Нефтепереработка

Нефтепереработка — это многостадийный технологический процесс физической и химической переработки сырой нефти в различные виды товарных нефтепродуктов, включая моторные топлива, масла, смазки, битумы, нефтехимическое сырьё и другие продукты. Является ключевой отраслью мировой и российской промышленности, обеспечивающей топливом транспорт, энергией тепловые и электростанции, а также сырьём для химической промышленности.

Технологическая схема и основные процессы

Современный нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) представляет собой сложный комплекс установок, реализующих несколько стадий переработки. В зависимости от набора процессов, глубины переработки и конечной продукции НПЗ делятся на топливные, топливно-масляные, топливно-нефтехимические.

Первичная перегонка (атмосферно-вакуумная перегонка)

Первый и обязательный этап, основанный на разности температур кипения компонентов сырой нефти. Нагретая до 350–380 °C нефть поступает в ректификационную колонну, где разделяется на фракции:

• Газы (пропан, бутан, изобутан) — отбираются с верха колонны.
• Бензиновая фракция (Ткип = 30–200 °C) — компонент бензина.
• Керосиновая фракция (Ткип = 150–300 °C) — сырьё для реактивного и тракторного керосина.
• Дизельная фракция (Ткип = 230–360 °C) — сырьё для дизельного топлива.
• Мазут (Ткип > 360 °C) — остаток атмосферной перегонки, который далее перерабатывается в вакуумной колонне на:
• Вакуумный газойль (фракция 360–560 °C) — сырьё для каталитического крекинга.
• Гудрон (Ткип > 560 °C) — остаток, используемый для производства битума, кокса, масел.

Вторичные (деструктивные) процессы

Вторичные процессы предназначены для увеличения выхода светлых нефтепродуктов (бензина, дизеля) из мазута и гудрона, а также для улучшения качества фракций. Ключевые из них:

• Каталитический крекинг. Вакуумный газойль при температуре 500–550°C в присутствии цеолитсодержащего катализатора распадается на более лёгкие молекулы. Выход бензина составляет 40–50% от сырья. Побочные продукты — жирный газ (сырьё для алкилирования) и лёгкий газойль.
• Гидрокрекинг. Вакуумный газойль или гудрон перерабатывается при высоком давлении (до 200 атм) и температуре 350–450 °C в присутствии водорода на катализаторах. Позволяет получить высококачественное дизельное топливо, бензин, реактивное топливо. Даёт меньший выход низкооктанового бензина, чем крекинг, но больше дизеля.
• Каталитический риформинг. Переработка бензиновой фракции (прямогонного бензина) для повышения её октанового числа (до 95–100 пунктов) путём ароматизации (превращения нафтенов и парафинов в ароматические углеводороды). Процесс сопровождается выделением водорода, который используется в гидрокрекинге и других процессах.
• Алкилирование. Реакция изобутана с олефинами (пропиленом, бутиленом) в присутствии кислотных катализаторов (серной или фтороводородной кислоты). Продукт — алкилат с октановым числом 93–96, являющийся ценным компонентом бензина.
• Изомеризация. Превращение нормальных парафинов (н-пентана, н-гексана) в их изомеры. Процесс повышает октановое число лёгких бензиновых фракций, не образуя ароматики (которая ухудшает экологичность топлива).
• Коксование. Процесс термического (некаталитического) крекинга гудрона, протекающий при температуре 500–550 °C при атмосферном давлении. Продукты — кокс (электродный или марочный), газойль коксования, углеводородный газ.

Очистка и компаундирование

Конечные продукты проходят обязательную очистку:

• Гидроочистка — удаление серы, азота, металлов из бензинов, керосинов, дизельного топлива путём взаимодействия с водородом на катализаторах при высокой температуре и давлении. Необходима для соответствия стандартам качества (Евро-5, Евро-6).
• Адсорбционная и экстракционная очистка — применяется для производства масел (удаление смол, полициклических углеводородов).

