Зачем и как перерабатывать нефтяные остатки в моторные топлива

В наступившем XXI в. актуальнейшей проблемой мировой экономики будет исчерпание запасов нефти. Извлекаемых ее за-

пасов в мире (~140 млрд т) при сохранении нынешнего уровня до­бычи (~3,2 млрд т) хватит примерно на 40 лет. А запасов нефти в России (< 7 млрд т) при нынешнем уровне добычи - 300 млн т/год -хватит лишь на 22 года. Запасы ее в последнее десятилетие прак­тически не восполнялись новыми геологическими открытиями ме­сторождений типа Самотлора и к тому же они истощались в ре­зультате неэффективной разработки и неглубокой переработки. Так, за период с 1991 по 1999 год темпы прироста извлекаемых запасов нефти по отношению к объему ее добычи уменьшились с 1,81 до 0,42. К тому же в ближайшие два-три десятилетия мы об­речены работать с трудно извлекаемыми низко рентабельными запасами, малодебитными месторождениями с высокой степенью выработанности начальных запасов нефти. Так, степень вырабо-танности начальных запасов нефти по разрабатываемым место­рождениям Западной Сибири составляет ныне 38,7 %, по Волго-Уральскому региону - 68,8 %, Северному Кавказу - 82 %. (Выра-ботанность наиболее крупных месторождений превысила: Само-тлорского - 68 %, Федоровского - 63, Мамонтовсого - 74, Ро-машкинского - 86 и Арланского - 84 %). С ростом выработаннос­ти естественно растет обводненность добываемой нефти, снижа­ются дебиты скважин и темпы отбора запасов. Обводненность из­влекаемой нефти в среднем по России в настоящее время состав­ляет 82 %. Дебиты добывающих нефтяных скважин снизились за последние 20 лет более чем в 5 раз, при этом в некоторых регио­нах (Татнефть, Башнефть, Пермьнефть) их уровень составляет около 5 т/сутки.

Таким образом, проблема дефицита дешевой нефти для России становится исключительно актуальной. Но тем не менее Россия, как и в годы «нефтяного бума», продолжает экспортировать нефти в боль­ших объемах (около половины добычи). Не исключено, что если сво­евременно не покончить с ошибочными представлениями о «неисся­каемости, неисчерпаемости и дешевизне нашей нефти», то через не­сколько десятилетий придется внести ее в «Красную книгу» природ­ных ресурсов, и последующее поколение россиян будет вынуждено синтезировать ее из твердых горючих ископаемых.

Эффективность переработки добываемой нефти в России, США и странах Западной Европы в 1999 г. показана в табл. 11.5.

Таблица 11.5

Показатели нефтеперерабатывающего комплекса мира, США, Западной Европы и России (за 1999 г.)

Из нее следует, что нефтепереработка России существенно от­стает не только по объему и глубине переработки нефти, но и по пре­вращению ее в моторные виды топлива.

В условиях реально наступающего дефицита нефти и возра­стающих сложностей по ее извлечению из недр земли, а также при наличии в достаточных количествах газового и угольного топлива для сжигания в топках котлов существующая практика нерационального расходования нефтяных ресурсов не может быть оправдана. Нефть должна полностью и без остатка перера­батываться с получением только высококачественных и эколо­гически чистых продуктов, прежде всего моторных топлив, вы­сокоиндексных смазочных масел и сырья для нефтехимического синтеза. Стратегическим направлением развития нефтеперера­ботки следует считать (узаконить) глубокую и безостаточную пе­реработку нефти и значительное сокращение объемов экспорта. При этом тепло- и электроэнергетику России, обладающей боль­шими запасами газа (более трети мировых) целесообразно пере­вести на более экологически чистые и ресурсообеспеченные «го­лубое» и ядерное топлива.

Глубина отечественной переработки нефти за последние 30 лет, несмотря на многократное принятие государственных программ по

этой проблеме, практически не повышалась и «застыла» на уровне 64-65 %. Остальная ее треть в виде сернистого и высокосернистого котельных топлив сжигалась и продолжает сжигаться на тепло- и электростанциях, выбрасывая в воздушный бассейн россиян огром­ные количества токсичных оксидов серы и азота. В настоящее вре­мя и в перспективе нет альтернативы рациональному и комплекс­ному использованию нефти и глубокой «безостаточной» ее перера­ботке.

При нынешнем состоянии техники и технологии нефтеперера­ботки отечественные НПЗ способны превратить в моторное топливо лишь дистиллятные фракции нефти, выкипающие до 500 °С (~ 2/3 ее части) Остальная треть нефти в виде гудрона традиционно ис­пользуется как котельное топливо, битум, нефтяные пеки, сырье кок­сования и т.д.

Непреодолимым до сих пор техническим барьером для глубокой и безостаточной ее переработки являлись проблемы, связанные, во-первых, с избытком углерода и, во-вторых, с повышенным содержа­нием в нефтяных остатках металлов, являющихся необратимыми яда­ми для катализаторов.

