Перегонка нефти, первичная и вторичная переработка нефти. Как происходит первичная переработка нефти? Современные методы глубокой переработки нефти
Введение
Нефть
Состав
Углеводородные соединения
Гетеросоединения
Физические свойства
Способы переработки
Первичная переработка
Подготовка нефти а переработке
Общие сведения о перегонке и ректификации нефти
Нефтяные фракции
Вторичная переработка
Типы и назначение термолитических процессов
Процесс получения бензина из керосина
Процесс получения битумов
Процесс получения технического углерода
Повышение октанового числа
Экологические проблемы
Месторождения нефти в РФ
Цены на нефть
Нефть и жизнь
I. ВВЕДЕНИЕ
Нефть и продукты ее преобразования были известны еще в далеком прошлом, их использовали для освещения или в лечебных целях. Потребность в нефти и нефтепродуктах резко возросла в начале XX в. в связи с появлением двигателей внутреннего сгорания и быстрым развитием промышленности.
В настоящее время нефть и газ, а также получаемые из них продукты применяются во всех отраслях мирового хозяйства.
Нефть и газ используются не только в качестве топлива, но и в качестве ценного сырья для химической промышленности. Великий русский ученый Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть в топках - преступление, так как она является ценным сырьем для получения множества химических продуктов. Из нефти и газа в настоящее время вырабатывается огромное число продуктов, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве, в быту (минеральные удобрения, синтетические волокна, пластмассы, каучук и т. д.). В последние годы во многих странах мира ведутся исследования с целью переработки нефти и нефтепродуктов при помощи микроорганизмов в белки, которые могут быть использованы как корм для скота.
Экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. Поэтому нефть с начала ее промышленной добычи и до настоящего времени является предметом острой конкурентной борьбы, причиной многих международных конфликтов и войн.
Зависимость государства от нефти как сырья или способа экономического влияния, определяет её уровень развития и положение на мировой арене.
Итак, нефть играет очень значимую роль в современном мире. Это не только одно из важнейших полезных ископаемых, которое является сырьем для получения невероятного множества веществ и мощным энергетическим ресурсом, но и крупнейший объект международной торговли, и неотъемлемое звено экономических отношений.
II. НЕФТЬ
Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, относящаяся к группе горных осадочных пород, одно из важнейших полезных ископаемых Земли. Отличается исключительно высокой теплотворностью: при горении выделяет значительно больше тепловой энергии, чем другие горючие смеси.
1. Состав
Нефть состоит главным образом из углерода - 80-85% и водорода - 10-15% от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента - сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 - 8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоит нефть. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.
1.1 Углеводородные соединения
В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. Количество природного газа в кубометрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым фактором.
В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана.
Парафины - насыщенные (не имеющие двойных связей между атомами углерода) углеводороды линейного или разветвлённого строения. Подразделяются на следующие основные группы:
- Нормальные парафины, имеющие молекулы линейного строения. Обладают низким октановым числом и высокой температурой застывания, поэтому многие вторичные процессы нефтепереработки предусматривают их превращение в углеводороды других групп.
- Изопарафины - с молекулами разветвленного строения. Обладают хорошими антидетонационными характеристиками и пониженной, по сравнению с нормальными парафинами, температурой застывания.
Нафтены (циклопарафины) - насыщенные углеводородные соединения циклического строения. Доля нафтенов положительно влияет на качество дизельных топлив (наряду с изопарафинами) и смазочных масел. Большое содержание нафтенов в тяжёлой бензиновой фракции обуславливает высокий выход и октановое число продукта риформинга.
Ароматические углеводороды - ненасыщенные углеводородные соединения, молекулы которых включают в себя бензольные кольца, состоящие из 6 атомов углерода, каждый из которых связан с атомом водорода или углеводородным радикалом. Оказывают отрицательное влияние на экологические свойства моторных топлив, однако обладают высоким октановым числом.
Олефины - углеводороды нормального, разветвлённого, или циклического строения, в которых связи атомов углерода, молекулы которых содержат двойные связи между атомами углерода. Во фракциях, получаемых при первичной переработке нефти, практически отсутствуют, в основном содержатся в продуктах каталитического крекинга и коксования. Ввиду повышенной химической активности, оказывают отрицательное влияние на качество моторных топлив.
1.2 Гетеросоединения
Наряду с углеводородами в нефти присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу - гетеросоединений. В нефти также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых соединений - меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения - меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа SH. Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок. Главную массу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистые компоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода и водорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами. Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефти. Кислород в нефти встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%), фенолов (не более 1%), а также жирных кислот и их производных. Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов - 16%. Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белой” нефти смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.
2. Физические свойства нефти
Важнейшими свойствами нефти являются плотность, содержание серы, фракционный состав, вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей.
Плотность нефти, зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы.
По плотности можно ориентировочно судить об углеводородном составе нефти и нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различно. Более высокая плотность сырой нефти указывает на большее содержание ароматических углеводородов, а более низкая - на большее содержание парафиновых углеводородов. Углеводороды нафтеновой группы занимают промежуточное положение. Таким образом, величина плотности до известной степени будет характеризовать не только химический состав и происхождение продукта, но и его качество. Наиболее качественными и ценными являются легкие сорта сырой нефти. Чем меньше плотность сырой нефти, тем легче процесс ее переработки нефти и выше качество получаемых из нее нефтепродуктов.
По содержанию серы сырую нефть в Европе и России подразделяют на малосернистую (до 0,5%), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более 2%).
Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений, большинство из которых углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности.
Присутствие механических примесей в составе нефти объясняется условиями ее залегания и способами добычи. Механические примеси состоят из частиц песка, глины и других твердых пород, которые, оседая на поверхности воды, способствуют образованию нефтяной эмульсии. В отстойниках, резервуарах и трубах при подогреве нефти часть механических примесей оседает на дне и стенках, образуя слой грязи и твердого осадка. При этом уменьшается производительность оборудования, а при отложении осадка на стенках труб уменьшается их теплопроводность. Массовая доля механических примесей до 0,005% включительно оценивается как их отсутствие.
Вязкость определяется структурой углеводородов, составляющих нефть, т.е. их природой и соотношением, она характеризует свойства распыления и перекачивания нефти и нефтепродуктов: чем ниже вязкость жидкости, тем легче осуществлять ее транспортировку по трубопроводам, производить ее переработку. Особенно важна эта характеристика для определения качества масленых фракций, получаемых при переработке нефти и качества стандартных смазочных масел. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их выкипания.
III. СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
Технологические процессы нефтеперерабатывающего завода принято классифицировать на две группы: физические и химические.
Физическими (массообменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) без химических превращений и удаление (извлечение) из фракций нефти, нефтяных остатков, масляных фракций, газоконденсата и газов нежелательных компонентов (полициклических аренов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводных соединений.
В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Химические процессы, применяемые на современных нефтеперерабатывающих заводах, по способу активации химические реакции подразделяют на термические и каталитические.
1. Первичная переработка
1.1 Подготовка нефти к переработке
Нефть, извлекаемая из скважин, всегда содержит в себе попутный газ, механические примеси и пластовую воду, в которой растворены различные соли. Очевидно, что такую «грязную» и сырую нефть, содержащую к тому же легколетучие органические и неорганические газовые компоненты, нельзя транспортировать и перерабатывать на нефтеперерабатывающих заводах без тщательной ее промысловой подготовки.
Нефть подготавливается к переработке в 2 этапа - на нефтепромысле и на нефтеперерабатывающем заводе с целью отделения от нее попутного газа, механических примесей, воды и минеральных солей.
1.2 Общие сведения о перегонке и ректификации нефти
Перегонка
(фракционирование) - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), отличающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам кипения.
Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, т. е. температуры потоков станут одинаковыми и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса, можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей. Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая - нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока, - отгонной, или исчерпывающей, секцией.
Различают простые и сложные колонны.
Простые ректификационные колонны обеспечивают разделение исходной смеси на два продукта: ректификат (дистиллят), выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток - нижний жидкий продукт ректификации.
Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.
Четкость погоноразделения - основной показатель эффективности работы ректификационной колоны - характеризует их разделительную способность. Она может быть выражена в случае бинарных смесей концентрацией целевого компонента в продукте.
Применительно к ректификации нефтяных смесей она обычно характеризуется групповой чистотой отбираемых фракций, т. е. долей компонентов, выкипающих по кривой истинной температуры кипения до заданной температурной границы деления смеси в отобранных фракциях (дистиллятах или остатке), а также отбором фракций от потенциала. Как косвенный показатель четкости (чистоты) разделения на практике часто используют такую характеристику, как налегание температур кипения соседних фракций в продукте. В промышленной практике обычно не предъявляют сверхвысоких требований по отношению к четкости погоноразделения, поскольку для получения сверхчистых компонентов или сверхузких фракций потребуются соответствующие сверхбольшие капитальные и эксплуатационные затраты.
1.3 Нефтяные фракции
Газовая фракция нефти (t кип < 40°С, CH 4 - C 4 H 10)
При переработке нефти образуются газы, которые являются неразветвленными алканами: бутан, пропан, этан. Промышленное название данной фракции - нефтяной газ. Газовую фракцию нефти удаляют еще до первичной перегонки нефти или же выделяют из бензиновой фракции уже после перегонки. Нефтяной газ применяется в качестве горючего или же его сжижают для получения сжиженного газа, который затем используется в качестве сырья для получения этилена.
Газолиновая фракция нефти (t кип = 40-200°С, C 5 H 12 - C 11 H 24)
Она представляет собой смесь углеводородов и используется для получения различных видов моторного топлива. При более тонком разделении этой фракции получают петролейный эфир и бензин. Качество бензина определяется октановым числом.
Лигроиновая фракция нефти (t кип = 150-250°С, C 5 H 18 - C 14 H 30)
Получается между бензиновой и керосиновой фракциями. Она практически полностью состоит из алканов. Большую часть лигроина подвергают риформингу, превращая его тем самым в бензин. Лигроин также используют в качестве сырья для получения других химических веществ.
Керосиновая фракция нефти (t кип = 180-300°С, C 12 H 26 - C 18 H 38)
Фракция состоит из алифатических алканов, ароматических углеводородов и нафталинов. После очистки одна часть керосиновой фракции используется для получения углеводородов-парафинов, а другую часть превращают в бензин. Однако большая часть керосина применяется в качестве топлива для реактивных самолетов.
Газойлевая фракция нефти (t кип = 200-360°С, C 13 H 28 - C 19 H 36)
Данная фракция нефти имеет другое, более распространенное название - дизельное топливо. Из одной ее части получают нефтезаводской газ и бензин, однако по большому счету она применяется в качестве топлива для дизельных двигателей и промышленных печей.
Мазут (C 15 H 32 - C 50 H 102)
Мазут получают после того, как все остальные фракции из нефти будут удалены. Обычно мазут и то, что делают из нефти, используют в качестве жидкого топлива для получения пара и нагревания котлов на электростанциях, промышленных предприятиях и кораблях. Однако определенную часть мазута перегоняют для получения парафинового воска и смазочных масел. После вакуумной перегонки мазута образуется вещество темного цвета, которое носит название «асфальт» или «битум». Применяется битум при строительстве дорог.
2. Вторичная переработка
Продукты первичной переработки нефти, как правило, не являются товарными нефтепродуктами. Например, октановое число бензиновой фракции составляет около 65 пунктов, содержание серы в дизельной фракции может достигать 1% и более, тогда как норматив составляет, в зависимости от марки, от 0,005% до 0,2%. Кроме того, тёмные нефтяные фракции могут быть подвергнуты дальнейшей квалифицированной переработке.
В связи с этим, нефтяные фракции поступают на установки вторичных процессов, призванные осуществить улучшение качества нефтепродуктов и углубление переработки нефти.
2.1 Типы и назначение термолитических процессов
Под термолитическими процессами подразумевают процессы химического превращений нефтяного сырья.
Коксование - длительный процесс термолиза тяжелых остатков или ароматизированных высококипящих дистиллятов при невысоком давлении и температуре 470-540 °С. Основное целевое назначение коксования - производство нефтяных коксов различных марок в зависимости от качества перерабатываемого сырья. Побочные продукты коксования - малоценный газ, бензины низкого качества и газойли.
Пиролиз - высокотемпературный (750-800 °С) термолиз газообразного, легкого или среднего дистилляционного углеводного сырья, проводимый при низком давлении и исключительно малой продолжительности. Основным целевым назначением пиролиза является производство алкенсодержащих газов. В качестве побочного продукта при пиролизе получают высокоароматизированную жидкость широкого фракционного состава с большим содержанием алкенов.
Процесс получения нефтяных пеков (пекование) - новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжелого дистилляционного или остаточного сырья, проводимый при пониженном давлении, умеренной температуре (360-420 °С) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта - пека в процессе получают газы и керосино-газойлевые фракции.
