В таблице 19 представлены расчётные мощности технологических установок модернизированного НПЗ с учётом вновь введённых объектов.
Таблица 19 – Мощность технологических установок
| Установка | Мощность, тыс. т |
| АВТ № 1 | 3000 |
| АВТ № 2 | 3088 |
| Каталитический риформинг (КР) | 609 |
| Каталитический крекинг (КК) | 475 |
| Гидроочистка (модернизированная) | 1200 |
| Изомеризация (новая) | 540 |
| Замедленное коксование (УЗК, новая) | 2100 |
Источник: составлено автором
По сравнению с базовым вариантом мощность гидроочистки увеличена с 900 до 1200 тыс. т, а также добавлены две новые установки – изомеризации (540 тыс. т) и замедленного коксования (2100 тыс. т). Полученные данные служат исходной базой для расчёта материальных балансов.
Материальные балансы установок модернизированного завода рассчитаны по той же методике, что и в базовом варианте (формула 3). Программа модернизации не затрагивает блок первичной перегонки, поэтому установка АВТ работает в прежнем режиме: объём переработки 6 000 тыс. т, нормы выхода продуктов не изменяются. Материальный баланс установки АВТ приведён в таблице 20.
Таблица 20 – Материальный баланс установки АВТ
| АВТ | % | тыс. т |
| Взято: нефть | 100 | 6000 |
| Получено: | ||
| газ | 1 | 60 |
| бензиновая фракция | 15 | 900 |
| керосиновая фракция | 10 | 600 |
| дизельная фракция | 20 | 1200 |
| Итого светлых | 45 | 2700 |
| вакуумный газойль | 15 | 900 |
| гудрон | 38 | 2280 |
| потери | 1 | 60 |
| Итого | 100 | 6000 |
Источник: составлено автором
Таблица 20 отражает материальный баланс установки АВТ при переработке 6 000 тыс. т нефти. На долю светлых фракций приходится 2 700 тыс. т (45%), на тяжёлые остатки – 3 180 тыс. т (53%), на углеводородный газ и технологические потери – по 60 тыс. т (по 1%). Состав и режим работы установки АВТ при модернизации не изменяются.
Установка каталитического риформинга также сохраняет прежний режим работы: сырьём служит бензиновая фракция АВТ в объёме 609 тыс. т, нормы выхода продуктов не изменяются, весь риформат направляется в бензиновый пул. Материальный баланс установки приведён в таблице 21.
Таблица 21 – Материальный баланс установки каталитического риформинга
| Риформинг (КР) | % | тыс. т |
| Взято: бензиновая фракция АВТ | 100 | 609 |
| Получено: | ||
| водородсодержащий газ, в т.ч. | 2 | 12,2 |
| водород | 1 | 6,1 |
| газ сухой | 5 | 30,5 |
| газовая головка | 6 | 36,6 |
| компонент автобензина (риформат) | 85 | 517,8 |
| потери | 2 | 12,2 |
| Итого | 100 | 609 |
Источник: составлено автором
Таблица 21 отражает баланс риформинга (609 тыс. т сырья). Основной продукт – риформат 517,8 тыс. т (ОЧ = 90) на смешение бензина. Баланс установки при модернизации не изменяется.
Вновь вводимая установка изомеризации перерабатывает низкооктановые бензиновые фракции, не направляемые на риформинг: остаток бензиновой фракции АВТ (290,8 тыс. т), бензиновую фракцию УЗК (231 тыс. т) и отгон гидроочистки (18 тыс. т) – суммарно 540 тыс. т/год. Расход водородсодержащего газа принят на уровне 0,8% от сырья. Материальный баланс установки изомеризации приведён в таблице 22.
