжительность строительства отдельной очереди предприятия может превышать два года. В этом случае рабочая документация разрабатывается не в целом на всю очередь, а только на планируемый годовой объем строительно-монтажных работ. По крупным стройкам с длительным сроком проектирования рабочая документация на объем строительно-монтажных работ первого года строительства может разрабатываться до утверждения проекта, но только с разрешения Министерства энергетики РФ после принятия правительственного решения о строительстве предприятия и при наличии схемы его генерального плана.

Директивные и нормативные документы для руководства при проектировании. При проектировании следует руководствоваться:

1) Постановлением Правительства РФ «О мерах по дальнейшему улучшению проектно-сметного дела»;

2) законами РФ по капитальному строительству;

3) нормативными документами на проектирование и строительство, утвержденными Госстроем РФ;

4) нормативными документами на проектирование и строительство, утвержденными органами Госнадзора или министерством (ведомством), для которого разрабатывается ПСД (эти документы должны иметь согласование Госстроя РФ);

5) государственными стандартами;

6) нормативными материалами по научной организации труда, утвержденными Госкомтруда РФ, Госстроем РФ;

7) инструкцией СН 202—99 «О составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений».

Стадийность проектирования. Проектирование технически несложных объектов, а также объектов, строительство которых будет вестись по типовым и повторно применяемым проектам, осуществляется в одну стадию под названием «Рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости».

Проектирование крупных и сложных объектов ведется в две стадии.

Первая стадия — «Проект со сводным сметным расчетом стоимости».

Вторая стадия — «Рабочая документация со сметами».

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности одностадийное проектирование целесообразно применять в следующих случаях:

1) техническое перевооружение, реконструкция или расширение отдельно взятого производства на действующем предприятии;

2) создание нового производства или строительство второй и последующих очередей действующего предприятия при условиях, что это производство или очередь создается на базе известных технологии и оборудования, стоимость его строительства не превышает 25 млн руб., а нормативная продолжительность строительства менее двух лет.

Во всех остальных случаях целесообразно прибегать к двухстадийному проектированию. Состав «Проекта со сводным сметным расчетом стоимости». Для удобства разработки и дальнейшего пользования проект разбивается на разделы. Каждый раздел делится на подразделы, именуемые частями проекта.

Раздел I — «Общая пояснительная записка», содержит три части: общая; технико-экономическая; генеральный план и транспорт.

Раздел II — «Основные решения по технологии производства», в зависимости от сложности проекта может включать в себя до шести частей: монтажно-технологическая; автоматизация и контроль производства; электроснабжение; теплоснабжение; связь и сигнализация; организация труда и управление производством (в том числе АСУП и АСУТП).

Раздел III — «Основные строительные решения», состоят из четырех частей: архитектурно-строительная; водоснабжение и канализация; отопление и вентиляция; мероприятия по охране окружающей среды.

Раздел IV — «Проект организации строительства предприятия» (ПОС), содержит: сведения о генеральном подрядчике; категорию строительной сложности объекта; сведения о потребностях в строительных конструкциях, изделиях, деталях, полуфабрикатах, материалах и оборудовании для строительства объекта; сведения о строительно-монтажных объемах работ; календарный план производства работ; сведения о потребностях в рабочей силе, строительных машинах и механизмах. В ПОС даются основные решения по организации и продолжительности строительства, временном энергоснабжении на период строительства.

Раздел V — «Жилищно-гражданское строительство», разрабатывается только в том случае, когда намечаемое строительство нового или расширение действующего предприятия вызывает необходимость создания нового города (поселка) или развития существующего. Проектирование объектов жилищно-гражданского строительства имеет свою специфику, поручается всегда специализированным проектным организациям Госстроя РФ и здесь не рассматривается.

Раздел VI — «Сметная документация», включает в себя: сводный сметный расчет; сводку затрат (составляется в том случае, когда по проектируемому предприятию выделяются средства на строительство объектов жилищно-гражданского назначения, базы стройиндустрии, объектов городского наземного пассажирского транспорта, дорог, путепроводов и т. п.); объектные и локальные сметные расчеты; сметы на проектные и изыскательские работы; ведомость сметной стоимости строительства объектов, входящих в пусковой комплекс (очередь строительства).