Катализ - многостадийный физико-химический процесс избирательного изменения механизма и скорости возможных химических реакций веществом - катализатором, образующим с участниками реакций промежуточные химические соединения.
2.2 Процесс получения бензина из керосина
Получение бензина из керосина осуществляется его крекингом. Крекинг изобрел русский инженер В.Г. Шухов в 1891 г.
Процесс крекинга происходит с разрывом углеводородных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов:
Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму.
2.3 Процесс получения битумов
Процесс получения битумов - средне-температурный продолжительный процесс окислительной дегидроконденсации (карбонизации) тяжелых нефтяных остатков (гудронов, асфальтитов диасфальтизации), проводимый при атмосферном давлении и температуре 250-300 °С.
2.4 Процесс получения технического углерода
Процесс получения технического углерода (сажи) - исключительно высокотемпературный (свыше 1200 °С) термолиз тяжелого высокоароматизированного дистилляционного сырья, проводимый при низком давлении и малой продолжительности. Этот процесс можно рассматривать как жесткий пиролиз, направленный не на получение алкенсодержащих газов, а на производство твердого высокодисперсного углерода - продукта глубокого термического разложения углеводного сырья, по существу на составляющие элементы.
2.5 Повышение октанового числа
Октановое число - показатель, характеризующий детонационную стойкость топлив для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Численно равно содержанию (в % по объему) изооктана в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний. Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца.
Детонационные испытания проводят на полноразмерном автомобильном двигателе или на специальных установках с одноцилиндровыми двигателями. На полноразмерных двигателях в стендовых условиях определяют фактическое октановое число (ФОЧ), в дорожных условиях - дорожное октановое число (ДОЧ). На специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жестком (моторный метод) и менее жестком (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Разность между этими октановыми числами характеризует чувствительность топлива к режиму работы двигателя.
Для повышения октанового числа бензина применяют каталитический риформинг - химическое превращение углеводородов, входящих в их состав, до 92-100 пунктов. Процесс ведётся в присутствии алюмо-платино-рениевого катализатора. Повышение октанового числа происходит за счёт увеличения доли ароматических углеводородов. Научные основы процесса разработаны нашим соотечественником - выдающимся русским химиком Н.Д.Зелинским в начале ХХ века.
Выход высокооктанового компонента составляет 85-90% на исходное сырьё. В качестве побочного продукта образуется водород, который используется на других установках НПЗ. Мощность установок риформинга составляет от 300 до 1000 тыс. тонн и более в год по сырью.
Оптимальным сырьём является тяжёлая бензиновая фракция с интервалами кипения 85-180°С. Сырьё подвергается предварительной гидроочистке - удалению сернистых и азотистых соединений, даже в незначительных количествах необратимо отравляющих катализатор риформинга.
Каталитический риформинг на некоторых НПЗ используется также в целях производства ароматических углеводородов - сырья для нефтехимической промышленности. Продукты, полученные в результате риформинга узких бензиновых фракций, подвергаются разгонке с получением бензола, толуола и смеси ксилолов.
В процессе риформинга происходит изомеризация углеводородов линейного строения:
Образование более высоких сортов бензина, за счет воссоединения алканов и алкенов:
А также их превращение в циклические и ароматические углеводороды, что приводит к повышению октанового числа:
Бензин с более высоким значением октанового числа также получают в результате каталитического крекинга. Исследования Э.Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса. Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430-480°С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.
IV. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Экологические проблемы, связанные с нефтью значительны и многообразны. Утечка даже небольшого количества нефти наносит часто непоправимый ущерб окружающей среде, а также экономике. Разработка безопасных способов нахождения месторождений нефти, её добычи и переработки является одной из наиболее приоритетных мировых задач. От этого зависит не только состояние природы сегодня, но и её состояние в будущем.
Экологические последствия разливов нефти носят разрушительный характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.
Нефть является продуктом длительного распада и очень быстро покрывает поверхность вод плотным слоем нефтяной пленки, которая препятствует доступу воздуха и света.
Через 10 минут после того, как в воде оказалась одна тонна нефти, образуется нефтяное пятно, толщина которого составляет 10 мм. С течением времени толщина пленки уменьшается до менее 1 миллиметра, в то время как пятно расширяется. Одна тонна нефти способна покрыть площадь до 12 квадратных километров. Дальнейшие изменения происходят под воздействием ветра, волн и погоды. Обычно пятно дрейфует по воле ветра, постепенно распадаясь на более мелкие пятна, которые способны удаляться на значительные расстояния от места разлива. Сильные ветры и штормы ускоряют процесс дисперсии пленки. Во время катастроф не происходит одномоментной массовой гибели рыб, пресмыкающихся, животных и растений. Однако в средне- и долгосрочной перспективе влияние разливов нефти крайне негативно. Разлив тяжелее всего бьет по организмам, обитающим в прибрежной зоне, особенно обитающим на дне или на поверхности.
Птицы, которые большую часть жизни проводят на воде, наиболее уязвимы к разливам нефти на поверхности водоемов. Внешнее загрязнение нефтью разрушает оперение, спутывает перья, вызывает раздражение глаз. Гибель является результатом воздействия холодной воды. Разливы нефти от средних до крупных вызывают обычно гибель 5 тысяч птиц. Очень чувствительны к воздействию нефти яйца птиц. Небольшое количество некоторых типов нефти может оказаться достаточным для гибели в период инкубации.
Если авария произошла неподалеку от города или иного населенного пункта, то отравляющий эффект усиливается, потому что нефть образуют опасные "коктейли" с иными загрязнителями человеческого происхождения.
Разливы нефти приводят к гибели морских млекопитающих. Морские выдры, полярные медведи, тюлени, новорожденные морские котики погибают наиболее часто. Загрязненный нефтью мех начинает спутываться и теряет способность удерживать тепло и воду. Нефть, влияя на жировой слой тюлений и китообразных, усиливает расход тепла. Кроме того, нефть может вызвать раздражение кожи, глаз и препятствовать нормальной способности к плаванию.
Попавшая в организм нефть может вызвать желудочно-кишечные кровотечения, почечную недостаточность, интоксикацию печени, нарушение кровяного давления. Пары от испарений нефти ведут к проблемам органов дыхания у млекопитающих, которые находятся около или в непосредственной близости с большими разливами нефти.
Рыбы подвергаются воздействию разливов нефти в воде при употреблении загрязненной пищи и воды, а также при соприкосновении с нефтью во время движения икры. Гибель рыбы, исключая молодь, происходит обычно при серьезных разливах нефти. Однако сырая нефть и нефтепродукты отличаются разнообразием токсичного воздействия на разные виды рыб. Концентрация 0,5 миллионной доли или менее нефти в воде способна привести к гибели форели. Почти летальный эффект нефть оказывает на сердце, изменяет дыхание, увеличивает печень, замедляет рост, разрушает плавники, приводит к различным биологическим и клеточным изменениям, влияет на поведение.
Личинки и молодь рыб наиболее чувствительны к воздействию нефти, разливы которой могут погубить икру рыб и личинки, находящиеся на поверхности воды, а молодь - в мелких водах.
Влияние разливов нефти на беспозвоночные организмы может длиться от недели до 10 лет. Это зависит от вида нефти; обстоятельств, при которых произошел разлив и его влияния на организмы. Беспозвоночные чаще всего гибнут в прибрежной зоне, в отложениях или же в толще воды. Колонии беспозвоночных (зоопланктон) в больших объемах воды возвращаются к прежнему (до разлива) состоянию быстрее, чем те, которые находятся в небольших объемах воды.
Следует отметить тот факт, что производные нефтепродуктов имеют свойство накапливаться в организме и вызывают мутацию. Мутация генов у микроорганизмов может передаваться по пищевой цепи к рыбам и другим представителям морскойфауны.
Растения водоемов полностью погибают, если концентрация полиароматических углеводородов (образуются в процессе сгорания нефтепродуктов) достигает 1%.
Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов. Почвенные бактерии, а также беспозвоночные почвенные микроорганизмы и животные не в состоянии качественно выполнять свои важнейшие функции в результате интоксикации легкими фракциями нефти.
От подобных аварий страдает не только животный и растительный мир. Серьезные убытки несут местные рыбаки, отели и рестораны. Кроме того, с проблемами сталкиваются и иные отрасли экономики, особенно те предприятия, деятельность которых нуждается в большом количестве воды. В случае, если разлив нефти происходит в пресном водоеме, негативные последствия испытывает на себе и местное население (например, коммунальным службам намного сложнее очищать воду, поступающую в водопроводные сети) и сельское хозяйство.
Долговременный эффект подобных происшествий точно неизвестен: одна группа ученых придерживается мнения, что разливы нефти оказывают негативное воздействие на протяжении многих лет и даже десятилетий, другая - что краткосрочные последствия крайне серьезны, однако за достаточно короткое время пострадавшие экосистемы восстанавливаются.
Ущерб от крупномасштабных разливов нефти подсчитать достаточно сложно. Он зависит от многих факторов, таких, как тип разлитых нефтепродуктов, состояния пострадавшей экосистемы, погоды, океанских и морских течений, времени года, состояния местного рыболовства и туризма и пр.
Нефтяное пятно в Мексиканском заливе
20 апреля 2010 года на нефтяной платформе Deepwater Horizon в 80 километрах от берегов Луизианы произошел взрыв, в результате которого погибли 11 человек. 22 апреля платформа затонула. В результате происшествия была в трех местах повреждена скважина, из которой начала вытекать нефть. Компании BP удалось прекратить утечку только через три месяца. В начале сентября 2010 года компания представила отчет о результатах расследования причин аварии. Согласно этому документу, к взрыву привели как человеческий фактор, так и недостатки конструкции нефтяной платформы. Позже комиссия, созданная по инициативе Барака Обамы, подготовила отчет, согласно которому причиной аварии стало сокращение расходов на обеспечение безопасности BP и ее партнерами.
V. МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ В РФ
Приразломное
Приразломное нефтяное месторождение расположено на шельфе Баренцева моря.
Сахалинские шельфовые проекты
Сахалинские шельфовые проекты - обобщённое название целой группы проектов по разработке месторождений углеводородного сырья на континентальном шельфе Охотского и Японского морей и Татарского пролива, прилегающем к острову Сахалин.
Арланское
Арланское месторождение - уникальное по запасам нефти, расположено на северо-западе Башкирии в пределах Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Расположено на территории Краснокамского и Дюртюлинского районов республики и частично на территории Удмуртии. Открыто в 1955, введено в разработку в 1958. Протяженность более 100 км, при ширине до 25 км.
Бованенковское
Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение - крупнейшее месторождение полуострова Ямал. Бованенково расположено на полуострове Ямал, в 40 километрах от побережья Карского моря, нижнее течение рек Сё-Яха, Морды-Яха и Надуй-Яха. Количество газовых промыслов на объекте - три. Общее количество скважин 743.
Ванкорское
Ванкорское месторождение - перспективное нефтегазовое месторождение в Красноярском крае России, вместе с Лодочным, Тагульским и Сузунским месторождениями входит в Ванкорский блок. Расположено на севере края, включает в себя Ванкорский (Туруханский район Красноярского края) и Северо-Ванкорский (расположен на территории Таймырского (Долгано-Ненецкого) автономного округа) участки. Для разработки месторождения создан вахтовый посёлок Ванкор.
Верхнечонское
Верхнечонское нефтяное месторождение - крупное месторождение нефти в Иркутской области России.
Лянторское
Лянторское - гигантское нефтегазоконденсатное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Открыто в 1965 году. Полные запасы нефти 2 млрд. тонн, а остаточные запасы нефти 380 млн. тонн.
Мамонтовское
Мамонтовское - крупное нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе. Открыто в 1965 году. Освоение началось в 1970 году. Запасы нефти 1,4 млрд. тонн. Залежи на глубине 1,9-2,5 км.
Нижнечутинское
Нижнечутинское нефтяное месторождение - крупное нефтяное месторождение Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, расположенное на территории Республики Коми, в районе города Ухты.
Правдинское
Правдинское - крупное нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Открыто в 1966 году. Освоение началось в 1968 году.
Приобское
Приобское - гигантское нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Разделено рекой Обь на две части - лево- и правобережное. Освоение левого берега началось в 1988 г., правого - в 1999 г.
Ромашкинское
Ромашкинское нефтяное месторождение - крупнейшее месторождение Волго-Уральской провинции на юге Татарстана. Открыто в 1948 году.
Самотлор
Самотлорское нефтяное месторождение (Самотло́р) - крупнейшее в России и одно из крупнейших в мире месторождений нефти. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Нижневартовска, в районе озера Самотлор. В переводе с хантыйского Самотлор означает "мёртвое озеро", "худая вода".
Фёдоровское
Фёдоровское - крупное нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Сургута. Открыто в 1971 году. Запасы нефти 2,0 млрд. тонн. Залежи на глубине 1,8-2,3 км.