Таблица 22 – Материальный баланс установки изомеризации (новой)
| Изомеризация | % | тыс. т |
| Взято: бензиновая фракция | 100 | 540 |
| водородсодержащий газ, в т.ч. | 0,8 | 4,3 |
| водород | 0,22 | 1,2 |
| Итого | 100,8 | 544 |
| Получено: | ||
| углеводородный газ | 1,6 | 8,6 |
| сжиженный газ | 16,8 | 90,7 |
| изомеризат, в т.ч. | 82,4 | 444,8 |
| изопентановая фракция | 53,4 | 288,3 |
| изогексановая фракция | 22,1 | 119,3 |
| гексановая фракция | 6,9 | 37,2 |
| Итого | 100,8 | 544 |
Источник: составлено автором
Таблица 22 отражает баланс вновь введённой установки изомеризации (540 тыс. т/год). Получено 444,8 тыс. т высокооктанового изомеризата (ОЧ = 83–85), а также 90,7 тыс. т сжиженного газа – нового товарного продукта завода. Ввод установки позволяет полностью исключить выпуск балластной нафты: весь низкооктановый бензин вовлекается в производство товарного АИ-95.
Установка гидроочистки после модернизации принимает весь объём прямогонной дизельной фракции – 1 200 тыс. т вместо 900 тыс. т в базовом варианте. За счёт замены каталитической системы на высокоактивную, повышения давления в реакторе и увеличения расхода водородсодержащего газа с 1,0 до 2,0% от массы сырья содержание серы снижается с 1,2 до 0,001%. Материальный баланс модернизированной установки приведён в таблице 23.
Таблица 23 – Материальный баланс модернизированной установки гидроочистки
| Гидроочистка | % | тыс. т |
| Взято: дизельная фракция АВТ | 100 | 1200 |
| водородсодержащий газ | 2 | 24,0 |
| Итого | 102 | 1224 |
| Получено: | ||
| дизельная фракция гидроочищенная (S=0,001%) | 95 | 1140,0 |
| отгон | 1,5 | 18,0 |
| сероводород | 2 | 24,0 |
| газ сухой | 2,5 | 30,0 |
| потери | 1 | 12,0 |
| Итого | 102 | 1224 |
Источник: составлено автором
Таблица 23 показывает баланс модернизированной гидроочистки. Мощность выросла с 900 до 1 200 тыс. т, благодаря чему гидроочистку проходит весь объём прямогонной дизельной фракции. Получено 1 140 тыс. т ультранизкосернистого компонента (S = 0,001%, Евро-6) против 855,0 тыс. т с S = 0,2% в базовом варианте; выход сероводорода вырос с 9,0 до 24,0 тыс. т, что потребует увеличения мощности установки сероочистки.
Установка каталитического крекинга работает без изменений: сырьём остаётся вакуумный газойль в объёме 475 тыс. т, нормы выхода продуктов и уровень коксообразования сохраняются. Материальный баланс установки приведён в таблице 24.
Таблица 24 – Материальный баланс установки каталитического крекинга
| Каталитический крекинг (КК) | % | тыс. т |
| Взято: вакуумный газойль | 100 | 475 |
| Получено: | ||
| газ сухой | 3 | 14,2 |
| газовая головка | 12 | 56,9 |
| компонент автобензина | 30 | 142,4 |
| лёгкий каталитический газойль | 35 | 166,1 |
| тяжёлый каталитический газойль | 12 | 56,9 |
| кокс + потери | 8 | 38,0 |
| Итого | 100 | 475 |
Источник: составлено автором
Таблица 24 отражает баланс каталитического крекинга (475 тыс. т вакуумного газойля). Получено 142,4 тыс. т компонента автобензина и 223,0 тыс. т каталитических газойлей. Баланс установки при модернизации не изменяется.
Вновь вводимая установка замедленного коксования перерабатывает 2 100 тыс. т гудрона из 2 280 тыс. т, вырабатываемых установкой АВТ; остаток 180 тыс. т направляется в товарный мазут. Нормы выхода продуктов приняты по типовому технологическому регламенту процесса. Материальный баланс установки замедленного коксования приведён в таблице 25.