Раздел VII — «Паспорт проекта», составляется по утвержденной форме и комплексно характеризует технико-экономические параметры будущего предприятия. В паспорте обязательно отражаются: производственные мощности; потребности в сырье, реагентах, топливе и энергоресурсах; ассортимент и качество продукции; сметная стоимость строительства и т. д. Паспорт разрабатывается после утверждения проекта.

Проект, выполненный с обоснованными отступлениями от действующих норм, правил и инструкций, подлежит согласованию в части этих отступлений с органами Госнадзора и организациями, утвердившими эти нормы, правила и инструкции.

Изменяемые в процессе проектирования решения, утвержденные при выборе площадки строительства, также подлежат дополнительному согласованию с заинтересованными организациями, участвовавшими в выборе площадки. Проекты на строительство наиболее крупных и важных предприятий, а такими являются все новые НПЗ и НХЗ, согласовываются с Госпланом РФ, проходят экспертизу Министерство энергетики РФ, Госкомитета РФ по науке и технике, Госкомитета РФ по ценам, Госстроя РФ и утверждаются Правительством РФ. Сметы на строительство объектов, составленные по рабочим чертежам, согласовываются с генеральной подрядной строительной организацией и утверждаются заказчиком-застройщиком. Стоимость проектно-изыскательских работ (ПИР) для капитального строительства определяется по утвержденному Госстроем РФ сборнику цен, включающему в себя:

1) общую часть — указания о порядке определения стоимости проектных работ;

2) часть I, содержащую цены на изыскательские работы, а также указания о порядке определения стоимости этих работ и применения цен;

3) часть II содержащую укрупненные комплексные цены на разработку проектных заданий (проектов) на строительство предприятий, зданий и сооружений;

4) часть III, содержащую укрупненные комплексные цены на разработку рабочих чертежей (рабочей документации) предприятий, зданий и сооружений.

Части II и III состоят из 27 разделов, в которых приводятся цены на проектные работы по отраслям народного хозяйства и видам строительства.

Стоимость проектных работ для объектов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности определяется по разделу 8 части II и III.

Некоторые специфические виды проектных работ не учитываются сборником цен. Поэтому такие работы, как проектирование трубчатых нагревателей, нестандартизированного оборудования (технологического, электротехнического, КИПиА) оцениваются по соответствующим справочникам.

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА НПЗ И НХЗ

2.1 СОВРЕМЕННЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Разработка рациональной технологической схемы нефтеперерабатывающего завода с подбором технологических установок и определением наиболее целесообразного варианта эксплуатации установок является наиболее важным этапом проектирования предприятия.

В нашей стране нефтеперерабатывающие заводы строят в местах концентрированного потребления нефтепродуктов. В прошлом местонахождение перерабатывающего предприятия обусловливалось наличием сырья — именно так возникли центры нефтепереработки в Баку, Уфе, Грозном. Однако в дальнейшем стало ясно, и это подтвердили технико-экономические расчеты, что гораздо рентабельнее транспортировать сырье (нефть) к местам концентрированного потребления, чем перевозить нефтепродукты с заводов, расположенных вблизи промыслов. Поэтому, начиная с 1950;х годов нефтеперерабатывающие заводы строятся в точках, удаленных на тысячи километров от источников сырья.

Технологическая схема НПЗ определяется потребностью в нефтепродуктах того или иного ассортимента, качеством перерабатываемого сырья, состоянием разработки тех или иных технологических процессов. Решающим фактором является потребность в нефтепродуктах района, где находится предприятие (так называемая плотность потребления). Территория РФ условно разбита на зоны тяготения, каждая из которых обеспечивается нефтепродуктами с одного-двух близлежащих заводов.

Балансом производства и потребления нефтепродуктов предусматриваются постоянные или временные перевозки нефтепродуктов из одного района в другой по схеме, обеспечивающей минимум затрат. Рациональными в пределах Европейской части страны считаются перевозки — нефтепродуктов из восточных районов, где имеются избыточные мощности по переработке нефти, в районы с концентрированным потреблением нефтепродуктов.

