✅ Современные технологии углубления переработки нефти. Как перерабатывается нефть? Нефтегазовая переработка — dnp-zem.ru

Как перерабатывается нефть?

Нефтепереработка – достаточно сложный процесс, для проведения которого требуется привлечение специализированного оборудования. Из добытого природного сырья получают множество продуктов – разные типы топлива, битумы, керосины, растворители, смазки, нефтяные масла и другие. Переработка нефти и газа начинается с транспортировки углеводородов на завод. Производственный процесс происходит в несколько этапов, каждый из которых очень важен с технологической точки зрения.

Доступные современные технологии

Основные углубляющие технологии в основаны на процессе замедленного коксования гудронов, которые обеспечивают максимальный выход дистиллятов (от 60-ти до 80-ти процентов от общего объема перерабатываемого сырья). При этом получаемые фракции относятся к средним и газойлевым дистиллятам. Средние фракции отправляются на гидроочистку для получения дизельных топлив, а тяжелые газойлевые – подвергаются каталитической переработке.

Если взять такие страны, как Канада и Венесуэла, то в них уже больше двух десятилетий замедленное коксование применяется в качестве базового процесса промысловой переработки нефтей тяжелых сортов. Однако, для сырья с высоким содержанием серы коксование неприменимо по причинам экологического характера. Кроме того, вырабатываемый в колоссальных объемах высокосернистый кокс в качестве топлива эффективного применения не имеет, а подвергать его обессериванию – попросту нерентабельно.

России кокс плохого качества, тем более – в таких количествах, не нужен тоже. Кроме того, замедленное коксование является весьма энергоемким процессом, вредным с точки зрения экологии и нерентабельным при малых мощностях переработки. В связи с этими факторами, нужно найти другие углубляющие технологии.

Гидрокрекинг и газификация – самая дорогостоящая глубокая нефтепереработка, поэтому в ближайшее время они на российских НПЗ применяться не будут.

Поэтому и уделять им внимание мы в этой статье не станем. России необходимы наименее капиталоемкие, но достаточно эффективные конверсионные технологии.

Поиск таких технологических решений ведется давно, и основной задачей такого поиска является получение квалифицированных остаточных продуктов.

• высокоплавкий пек;
• «жидкий кокс»;
• различные марки битумов.

Кроме того, выход остатков должен быть минимален, чтобы его переработка с помощью коксования, газификации и гидрокрекинга было рентабельна.

Также одним из критериев выбора метода вторичной углубленной переработки остатков нефтяного сырья является получение востребованного качественного продукта без потери эффективности самой технологии. В нашей стране таким продуктом, вне всякого сомнения, является дорожный битум высокого качества, поскольку состояние российских дорог является извечной проблемой.

Поэтому, если удастся подобрать и реализовать эффективный процесс получения средних дистиллятов и остатков в виде качественных битумов – это даст возможность одновременно решить и проблему углубления нефтепереработки, и обеспечить дорожно-строительную отрасль высококачественным остаточным продуктом.

Среди таких технологических процессов, которые можно внедрить на российских перерабатывающих предприятиях, внимания достойны следующие методики:

Технология вакуумной перегонки мазута

Это – широко известный технологический процесс, используемый в производстве битумов и гудронов. Стоит сразу сказать, что примерно 80-90 процентов получаемых вакуумной мазутной перегонкой гудронов по своим качественным характеристикам не соответствуют требованиям, предъявляемым к товарным битумам, и необходима их дальнейшая переработка с помощью окислительных процессов.

Как правило, гудроны перед окислением подвергают дополнительному висбрекингу, с целью понизить значение вязкости получаемого котельного топлива, а также для уменьшения концентрации в битумном сырье трудноокисляемых парафинов.

Если говорить о получаемых с помощью этого процесса вакуумных газойлях, то для них характерны:

• высокая плотность (больше 900 килограмм на кубический метр);
• высокой степень вязкости;
• высокие значения температур застывания (нередко – больше млюс тридцати – сорока градусов Цельсия).