Таблица 25 – Материальный баланс установки замедленного коксования (новой)
| УЗК | % | тыс. т |
| Взято: гудрон | 100 | 2100 |
| Получено: | ||
| углеводородный газ | 7 | 147,0 |
| бензиновая фракция | 11 | 231,0 |
| лёгкий газойль (205–350) | 16 | 336,0 |
| тяжёлый газойль (>350) | 26 | 546,0 |
| кокс | 40 | 840,0 |
| Итого | 100 | 2100 |
Источник: составлено автором
Таблица 25 отражает баланс новой установки замедленного коксования (2100 тыс. т/год). Основные продукты: 840 тыс. т нефтяного кокса (новый товарный продукт), 882 тыс. т газойлей, 231 тыс. т бензиновой фракции (на изомеризацию) и 147 тыс. т углеводородного газа (на топливо). Установка вовлекает в глубокую переработку 2100 тыс. т гудрона, ранее уходившего в мазут.
После расчёта материальных балансов всех установок составлен промежуточный баланс полуфабрикатов, который подтверждает сбалансированность потоков между переделами и определяет объёмы, направляемые в товарное смешение. Промежуточный баланс по полуфабрикатам приведён в таблице 26.
Таблица 26 – Промежуточный баланс по полуфабрикатам
| Полуфабрикат | Получено | Использование | Кол-во |
| Бензиновая фракция АВТ | 900 | риформинг / изомеризация | 609 / 291 |
| Дизельная фракция АВТ | 1200 | гидроочистка | 1200 |
| Дизельная фракция ГО | 1140 | товарное ДТ (Евро-6) | 1140 |
| Вакуумный газойль | 900 | кат. крекинг / мазут | 475 / 425 |
| Гудрон | 2280 | УЗК / мазут | 2100 / 180 |
| Бензиновая фракция УЗК | 231 | изомеризация | 231 |
Источник: составлено автором
Таблица 26 подтверждает сбалансированность потоков между установками: по каждой позиции соблюдается равенство «получено = использовано». По сравнению с базовым вариантом изменились четыре позиции. Бензиновая фракция АВТ (900 тыс. т) распределяется прежним образом – 609 тыс. т на риформинг, однако остаток 290,8 тыс. т теперь направляется не в смешение, а на изомеризацию. Дизельная фракция АВТ полностью (1 200 тыс. т вместо 900 тыс. т) поступает на гидроочистку, поэтому неочищенная фракция в смешение больше не подаётся и выпуск ТСМ прекращается. Гидроочищенная фракция (1 140 тыс. т против 855,0 тыс. т) целиком формирует товарное дизельное топливо Евро-6. Гудрон, ранее полностью уходивший в мазут, направляется на коксование в объёме 2 100 тыс. т из 2 280 тыс. т. Без изменений остаётся только вакуумный газойль: 475 тыс. т на каталитический крекинг и 425,5 тыс. т в мазутный фонд – это нереализованный резерв углубления переработки.
Таблица 27 – План смешения бензинов
| Компонент | тыс. т | ОЧ | Октанотонны |
| Риформат | 517,8 | 90 | 46 602 |
| Компонент бензина КК | 142,4 | 78 | 11 103 |
| Изомеризат | 444,8 | 85 | 37 809 |
| Итого | 1105,0 | 86,4 | 95 514 |
Источник: составлено автором
Таблица 27 отражает обновлённый план смешения бензинов. В пул входят только высокооктановые компоненты (риформат, бензин КК, изомеризат); прямогонная низкооктановая фракция полностью переработана на изомеризации. Среднее октановое число пула выросло до 86,4 пункта, балластная нафта исключена (0 тыс. т против 176 тыс. т в базовом варианте), бензиновый пул (компоненты) составил 1105 тыс. т, товарный выпуск с учётом потерь смешения – 1093,9 тыс. т.