Харасовейское
Харасовейское нефтегазоконденсатное месторождение - месторождение полуострова Ямал. Расположено на западном побережье полуострова Ямал, на 1/3 общей площади уходит под воду на прибрежный шельф.
Южно-Русское
Южно-Русское нефтегазовое месторождение - расположено в Красноселькупском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, одно из крупнейших в России.
VI. ЦЕНЫ НА НЕФТЬ
Нефть используют для того, чтобы производить товары и услуги. Это значит, что ее цена, во-первых, влияет на себестоимость товаров и услуг, и, во-вторых, создает некоторую прибыль, которая перераспределяется в экономике. Причем, что довольно естественно, весь объем денег, на который увеличивается себестоимость продукции из-за роста цен на нефть, возвращается обратно в экономику, либо через расходы государства (то, что оно забирает себе в виде налогов и акцизов), либо - как прибыль компаний, которые эту нефть производят.
Значительная часть отраслей, обслуживающих нефте- и газодобычу, выведены из страны. А поскольку стоимость их услуг с ростом цены на нефть тоже растет, и, иногда, быстрее, чем сама нефть, то не исключено, что большая часть прибавки к стоимости нефти уйдет за пределы России. А если еще учесть, что уровень деградации российской экономики при этом вырастет - то вероятность такого перераспределения становится еще выше.
Есть и еще один фактор - рост цен на нефть вызывает инфляцию издержек в производстве практически любого товара. С учетом того, что значительная часть потребительских товаров в России получается по импорту, существенная часть дополнительных нефтяных доходов, которые перераспределяются в экономике нашей страны, тоже уйдет за рубеж. Не говоря уже о том, что значительную часть своих денег наши компании держат за рубежом - что тоже оказывает свое влияние не перераспределение доходов не в нашу пользу.
В нынешних непростых экономических условиях риски инвестирования в развивающиеся рынки, в частности в российский, слишком велики. Зависимость российского рынка от сырьевых товаров и особенностей корпоративного управления существует. Снижение цен на сырьевые товары оказывает максимальный негативный эффект на российский рынок, учитывая высокую долю этих секторов. Доля нефтегазового сектора в индексе РТС составляет 60%, доля сырьевых компаний - 15%. Таким образом, три четверти российского рынка зависит от мировых цен на нефть и цен на сырье.
Низкий уровень цен на сырье - это глобальная проблема. Цены на нефть могут выйти на новый, более высокий уровень при восстановлении глобальной экономики и восстановлении спроса на нефть. При этом российские нефтяные акции в силу высокого уровня налогообложения отрасли могут оказаться не самыми привлекательными по сравнению с зарубежными аналогами, работающими как в развитых, так и в развивающихся странах. Большая доля компаний сырьевых секторов в индексе РТС может быть снижена путем проведения публичных размещений новых компаний.
Высокая зависимость от цен на нефть и их существенное снижение приводит и к резкому пересмотру прогнозов темпа роста ВВП России. По масштабам пересмотров Россия является лидером среди других развивающихся стран: если осенью 2008г. еще ожидался рост ВВП в 2009г. на уровне 6%, то сейчас официальный прогноз составляет минус 2,4%, некоторые инвестиционные компании прогнозируют еще более сильное сокращение - до минус 3,5%. Исторически разворот на фондовых рынках совпадает с моментом стабилизации темпов падения ВВП в годовом сопоставлении.
Итак, Россия полностью зависит от нефти: её добычи, цен, являясь одним из главных экспортеров этого полезного ископаемого. Продавая сырую нефть за границу и покупая уже готовое переработанное сырье, наше государство ввергает в зависимость экономику, политику и всю инфраструктуру от малейших колебаний цен на нефть.
На первый взгляд очевидным решением данной проблемы является пересмотр работы ТЭК: внедрение новых проектов, планов, концепций развития, начать переработку сырой нефти, использовать менее затратные способы добычи полезных ископаемых, а также рациональное использование месторождений нефти и т. п..
Но все это невозможно осуществить без научно-технических разработок и проектов, ученых и других специалистов, недостаток которых в России существенно ощутим.
Следовательно, для того чтобы избавиться от сырьевой зависимости необходим обширнейший комплекс достаточно не популярных мероприятий в политике, экономике, науке, образовании и др., и только после слаженной системной работы всех отраслей промышленности и экономики будет возможно «слезть с нефтяной иглы».
VII. НЕФТЬ И ЖИЗНЬ
Нефть дает тепло и свет -
Ей замены просто нет.
Делают из нефти много:
И асфальтные дороги,
И костюмы, и рубашки,
Удивительные чашки!
Вспомните, как тепловоз
Вас когда-то к морю вез…
В его топках нефть горела,
А без нефти что за дело?
И не даром в нашем крае,
Всяк нефтяник это знает,
С нетерпением ее ждут,
Черным золотом зовут.
Значение нефти в нашей жизни переоценить невозможно.
Газ, бензин, керосин, мазут и другие виды топлива, которые получают из нефти, и без которых не было бы автомобилей, самолетов, паровозов, кораблей, тепло-, гидро-, электростанций, подводных лодок, фабрик, заводов, и всей инфраструктуры вообще, не составляют и сотой доли того, что делают из нефти.
Из нефти получают множество разных веществ: от углеводородов до спиртов и кислот, из которых впоследствии делают лекарства, косметику, бытовую химию, целлофановые упаковки, пластик (от шариковых ручек до деталей пилотируемых кораблей), радиодетали и радиотехнику, одежду и ткани. Этот список вещей, без которых мы сегодня не можем представить нашу жизнь, далеко не полный.
Любая профессия, будь то врач или учитель, экономист или юрист, ученый или разработчик, связана с добычей и переработкой нефти, так как нефть, особенно в России, объединяет все сферы жизни, не говоря о тех людях, которые непосредственно работают в этой области.
Я планирую связать свою жизнь с химией, а именно посвятить часть карьеры хай-тек разработкам.
Нефтепереработка – многоступенчатый процесс физической и химической обработки сырой нефти, результатом которого является получение комплекса нефтепродуктов. Переработку нефти осуществляют методом перегонки, то есть физическим разделением нефти на фракции.
Различают первичные и вторичные процессы переработки нефти. К первичным процессам относится прямая (атмосферно-вакуумная) перегонка нефти, в процессе которой углеводороды нефти не подвергаются химическим превращениям. В результате вторичных процессов (крекинг, риформинг) происходит изменение структуры углеводородов в процессе химических реакций.