Такие высоковязкие и, в основном, высокопарафинистые газойли по сути представляют собой полупродукты, которые необходимо подвергнуть дальнейшей каталитической переработке. Основная масса получаемых гудронов – это котельное топливо марки М-100.

Исходя из вышесказанного, вакуумная переработка мазута уже не удовлетворяет современные требования к процессам, которые призваны углубить нефтепереработку, вследствие чего в качестве базового процесса, способного кардинально увеличить ГПН, её рассматривать не стоит.

Процесс деасфальтизации гудрона

Пропановая деасфальтизация, как правило, используется для получения высокоиндексных масел.

Деасфальтизация гудронов при помощи бензина применяется в основном для выработки сырья, которое затем идет на производство битумов, хотя выделяемая при этом асфальтовая фаза далеко не всегда имеет свойства, необходимые для получения товарного битума нужного качества. В связи с этим получаемый асфальтит нужно дополнительно подвергать или окислению, или разбавлению масляной фазой.

Легкой фазой этого технологического процесса является деасфальтизат. Его показатели еще тяжелее, чем у вакуумного газойля:

• значение плотности – более 920-ти килограммов на кубометр;
• температура застывания – больше сорока градусов Цельсия;
• большее значение вязкости.

Все это требует дополнительной каталитической переработки. Кроме того, деасфальтизат, в силу своей высокой вязкости, очень трудно перекачивать.

Но самой большой проблемой деасфальтизации является высокая степень её энергоемкости, из-за чего размер капитальных вложений, по сравнению с вакуумной перегонкой, возрастает больше, чем в 2 раза.

Основная масса получаемого асфальтита требует дополнительной переработки с помощью конверсионных процессов: замедленного коксования или газификации.

В связи со всем сказанным выше, деасфальтизация также не отвечает основным требованиям к технологии, призванной одновременно углубить нефтепереработку и получить качественные дорожные битумы, поэтому в качестве эффективной технологии увеличения ГПН также не подходит.

Висбрекинг мазута

Этот техпроцесс переживает свое второе рождение и становится все более востребованным.

Если ранее висбрекинг применялся для понижения значения вязкости гудронов, то на современном этапе развития технологии он становится основным углубляющим нефтепереработку процессом. Практически все крупнейшие фирмы мира (Chioda, Shell, KBR, Foster Wuiller, UOP и так далее) за последнее время разработали сразу несколько оригинальных технологических решений.

Основными достоинствами этих современных термических процессов являются:

• простота;
• высокая степень надежности;
• малая стоимость необходимого оборудования;
• рост значения выхода средних дистиллятов, получаемых из тяжелых нефтяных остатков, на 40 – 60 процентов.

Кроме того, современный висбрекинг дает возможность получать качественные дорожные битумы и такое энергетическое топливо, как «жидкий кокс».

Например, такие крупные корпорации, как Chioda и Shell, отправляют тяжелые газойли (как вакуумные, так и атмосферные) в печи жесткого крекинга, что позволяет исключить выход фракций, температура кипения которых больше 370-ти градусов Цельсия. В получаемых продуктах остаются только бензиновые и дизельные дистилляты и очень тяжелый остаток, а вот тяжелых видов газойлей – нет совсем!

Технология переработки нефти

Процесс производства

Нефть, полученная из скважины, представляет не большую ценность, ведь чтобы получить тот же бензин или керосин, ей придется пройти сложный и длительный процесс очистки и обработки.

Подготовка к переработке

Полученное из нефтяных месторождений сырье нельзя сразу отправлять на переработку, т. к. в нем слишком много различных примесей: воды, соли, газа и т. д. Например, если не очистить нефть от соли, трубы, по которым она будет доставляться, быстро покроются коррозией, что приведет к закупориванию теплообменной аппаратуры. Поэтому на первом этапе нефть всегда очищается от посторонних примесей:

1. Нефть проходит процесс сепарации, т. е. отделение газа от нефти в специальных установках.
2. Далее в аппаратах-отстойниках из полученной жидкости удаляется вода.
3. Очистка сырой нефти от соли может производиться как с помощью специальных установок комплексной подготовки нефти, так и непосредственно на нефтеперерабатывающем заводе.