Таблица 28 – План смешения нефтепродуктов
| Компонент | АИ-95 | Мазут топочный | Всего |
| Риформат | 517,8 | 517,8 | |
| Компонент бензина КК | 142,4 | 142,4 | |
| Изомеризат | 444,8 | 444,8 | |
| Вакуумный газойль | 425,5 | 425,5 | |
| Лёгкий кат. газойль | 166,1 | 166,1 | |
| Тяжёлый кат. газойль | 56,9 | 56,9 | |
| Гудрон | 180,0 | 180,0 | |
| Лёгкий газойль УЗК | 336,0 | 336,0 | |
| Тяжёлый газойль УЗК | 546,0 | 546,0 | |
| Ловушечный продукт | 100,0 | 100,0 | |
| Итого | 1105,0 | 1810,5 | 2915,5 |
| Потери, тыс. т | 11,0 | 9,1 | 20,1 |
| Готовая продукция | 1093,9 | 1801,5 | 2895,4 |
Источник: составлено автором
Таблица 28 представляет сводный план смешения товарных нефтепродуктов. Весь высокооктановый бензиновый пул направляется в товарный бензин АИ-95 (1093,9 тыс. т готовой продукции), нафта не вырабатывается. Тяжёлые компоненты формируют мазут валовый 1810,5 тыс. т; после вычета мазута, сжигаемого на собственные нужды (253,6 тыс. т), товарный мазут составляет 1547,9 тыс. т (см. таблицу 34).
Таблица 29 – Баланс сухого газа
| Получено | тыс. т | Направление | тыс. т |
| АВТ | 60,0 | химическое производство | 68,7 |
| КР | 30,5 | топливо | 221,6 |
| КК | 14,2 | ||
| ГО | 30,0 | ||
| Изомеризация | 8,6 | ||
| УЗК | 147,0 | ||
| Итого | 290,3 | Итого | 290,3 |
Источник: составлено автором
Таблица 29 показывает баланс сухого газа. Ввод УЗК добавил 147 тыс. т углеводородного газа, благодаря чему общий объём газа вырос до 290,3 тыс. т, из которых 221,6 тыс. т направлено на топливные нужды (против 66 тыс. т в базовом варианте), что резко сократило сжигание мазута.
Таблица 30 – Баланс топлива на собственные нужды
| Установка | Норма, % | Расход, тыс. т |
| АВТ | 3,2 | 192,0 |
| КР | 7,4 | 45,1 |
| ГО | 3,6 | 43,2 |
| КК | 6,0 | 28,5 |
| Изомеризация | 7,5 | 40,5 |
| УЗК | 6,0 | 126,0 |
| Итого | – | 475,2 |
Источник: составлено автором
Таблица 30 отражает баланс топлива. Суммарная потребность выросла с 298 до 475,2 тыс. т за счёт ввода новых установок. При этом 221,6 тыс. т покрывается собственным сухим газом (46,6% против 22,1% в базовом варианте), что снижает долю сжигаемого товарного мазута.
Таблица 31 – Баланс потерь
| Установка | тыс. т | Структура | тыс. т |
| АВТ | 60,0 | возвратные | 100,0 |
| КР / ГО / КК | 62,1 | безвозвратные | 42,2 |
| Смешение | 20,1 | ||
| Изомеризация / УЗК | 0,0 | ||
| Итого | 142,2 | Итого | 142,2 |
Источник: составлено автором
Таблица 31 представляет баланс потерь – 142,2 тыс. т, из которых 100 тыс. т возвратные и 42,2 тыс. т безвозвратные. Снижение безвозвратных потерь (с 88,2 до 42,2 тыс. т) объясняется вовлечением тяжёлых остатков в коксование и сокращением балластных потоков смешения.
Таблица 32 – Баланс газовой головки
| Установка | тыс. т | Направление | тыс. т |
| КР | 36,6 | химическое производство | 93,5 |
| КК | 56,9 | ||
| Итого | 93,5 | Итого | 93,5 |
Источник: составлено автором
Таблица 32 показывает, что весь объём газовой головки (93,5 тыс. т) направляется в химическое производство, обеспечивая комплексное использование углеводородного сырья.