Качество сырья не имеет такого решающего значения, как это было ранее, поскольку разработаны процессы, позволяющие получать основные сорта нефтепродуктов, в том числе и высокого качества, практически из любой нефти. Однако для производства таких продуктов, как битумы, нефтяной кокс, отдельные сорта смазочных масел требуются специальные виды сырья. Например, при современном уровне технологии из высокопарафинистых нефтей весьма сложно получить нефтяные битумы, а из высокосернистых нефтей — малосернистый электродный кокс.

Существует несколько вариантов технологических схем переработки нефти. Однако в общем виде эти схемы могут быть сведены к трем-четырем основным типам:

1) топливная схема с неглубокой переработкой нефти;

2) топливная схема с глубокой переработкой нефти;

3) топливно-масляная;

4) топливно-нефтехимическая.

На заводах, работающих по первым двум схемам, вырабатываются, в основном различные топлива — бензин, авиационный и осветительный керосины, дизельное; газотурбинное, печное и котельное топлива. При неглубокой переработке нефти отбор светлых нефтепродуктов составляет не более 40—45%, а выработка котельного топлива достигает 50—55% в расчете на исходную нефть.

Предприятия с неглубокой переработкой нефти проектировались и строились в 1950—80-х годах в тех районах, где отсутствуют такие источники энергии, как каменный уголь, природный газ и где в связи с этим для энергетических установок использовалось котельное топливо нефтяного происхождения (мазут).

Заводы топливного профиля с глубокой переработкой нефти сооружены в районах Урала и Сибири, а за рубежом — в США, на Ближнем и Среднем Востоке. В США, где особенно велика потребность в бензине и в других светлых нефтепродуктах, имеются заводы, на которых отбор светлых достигает 72—75/0, а котельное топливо вырабатывается только в количествах, необходимых для обеспечения собственной потребности предприятия.

В ближайшем будущем будет реализована программа проектирования и строительства установок глубокой переработки нефти на многих предприятиях, — в том числе и на тех, которые были первоначально запроектированы как заводы с неглубокой переработкой нефти.

На рис. 2.1.1 приведена схема потоков НПЗ топливного профиля с неглубокой переработкой нефти, а на рис. 2.1.2 — с глубокой переработкой нефти.

Заводы топливно-масляного профиля (рис. 2.1.3) проектируются таким образом, чтобы обеспечить получение заданного количества смазочных масел. Попутно с производством масел вырабатываются парафины и церезины. На базе асфальтов и экстрактов, являющихся побочными продуктами установок очистки масел, получают битумы и нефтяной кокс.

Ассортимент продукции значительно расширяется, если включить в состав НПЗ нефтехимические производства. Нефтехимические производства используют такие виды сырья, как прямогонный бензин, индивидуальные легкие парафиновые углеводороды, ароматические углеводороды (бензол, толуол), смеси высших алканов (жидкие и твердые парафины). Как правило, нефтехимические цеха являются частью крупных производственных объединений, в состав которых входят и нефтеперерабатывающие заводы. Сырье с нефтеперерабатывающей на нефтехимическую часть передается по трубопроводам. Так запроектированы, в частности, предприятия в Перми, Ангарске, Салавате. В отдельных случаях нефтехимические производства функционируют независимо от НПЗ и получают сырье по железной дороге или магистральным продуктопроводам (например, по этиленопроводу). Головным производством НХЗ в большинстве случаев является пиролиз с получением этилена, пропилена, бутилен-дивинильной фракции, жидких продуктов, в которых содержится 60—90% (масс.) ароматических и 10—40% (масс.) неароматических углеводородов (в основном, диенов, олефинов и циклоолефинов). На основе полученных продуктов осуществляется широкая гамма нефтехимических синтезов. На рис. 2.1.4 приведена примерная схема материальных потоков нефтехимического завода, на котором вырабатываются различные кислородсодержащие соединения, полиолефины, полистирол и т. д.

Рис. 2.1.1. Схема потоков НПЗ топливного профиля с неглубокой переработкой нефти.

Рис. 2.1.2. Схема потоков НПЗ топливного профиля с глубокой переработкой нефти: I — легкий бензин; II — легкий газойль; III — тяжелый бензин; IV — фракция выше 350 °C; V — фракция 280−420°С; VI — фракция выше 420 °C; VII — легкий алкилат; VIII — тяжелый алкилат.