Завершающая стадия — компаундирование — смешение нескольких компонентов для получения товарных продуктов с заданными характеристиками (октановое число, цетановое число, температура застывания, содержание серы).

Классификация нефтепродуктов

Итоговая продукция нефтепереработки делится на несколько категорий:

1. Моторные топлива (основная массовая группа):

• Автомобильные бензины (с октановыми числами 80, 92, 95, 98).
• Дизельное топливо (летнее, зимнее, арктическое).
• Реактивное топливо (ТС-1, РТ).
• Газотурбинное и котельное топливо.
• Топливо для судовых двигателей.

1. Масла и смазки:

• Моторные масла (базовые масла I–IV групп).
• Индустриальные, трансмиссионные, турбинные, компрессорные масла.
• Пластичные смазки.

1. Нефтехимическое сырьё:

• Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы).
• Олефины (этилен, пропилен, бутилены) — получают пиролизом бензиновых фракций.
• Сырьё для производства пластмасс, синтетических волокон, каучуков.

1. Твёрдые продукты:

• Нефтяной кокс (используется в металлургии, для производства электродов).
• Битумы (дорожные, строительные, кровельные).
• Парафины, церезины.

1. Прочие продукты:

• Сжиженные углеводы (пропан-бутановые смеси).
• Технический углерод (сажа).
• Растворители (уайт-спирит, керосин для промывки).

Нефтепереработка в России

Россия является одним из крупнейших в мире производителей и переработчиков нефти. Мощности НПЗ России в 2023–2024 годах составляли около 290–300 млн тонн в год по первичной переработке. Крупнейшие центры нефтепереработки исторически сложились в Поволжье (Самарская область, Башкортостан, Татарстан), Западной Сибири (Омск), на Северо-Западе (Кириши, Ухта) и в Центральной России (Москва, Рязань). После 2022 года активно ведётся программа модернизации НПЗ с целью увеличения глубины переработки (до 85–90%) и выхода светлых нефтепродуктов, а также перехода на выпуск топлив стандарта Евро-5 и выше. Важной тенденцией является развитие процессов гидрокрекинга и каталитического крекинга для замедления роста потребления мазута.

Крупнейшие российские НПЗ (по мощности, млн т/год)

Экологические аспекты и перспективы

Нефтепереработка сопряжена с выбросами загрязняющих веществ: оксидов серы, азота, углерода, твёрдых частиц, а также с образованием сточных вод, содержащих нефтепродукты, фенолы и тяжёлые металлы. Основные пути снижения экологического воздействия:

• Глубокая очистка (гидроочистка с рекуперацией серы).
• Замкнутые системы водопользования.
• Утилизация газов и их использование в энергетике.
• Клаус-процесс для переработки сероводорода в элементарную серу.

Перспективы развития отрасли связаны с повышением глубины переработки (цель — 95–98%), утилизацией тяжёлых остатков, внедрением процессов переработки нефтяных шламов, а также интегрированием нефтепереработки с нефтехимией (нефтехимический кластер) для получения продуктов с высокой добавленной стоимостью. В условиях энергетического перехода наблюдается тенденция к замедлению роста спроса на моторные топлива, что стимулирует развитие каталитических процессов для производства сырья для пластмасс и полимеров.

Источники

1. Солодова Н.Л., Терентьева Н.А. Нефтепереработка: учебное пособие. — Казань: КНИТУ, 2020.
2. Азингер Ф., Бергманн Р. Технология переработки нефти. — М.: Профессия, 2010.
3. Официальные данные Министерства энергетики РФ. (Основные показатели нефтеперерабатывающей промышленности).
4. Магарил Е.Р. Теоретические основы химических процессов нефтепереработки. — М.: Химия, 2004.
5. Ставкин Г.П. Нефтеперерабатывающая промышленность России: от империи до современности. — М., 2013.