Таблица 33 – Расчёт индекса сложности Нельсона
| Процесс | Мощность, тыс. т | Коэффициент Нельсона | Расчётная сложность |
| Первичная переработка (АВТ) | 6000 | 1,0 | 1,00 |
| Риформинг | 609 | 5,0 | 0,51 |
| Каталитический крекинг | 475 | 6,0 | 0,47 |
| Гидроочистка | 1200 | 3,0 | 0,60 |
| Изомеризация | 540 | 3,0 | 0,27 |
| Коксование (УЗК) | 2100 | 6,0 | 2,10 |
| Индекс Нельсона НПЗ | 4,95 |
Источник: составлено автором
Таблица 33 содержит расчёт индекса сложности Нельсона по формуле (36) методики: расчётная сложность процесса равна произведению его мощности на коэффициент Нельсона, отнесённому к мощности первичной переработки. Коэффициенты риформинга (5,0), крекинга (6,0), гидроочистки (3,0) и коксования (6,0) приняты по методике; для изомеризации использовано стандартное значение 3,0 (методика коэффициент не приводит). Индекс НПЗ вырос с 2,44 (базовый вариант) до 4,95, прежде всего за счёт ввода УЗК (вклад 2,10) и изомеризации.
Таблица 34 – Баланс производства по заводу до и после модернизации (тыс. т)
| Показатели | До | После | Δ абс. | Δ, % |
| Взято: сырая нефть | 6000 | 6000 | 0 | 0,0 |
| водородсодержащий газ (покупной) | 0 | 16 | +16 | новый |
| Итого взято | 6000 | 6016 | +16 | +0,3 |
| Получено продукции: | ||||
| бензин – всего, в т.ч. | 955 | 1094 | +139 | +14,6 |
| АИ-92 | 779 | 0 | –779 | –100 |
| АИ-95 | 0 | 1094 | +1094 | новый |
| нафта | 176 | 0 | –176 | –100 |
| керосин специальный | 600 | 600 | 0 | 0,0 |
| дизтопливо – всего | 1151 | 1140 | –11 | –1,0 |
| в т.ч. Евро-6 (S=0,001%) | 0 | 1140 | +1140 | новый |
| Итого светлых | 2706 | 2834 | +128 | +4,7 |
| газ химпроизводства | 61 | 69 | +8 | +12,6 |
| газовая головка | 93 | 94 | +1 | +0,5 |
| сжиженный газ | 0 | 91 | +91 | новый |
| сероводород | 9 | 24 | +15 | +166,7 |
| кокс нефтяной | 0 | 840 | +840 | новый |
| мазут товарный | 2745 | 1548 | –1197 | –43,6 |
| расход топлива | 298 | 475 | +177 | +59,5 |
| потери – всего | 148 | 142 | –6 | –4,0 |
| Баланс (получено) | 6000 | 6016 | +16 | +0,3 |
| Выход светлых, % | 45,1 | 47,2 | +2,1 | – |
| Глубина переработки, % | 47,8 | 65,6 | +17,8 | – |
| Индекс Нельсона | 2,44 | 4,95 | +2,51 | – |
Источник: составлено автором
Таблица 34 сводит производственную программу до и после модернизации. Ключевые изменения: товарный бензин переведён с АИ-92 на высокооктановый АИ-95 с ростом выпуска на 139 тыс. т, весь объём дизтоплива переведён в стандарт Евро-6, в номенклатуре появился нефтяной кокс (840 тыс. т), выпуск низкомаржинального мазута сократился на 1197 тыс. т (на 43,6%). Для гидроочистки и изомеризации требуется дополнительный водородсодержащий газ (ВСГ): при собственной выработке 12 тыс. т (риформинг) и потребности 28 тыс. т закупается извне 16 тыс. т, которые учитываются во «Взято». С учётом этого баланс сходится точно: взято 6016 тыс. т = получено 6016 тыс. т. Глубина переработки увеличилась с 47,8% до 65,6% (+17,8 п.п.), индекс Нельсона – с 2,44 до 4,95.
