Анализ технологической системы на нефтеперерабатывающем предприятии

В современном мире нефть и газ играют ключевую роль в обеспечении энергетической безопасности и экономическом развитии многих стран. Нефтеперерабатывающая промышленность является одной из ведущих отраслей экономики, обеспечивая потребителей широким ассортиментом нефтепродуктов и продуктов нефтехимии.
Актуальность темы данной работы обусловлена необходимостью постоянного совершенствования технологических процессов и повышения экономической эффективности в нефтегазовом секторе. Успешное развитие нефтегазовой отрасли требует применения современных технологий и методов управления, которые позволят снизить затраты и повысить рентабельность производства.
Технологическая система на нефтеперерабатывающем предприятии включает в себя множество этапов – от нефтяной скважины до резервуара. Каждый этап характеризуется определенными технологическими процессами, которые в совокупности обеспечивают эффективную переработку и транспортировку нефти и газа.
Целью данной дипломной работы является анализ технологической системы на нефтеперерабатывающем предприятии, а также оценка экономической целесообразности разработки и эксплуатации нефтяных скважин.
Для достижения этой цели будут рассмотрены следующие задачи:
1. Теоретические аспекты технологических процессов и экономической оценки проектов в нефтегазовом секторе;
2. Проведён возможный анализ работы для нефтеперерабатывающей компании.
В ходе работы будет проведен анализ существующих методов и подходов к оценке экономической эффективности проектов в нефтегазовом секторе и предложены рекомендации по их оптимизации.
Таким образом, данная работа представляет собой комплексное исследование, направленное на изучение и анализ технологических процессов и экономической эффективности работы технологической системы на нефтеперерабатывающем предприятии. Результаты работы могут быть использованы для принятия обоснованных решений в области управления и развития нефтегазового сектора.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ……………...….…5
1.1 Добыча нефти и газа………………………………………………………….5
1.2 Транспортировка и хранение нефти…………………………………………6
1.3 Первичная обработка и переработка нефти…………………………………7
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ПРЕДПОЛАГАЕМОГО ПРЕДПРИЯТИЯ…………………………………………………………………18
2.1 Получение максимального выхода продукта при меньшем потреблении энергии…………………………………………………………………...............18
2.2 Результаты исследования. Оптимизация технологических ограничений и экономический анализ…………………………………………………………..29
2.3 Анализ полученных данных………………………………………………..36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….42
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
1.1 Добыча нефти и газа
Добыча нефти и газа – одна из важнейших отраслей мировой экономики, обеспечивающая энергетическую безопасность и экономическое развитие многих стран. Нефть и газ являются ключевыми источниками энергии, а также сырьем для химической и нефтехимической промышленности.
Нефть и природный газ добываются во всем мире, но основные их источники находятся в странах Ближнего Востока, Северной Америки, Африки и Восточной Азии. Добыча этих ресурсов осуществляется путем бурения скважин, использования специальных насосов и оборудования [1].
В процессе добычи нефти и газа возникают экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды и риском возникновения аварий. Для минимизации этих рисков необходимо использовать современные технологии, повышать качество оборудования и осуществлять строгий контроль за соблюдением экологических норм и стандартов.
Также стоит отметить, что добыча нефти и газа является источником дохода для многих стран, обеспечивая им стабильный экономический рост и развитие. Однако, этот процесс требует значительных инвестиций и знаний, чтобы обеспечить долгосрочную стабильность и эффективность добычи этих ресурсов.
1.2 Транспортировка и хранение нефти
Транспортировка и хранение нефти являются важными этапами в цепочке добычи и использования этого ценного природного ресурса. Нефть является одним из основных источников энергии и сырья для производства различных видов топлива и нефтепродуктов.
Транспортировка нефти может осуществляться различными способами. Один из наиболее распространенных способов - это трубопроводный транспорт. Трубопроводы представляют собой специальные конструкции, по которым осуществляется перекачка нефти из места добычи в места переработки или хранения. Трубопроводный транспорт обладает рядом преимуществ, включая высокую пропускную способность, надежность и экономическую эффективность. Однако, он также требует постоянного обслуживания и контроля, чтобы предотвратить утечки и аварийные ситуации [6].
1.3 Первичная обработка и переработка нефти
Сырая нефть содержит растворен¬ные в ней газы, называемые попутными, воду, минеральные соли, различные механические примеси. Подготовка нефти к переработке сводится к выделению из нее этих включений и нейтрализации хими¬чески активных примесей.
Выделение из нефти попутных газов производится в газоотдели¬телях путем уменьшения растворимости газов за счет снижения давле¬ния. Затем газы направляются для дальнейшей переработки на газо¬бензиновый завод, где из них извлекают газовый бензин, этан, про¬пан, бутан. Окончательное отделение газов от нефти происходит в ста¬билизационных установках, где они отгоняются в специальных ректи¬фикационных колоннах.