Рис. 2.1.3. Схема потоков НПЗ топливно-масляного профиля.

Рис. 2.1.4. Схема потоков НХЗ.

2.2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА

проектный сметный документация технологический Разработка технологической части проектов нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов ведется на основании комплекса данных, которые выдаются отраслевыми научно-исследовательскими институтами. Эти данные могут быть условно разбиты на несколько групп.

В первую группу входит характеристика исходного сырья, которое предполагается использовать на проектируемом заводе, Данные о количестве и качестве промежуточных и товарных продуктов, которые могут быть получены из этого сырья.

Вторую группу составляют показатели отдельных технологических процессов, используемых при переработке для получения определенного ассортимента товарных продуктов. В отдельную группу выделяются данные о мероприятиях, которые должны быть предусмотрены для охраны — водного и воздушного бассейнов и почвы от загрязнений вредными выбросами.

Перед началом проектирования должен быть определен головной, научно-исследовательский институт по выдаче данных для проектирования. Обязанности головного института при проектировании НПЗ обычно выполняются Всероссийскимм научно-исследовательским институтом по переработке нефти (ВНИИНП) или Грозненским научно-исследовательским институтом по переработке нефти (ГрозНИИ). Головной научно-исследовательский институт самостоятельно или с привлечением других НИИ проводит детальное исследование представительных образцов сырья. Сырье подвергается переработке на полупромышленных или промышленных установках, воспроизводящих реальные технологические процессы, намечаемые к осуществлению на проектируемом заводе. В тех случаях, когда реальное сырье по каким-либо причинам отсутствует и провести его исследование не представляется возможным, выдаются данные, полученные при изучении близкого аналога.

Ниже приводится краткая характеристика основных технологических процессов переработки нефти и нефтехимического синтеза и их места в схеме завода.

Обессоливание и обезвоживание. Нефть, добываемая из земных недр, отделяется на промыслах от растворенного газа, воды и солей. В зависимости от степени подготовки на промыслах установлено три группы нефти, отличающиеся содержанием воды (0,5; 1%) и хлоридов (до -100, 100−300, 300−1800 мг/л). Все нефти, поступающие на НПЗ, должны быть обезвожены и обессолены до остаточного содержания солей 3−5 мг/л. Обезвоживание и обессоливание проводится на отдельных установках или блоках, входящих в состав установок первичной перегонки. Рекомендации по проектированию установок обессоливания выдаются ВНИИНП и содержат сведения о температуре и давлении процесса, расходе промывной воды и деэмульгатора.

Первичная перегонка предназначена для получения нефтяных фракций, которые используются как сырье для последующей переработки или в качестве компонентов товарной продукции. Первичная перегонка осуществляется на атмосферных трубчатых (AT) и атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках. Первичная перегонка на современных НПЗ комбинируется с обессоливанием нефти и вторичной перегонкой бензинов, целью которой является, получение узких бензиновых фракций для производства ароматических углеводородов и высокооктанового бензина. В табл, 2.2.1 приводится перечень получаемых на установках первичной перегонки различного типа фракций и направления их дальнейшего использования. Исследовательские данные для проектирования установок первичной перегонки выдаются БашНИИНП и содержат рекомендации по выбору технологической схемы, ассортименту получаемых фракций, расходу водяного пара в атмосферную и вакуумные колонны, рекомендации по защите оборудования от коррозии.

Каталитический риформинг. С помощью этого процесса на современных НПЗ получают высокооктановые базовые компоненты автомобильных бензинов, а также индивидуальные ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы. Наилучшим сырьем при производстве высокооктановых бензинов являются прямогонные бензиновые фракции 85—180°С и 105—180°С, для получения ароматических углеводородов используются узкие бензиновые фракции 62—85°С, 85- 105 °C, 105- 140 °C или их смеси. Разработка процесса риформинга ведется в НПО «Лен-нефтехим». Исследовательская часть объединения выдаёт проектному подразделению следующие основные сведения о процессе:

· характеристику сырья и катализатора,

· выход и состав газообразных продуктов, рекомендуемые режимы работы в цикле реакции (температура, давление, кратность циркуляции водородсодержащего газа, объемная скорость подачи сырья, температурный перепад по реакторам)

Таблица 2.2.1. Перечень получаемых при первичной перегонке фракций и направления их использования.