Первичная переработка нефти. Прямая перегонка, или разделение нефти на фракции, основана на разной температуре кипения углеводородов разной молекулярной массы и осуществляется при нормальном атмосферном давлении и температуре до 350 °С.
Перегонка нефти производится на атмосферных или атмосферно-вакуумных установках, состоящих из трубчатой печи, ректификационной колонны, теплообменников и другой аппаратуры.
Вторичная переработка нефти. Прямогонные продукты не удовлетворяют требованиям современной техники и поэтому подвергаются дальнейшей переработке. Прямогонные бензины содержат сернистые соединения, ухудшающие экологические показатели топлив, вызывающие коррозию двигателя, отравляющие катализаторы, поэтому их подвергают гидроочистке.
Гидроочистка – это термокаталитический процесс, обеспечивающий гидрирование сероорганических соединений нефти до сероводорода, который затем улавливается и отделяется. Крекинг – расщепление тяжелых углеводородов для получения дополнительного количества бензинов и дизельных топлив. Различают следующие виды крекинга:
- термический – производится при 500 - 750 °С и давлении 4 – 6 МПа, выход бензина при этом достигает 60 – 70 %.
- каталитический – производится с использованием катализаторов.
Риформинг каталитический – процесс получения высокооктановых компонентов бензинов из бензиновых и лигроиновых фракций нефти.
Алкилирование – введение в молекулы углеводородов соединений алкила. Применяется для получения высокооктановых компонентов бензина.
Классификация и показатели качества нефти.
Существует несколько классификаций нефти. В соответствии с ГОСТ Р нефть классифицируется по физико-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию сероводорода и легких меркаптанов на классы, типы, группы, виды. Признаки классификации нефти одновременно являются показателями, по которым осуществляется приемка нефти по качеству.
В зависимости от массовой доли серы нефть подразделяют на классы 1 – 4:
1 класс – малосернистая;
2 класс – сернистая;
3 класс – высокосернистая;
4 класс – особо высокосернистая.
По плотности, а при поставке на экспорт – дополнительно по выходу фракций и массовой доле парафина нефть подразделяют на пять типов:
0 тип – особо легкая;
1 тип – легкая;
2 тип – средняя;
3 тип – тяжелая;
4 тип – битуминозная.
По степени подготовки нефть подразделяют на группы 1 – 3 по таким показателям, как содержание воды, концентрация хлористых солей, давление насыщенных паров, массовая доля механических примесей.
По массовой доле сероводородов и легких меркаптанов нефть подразделяют на 2 вида.
Условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соответствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. При поставке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э».
Технологическая классификация нефти действует в России с 1967 г. и определяет использование ее как сырья для тех или иных нефтепродуктов. По технологической классификации нефти подразделяют на:
Классы (1 – 3) – по содержанию серы;
Типы (Т1 – Т3) – по выходу светлых фракций, перегоняемых до 350 °С;
Группы (М1 – М4) – по потенциальному содержанию базовых масел;
Подгруппы (И1 – И2) – по индексу вязкости базовых масел;
Виды (П1 – П2) по содержанию парафинов в нефти.
Химическая классификация подразделяет нефти различных месторождений по их углеводородному составу на шесть групп:
Парафиновые
Нафтеновые
Ароматические
Парафино-нафтеновые
Парафино-нафтено-ароматические
Нафтено-ароматические
Нефтепродукты. Виды и характеристика моторных бензинов
Ассортимент нефтеперерабатывающей промышленности насчитывает более 500 наименований газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов в зависимости от их назначения. Нефтепродукты по назначению классифицируются на следующие группы: топлива, нефтяные масла, парафины и церезины, ароматические углеводороды, нефтяные битумы, нефтяной кокс и прочие нефтепродукты.
Топливом - горючие вещества для получения при их сжигании тепловой энергии. Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющейся при его полном сгорании.
Моторные бензины.
Моторные бензины предназначены для поршневых авиационных и автомобильных двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.
Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять следующим требованиям:
Иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь при любых температурах;
Иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении;
Не оказывать вредного влияния на детали топливной системы и окружающую среду.
Автомобильные бензины используются в бензиновых двигателях внутреннего сгорания. Основные показатели качества бензинов – фракционный состав и октановое число. Фракционный состав характеризуется температурой начала кипения, температурами испарения. Октановое число является основным показателем качества бензина, характеризующим его детонационную стойкость. Детонацией - сгорание топливной смеси в цилиндре двигателя. Если марка бензина содержит буквенный индекс «И», то это значит, что октановое число данного бензина определяют исследовательским методом; если только букву «А» – моторным.
Авиационные бензины. Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях.
Реактивные топлива предназначены для использования в современных самолетах с воздушно-реактивными двигателями.
Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники
Нефть разделяется на фракции для получения нефтепродуктов в два этапа, то есть перегонка нефти проходит через первичную и вторичную обработку.
Процесс первичной нефтепереработки
На этом этапе перегонки производится предварительное обезвоживание и обессоливание сырой нефти на специальном оборудовании для выделения солей и остальных примесей, которые могут вызывать коррозию аппаратуры и снижать качество продуктов нефтепереработки. После этого в нефти содержится всего 3-4 мг солей на литр и не более 0,1 % воды. Подготовленный продукт готов к перегонке.
По причине того, что жидкие углеводороды кипят при различной температуре, это свойство используется при перегонке нефти, чтобы выделить из нее отдельные фракции при разных фазах кипения. Перегонка нефти на первых нефтеперерабатывающих предприятиях давала возможность выделять следующие фракции в зависимости от температуры: бензин (выкипает при 180°С и ниже), реактивное топливо (выкипает при 180-240°С) и дизтопливо (выкипает при 240-350°С). От перегонки нефти остается мазут.
В процессе перегонки нефть разделяется по на фракции (составные части). В результате получаются товарные нефтепродукты или их компоненты. Перегонка нефти является начальным этапом ее переработки на специализированных заводах.
При нагревании образуется паровая фаза, состав которой отличен от жидкости. Получаемые перегонкой нефти фракции обычно являются не чистым продуктом, а смесью углеводородов. Отдельные углеводороды удается выделить только благодаря многократной перегонке нефтяных фракций.
Прямая перегонка нефти выполняется
Методом однократного испарения (так называемая, равновесная дистилляция) или простой перегонки (фракционная дистилляция);
С использованием ректификации и без нее;
С помощью испаряющего агента;
Под вакуумом и при атмосферном давлении.
Равновесная дистилляция менее четко разделяет нефть на фракции, чем простая перегонка. При этом в парообразное состояние при одинаковой температуре в первом случае переходит больше нефти, чем во втором.