В специальном подогревателе выделяют из нефти легкие бензино¬вые фракции, а затем, добавив в нее деэмульгатор, направляют в от¬стойные резервуары. Здесь происходит освобождение нефти от песка и глины и обезвоживание. В настоящее время для разрушения эмуль¬сий и удаления воды применяют различные способы, в том числе термо¬химическую обработку под давлением. Более качественным способом разрушения эмульсий является электрический способ, заключающий¬ся в пропускании нефти между электродами, включенными в цепь пе¬ременного электрического тока высокого напряжения (30—45 тыс. В). При обезвоживании нефти происходит и удаление значительной части солей (обессоливание). Установки, служащие для удаления солей из нефти способом, сочетающим термохимическое отстаивание с обра¬боткой эмульсии в электрическом поле, называются э л е к т р о-обессоливающими (ЭЛОУ) [18].

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ПРЕДПОЛАГАЕМОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
2.1 Получение максимального выхода продукта при меньшем потреблении энергии.
Переработка углеводородов от добычи до получения конечного продукта - важный аспект, требующий оптимизированной технологии для роста рынка, ориентированного на потребление. В этом исследовании были изучены реальные данные нефтеперерабатывающего предприятия и проанализирована имитационная модель для всей установки по переработке сырой нефти на основе аспекта проектирования технологической системы с использованием Aspen HYSYS. В исследовании в основном делается упор на оптимизацию процесса переработки углеводородов для получения максимального выхода продукта при меньшем потреблении энергии. Исследование также включает тщательный экономический анализ перерабатывающего предприятия. Наборы данных о свойствах нефти получены на современном нефтеперерабатывающем заводе. Исследование включает различные переходные условия, такие как остановка скважин с использованием трех нефтяных пластов (с низким содержанием, средней и тяжелой нефти). Анализируется влияние различных условий, включая нагрев процесса, остановку скважины, сочетание нефти, наличие воды на добычу. Результаты показывают, что на факторы, связанные с переработкой сырой нефти, существенное влияние оказывают условия процесса, такие как давление, объем и температура. Установка рекуперации паров интегрирована с моделью нефтепереработки для рекуперации газа из сепаратора. Анализ оптимизации проводится для максимального извлечения жидкости при давлении паров Рейда 7 и минимальном содержании воды в нефти около 0,5%. Экономический анализ показал, что общие капитальные затраты составили 9,7 × 10 6 долларов США, а эксплуатационные расходы - 2,1 × 10 6 долларов США для конфигурации процесса. Результаты моделирования дополнительно исследуют ограничения, которые максимизируют общее энергопотребление процесса и снижают эксплуатационные расходы.
Энергия является одной из важнейших составляющих любой социально-экономической структуры, и ее потребление напрямую влияет на экономический рост [1, 2]. Энергоемкие приложения требуют бесперебойного снабжения либо возобновляемыми, либо невозобновляемыми источниками [3]. Из-за медленного истощения ископаемых видов топлива мир постепенно переходит к возобновляемым, устойчивым и чистым источникам энергии. Однако в последнее десятилетие также был отмечен значительный рост разведки нефти и газа из-за многообещающих результатов и роста рыночного спроса. Мировой спрос на энергоносители по-прежнему сильно зависит от добычи нефти.
Полная цепочка производства нефти состоит из геологических исследований, добычи, переработки и транспортировки [4]. Производство нефти в основном зависит от природных энергетических ресурсов [5,6,7]. Органическое вещество обычно состоит из богатого газа и сырой нефти, основного источника производства энергии [8]. Многие виды топлива на жидкой основе могут быть переработаны из сырой нефти для различных применений [9]. Однако при использовании сжигания ископаемого топлива для производства энергии необходимо учитывать экологические соображения без нанесения ущерба окружающей среде [10].
2.2 Результаты исследования. Оптимизация технологических ограничений и экономический анализ
Для данного пункта рассмотрим вопрос об ограничении давления. Так количество стадий для эффективного разделения зависит от скважины и соотношения давления газа к нефти. Двухступенчатый процесс обычно используется, когда соотношение нефти к газу среднее, а давление в скважине ниже. Напротив, трехступенчатый процесс разделения используется для получения несколько более высокого соотношения газа к нефти при высоком скважинном давлении [17]. В этом исследовании максимальное соотношение газа к нефти установлено равным приблизительно 4 для контроля температуры между стадиями с использованием трехступенчатой операции разделения. Кэмпбелл [31] предложил уравнение для количества стадий, приведенное в уравнении (1).
