Просто о сложном

Термические процессы

Термические процессы нефтепереработки позволяют получать различные нефтепродукты под воздействием тепла и высокого давления. Первым из таких процессов стал термический крекинг. В настоящее время раз-

личные варианты термических процессов (коксование, пиролиз, флексикокинг, висбрекинг) используются в первую очередь для переработки тяжелых фракций нефти и нефтяных остатков. К примеру, коксование позволяет получать из них твердый нефтяной кокс (состоящий преимущественно из углерода), а также низкокипящие углеводороды, которые можно использовать в каче-

стве сырья для других процессов с последующим получением ценных моторных топлив. Висбрекинг применяют для получения главным образом котельных топлив (топочных мазутов) из гудронов. Флексикокинг предназначен для переработки остатков различных процессов, которые смешиваются с нагретым коксовым порошком и дают на выходе разнообразные компоненты жидких топлив­ и газ. Пиролиз используется для получения углеводородного газа, содержащего такие вещества, как этилен, пропилен и дивинил, — сырье для нефтехимической промышленности.

Гидропроцессы

Вгидропроцессах все реакции происходят под действием водорода. Простейший­ гидропроцесс — гидроочистка. Она применяется для того, чтобы удалить из нефтепродуктов компоненты, содержащие серу, и не-

которые другие соединения. При высоком давлении и температуре сырье смешивается с водородом и катализатором. В результате атомы серы освобождаются от предыдущих химических связей и соединяются с атомами водорода, образуя стойкое химическое соединение — сероводород, который легко отделяется в виде газа. Гидроочистке подвергаются бензиновые фракции, керосиновые фракции, дизельное топливо, вакуумный газойль и фракции масел.

Гидрокрекинг — один из видов крекинга, используемый для получения бензина, дизельного и реактивного топлива, смазочных масел, сырья для каталитического крекинга и др. Одновременно с реакциями крекинга происходит гидроочистка продуктов от соединений серы и насыщение водородом непредельных углеводородов, то есть получение устойчивых соединений.

производить разные сорта дизельного топлива из различных смесей углеводородов с учетом дальнейшего применения. За основу принимают средние дистилляты прямой перегонки — в советские времена их использовали без лишних примесей — это всем известная солярка. Ценный компонент дизеля — газойль гидрокрекинга, у него высокое цетановое число и малое содержание посторонних примесей. Вообще гидроочистка — обязательный процесс при получении качественного дизеля — в средних и тяжелых дистиллятах скапливается максимальное количество серы и других примесей, бывших в исходном сырье.

ТОПЛИВО ДЛЯ ФОНАРЕЙ И САМОЛЕТОВ

Керосин был первым видом ­топлива, который стали получать из нефти с помощью перегонки. Первоначально

он использовался в основном для уличного освещения. Керосин представляет собой прозрачную, бесцветную или желтоватую, слегка маслянистую на ощупь жидкость — смесь углеводородов, молекулы которых содержат от восьми до 15 атомов углерода. Температура

кипения керосинов находится в интервале 150–250°C.

Сегодня керосин применяют в первую очередь как авиационное реактивное топливо, а также в качестве компонента жидкого ракетного топлива, в бытовых нагревательных и освети-

тельных приборах, в аппаратах для резки металлов, как растворитель, а также как сырье для нефтеперерабатывающей промышленности.

Реактивное топливо получают из малосернистого или обессеренно-

го керосина, легкого газойля коксования и гидрокрекированных компонентов. Оно проходит строгую проверку качества по таким параметрам, как плотность, вязкость, низкотемпературные характеристики, электропроводность, коррозионные свойства и др. В реактивных топливах недопустимо присутствие сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, мыла нафтеновых кислот, механических примесей, воды.

Мировое производство реактивного­ топлива составляет в среднем 5% от

перерабатываемой нефти. В мирное время военные потребляют около 10% от общих ресурсов реактивных топлив. 

Каталитический риформинг

Каталитический риформинг — процесс переработки прямогонных бензиновых фракций нефти. Его задача улучшать исходное сырье за счет увеличения октанового числа. В процессе риформинга алканы превращаются в так называе-

мые ароматические углеводороды, характерная черта которых — замкнутая структура молекулы или наличие бензольного кольца — группы из шести атомов углерода, соединенных друг с другом по кругу. Самое простое и одно из самых распространенных ароматических соединений — бензол, молекула которого состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода. Свое название эта группа веществ получила благодаря тому, что первые открытые ее представители обладали приятным запахом. В дальнейшем понятие «ароматичность» стали связывать не с запахом, а с определенными химическими свойствами, характерными для этих соединений.

Продукты каталитического риформинга (риформат) используют не только как компонент для производства автобензинов, но и как сырье для извлечения индивидуальных ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол и ксилолы. Ароматика, в свою очередь, становится сырьем для производства самых различных пластиков.

Алкилирование

А лкилирование — это процесс, который позволяет получить высокооктановые бензиновые компоненты (алкилат) из непредельных углеводородных газов. В основе процесса лежит реакция соединения алкена и алкана с получением

алкана с числом атомов углерода, равным сумме атомов углерода в исходных соединениях. По сути это реакция, обратная крекингу, так как в результате получаются вещества с более длинными цепочками молекул и большей молекулярной массой. Впоследствии алкилат смешивают с низкооктановыми бензиновыми фракциями, получая на выходе облагороженный бензин.