Для установок риформинга, имеющих в своем составе блок экстракции ароматических углеводородов, выдаются, кроме того, рекомендации по выбору типа экстрагента, температура и давление процесса, массовое соотношение растворитель: сырье, количество рисайкла в % к сырью, данные по регенерации растворителя и вторичной ректификации ароматических углеводородов.

Гидроочистка предназначена для снижения содержания серы в дистиллятах. На НПЗ строятся установки гидроочистки прямогонных бензиновых фракций (обычно комбинируются с установками риформинга), керосиновых и дизельных фракций, вакуумных дистиллятов, масел, вторичных бензинов. Одновременно с удалением серы уменьшается содержание в продуктах непредельных и смолистых соединений. Процесс гидроочистки разработан во ВНИИНП. Для проектирования установок выдаются следующие данные: характеристика сырья и продуктов очистки, тип катализатора, рекомендуемые режимы работы в циклах реакции (температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции водородсодержащего газа, содержание водорода в циркулирующем газе, продолжительность цикла реакции, срок службы катализатора, тепловой эффект реакции) и регенерации.

Замедленное коксование служит для получения нефтяного кокса, дополнительных количеств светлых нефтепродуктов из тяжелых остатков. Детальное исследование процесса проводится БашНИИНП, а разработка проектов новых и реконструкции старых установок ведется Башгипронефтехимом.

Каталитический крекинг получил широкое распространение в связи с намечаемым осуществлением мероприятий по углублению переработки нефти. С помощью каталитического крекинга из тяжелых газойлевых фракций получают высокооктановый компонент бензина, сырье для производства технического углерода, ценные олефинсодержащие газовые фракции. Исследования в области каталитического крекинга проводятся во ВНИИНП, ГрозНИИ, Институте нефтехимического синтеза АН Азербайджанской ССР.

Гидрокрекинг предназначен для получения дополнительных количеств светлых нефтепродуктов каталитическим разложением тяжелого сырья в присутствии водорода. В зависимости от сырья и продуктов, которые необходимо получить, используются одноступенчатые и двухступенчатые схемы, системы с неподвижным, движущимся и суспендированным катализатором. Процесс изучается во ВНИИНП.

Газофракционирование. В состав НПЗ включаются установки Цля получения легких углеводородных фракций высокой чистоты из нефтезаводских газов. По типу перерабатываемого сырья газофракционирующие установки (ГФУ) подразделяются на ГФУ предельных и ГФУ непредельных газов, по технологической схеме на установки абсорбционного и конденсационно-компрессионного типов. Рекомендации по составу сырья, схемам очистки газов, фракционирования выдаются проектным организациям Всроссийским научно-исследовательским институтом углеводородного сырья (ВНИИУС).

Алкилирование изобутана олефинами позволяет получить из легких углеводородных фракций (бутан-бутиленовой, пропан-пропиленовой, изобутановой) высокооктановые компоненты автомобильных и авиационных бензинов. Исследования в области алкилирования олефинов изобутаном сосредоточены в ГрозНИИ. На отечественных НПЗ в качестве катализатора применяется концентрированная серная кислота, а за рубежом — серная кислота и фтористый водород.

Изомеризация низших парафиновых углеводородов (бутана, пентана, гексана, легкокипящих бензиновых фракций) применяется для выработки высокооктановых компонентов автомобильного бензина и получения сырья для производства синтетического каучука. Существуют различные модификации процесса, которые различаются по типу применяемого катализатора, требованиям к СБФЬЮ, условиям проведения процесса. В РФ эксплуатируются установки высокотемпературного типа, намечается внедрение получившей распространение за рубежом низкотемпературной изомеризации. Научно-исследовательские данные, необходимые для проектирования, выдаются в том же объеме, как при проектировании установок каталитического риформинга, НПО «Леннефтехим».

Производство масел. Современная схема производства масел из восточных парафинистых нефтей включает очистку с применением избирательных растворителей (деасфальтизацию гудрона, селективную очистку деасфальтизата и вакуумных дистиллятных фракций, депарафинизацию рафинатов селективной очистки) и гидрогенизационную или контактную доочистку депарафинированных масел. Для проектирования установок очистки с применением избирательных растворителей необходимы следующие данные: выход продуктов в расчете на сырье, состав растворителя, температура и давление процесса, соотношение между растворителем и сырьем на различных ступенях извлечения и т. д. Эти данные выдаются ВНИИНП, а по отдельным процесеам — ГрозНИИ и Институтом нефтехимического синтеза АН Азербайджане.

Производство парафинов. Производство жидких и твердых парафинов включает две стадии: выделение и очистку. Жидкие парафины выделяют из дизельных фракций карбамидной депарафинизацией и адсорбцией на молекулярных ситах. Твердые парафины получают, обезмасливанием гача — побочного продукта установок депарафинизации масел, а также из дистиллятов высоко-парафинистых нефтей методом фильтрпрессования и потения. Доочистка парафинов проводится сернокислотным, адсорбционным или гидрогенизационн. ым методом. Изучение проблем, связанных с производством парафинов, выдача необходимых научно-исследовательских данных для проектирования установок возложена на ГрозНИИ.

Производство битумов. Для производства битумов применяются глубокая вакуумная перегонка мазута и окисление нефтепродуктов воздухом при высокой температуре. В зависимости от типа перерабатываемой на НПЗ нефти, наличия различных видов сырья (гудрона; асфальтов и экстрактов, получаемых при производстве масел) головной институт по проблеме производства битумов — БашНИИНП — выдает рекомендации по схеме получения битумов на предприятии, ассорти-менту вырабатываемой продукции, а при необходимости проектирования специальной установки — по схеме и технологическому режиму этой установки.

Получение низших олефинов. Головными производствами нефтехимических комплексов и заводов являются установки получения низших олефинов, состоящие из отделений пиролиза углеводородного сырья, газоразделения, переработки жидких продуктов пиролиза. Исследования в области пиролиза и газоразделения ведутся Всероссийским научно-исследовательским институтом органического синтеза (ВНИИОС), а в области переработки жидких продуктов пиролиза — ВНИИОС, Институтом горючих ископаемых, ВНИИОлефин, а также НИИ сланцев. Для проектирования процесса пиролиза выдаются следующие данные: характеристика сырья и состав продуктов пиролиза, температура процесса, время пребывания сырья в зоне реакции (время контакта), расход водяного пара, парциальные давления углеводородов в зоне реакции. При разработке проекта отделения газоразделения используют рекомендации по очистке пирогаза от сероводорода, двуокиси углерода, ацетилена и диеновых углеводородов, осушке газа, последовательности выделения легких углеводородов.

Оксосинтез. Процессы оксосинтеза включаются в схемы НХЗ для получения различных кислородсодержащих соединений — спиртов, альдегидов, кислот. В этих процессах используются реакции гидроформилирования — взаимодействия ненасыщенных соединений с окисью углерода и водородом в присутствии катализаторов, из которых в настоящее время наиболее широко используются, карбонилы кобальта. Методом оксосинтеза в РФ получают бутиловые спирты (через масляные альдегиды), спирты С₇—С₉. Намечается организовать производство высших спиртов, пропионовой кислоты и других продуктов. Современные установки производства бутиловых, спиртов методом оксосинтеза состоят из отделений приготовления катализатора (кобальти-аации), гидроформилирования, разложения и регенерации катализатора (декобальтизации), гидрирования альдегидов в спирты, ректификации. В состав установки включают также производство синтез-газа: (смеси окиси углерода и водорода) на базе природного или нефтезаводского газа. Новыми направлениями развития оксосинтеза являются процессы гидрокарбоксилирова-ния олефинов (взаимодействия с окисью углерода и водой) с получением кислот, гидрокарбалкоксилирования олефинов (взаимодействия с окисью углерода и спиртами) с получением эфиров и др. Исследования в области оксосинтеза проводятся в НПО «Лен-нефтехим».

2.3 СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ ПРОИЗВОДСТВА И СХЕМ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ ЗАВОДА

Руководствуясь данными научно-исследовательских институтов и материалами типовых, повторно применяемых и индивидуальных проектовтехнологических установок, составляют схему материальных потоков предприятия, в которой увязываются между собой (по сырью и товарной продукции) все установки и производства. В результате составления схемы материальных потоков определяется количество и качество отдельных компонентов товарной продукции, рассчитывается качество товарных продуктов с учетом имеющихся в наличии компонентов, и, наконец, составляется сводный материальный баланс предприятия в целом.

При составлении технологических схем и материальных балансов НПЗ, следует учитывать ряд соображений, некоторые из которых приводятся ниже.

1. Производительность установок или секций обессоливания должна обеспечивать обессоливание и обезвоживание всей нефти, поступающей на завод. Расчет материального баланса НПЗ ведется на обессоленную нефть, и в плановых и проектных документах всегда указывается мощность завода по подготовленной нефти.

2. При составлении баланса по прямогонным бензинам следует предусматривать полное использование бензиновых фракций (кроме легкого бензина н. к. — 62° С) для каталитического риформирования. При этом фракции 62—85°С и 85—105°C направляются на установку риформинга с блоком экстракции ароматических углеводородов и применяются для получения, соответственно, бензола и толуола. Поскольку потребность народного хозяйства в бензоле значительно выше, чем в толуоле, при составлении балансов следует предусматривать первоочередное использование фракции 62—85°С. Остаток фракции 85—105°С, а также фракции 105—140°С, 140— 180 °C направляются на установки риформинга для получения высокооктанового компонента автобензина. Использование на установках риформинга, работающих в режиме облагораживания, фракции 62—85°С нецелесообразно, так как при ее вовлечении в сырье не удается получить катализатор с октановым числом выше 90 пунктов (по исследовательскому методу).

3. Мощность завода по гидроочистке должна обеспечивать получение дизельного топлива с содержанием серы ниже 0,2% (масс.). Рациональная схема материальных потоков НПЗ предусматривает получение дизельного топлива смешением неочи-Ценной легкой дизельной фракции 180—230°С, в которой обычно содержится не выше 0,3% (масс.) серы, и гидроочищенной фракции 230—350°С. Следует иметь в виду, что такое решение не только позволяет более рационально использовать мощности гидроочистки, но и улучшает защитные свойства дизельных топлив за счет вовлечения неочищенного компонента.

4. Выработка авиакеросина на НПЗ обычно оговаривается в задании. Исходя из заданного объема, на производство этого продукта частично отвлекаются бензиновые и дизельные фракции.

5. Дизельное топливо зимнее получают депарафинизацией прямогонных фракций. Целесообразно на установки депарафинизации направлять гидроочищенные продукты.

6. При разработке схем глубокой переработки нефти и составлении материальных балансов НПЗ определяющими факторами являются потребность в том или ином светлом нефтепродукте и состояние разработки тех или иных технологических процессов, включая возможности по выпуску аппаратуры, оборудования, катализаторов и реагентов. В общем случае считается, что если НПЗ должен производить максимальное количество автобензина, то в его состав включают установку каталитического крекинга, а если задачей углубления является увеличение выработки средних дистиллятов (керосина, дизельного топлива), то следует предусматривать строительство установок гидрокрекинга. На схеме (рис. 2.2) и в материальных балансах (табл. 2.2 и 2.4) НПЗ с глубокой переработкой нефти предусмотрено включение в состав завода установок как каталитического крекинга, так и гидрокрекинга, что позволяет значительно увеличить отбор светлых нефтепродуктов.

7. Одним из наиболее важных и ценных продуктов переработки нефти является нефтяной кокс. В состав многих НПЗ в настоящее время включается производство кокса методом замедленного коксования Повторно применяемые установки замедленного коксования имеют мощность 600 и 1500 тыс. т/год по сырью. При составлении балансов следует иметь в виду, что для получения кокса, удовлетворяющего требованиям стандартов по содержанию серы и металлов (ванадия, никеля и др.), из сернистых нефтей, может потребоваться сооружение комплекса, включающего не только установку замедленного коксования, но и несколько установок подготовки сырья (гидроочистка вакуумного газойля, термический крекинг гидроочищенного вакуумного газойля). Получить стандартный нефтяной кокс непосредственно замедленным коксованием гудрона, как это показано на рис. 2.2, можно только из нефтей с относительно невысоким содержанием серы и ванадия. 8. Полученная при замедленном коксовании, висбрекинте и термическом крекинге бензиновая фракция характеризуется низким октановым числом и химической нестабильностью. В настоящее время она, как правило, используется в качестве компонента бензинов А-72 и А-76 (после добавления соответствующих ингибиторов окисления и антидетонаторов). В перспективе следует предусматривать гидрогенизационное облагораживание этой фракции.

