Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s. APROCHEM 2010 Kouty nad Desnou 19 – 21.4.2010 Ing.Hugo Kittel, CSc., MBA
www.ceskarafinerska.cz
1
APROCHEM 2010
Obsah • • • • • • • • •
Úvod do problému Zdroje vodíku pro rafinérie Využití vodíku v rafinériích Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s. 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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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 H2S, CO, CO2 a NH3
• 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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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 – H2 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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 v ČeR
Unipetrol RPA POX +230 kg/t sur.
PS 1392 CCR + 35,7 kg/t sur.
PS 2306 SR +17,4 kg/t sur.
- Vodík z POX - Vodík z CCR - Vodík " low purity" PS 2304 HRPO -6,1 kg/t sur.
PS 2302 HRBi -1,5 kg/t sur.
PS 3620 K 5/6 -2,9 kg/t sur.
PS 2305 PENEX -1,1 kg/t sur.
PS 2304 NHC -22,9 kg/t sur.
PS 2303 HRPe -0,9 kg/t sur.
PS 3611 K 11 -23,5 kg/t sur. PS 3612 K 12 -23,2 kg/t sur.
Obr.1: Bilanční schéma vodíku v Litvínově
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
LPG
10
APROCHEM 2010
Bilance H2 v ČeR • Při zarážce SR v Kralupech je používán elektrolytický vodík pro provoz komplexu FCC • V minulosti byla pro Kralupy uvažována stavba „vodíkovodu“ z Litvínova, CCR i parního reformingu
CCR +35,7 kg/t sur.
PS 2513b SR +19,9 kg/t sur.
H2 EXT
PS 2514 HRPO -1,8 kg/t sur.
PS 2512a HRBi -0,9 kg/t sur.
PS 1530 PENEX -3,7 kg/t sur.
PS 2413 UNIONFINER -1,8 kg/t sur.
PS 2513 HRPe -1,5 kg/t sur.
PS 2450 PRIME G+ -1,8 kg/t sur. PS 2515 LPG
Obr.2: Bilanční schéma vodíku v Kralupech (čárkovaně zdroje uvažované v simulaci bilance)
11
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
H2 v ČeR
SR Kralupy CCR Litvínov 12
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Modelované scénáře 1. Základní scénář = Strategický plán ČeR 2010 2. 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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 v Litvínově (kt/r) Scénář CCR POX K 11 K 12 Výroba HRBi PENEX HRPe HRPO K 5/6 NHC K 11 K 12 Spalování Spotřeba
1 11,7 40,2 0,1 0,2 52,1 -1,8 -0,2 -0,4 -5,3 -1,7 -34,1 -4,8 -3,9 0,0 -52,1
2 11,5 45,2 0,1 0,1 56,9 -1,8 -0,2 -0,4 -5,3 -1,7 -34,1 -4,7 -3,9 -5,0 -56,9
3 17,8 35,0 0,1 0,1 53,1 -1,9 -0,3 -0,4 -5,4 -1,7 -34,1 -5,4 -4,0 0,0 -53,1
4 10,2 42,3 0,1 0,1 52,7 -1,8 -0,2 -0,4 -5,4 -1,7 -34,1 -5,2 -3,9 0,0 -52,7
5 11,7 47,7 0,1 0,1 59,5 -1,8 -0,2 -0,4 -5,3 -1,7 -34,1 -4,8 -3,9 -7,4 -59,5
6 9,2 41,0 0,1 0,1 50,3 -1,7 -0,2 -0,3 -5,3 -1,7 -34,1 -3,1 -3,9 0,0 -50,3
7 21,0 29,4 0,1 0,1 50,6 -1,9 -0,2 -0,3 -5,3 -1,7 -34,1 -3,2 -3,9 0,0 -50,6 15
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 v Litvínově – využití kapacit (%)