Этапы подготовки нефти к переработке

Нефть, прошедшую эти этапы очистки, называют стабильной. Именно она транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы для дальнейшей переработки.

Первый в мире завод по переработке нефти был построен именно в России на реке Ухта в 1745 году братьями Чумеловыми. Завод производил керосин и смазочные масла.

Первичная переработка сырой нефти

На первой стадии переработки сырая нефть разделяется на узкие фракции при помощи высокотемпературной атмосферной или атмосферно-вакуумной перегонки. Этот процесс производится в специальных установках — колоннах. В зависимости от температуры нагрева, из нефти может получаться различная продукция:

1. Бензин (температура выкипания 150–180 градусов ). Низкооктановый бензин полностью готов уже на стадии первичной переработки. Высокооктановый бензин получают после вторичной переработки.
2. Керосин (температура выкипания 120–315 градусов). Применяется в реактивных и тракторных двигателях, осветительных приборах и в качестве сырья для установок гидроочистки.
3. Дизельное топливо (температура выкипания 180–360 градусов). Используется в качестве топлива или сырья для установок гидроочистки при вторичной переработке.
4. Мазут (температура кипения более 350 градусов). Используется в качестве топлива для котельных или сырья для гидроочистки и термического крекинга при вторичной переработке.
5. Вакуумные дистилляты (температура выкипания порядка 350–500 градусов). Применяются в качестве сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга при вторичной очистке.
6. Гудрон (температура выкипания более 500 градусов). Применяется при производстве битумов и масел, а также в качестве сырья для крекинга при вторичной переработке.

Первичная обработка нефти в ректификационной колонне

Если посмотреть на статистику первичной переработки нефти в России , можно увидеть, что пока перерабатывающая промышленность не может выйти на рекордные показатели, зафиксированные еще во времена СССР, но при этом количество ежегодно перерабатываемого сырья постоянно растет. В 1990 году первичной переработке подверглось 300 млн тонн сырой нефти. В течение 90-х годов эти показатели постоянно падали, а непрерывный рост начался лишь с 2001 года. В 2014 году был зафиксирован пока рекордный показатель в истории современной России — 294 млн тонн.

Правда, без ввода в эксплуатацию новых перерабатывающих установок на значительный рост первичной переработки в дальнейшем надеяться не стоит. Если в 1990 загрузка перерабатывающих мощностей была на уровне 85%, то в 2014 году перерабатывающие установки работали почти на максимуме — 95% загрузки.

Вторичная переработка нефти

К методам вторичной переработки относятся.

Крекинг

Процесс расщепления углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей молекулярной массой. Он подразделяется на два вида:

1. Термический — происходит путем нагревания нефтяного сырья.
2. Каталитический — происходит путем воздействия на сырье высокой температуры и специальных катализаторов.

Каталитический и термический крекинг

Продуктами крекинга являются : бензин, котельное и моторное топливо, масла, кокс, газойли, этилен и ацетилен.

Риформинг

В отличие от крекинга, молекулы углеводорода при риформинге не расщепляются, а преобразуются. Сам процесс производится в специальных нагревательных печах с несколькими реакторами при температуре 350–5200 градусов. Через реакторы печи пропускается водород, а сырая нефть проходит через них в реакционную камеру, в которой находятся катализаторы (иридий, германий, рений, различные вещества, содержащие платину), которые приводят к химической реакции. Из этой камеры нефть попадает в специальную колонну, где и разделяется на готовые продукты.

В результате риформинга получается высокооктановый автомобильный и авиационный бензин, сухой газ, а также водород.

Коксование

В этом случае тяжелые фракции нефти, получаемые в результате атмосферной и вакуумной перегонки, нагреваются в реакторе без доступа кислорода, в результате чего и получается кокс.

Пиролиз

В результате этого процесса нефтяные фракции нагреваются в газогенераторах или ретортных печах. Полученный газ и газовые смолы перерабатываются для получения бензола, нафталина, толуола. При дальнейшей переработке из полученного в результате пиролиза газа производят синтетический каучук и спирт.