Известно, что нефть, особенно тяжелая типа арланской, содер­жит меньше водорода (и больше углерода), чем моторные топлива. Усредненная нефть (как товарная западно-сибирская) содержит 86 % углерода, 12,7 % водорода и 1,3 % гетероатомов (преимуще­ственно серы). Содержание водорода в бензине (с суммарным содер­жанием ароматики 25%) и дизельном топливе составляет соответ­ственно 14 и 13,3 % масс. При соотношении бензин:дизельное топли­во 1:1,5 (характерном для России) содержание Н₂ в усредненном мо­торном топливе составит 13,6 %. Следовательно, для превращения нефти в моторные топлива и удаления гетероатомов теоретически потребуется введение Н₂ извне в количестве 1 % масс, на исходную нефть. При этом теоретический выход моторных топлив можно до­вести до 98-99 %. Однако гидрирование высокомолекулярных состав­ляющих нефти (типа мазутов и гудронов) с низким содержанием водорода (в гудроне его ~ 10-11 %) потребует проведения гидроката­литических процессов при температурах ~450 °С и чрезвычайно высоких давлениях (20-30 МПа) и с исключительно большими рас­ходами дорогих катализаторов из-за быстрого их отравления метал-

лами, сконцентрированными в нефтяных остатках. Следовательно, гидрокаталитические варианты глубокой переработки нефтяных ос­татков экономически и технически бесперспективны для отечествен­ной нефтепереработки. Гидрокаталитические процессы (например, гидрокрекинг) могут быть использованы лишь для углубленной пе­реработки деасфальтизированных и деметаллизированных нефтя­ных остатков или высококипящих дистиллятных фракций нефти типа вакуумных и глубоковакуумных газойлей

В мировой нефтепереработке преобладают технологические про­цессы, основанные на удалении из нефтяных остатков избытка уг­лерода и перераспределении содержащегося в исходной нефти водо­рода. Расчеты по балансам водорода показывают, что для производ­ства моторных топлив теоретически потребуется удалить из усред­ненной нефти 5,3% стопроцентного углерода или 5,5% углерода в виде нефтяного кокса, кокса на катализаторе, адсорбенте или кон­такте. Таким образом, предельный выход моторных топлив из ус­редненной нефти составит -93 %.

Фактический выход моторных топлив будет обусловливать­ся качеством перерабатываемой нефти, прежде всего элемент­ным, фракционным и химическим ее составом. Разумеется, при переработке легких нефтей или газоконденсатов этот показатель будет выше 93 %, а из тяжелых сернистых и высокосернистых нефтей (типа арланской) выход моторных топлив составит не более 90 %

Наибольшую трудность в нефтепереработке представляет ква­лифицированная переработка гудронов (остатков вакуумной, а в последние годы - глубоковакуумной перегонки) с высоким содер­жанием асфальтосмолистых веществ, металлов и гетеросоединений, требующая значительных капитальных и эксплуатационных зат­рат. В этой связи на ряде НПЗ страны и за рубежом часто ограни­чиваются неглубокой переработкой гудронов с получением таких нетопливных нефтепродуктов, как битум, нефтяной пек и котель­ное топливо.

Из процессов глубокой химической переработки гудронов, осно­ванных на удалении избытка углерода, в мировой практике наиболь­шее распространение получили следующие:

1) замедленное коксование (ЗК), предназначенное для производ­ства кускового нефтяного кокса, используемого как углеродистое

сырье для последующего изготовления анодов, графитированных электродов для черной и цветной металлургии, а также низкокаче­ственных дистиллятных фракций моторных топлив и углеводород­ных газов;

2) термоконтактное коксование (ТКК), так называемый непре­рывный процесс коксования в кипящем слое (за рубежом - флюид-крекинг, целевым назначением которого является получение дистил­лятных фракций, газов и побочного порошкообразного кокса, исполь­зуемого как малоценное энергетическое топливо;

3) комбинированный процесс ТКК с последующей парокисло-родной (воздушной) газификацией порошкообразного кокса (про­цесс «Флексикокинг» с получением кроме дистиллятов синтез-га­зов;

4) процессы каталитического крекинга или гидрокрекинга нефтя­ных остатков после их предварительной деасфальтизации и деме-таллизации (ДА и ДМ) посредством следующих некаталитических процессов:

- сольвентной ДА и ДМ (процесс «Демекс» фирмы «ЮОП», «Розе» фирмы «Керр-Макги» и др) с получением деасфальтизатов с низкой коксуемостью и пониженным содержанием металлов и трудноутили-зируемого остатка - асфальтита; они характеризуются высокой энер­гоемкостью, повышенными капитальными и эксплуатационными зат­ратами; - процессы термоадсорбционной ДА и ДМ (процессы «APT» США, в Японии «НОТ» и «ККИ» и др.) с получением облагороженно­го сырья для последующей каталитической переработки;

- высокотемпературные процессы парокислородной газифика­ции тяжелых нефтяных остатков с получением энергетических или технологических газов, пригодных для синтеза моторных топлив, производства водорода, аммиака, метанола и др. Эти процессы ха­рактеризуются исключительно высокими капитальными и эксплуа­тационными затратами.

Перечисленные выше процессы, за исключением замедленного коксования, не предусматриваются в государственных программах строительства и развития нефтепереработки России на ближайшую перспективу. В то же время на многих НПЗ страны осуществляется строительство бесперспективного процесса висбрекинг. Надо отме­тить, что в этом процессе не происходит удаление избыточного угле­рода гудрона, осуществляется лишь незначительное снижение вяз-

кости остатка, что позволяет несколько уменьшить расход дистил-лятного разбавителя при получении котельного топлива.

Для безостаточной переработки тяжелых нефтяных остатков в моторные топлива наиболее приемлемы, по мнению автора кни­ги, термоконтактные процессы, осуществляемые при повышен­ных температурах крекинга и малом времени контакта на по­верхности дешевого природного адсорбента в реакторах нового поколения и регенераторах-котлах с получением дистиллятных полупродуктов, направляемых на облагораживание и каталити­ческую переработку.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: