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:
- Нефть проходит процесс сепарации, т. е. отделение газа от нефти в специальных установках.
- Далее в аппаратах-отстойниках из полученной жидкости удаляется вода.
- Очистка сырой нефти от соли может производиться как с помощью специальных установок комплексной подготовки нефти, так и непосредственно на нефтеперерабатывающем заводе.
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:
- Бензин (температура выкипания 150–180 градусов ). Низкооктановый бензин полностью готов уже на стадии первичной переработки. Высокооктановый бензин получают после вторичной переработки.
- Керосин (температура выкипания 120–315 градусов). Применяется в реактивных и тракторных двигателях, осветительных приборах и в качестве сырья для установок гидроочистки.
- Дизельное топливо (температура выкипания 180–360 градусов). Используется в качестве топлива или сырья для установок гидроочистки при вторичной переработке.
- Мазут (температура кипения более 350 градусов). Используется в качестве топлива для котельных или сырья для гидроочистки и термического крекинга при вторичной переработке.
- Вакуумные дистилляты (температура выкипания порядка 350–500 градусов). Применяются в качестве сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга при вторичной очистке.
- Гудрон (температура выкипания более 500 градусов). Применяется при производстве битумов и масел, а также в качестве сырья для крекинга при вторичной переработке.
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:
- Термический — происходит путем нагревания нефтяного сырья.
- Каталитический — происходит путем воздействия на сырье высокой температуры и специальных катализаторов.
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:
- Гидроочистка: изменений в молекулярной структуре сырья практически не происходит.
- Гидрооблагораживание: изменяется около 10% молекулярной структуры сырья.
- 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)⋅103 |
| 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.
Еда
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.