Гидрогенизационные процессы

Это переработка нефтяных высококипящих фракций путем воздействия водорода при помощи высоких температур (250–420 градусов), давления (2,5–32 МПа) и различных катализаторов.

Все гидрогенизационные процессы можно разделить на три вида в зависимости от изменяющихся в результате молекул:

1. Гидроочистка: изменений в молекулярной структуре сырья практически не происходит.
2. Гидрооблагораживание: изменяется около 10% молекулярной структуры сырья.
3. Гидрокрекинг: изменяется молекулярная структура более 50% сырья.

Промышленные процессы термического крекинга нефтяных фракций
Процесс	Сырье	Целевые продукты	Режим крекинга
Температура, °С	Давление, МПа	Продолжительность, с
Крекинг под высоким давлением
Низкотемпературный крекинг	Мазут, гудрон	Котельное топливо	400–500	0,5–3,0	120–1200
Высокотемпературный крекинг	Газойли, керосин, мазут	Бензин, ненасыщенные углеводороды (этилен, бутены, пропилен)	500–700	5–7	30–180
Крекинг под низким давлением
Парофазный крекинг	Дистиллятные фракции	Ненасыщенные углеводороды, бензин	530–600	0,12–0,59	0,5–5,0
Крекинг парафина	Парафин, гачи	альфа–Олефины (С5–С20)	550–600	0,12–0,60	0,5–3,0
Коксование	Гудрон, мазут, крекинг–остаток, битумы деасфальтизации	Кокс, моторное и котельное топливо	420–490	0,24–0,58	(57–86)⋅10 3
Термоконтактный крекинг	Гудрон, мазут, тяжелые нефти, природные битумы	Бензин, моторное и котельное топливо, кокс	505–560	0,15–0,35	15–20 (пары)
Пирлиз	Нафта (прямогонный бензин, выкипающий до 200 п С), этан–бутановая фракция, газойли	Ненасыщенные углеводороды, бензол, толуол, ароматизированные фракции	700–900	0,09–0,15	0,1–3,0
Паркрекинг	Гудрон, природные битумы	Бензин, газойли, пек	415–430	0,03–0,04	240
Электрокрекинг	Метан	Этилен, ацетилен	1000–1300	0,14	0,01–01

Очень важным показателем эффективности переработки сырья является ГНП (глубина переработки нефти). Она показывает, сколько нефтепродуктов в процентном соотношении получается из нефти, не считая непревращенного остатка. В США этот показатель в среднем составляет 90%, а на некоторых предприятиях может доходить до 98%. В России средний показатель ГНП составляет 72%.

Такая разница обусловлена двумя причинами:

• высокой потребностью РФ в мазуте, который традиционно не учитывается при подсчете ГНП;
• высоким уровнем нефтеперерабатывающих технологий в США .

Впрочем, показатель ГНП в российской перерабатывающей промышленности постоянно растет, так в 1990 году он составлял всего лишь 65%.

Основные показатели нефтеперерабатывающей промышленности в России
Год	Мощности по сырью, млн т	Первичная переработка, млн т	Загрузка установок по первичной переработке нефти, %	Производство основных нефтепродуктов, млн т	Глубина переработки нефти, %
автомобильный бензин	дизельное топливо	мазут
1990	351	300	85	41	75,6	95	67,0
1995	304	185	61	28	43	60	63,0
2000	281	174	62	27,2	49,3	48,4	70,8
2001	281	178	63	27,6	50,1	50,3	70,6
2002	276	185	67	29	52,7	54,2	69,6
2003	271	190	70	29,3	53,8	57,2	70,1
2004	271	195	72	30,4	55,3	58,4	71,4
2005	264	207	79	31,9	59,9	56,7	71,6
2006	273	220	81	34,4	64,2	59,4	72,0
2007	279	229	82	35,1	66,4	62,4	71,9
2008	272	236	87	35,7	69	63,9	71,5
2009	267	236	88	35,8	67,3	64,4	71,8
2010	271	250	92	36	69,9	69,5	71,2
2011	282	256	91	36,6	70,6	73,3	70,8
2012	279	266	95	38,2	69,7	74,5	71,5

Нетрадиционные способы использования нефти

Товары, производящиеся из нефтесодержащей продукции, используются практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Это не только топливо, смазочные материалы, нефтехимическое сырье и растворители.