Фракционная перегонка нефти дает возможность получить различное для дизельных и реактивных двигателей), а также сырье (бензол, ксилолы, этилбензол, этилен, бутадиен, пропилен), растворители и другие продукты.
Процесс вторичной нефтепереработки
Вторичная перегонка нефти проводится способом химического или термического каталитического расщепления тех продуктов, что выделены из нее в результате первичной нефтеперегонки. При этом получается большее количество бензиновых фракций, а также сырье для производства ароматических углеводородов (толуола, бензола и других). Самой распространенной технологией вторичной нефтепереработки нефти является крекинг.
Крекингом называют процесс высокотемпературной переработки нефти и выделенных фракций для получения (в основном) продуктов, у которых меньшая К ним можно отнести моторное топливо, масла для смазки и т. п., сырье для нефтехимической и химической промышленности. Протекание крекинга проходит с разрывом С—С связей и образованием карбанионов или свободных радикалов. Разрыв связей С—С выполняется одновременно с дегидрированием, изомеризацией, полимеризацией и конденсацией промежуточных и исходных веществ. Последние два процесса образуют крекинг-остаток, т.е. фракцию с температурой кипения выше 350°C и кокс.
Перегонка нефти методом крекинга была запатентована в 1891 году В. Г. Шуховым и С. Гавриловым, затем эти инженерные решения повторил У. Бартон при сооружении в США первой промышленной установки.
Крекинг проводится посредством нагревания сырья или воздействия катализаторов и высокой температуры.
Крекинг позволяет выделить из мазута больше полезных составляющих.
Нефть представляет собой важнейшее исходное сырье для промышленности России. Вопросы, которые связаны с этим ресурсом, во все времена считались одними из главных для экономики страны. Переработка нефти в России осуществляется специализированными предприятиями. Далее рассмотрим особенности этой отрасли более подробно.
Общие сведения
Отечественные нефтеперерабатывающие заводы стали появляться еще в 1745 году. Первое предприятие было основано братьями Чумеловыми на реке Ухте. Оно выпускало весьма востребованные в то время керосин и смазочные масла. В 1995 году первичная переработка нефти составила уже 180 млн тонн. Среди основных факторов размещения предприятий, занятых в этой отрасли, выступают сырьевой и потребительский.
Развитие отрасли
Основные нефтеперерабатывающие предприятия появились в России в послевоенные годы. До 1965-го в стране было создано порядка 16 мощностей, что составляет больше половины действующих в настоящее время. Во время экономических преобразований 1990-х годов отмечался значительный спад производства. Это было связано с резким снижением внутреннего потребления нефти. Вследствие этого качество выпускаемой продукции было достаточно низким. Упал и коэффициент глубины переработки до 67,4%. Только к 1999 году Омскому НПЗ удалось приблизиться к европейским и американским стандартам.
Современные реалии
В последние несколько лет переработка нефти стала выходить на новый уровень. Это обусловлено инвестициями в эту отрасль. С 2006 года они составили более 40 млрд руб. Кроме того, значительно увеличился и коэффициент глубины переработки. В 2010 году по указу Президента РФ было запрещено подключать к магистралям те предприятия, у которых он не достигал 70%. Глава государства объяснил это тем, что таким комбинатам необходима серьезная модернизация. В целом по стране количество таких мини-предприятий достигает 250. К концу 2012-го было запланировано построить крупный комплекс на конце трубопровода, проходящего к Тихому океану по Восточной Сибири. Его глубина переработки должна была составить порядка 93%. Этот показатель будет соответствовать уровню, который достигнут на аналогичных предприятиях США. Нефтеперерабатывающая промышленность, консолидированная в большей своей части, находится под контролем таких компаний, как "Роснефть", "Лукойл", "Газпром", "Сургутнефтегаз", "Башнефть" и пр.
Значение отрасли
На сегодняшний день добыча и переработка нефти считаются одними из самых перспективных отраслей промышленности. Постоянно увеличивается число крупных и мелких предприятий, занятых в них. Переработка нефти и газа приносит стабильный доход, оказывая положительное влияние на экономическое состояние страны в целом. Наиболее развита данная отрасль в центре государства, Челябинской и Тюменской областях. Продукты переработки нефти востребованы не только внутри страны, но и за ее пределами. Сегодня предприятиями производятся керосин, бензин, авиационное, ракетное, дизельное топливо, битумы, моторные масла, мазут и так далее. Практически все комбинаты созданы рядом с вышками. Благодаря этому переработка и транспортировка нефти осуществляются с минимальными затратами. Наиболее крупные предприятия располагаются в Поволжском, Сибирском, Центральном ФО. На эти нефтеперерабатывающие заводы приходится порядка 70% всех мощностей. Среди субъектов страны лидирующие позиции в отрасли занимает Башкирия. Переработка нефти и газа осуществляется в Ханты-Мансийске, Омской области. Работают предприятия и в Краснодарском крае.
Статистика по регионам
В европейской части страны основные производства располагаются в Ленинградской, Нижегородской, Ярославской и Рязанской областях, Краснодарском крае, на Дальнем Востоке и юге Сибири, в таких городах, как Комсомольск-на-Амуре, Хабаровск, Ачинск, Ангарск, Омск. Современные НПЗ сооружены в Пермском крае, Самарской области и Башкирии. Эти регионы всегда считались крупнейшими центрами по добыче нефти. С перемещением производств в Западную Сибирь промышленные мощности в Поволжье и на Урале стали избыточными. На 2004 год лидером среди субъектов РФ по первичной обработке нефти стала Башкирия. В этом регионе показатели находились на уровне 44 млн тонн. В 2002 году на заводы Башкортостана приходилось порядка 15% общего объема переработки нефти по РФ. Это около 25,2 млн т. На следующем месте оказалась Самарская область. Она давала стране порядка 17,5 млн тонн. Далее по объему были Ленинградская (14,8 млн) и Омская (13,3 млн) области. Общая доля этих четырех субъектов составила 29% от общероссийской нефтепереработки.
Технология переработки нефти
В производственный цикл предприятий входят:
- Подготовка сырья.
- Первичная переработка нефти.
- Вторичный перегон фракций.
В современных условиях переработка нефти осуществляется на предприятиях, оснащенных сложными по своей конструкции машинами и аппаратами. Они функционируют в условиях низкой температуры, высокого давления, глубокого вакуума и зачастую в агрессивной среде. Процесс переработки нефти включает в себя несколько ступеней на комбинированных или отдельных установках. Они предназначены для получения широкого ассортимента продукции.