2.3 Анализ полученных данных
Состояние добычи 1 указывает на самое низкое содержание воды, тогда как состояние добычи 5 демонстрирует самое высокое содержание воды. Скважины 1 и 3 закрыты для наблюдения за влиянием на общий производственный процесс смешивания нефти с меньшим содержанием API (тяжелой) и нефти с более высоким API (более легкой) [32]. Из рис. 10 видно, что API снижается из-за увеличения содержания воды в нефти. Аналогичным образом снижается RVP и получается стабилизированная нефть относительно производственных состояний. Поскольку при закрытии скважины 3 легкая нефть удаляется, в системе будет добываться тяжелая нефть. На рисунке 10 показано снижение API и RVP. Аналогичным образом, при закрытии скважины 1 тяжелая нефть удаляется, и в системе будет добываться легкая нефть с повышенным API и RVP.
Экономический анализ. Капитальные вложения оцениваются при инициализации проекта на основе имеющихся предварительных данных. Экономический анализ Aspen позволяет определить размеры оборудования и рассчитать предполагаемую стоимость оборудования. Размер оборудования определяется в зависимости от условий эксплуатации. Эта функция позволяет оценить стоимость проекта. Экономический анализатор Aspen оптимизирует конструкцию с учетом определенных аспектов. Он моделирует различные сценарии, анализирует влияние на необходимое оборудование для процесса и напрямую связывает данные с конструкцией оборудования и стоимостью.

В этом исследовании были изучены реальные данные нефтеперерабатывающего предприятия и проанализирована имитационная модель для всей установки по переработке сырой нефти на основе аспекта проектирования технологической системы с использованием Aspen HYSYS. В исследовании в основном делается упор на оптимизацию процесса переработки углеводородов для получения максимального выхода продукта при меньшем потреблении энергии

1. Цяо Х, Чжао С, Шао Кью, Хассан М. (2018) Структурная характеристика лигнина кукурузной муки после предварительного замачивания перекисью водорода перед предварительной обработкой аммиачным волокном для расширения волокон. Энергетическое топливо Energy Fuels 32(5): 6022-6030
2. Чжао С, Цяо Х, Цао У, Шао Кью (2017) Применение предварительного замачивания перекисью водорода перед предварительной обработкой энергетических культур аммиачным волокном для расширения волокон. Топливо 205: 184-191
3. Чжао С, Цяо Х, Шаок Кью, Хассан М., Ма З, Яо Л. (2020) Эволюция химической структуры лигнина в процессе производства биоэтанола и его ингибирование до ферментативного гидролиза энергетического топлива. Энергетические виды топлива 146:112177
4. Ампонса Р., К. К. (2014) Нефтяной сектор Ганы, занимающийся переработкой нефти: оценка ключевых проблем цепочки поставок и перспектив роста. Int J Pet Oil Exploration 1 (1): 1-7
5. Каснеди Р. (2005) Геологические характеристики залежей углеводородов. В: Энциклопедия углеводородов, том I, стр. 85-116
6. Цзоу К., Тао С., Ян З., Хоу Л., Юань Х., Чжу Р., Цзя Дж., Сонгтао В., Гун У, Гао Х., Ван Л., Ван Дж. (2013) Геологические концепции, характеристики, ресурсный потенциал и ключевые методы добычи нетрадиционных углеводородов: по геологии нетрадиционной нефти. Pet Explor Dev 40:413-428
7. Ньяньинь Ли, Цзя К., Хаотянь З., Вэйдун Т., Йи Р. (2019) Численное моделирование образования накипи для установок нагнетания и добычи в нефтяных пластах. Арабский язык, англ. https://doi.org/10.1007/s13369-019-03975-8
8. Festus IO (2018) Ископаемое топливо и текущие запасы топлива в развитых и развивающихся странах. Политика 2: 5-10. https://doi.org/10.11648/j.stpp.20180201.12
9. Мэннинг Ф.С., Томпсон Р.Э. (1991) Нефтепромысловая переработка нефти, том 1—Природный газ, опубликовано. ISBN: 0-87814-342-2
10. Триста МВт (2017) Перспективы мировой энергетики. Электронная энергетика 23 (4): 329. https://doi.org/10.1049/ep.1977.0180
11. Кулс Г.П., Маккензи А.С., Паркс Р.Дж. (1987) Неуглеводороды, имеющие значение при разведке нефти: летучие жирные кислоты и неуглеводородные газы. Журнал минералов 51: 483-493. https://doi.org/10.1180/minmag.1987.051.362.03
12. Лейк Л.У., Митчелл Р.Ф. (2006) Справочник по нефтяной инженерии. Том II "Инженерия бурения". Изд.; Общество инженеров-нефтяников, Ричардсон, Техас.
13. Кидней А.Дж., Пэрриш Р.Р., Маккартни Д.Г. (2006) CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781420014044
14. Фарахани З.Д., Мовагхар М.К. (2017) Повышение нефтеотдачи пластов с помощью смешивающейся селективной одновременной закачки водогаза (MSSWAG) в один из иранских пластов. Арабский язык, англ. https://doi.org/10.1007/s13369-017-2667-z
15. Джоли М. (2012) Планирование производства на нефтеперерабатывающем заводе: основной бизнес нефтепереработки. Бразильский химический журнал 29: 371-384. https://doi.org/10.1590/S0104-66322012000200017
16. Меррилл Б.Дж. (1986) Трубопроводная транспортировка природного газа. Разработчик Pet Sci 18:279-340. https://doi.org/10.1016/S0376-7361 (08)70554-5
17. Ло В., Ли Х., Юнг-цин В.Дж., Ван С.З. (2014) Новая методология заканчивания для повышения нефтеотдачи горизонтальных скважин, заканчиваемых в сильно неоднородных коллекторах. Арабский язык, англ. https://doi.org/10.1007/s13369-014-1417-8
18. Стюарт М., Кен Е.А. (2011) Наземные производственные операции: проектирование систем и сооружений для перекачки нефти. Elsevier. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004
19. Цзоу К., Чжао Кью, Чжан Г., Сюн Б. (2011) Энергетическая революция: от эры ископаемой энергии к новой энергетической эре. Nat Gas Ind B 3:1-11. https://doi.org/10.1016/J.NGIB.2016.02.001
20. Рой П.С., Амин М.Р. (2011) Aspen-HYSYS simulation of natural gas processing Plant. J Chem Eng C. https://doi.org/10.3329/jce.v26i1.10186
21. Кешта Х.Дж., Абуяхья С., Пал П., Банат Ф. (2015) Подслащивание сжиженного нефтяного газа (СУГ): параметрический анализ чувствительности с использованием Aspen HYSYS. J Nat Gas Sci Eng 26:1011-1017. https://doi.org/10.1016/J.JNGSE.2015.08.004
22. Мартинович Ф.Л., Кисс Ф.Е., Микич Р.Д., Симикич М.М., Томич М.Д. (2018) Сравнительный технико-экономический анализ одностадийного и двухступенчатого производства биодизеля из сверхкритического метанола на основе моделирования процесса. Chem Eng Res Des. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.02.024
23. Тран Н.Н., Тишма М., Буджаки С., Макмерчи Э.Дж., Гонсалес ОММ, Хессель В. и др. (2018) Масштабирование и экономический анализ производства биодизеля из переработанных отходов жироуловителей. Appl Energy. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.07.106
24. Николау М. (2013) Автоматизированное проектирование процессов в добыче нефти и газа. Компьютерная химия Eng 51:96-101. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2012.08.014
25. Aspen tech. Задача: адаптироваться к изменениям, оптимизировать эффективность бизнеса (2017). https://www.aspentech.com/en/resources/blog/scaling-digitalization-across-the-downstream-organization
26. Ван Вассенхове У. (2015) Динамическое моделирование газоперерабатывающего предприятия. В: Справочник по транспортировке и переработке природного газа, стр. 467-485
27. Димиан АС, Билдеа КС, Кисс А.А. (2014) Комплексное проектирование и моделирование химических процессов. Elsevier
28. Казми Б., Хайдер Дж., Абдул М., Саид С., Раза М., Ли М. (2019) Снижение тепловой нагрузки на этапе регенерации растворителя для удаления кислых газов на основе абсорбции с использованием ионной жидкости с катионом на основе имидазолия. Int J Greenh Gas Control 87:89-99. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2019.05.007
29. Хайдер Дж., Кьюм М.А., Казми Б., Захур М., Ли М. (2019) Имитационное исследование процесса сжижения биометана с последующим обогащением биогаза с использованием катионно-ионной жидкости на основе имидазолия. J Clean 231:953-962
30. Ченгель Я. (2014) Тепломассообмен: основы и приложения. Высшее образование Макгроу-Хилл.
31. Кэмпбелл Дж.М. (2014) Кондиционирование и переработка газа. Том 1: Основные принципы, ISBN 978-0-9703449-2-2
32. Сулейман Б., Абдулкарем А.С., Абдулсалам ЙО, Муса У, Ково А.С., Мохаммед И.А. (2016) Термоэкономический анализ процесса очистки природного газа с использованием триэтаноламина (TEA) и диэтаноламина (DEA) в качестве подсластителей газа. J Natural Gas Sci Eng 36:184-201. https://doi.org/10.1016/J.JNGSE.2016.10.023
33. Стюарт М. (2008) Глава 4—трехфазные сепараторы масла и воды. В: Стюарт М. (ред.) Арнольд КБТ-Г-ЛАЛ-общ. Gulf Professional Publishing, Берлингтон, стр. 131-174. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-8979-3.00004-0