Переработка нефти: технология и продукция¶

Переработка нефти — это совокупность технологических процессов промышленной подготовки сырой нефти и её физико-химической трансформации в товарные нефтепродукты и сырьё для нефтехимии. Относится к отрасли нефтеперерабатывающей промышленности, которая является промежуточным звеном между добычей углеводородов и их конечным потреблением.

¶Сырьё и подготовка

Исходным сырьём служит сырая нефть — природная горючая маслянистая жидкость, представляющая собой сложную смесь углеводородов (алканов, циклоалканов, аренов) с примесями сернистых, азотистых и кислородных соединений, а также воды и минеральных солей. Качество сырья определяется физико-химическими свойствами: плотностью, вязкостью, содержанием серы, парафинов и фракционным составом.

Перед переработкой нефть проходит первичную подготовку на промыслах и установках: обезвоживание (отделение пластовой воды), обессоливание (удаление хлоридов) и стабилизацию (дегазацию). Подготовленная нефть транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), где поступает в резервуарные парки сырья.

¶Первичная переработка

¶Атмосферно-вакуумная перегонка

Основой первичной переработки является перегонка — физическое разделение нефти на фракции по температурам кипения. Процесс проводится в ректификационных колоннах в две стадии:

• Атмосферная перегонка (при давлении, близком к атмосферному) позволяет выделить лёгкие фракции: газ (метан, этан, пропан, бутан), бензиновую фракцию (30–200 °C), керосиновую (180–300 °C) и дизельную (200–360 °C). Остаток — мазут.
• Вакуумная перегонка мазута (при пониженном давлении) предотвращает термическое разложение тяжёлых углеводородов. В результате получают вакуумный газойль (350–500 °C) и гудрон (остаток выше 500 °C).

Выход светлых нефтепродуктов при первичной перегонке обычно составляет 45–60 % от массы нефти. Для углубления переработки применяют вторичные процессы.

¶Вторичная переработка

Вторичные процессы направлены на увеличение выхода светлых нефтепродуктов, повышение их качества и получение сырья для нефтехимии.

¶Термические процессы

• Крекинг — расщепление тяжёлых углеводородов на более лёгкие под действием высокой температуры. Различают термический крекинг (при 450–550 °C и высоком давлении) и более совершенный висбрекинг — мягкий термический крекинг гудрона для снижения вязкости и получения дополнительных количеств газойля.
• Коксование — глубокий термический процесс (500–550 °C) переработки тяжёлых остатков в нефтяной кокс, газ и дистилляты.

¶Каталитические процессы

• Каталитический крекинг — основной процесс углубления переработки. Проводится при 480–550 °C в присутствии цеолитсодержащих катализаторов. Позволяет получать из вакуумного газойля высокооктановый бензин, лёгкий газойль и сжиженный газ.
• Каталитический риформинг — процесс превращения низкооктановых бензиновых фракций в высокооктановый компонент товарного бензина. Сопровождается дегидрированием и изомеризацией углеводородов с образованием ароматических соединений. Побочным продуктом является водород, используемый в гидропроцессах.
• Гидрокрекинг — процесс расщепления тяжёлого сырья под давлением водорода (10–20 МПа) при 350–450 °C. Даёт широкий спектр продуктов: от бензина до смазочных масел, характеризуется высоким качеством получаемых топлив.
• Гидроочистка — удаление серы, азота и металлов из фракций путём обработки водородом. Применяется для дизельного топлива, керосина и вакуумного газойля. Обеспечивает соответствие продукции экологическим стандартам по содержанию серы.
• Изомеризация — превращение нормальных парафинов в изопарафины для повышения октанового числа лёгких бензиновых фракций.
• Алкилирование — соединение олефинов с изобутаном с образованием высокооктанового алкилата — ценного компонента бензина.

¶Продукция нефтепереработки

Основные товарные продукты НПЗ:

• Моторные топлива — автомобильные бензины (АИ-92, АИ-95, АИ-98), дизельное топливо (летнее, зимнее, арктическое), авиационный керосин (ТС-1, Jet A-1).
• Нефтяные топлива — мазут, судовое топливо, печное бытовое топливо.
• Смазочные материалы — базовые масла, товарные моторные, трансмиссионные и индустриальные масла, пластичные смазки.
• Битумы — дорожные, строительные, кровельные.
• Нефтяной кокс — используется в электродной промышленности и металлургии.
• Сжиженные углеводородные газы — пропан-бутановые смеси для коммунально-бытового потребления и нефтехимии.
• Нефтехимическое сырьё — бензол, толуол, ксилолы, парафины, олефины.

¶Технологическая схема и глубина переработки

Современный НПЗ представляет собой комплекс установок, объединённых технологическими потоками. Типовая схема включает: атмосферно-вакуумную перегонку, каталитический риформинг, гидроочистку дистиллятов, каталитический крекинг или гидрокрекинг вакуумного газойля, производство битума и серы.

Ключевой показатель эффективности — глубина переработки нефти (ГПН), определяемая как отношение выхода светлых нефтепродуктов и газов к массе переработанной нефти. В России средняя глубина переработки составляет около 85 %, на лучших НПЗ достигает 92–95 %. Для сравнения, в США и Европе этот показатель превышает 95 %. Низкая глубина означает высокую долю мазута, реализуемого как низколиквидный продукт.

¶Экологические аспекты

Нефтепереработка сопряжена с выбросами загрязняющих веществ: оксидов серы, азота, углерода, углеводородов. Основные направления экологизации отрасли:

• Ужесточение требований к качеству топлив (переход на стандарты Евро-5 и выше) через развитие гидроочистки.
• Сокращение выбросов серы за счёт установок производства элементарной серы из сероводорода.
• Повышение энергоэффективности и утилизация попутных газов.
• Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение.

¶История развития

Промышленная переработка нефти началась в середине XIX века. Первый нефтеперегонный завод в России был построен братьями Дубиниными в 1823 году в Моздоке. В 1860-х годах масштабная переработка развернулась в Баку. В начале XX века возникли термический и каталитический крекинг. В 1936 году в США запущен первый промышленный каталитический крекинг. После Второй мировой войны получил развитие каталитический риформинг. С 1970-х годов активно внедряются гидрокрекинг и гидроочистка в связи с ужесточением экологических норм.

¶Крупнейшие производители

Ведущими странами по объёмам нефтепереработки являются США, Китай, Россия, Индия, Япония и Саудовская Аравия. Крупнейшие российские НПЗ: Омский (компания «Газпром нефть»), Киришский («Сургутнефтегаз»), Рязанский и Московский («Роснефть»), Нижегородский («Лукойл»). Отрасль характеризуется высокой капиталоёмкостью и длительными сроками окупаемости проектов.