CCR HRBi PENEX HRPe HRPO K 5/6 NHC K 11 K 12 Sur.pro CCR
Kap. (kt/r) 432 937 149 388 903 607 1383 207 171
1 75,8 73,6 76,4 95,1 98,2 89,5 100 90,5 90,2 138,9
2
3
4
74,8 120 66 73,4 75,5 74,7 74,9 99,9 83,6 95,1 94,8 95,1 98,4 100 100 89,5 89,5 90,3 100 100 100 87,2 100,2 98 90,2 94,3 90,2 138,5 146,7 140,4
5
6
75,8 59,7 73,6 69,7 76,4 78,4 95,1 84,8 98,2 97,4 89,5 89,5 100 100 90,5 59,3 90,2 90,2 138,9 133,5
7 140,2 69,8 86,0 81,7 99,5 89,5 100 59,3 90,2 146,6
16
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 v Kralupech (kt/r) SR CCR H2 externí Výroba HRBi PENEX HRPe HRPO UNIONFINER PRIME G+ Spalování Spotřeba Litvínov CCR HRPO
1 6,6 6,6 -1,3 -0,5 -0,3 -1,8 -0,2 -0,6 -1,9 -6,6 11,7 -5,3
2 6,6 6,6 -1,3 -0,5 -0,3 -1,8 -0,2 -0,6 -2,0 -6,6 11,5 -5,3
3 4,8 4,8 -1,3 -0,4 -0,2 -1,4 -0,2 -0,4 -0,9 -4,8
4 7,6 7,6 -1,3 -0,5 -0,3 -1,8 -0,2 -0,6 -2,9 -7,6
17,8 -5,4
10,2 -5,4
5 6,6 6,6 -1,3 -0,5 -0,3 -1,8 -0,2 -0,6 -1,9 -6,6 11,7 -5,3
6 0,0 12,7 12,7 -1,1 -0,4 -0,3 -1,8 -0,3 -0,6 -8,4 -12,7 9,2 -5,3
7 0,0 4,4 4,4 -1,3 -0,4 -0,3 -1,7 -0,3 -0,6 0,0 -4,4 21,0 -5,3 17
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance vodíku v Kralupech – využití kapacit (%)
SR CCR (kt/r) H2 ext. (kt/r) HRBi PENEX HRPe HRPO UNIONFINER PRIME G+ Sur. pro SR
Kap. (kt/r) 401 ? ? 738 182 442 918 191 335
1
2
3
4
5
6
7
83,4 70,5 68,7 43,9 90,7 71,7 95,8 83,4
83,9 70,9 69,2 44,2 91,3 72,3 96,6 83,9
59,9 62,1 59,9 35,7 67,6 53,0 70,7 70,8
95,7 70,1 68,7 43,8 91,2 71,2 95,0 95,9
83,4 70,5 68,7 43,9 90,7 71,7 95,8 83,4
0,0 364,8
0,0 4,4 79,4 51,6 47,1 92,2 72,7 97,0 91,7
79,2 51,6 46,9 91,6 72,6 97,0 91,4
18
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 – vliv na transfer komponent (kt/r) 450
900 Tě žk ý B i z LTV R e form á t z LTV MT B E z K R A Tě žk ý B i z K R A FFC B i z K R A S um a
400 350
(kt/r)
300
800 700 600
250
500
200
400
150
300
100
200
50
100
0
0 1
2
3
4 Scénář
5
6
7
19
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
(kt/r)
Bilance H2 – vliv na výrobu BA 1 1 1 1 1
Lit vínov Kralupy
800 600 400 200 000 800 600 400 200 0 1
2
3
4 Sc énář
5
6
7 20
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 v ČeR – komplexní pohled Scénář 7 Litvínov 173
126 kt/r
Kralupy 40,2
29,4 kt/r
334
0 kt/r
POX 83
Nástřik:
327
663 kt/r
76
11,7
22,9 kt/r
0
0 kt/r
0
0%
0
18 kt/r
SR
CCR reformát TBi
96 %
592
658 kt/r
0,0 kt/r
0,0
4,4 kt/r
EXT. VODÍK 0
55
0,0 CCR
140 %
Využití surovin:
0,0 kt/r
0%
CCR Kapacita:
6,6 SR
?%
74
300 kt/r
0
368 kt/r
100
0%
1058
992 kt/r
Marže: -6,7% Výroba BA:
21
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
Bilance H2 v ČeR – ekonomický dopad scénářů 100 50 (milión. Kč)
0 - 50
1
2
3
4
5
6
7
- 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 Sc énář 22
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
APROCHEM 2010
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
Bilance vodíku v ČESKÉ RAFINÉRSKÉ, a.s.