Изомеризация

И зомеризация — процесс получения изоуглеводородов, то есть углеводородов с более разветвленными цепочками атомов углерода, из углеводородов нормального строения. Например, если молекула пентана представляет собой це-

почку из пяти расположенных друг за другом атомов углерода, то изопентан — это цепочка из четырех атомов углерода с ответвлением, образованным пятым атомом углерода. Изомеризация позволяет повысить октановое число смеси и используется для облагораживания бензина.

Молекула пентана и молекула изопентана (справа)

ТАКОЙ РАЗНЫЙ МАЗУТ

Одна из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива — топочные мазуты. Они используются в котельных агрегатах электростанций, в технологических печах в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве, в судовых котельных установках, газовых турбинах.

Хотя мазутом называют остатки ­первичной перегонки нефти, топочный мазут — это, как правило, многокомпонентное топливо, в которое, помимо прямогонного мазута, добавляют фракции, оставшиеся после процессов крекинга и висбрекинга, тяжелые газойли катали-

тического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства, легкие газойли вторичных процессов.

Добавление более легких дистиллятов необходимо для поддержания вязкости мазута в соответствии со стандартами.

Вязкость мазутов может варьироваться в значительных пределах, а потому­ это важнейший показатель качества

котельных и тяжелых моторных топлив, который положен в основу маркировки мазута. Вязкость влияет на выбор способа сливных и наливных операций при его отгрузке, на их продолжительность, на условия транспортировки продукта, эффективность работы форсунок двигателя, распыляющих топливо.

Качество мазута также определяется такими характеристиками, как содержание воды, механических и минеральных примесей, зольность*, температура застывания и вспышки**, теплота сгорания. От них зависят условия применения горючего. Например, для топлив, которые используются в газотурбинных установках, очень важно низкое содержание ванадия и серы, так как они ­вызывают коррозию турбинных лопаток. А влага­ в мазуте может привести к расстрой-

ству режима горения из-за возможного образования водных пробок, прерывающих равномерную подачу топлива к форсункам.

Опыт «Газпром нефти»

Повышение глубины переработки нефти на НПЗ с соответственным сокращением­ объема производства нефти и увеличением выхода­ маржинальных продуктов — один из стратегических приоритетов

«Газпром­ нефти». Компания занимает лидирующие позиции как на рынке битумных материалов в целом, так и среди инновационных полимерно-­ битумных вяжущих в частности. Ежегодный объем продаж битумных материалов составляет порядка 1,75 млн тонн. Основные мощности «Газпром нефти» по производству битумов расположены в Москве, Омске, Ярославле, Рязани, а также в ­Сербии и Казахстане. Компания активно поддерживает внедрение инновационной составляющей в производство битумной про-

дукции. В 2014 году на совместном предприятии «Газпромнефть-Тоталь ПМБ» на Московском НПЗ запущено производство полимерно-битумного вяжущего премиум-класса G-Way Styrelf. Этот ПБВ отличается повышенными эксплуатационными характеристиками. Они достигаются модификацией вещества на химическом уровне за счет введения специального реагента, позволяющего формировать устойчивую трехмерную пространственную структуру продукта. Как показали первые опыты экс­плуатации такого ПБВ на экспериментальных участках автодорог, дорожное покрытие с применением современных вяжущих более устойчиво к образованию колеи и трещин, а также к воздействию­ высоких транспортных нагрузок.

Широк и ассортимент масел и смазок, которые производятся «Газпром нефтью». Компания занимает значительные рыночные ниши в индустриальном сегменте, выпускает судовые масла и все виды автомобильных масел и смазок. За несколько лет «Газпром нефти» удалось занять значительную нишу на российском рынке моторных масел, в том числе и в массовом сегменте масел для легковых автомобилей. Масла выпускаются под брендами «Газпром нефть» и G-Energy. Последний бренд относится к категории премиальных.

Еще одна важная ­характеристика — коксуемость топлива, способность образовывать твердый углеродистый осадок на деталях топливной системы при нагревании без доступа воздуха. Высокий показатель коксуемости нежелателен для котельных топлив, так как с ним связано повышенное ­отложение

кокса­ возле устья форсунок, из-за чего искажается форма факела, ухудшается распыление топлива, оно сгорает не полностью.

Последнее десятилетие потребление мазута в мире перманентно уменьшалось. Предполагается, что эта тенденция сохранится и дальше. Причина тому — высокое содержание вредных веществ в попадающих в атмосферу продуктах сжигания этого топлива и увеличение глубины переработки нефти.

… И ПРОЧИЕ ПРОДУКТЫ

Из нефти также получают технический углерод (сажу), кокс. Сажа — это мелкие частицы углерода. Это продукт неполного сгорания или термического разложения (нагрева без доступа воздуха) углеводородного сырья — высокоароматизированных фракций нефти, природных и попутных газов. Технический углерод используют при производстве резины, пластмасс и некоторых сплавов, а также черных пигментов для полиграфической и лакокрасочной промышленности. Кокс, как и сажа, преимущественно состоит из углерода. Он применяется при выплавке алюминия, изготовлении химической аппаратуры, работающей в условиях агрессивных сред, в ракетной технике и других областях. Кокс получают из нефтяных остатков (гудронов, крекинг-остатков, тяжелых газойлей, остатков масляного производства и т. п.)

с помощью коксования — разновидности процесса глубокого термического крекинга, при котором из тяжелых нефтяных остатков окончательно удаляются все легкие и относительно легкие фракции углеводородов.