ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.

Transkript

1 Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s. APROCHEM 2010 Kouty nad Desnou Ing.Hugo Kittel, CSc., MBA 1

2 Obsah Úvod do problému Zdroje vodíku pro rafinérie Využití vodíku v rafinériích Modelované scénáře Vliv scénářů na bilanci vodíku v Litvínově Vliv scénářů na bilance vodíku v Kralupech Vliv scénářů na transfer komponent mezi rafineriemi Vliv scénářů na výrobu automobilového benzínu v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s. Ekonomické vyhodnocení scénářů Závěry 2

3 Úvod Vodík představuje pro moderní rafinerii důležitou surovinu Význam roste v souvislosti s hlubokým zpracováním ropy a s ohledem na požadavky pro Čistá paliva Přednáška je zaměřena na úlohu vodíku v rafinériích obecně a na různé technologické scénáře ovlivňující bilanci vodíku v ČeR speciálně Vychází se z reálných dat spotřeby vodíku (Databook) Pro simulaci zvolených scénářů byl použit model rafinérie založený na metodě lineárního programování 3

4 Zdroje vodíku pro rafinérie Každý zdroj vodíku je charakterizován: Množstvím Flexibilitou Koncentrací vodíku v plynu (> 70 % obj.) Tlakem (obvykle zdroj má nízký tlak, spotřebič vysoký) Povahou a obsahem nečistot. Kritické jsou zejména H 2 S, CO, CO 2 a NH 3 Vodíkový plyn musí být obvykle v rafinériích před spotřebou stlačován Distribuce v rafinerii paralelně, sériově i kombinovaně Lze vyrábět i externě a dodávat do rafinérií potrubím nebo v tlakových nádobách 4

5 Zdroje vodíku pro rafinérie Katalytický reforming - v typické hydroskimmingové rafinérii i jediný; různé technologické uspořádání a výtěžek vodíku Parní reforming umožňuje uplatnit přebytky lehkých uhlovodíků v rafinérii POX z ropných zbytků Pyrolýza H 2 vedlejší produkt výroby olefínů Dehydrogenační chemické procesy např. výroba styrénu Elektrolýza zajímavé jednorázově nebo pokud by byla k dispozici levná elektřina Biotechnologie v budoucnosti, např. aceton butanolová fermentace 5

6 Využití vodíku v rafinérii - účel Konverze těžkých ropných uhlovodíků na lehké - hydrokrakování Odstranění heterosloučenin a kovů hydrogenační rafinace Strukturní přeměna uhlovodíků dearomatizace, hydrogenace olefínů, alkylace / dealkylace, izomerace atd. Kontrola tvorby koksu na katalyzátorech Kontrole tepelného průběhu reakcí Při regeneraci katalyzátorů Jako palivo 6

7 Využití vodíku v rafinérii jak spotřebováván Vodík je obvykle komprimován, mísen s nástřikem, po reakci separován, čištěn a cirkulován zpět Spotřeba: Chemická, v souladu se stechiometrií reakce (hydrokrakování) Ztráty rozpouštěním v reakčních produktech (hydrogenační rafinace) resultuje v plyn s nízkou koncentrací vodíku, používaný jako rafinérské palivo Ztráty obměnou v cirkulačním okruhu - rafinérské palivo Ztráty při vypírání plynných nečistot z vodíku - totéž 7

8 Využití vodíku v rafinérii hlavní proměnné Spotřeba vodíku v rafinérii je funkcí řady proměnných: Množství zpracovávané ropy Využití dalších externích surovin a komponent Portfólia provozovaných technologií a jejich kapacity Hloubky zpracování ropy Složení, požadovaných vlastností a výtěžků produktů 8

9 Využití vodíku v rafinérii - plánování Výroba vodíku a investice do technologií nákladné Role vodíku v moderní rafinérii je nezastupitelná Bilance vodíku součástí rozvojové strategie rafinérií Vyvíjeny postupy řízení vodíkové bilance ( hydrogen management ) Vodíkový PINCH Bilance vodíků představuje důležitou součást optimalizačních modelů rafinérií 9

10 Bilance H 2 v ČeR Unipetrol RPA PS 1392 PS 2306 POX CCR SR +230 kg/t sur. + 35,7 kg/t sur. +17,4 kg/t sur. - Vodík z POX - Vodík z CCR - Vodík " low purity" PS 2304 PS 2302 HRPO HRBi -6,1 kg/t sur. -1,5 kg/t sur. PS 3620 PS 2305 K 5/6 PENEX -2,9 kg/t sur. -1,1 kg/t sur. PS 2304 PS 2303 NHC HRPe -22,9 kg/t sur. -0,9 kg/t sur. PS 3611 K 11-23,5 kg/t sur. PS 3612 K 12-23,2 kg/t sur. LPG Obr.1: Bilanční schéma vodíku v Litvínově 10

11 Bilance H 2 v ČeR Při zarážce SR v Kralupech je používán elektrolytický vodík pro provoz komplexu FCC PS 2513b CCR SR H2 EXT +35,7 kg/t sur. +19,9 kg/t sur. V minulosti byla pro Kralupy uvažována stavba vodíkovodu z Litvínova, CCR i parního reformingu PS 2514 PS 2512a HRPO HRBi -1,8 kg/t sur. -0,9 kg/t sur. PS 1530 PS 2413 PENEX UNIONFINER -3,7 kg/t sur. -1,8 kg/t sur. PS 2513 PS 2450 HRPe PRIME G+ -1,5 kg/t sur. -1,8 kg/t sur. PS 2515 LPG Obr.2: Bilanční schéma vodíku v Kralupech (čárkovaně zdroje uvažované v simulaci bilance) 11

12 H 2 v ČeR SR Kralupy CCR Litvínov 12

13 Modelované scénáře Použit upravený Rozvojový LP model ČeR Byl studován vliv: Využití kapacit existujících reformovacích jednotek Transferu suroviny nebo reformátu mezi rafinériemi Spalování koncentrovaného vodíku v rafinérských pecích Nových technologií CCR a externí zdroj vodíku v Kralupech 13

14 Modelované scénáře 1. Základní scénář = Strategický plán ČeR Spalování koncentrovaného vodíku v Litvínově 3. CCR v Litvínově využití zafixováno na 120% 4. Zavřený transfer CCR reformátu z Litvínova do Kralup 5. Liberalizovaný scénář všechna omezení vztažená k vodíkové bilanci v modelu odstraněna 6. Nový CCR v Kralupech existující SR odstaven 7. Externí zdroj vodíku pro Kralupy žádný reforming zde 14

15 Bilance H 2 v Litvínově (kt/r) Scénář CCR 11,7 11,5 17,8 10,2 11,7 9,2 21,0 POX 40,2 45,2 35,0 42,3 47,7 41,0 29,4 K 11 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 K 12 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Výroba 52,1 56,9 53,1 52,7 59,5 50,3 50,6 HRBi -1,8-1,8-1,9-1,8-1,8-1,7-1,9 PENEX -0,2-0,2-0,3-0,2-0,2-0,2-0,2 HRPe -0,4-0,4-0,4-0,4-0,4-0,3-0,3 HRPO -5,3-5,3-5,4-5,4-5,3-5,3-5,3 K 5/6-1,7-1,7-1,7-1,7-1,7-1,7-1,7 NHC -34,1-34,1-34,1-34,1-34,1-34,1-34,1 K 11-4,8-4,7-5,4-5,2-4,8-3,1-3,2 K 12-3,9-3,9-4,0-3,9-3,9-3,9-3,9 Spalování 0,0-5,0 0,0 0,0-7,4 0,0 0,0 Spotřeba -52,1-56,9-53,1-52,7-59,5-50,3-50,6 15

16 Bilance H 2 v Litvínově využití kapacit (%) Kap. (kt/r) CCR ,8 74, ,8 59,7 140,2 HRBi ,6 73,4 75,5 74,7 73,6 69,7 69,8 PENEX ,4 74,9 99,9 83,6 76,4 78,4 86,0 HRPe ,1 95,1 94,8 95,1 95,1 84,8 81,7 HRPO ,2 98, ,2 97,4 99,5 K 5/ ,5 89,5 89,5 90,3 89,5 89,5 89,5 NHC K ,5 87,2 100, ,5 59,3 59,3 K ,2 90,2 94,3 90,2 90,2 90,2 90,2 Sur.pro CCR 138,9 138,5 146,7 140,4 138,9 133,5 146,6 16

17 Bilance H 2 v Kralupech (kt/r) SR 6,6 6,6 4,8 7,6 6,6 0,0 0,0 CCR ,7 - H 2 externí ,4 Výroba 6,6 6,6 4,8 7,6 6,6 12,7 4,4 HRBi -1,3-1,3-1,3-1,3-1,3-1,1-1,3 PENEX -0,5-0,5-0,4-0,5-0,5-0,4-0,4 HRPe -0,3-0,3-0,2-0,3-0,3-0,3-0,3 HRPO -1,8-1,8-1,4-1,8-1,8-1,8-1,7 UNIONFINER -0,2-0,2-0,2-0,2-0,2-0,3-0,3 PRIME G+ -0,6-0,6-0,4-0,6-0,6-0,6-0,6 Spalování -1,9-2,0-0,9-2,9-1,9-8,4 0,0 Spotřeba -6,6-6,6-4,8-7,6-6,6-12,7-4,4 Litvínov CCR 11,7 11,5 17,8 10,2 11,7 9,2 21,0 HRPO -5,3-5,3-5,4-5,4-5,3-5,3-5,3 17

18 Bilance vodíku v Kralupech využití kapacit (%) Kap. (kt/r) SR ,4 83,9 59,9 95,7 83,4 0,0 0,0 CCR (kt/r)? ,8 - H 2 ext. (kt/r)? ,4 HRBi ,5 70,9 62,1 70,1 70,5 79,2 79,4 PENEX ,7 69,2 59,9 68,7 68,7 51,6 51,6 HRPe ,9 44,2 35,7 43,8 43,9 46,9 47,1 HRPO ,7 91,3 67,6 91,2 90,7 91,6 92,2 UNIONFINER ,7 72,3 53,0 71,2 71,7 72,6 72,7 PRIME G ,8 96,6 70,7 95,0 95,8 97,0 97,0 Sur. pro SR 83,4 83,9 70,8 95,9 83,4 91,4 91,7 18

19 Bilance H 2 vliv na transfer komponent (kt/r) Těžký Bi z LTV Reformát z LTV MTBE z KRA Těžký Bi z KRA FFC Bi z KRA Suma (kt/r) Scénář 0 19

20 Bilance H 2 vliv na výrobu BA (kt/r) Litvínov Kralupy Scénář 20

21 Bilance H 2 v ČeR komplexní pohled Litvínov Scénář 7 Kralupy APROCHEM kt/r 40,2 29,4 kt/r kt/r 6,6 0,0 kt/r POX SR 83 0 % Nástřik: kt/r 11,7 22,9 kt/r 0 0 kt/r 0,0 0,0 kt/r CCR CCR Kapacita: % 0 0 % SR 0 18 kt/r 0,0 4,4 kt/r EXT. VODÍK 0? % CCR reformát kt/r TBi kt/r Využití surovin: % % Marže: -6,7% Výroba BA: kt/r kt/r 21

22 Bilance H 2 v ČeR ekonomický dopad scénářů (milión. Kč) Scénář 22

23 Závěry Žádná z rafinerií ČeR není limitována dostupným vodíkem Spotřeba vodíku v Litvínově 7* větší než Kralupech. Vodík zde nelze vyrobit pouze reformováním. Přepravu reformátu a primárního těžkého Bi lze chápat jako transfer vodíku, s možností praktického využití Mezi využitím CCR v Litvínově a SR v Kralupech existuje významná souvislost V Litvínově existuje přebytek suroviny pro reforming, v Kralupech představuje určité omezení Rafinerie v Kralupech potřebuje CCR reformát. Transfer nezpůsobuje nedostatek vodíku v Kralupech. Spalování koncentrovaného vodíku může být pro ČeR výhodné 23

24 Závěry Využití CCR v Kralupech by významně změnilo bilanci vodíku zde a transfer benzínových komponent. Nízký ekonomický přínos by ale nedovolil takovou investici zdůvodnit. Využití pouze externího vodíku v Kralupech by zásadně zvýšilo transfer komponent mezi rafineriemi a vyžádalo by si intenzifikaci CCR v Litvínově. Většina BA by se ale dále vyráběla v Kralupech. Z hlediska bilance vodíku lze rafinérie ČeR provozovat v odlišných režimech, ale s podobnými ekonomickými výsledky Modelování bilance vodíku a aplikace LP modelu k tomuto účelu mohou být zajímavé 24