Одежда

Постепенно все большую популярность набирает одежда из синтетических материалов. Один из наиболее распространенных из них — полиэстер, получается из нескольких форм нефтепродуктов. Главными преимуществами одежды из полиэстера являются несминаемость и долговечность. Еще один популярный материал, получаемый из нефтепродуктов — нейлон. Из него производят практически любую одежду: от брюк и курток до женских колготок.

Лекарства

Из фенола, получаемого из нефти, производят ацетилсалициловую кислоту (аспирин), которая весьма популярна в мире. Полученные в результате переработки нефти этилы и спирт используются при производстве антибиотиков. Из еще одного продукта переработки нефти — нитробензола, получают анилигин, применяющийся при создании антимикробных препаратов.

Благодаря содержащимся в нефти углеводородам, можно производить молочную продукцию, колбасу, мясо и другие биогенные продукты. По подсчетам из 2% ежегодно добываемой в мире нефти можно произвести 2 млн тонн белка. Этого вполне достаточно для того, чтобы прокормить 2 млрд человек, что вполне могло бы решить проблему нехватки продовольствия на Земле, о которой все чаще твердят ученные в последнее время.

Существует миф, что из белка, созданного на основе нефти, производят икру. Он появился в 60-е годы XX века, когда в СССР только пробовали производить синтетическую икру, получаемую из бактерий, питательной средой которых служили нефтесодержащие растворы.

Косметика и парфюмерия

Продукты нефтехимии широко используются при производстве красителей, лаков, парфюмов, косметических карандашей, губной помады и теней для век.

Описанные выше процессы переработки нефти наиболее актуальны в данный момент. Но мир не стоит на месте, в последние годы создано немало технологий, которые могут в корне изменить процесс переработки нефтепродуктов и технологию их использования.

Так, китайские ученые разработали методику получения дизельного топлива из отработанного машинного масла, которая гораздо проще и дешевле производства дизельного топлива из нефти. В России уже давно ведется работа над технологией очистки светлых фракций нефти в одну стадию (без применения риформинга, гидроочистки и других сложных и затратных процессов) при помощи специального катализатора, что позволит снизить расходы на переработку в четыре раза.

Кто знает, какие еще открытия в сфере нефтепереработки могут произойти уже в самом ближайшем будущем.

Хранение и транспортировка

Для хранения нефти применяют специальные вертикальные резервуары надземного и подземного типов. Как правило, современные хранилища представляют собой хорошо организованные структуры – нефтебазы, предназначенные для приёмки и распределения нефти.

Транспортировка голубого топлива осуществляется с помощью:

• Нефтеналивных танкеров – судов ёмкостью до 30 000 тонн, перевозящих этот жидкий вид энергоресурса по морям и рекам.
• Нефтепроводов, позволяющих перемещать огромные объёмы нефти на значительные расстояния с минимумом затрат подземным способом.
• Железнодорожных цистерн, доставляющих нефть в незначительных объёмах в отдалённые местности.

Автомобильный вид транспорта экономически не выгоден для доставки сырой нефти, поэтому его используют для перевозки готовых нефтепродуктов конечным потребителям.

Назначение продукции нефтепереработки и перспективы развития отрасли

Значительная часть нефти используется в качестве топлива, но это крайне неэффективно. Великий русский учёный Д. И. Менделеев подчёркивал, что топить нефтью – всё равно, что жечь ассигнации. Гораздо выгоднее и экономичнее использовать этот вид углеводородов в качестве сырья для химической промышленности. Где из него изготавливают резинотехнические изделия, пластики, плёнку, ткани, косметику, парфюм, лекарства, удобрения, ядохимикаты и многое другое.

Поэтому нефтепереработка была и остаётся важнейшей отраслью промышленности, современной тенденцией которой, в связи с истощением природных энергоресурсов, становится углубление технологических процессов и повышение качества выпускаемого сырья.