Разработаны две схемы гидрирования вторичных бензинов — в смеси с легким газойлем (метод БашНИИНП) и в смеси с пря-могонными бензинами (метод ВНИИНП). Гидрированные бензины направляют затем на установки каталитического риформинга.

9. Для получения высокооктановых легкокипящих компонентов автобензина в состав завода включаются установки изомеризации и алкилирования. Сырьем процесса изомеризации может служить либо пентан-изогексановая фракция н. к. — 62° С, либо пентан-гексановая фракция н. к.-70°С. Во втором случае значительно расширяется выработка изокомпонента за счет вовлечения в процесс изомеризации нормального гексана, однако при этом существует опасность потери некоторого количества бензола из-за попадания во фракцию н. к.—70°С бензолообразующих фракций. Составляя схему и баланс НПЗ, следует также оценить, обеспечат ли действующие установки первичной перегонки получение фракции н. к.-70°С, поскольку традиционно они рассчитаны только на выработку фракции н. к.—62°С.

Если изомеризация может быть включена в состав любого НПЗ, то алкилирование входит в состав только тех заводов, на которых имеются установки каталитического крекинга, вырабатывающие непредельные углеводороды С₃—С₄. Сырьем установок алкилирования обычно является бутан-бутиленовая фракция, которая содержит и бутены и изобутан, причем в необходимом для реализации процесса соотношении. С целью расширения ресурсов сырья и увеличения выхода алкилата рекомендуется привлекать на эти установки пропан-пропиленовую фракцию (ППФ). Однако для алкилирования ППФ необходим получаемый со стороны изобутан. 10. При составлении материальных балансов следует иметь в виду, что для обеспечения требуемого давления насыщенных паров автобензинов к ним добавляют, бутаны. В летний период в бензинах содержится до 2% (масс.) бутанов, в зимний — до 5—7% (масс.). Учитывая ценность изобутана как сырья алкилирования, необходимо предусматривать разделение суммарной бутановой фракции на нормальный компонент и изокомпонент с тем, чтобы не направлять в бензин изобутан.

11. Сырьем заводов синтетического каучука (СК) являются легкие углеводороды, вырабатываемые на НПЗ — бутаны и пентаны. Потребность заводов СК в сырье весьма высока, причем особенно дефицитен изопентан. При составлении схем материальных потоков НПЗ нужно предусматривать не только использование изопентана в качестве компонента высокооктановых автобензинов, но и его выработку как товарного продукта. Выработка товарного изопентана обычно оговаривается в задании на проектирование. Следует, однако, иметь в виду, что содержанием пентан-гексановых фракций определяется такой важный показатель качества бензина, как температура 10%-го отгона, и при чрезмерной выработке товарного изопентана этот предусмотренный стандартами показатель не будет обеспечен.

12. В составе каждого НПЗ должно быть предусмотрено производство битума, потребность в котором в условиях растущих объемов промышленного, жилищного и дорожного строительства неуклонно увеличивается. Мощность битумных производств современного НПЗ составляет 4—7% (масс.) в расчете на нефть. На заводах топливного профиля битум получают из гудрона с добавлением вакуумного дистиллята, а на предприятиях топливно-масляного профиля в сырье битумных установок вовлекаются побочные продукты производства масел — асфальт и экстракты. На заводах с неглубокой переработкой нефти головными обычно являются установки атмосферной перегонки нефти, на которых остатком от перегонки служит мазут. Чтобы получить на этих НПЗ сырье для производства битумов, блок вакуумной перегонки мазута включается в состав битумных установок. Мощность вакуумного блока определяется потребностью в гудроне.