Очистка
В ходе этого этапа осуществляется обработка сырья. Очистке подвергается нефть, поступающая с промыслов. В составе нее находятся 100-700 мг/л солей и вода (менее 1%). В ходе очистки содержание первого компонента доводится до 3-х и менее мг/л. Доля воды при этом составляет меньше 0,1%. Очистка осуществляется на электрообессоливающих установках.
Классификация
Любой завод по переработке нефти применяет химические и физические методы обработки сырья. Посредством последних достигается разделение на масляные и топливные фракции либо удаление нежелательных комплексных химических элементов. Переработка нефти химическими методами позволяет получить новые компоненты. Эти превращения классифицируются:
Основные этапы
Главным процессом после очистки на ЭЛОУ выступает атмосферная перегонка. В ходе нее осуществляется отбор топливных фракций: бензиновых, дизельного и реактивного топлива, а также осветительного керосина. Также при атмосферной перегонке отделяется мазут. Он используется или в качестве сырья для следующей глубокой переработки, или как элемент котельного топлива. Фракции затем подвергаются облагораживанию. Они проходят гидроочистку от гетероатомных соединений. Бензины подвергаются каталитическому риформингу. Этот процесс используется для повышения качества сырья либо для получения индивидуальных ароматических углеводородов - материала для нефтехимии. К последним, в частности, относят бензол, толуол, ксилолы и так далее. Мазут проходит вакуумную перегонку. Этот процесс позволяет получить широкую фракцию газойля. Это сырье проходит последующую переработку на установках гидро- или каталитического крекинга. В результате получают компоненты моторных топлив, масляные узкие дистиллятные фракции. Они далее направляются на следующие этапы очистки: селективную обработку, депарафинизацию и прочие. После вакуумной перегонки остается гудрон. Он может использоваться как сырье, применяемое при глубокой переработке для получения дополнительного объема моторных топлив, нефтяного кокса, строительного и дорожного битума, или как компонент котельного топлива.
Способы переработки нефти: гидроочистка
Этот метод считается наиболее распространенным. С помощью гидроочистки осуществляется переработка нефти сернистого и высокосернистого типа. Этот метод позволяет повысить качество моторных топлив. В ходе процесса удаляют сернистые, кислородные и азотистые соединения, выполняют гидрирование олефинов сырья в водородной среде на алюмокобальтмолибденовых либо никельмолибденовых катализаторах при давлении в 2-4 Мпа и температуре 300-400 градусов. Другими словами, при гидроочистке органические вещества, содержащие азот и серу, разлагаются. Они вступают в реакцию с водородом, который циркулирует в системе. В результате образуются сероводород и аммиак. Полученные соединения удаляются из системы. В ходе всего процесса 95-99% от исходного сырья превращаются в очищенный продукт. Вместе с этим образуется небольшой объем бензина. Активный катализатор подвергается периодической регенерации.
Каталитический крекинг
Он протекает без давления при температуре 500-550 градусов на цеолитсодержащих катализаторах. Данный процесс считается наиболее эффективным и углубляющим переработку нефти. Это обусловлено тем, что в ходе него из высококипящих мазутных фракций (вакуумного газойля) можно получать до 40-60% высокооктанового автобензинового компонента. Кроме того, из них выделяют жирный газ (порядка 10-25%). Он, в свою очередь, используется на установках алкилирования или эфирных производствах для получения высокооктановых компонентов авто- или авиабензинов. В ходе крекинга на катализаторе формируются углистые отложения. Они резко снижают его активность - крекирующую способность в данном случае. Для восстановления компонент подвергается регенерации. Наиболее распространены установки, в которых циркуляция катализатора осуществляется в псевдоожиженном или кипящем слое и в движущемся потоке.
Каталитический риформинг
Это современный и достаточно широко используемый процесс для получения низко- и высокооктановых бензинов. Он проводится при температуре 500 градусов и давлении в 1-4 Мпа в водородной среде на алюмоплатиновом катализаторе. При помощи каталитического риформинга выполняются преимущественно химические превращения парафиновых и нафтеновых углеводородов в ароматические. Вследствие этого значительно увеличивается октановое число (до 100 пунктов). К продуктам, которые получают при каталитическом риформинге, относят ксилолы, толуол, бензол, применяемые затем в нефтехимической промышленности. Выходы риформата, как правило, составляют 73-90%. Для сохранения активности катализатор периодически подвергается регенерации. Чем ниже будет давление в системе, тем чаще выполняется восстановление. Исключение при этом составляет процесс платформинга. В ходе него катализатор не подвергают регенерации. В качестве главной особенности всего процесса выступает то, что он проходит в среде водорода, излишек которого удаляется из системы. Он намного дешевле, чем получаемый специально. Избыточный водород затем применяется в гидрогенизационных процессах переработки нефти.
Алкилирование
Этот процесс позволяет получать высококачественные компоненты автомобильных и авиационных бензинов. В его основе лежит взаимодействие олефиновых и парафиновых углеводородов с получением более высококипящего парафинового углеводорода. Еще недавно промышленное изменение данного процесса было ограничено каталитическим алкилированием бутилена изобутанами в присутствии фтористоводородной или серной кислот. В течение последних лет, кроме указанных соединений, используют пропилен, этилен и даже амилены, а в некоторых случаях смеси этих олефинов.
Изомеризация
Она представляет собой процесс, в ходе которого осуществляется превращение парафиновых низкооктановых углеводородов в соответствующие изопарафиновые фракции, имеющие более высокое октановое число. Используются при этом преимущественно фракции С5 и С6 либо их смеси. На промышленных установках при соответствующих условиях можно получить до 97-99,7% продуктов. Изомеризация проходит в водородной среде. Катализатор периодически подвергается регенерации.
Полимеризация
Этот процесс представляет собой превращение бутиленов и пропилена в олигомерные жидкие соединения. Они применяются в качестве компонентов автомобильных бензинов. Эти соединения также являются сырьем для нефтехимических процессов. В зависимости от исходного материала, производственного режима и катализатора объем на выходе может меняться в достаточно широких пределах.
Перспективные направления
В течение последних десятилетий особое внимание уделяется комбинированию и укреплению мощностей, занятых в первичной нефтепереработке. Еще одним актуальным направлением является внедрение установок крупнотоннажных комплексов по планируемому углублению обработки сырья. За счет этого будет сокращен производственный объем мазута и увеличен выпуск светлого двигательного топлива, нефтехимических продуктов для полимерной химии и органического синтеза.
Конкурентоспособность
Нефтеперерабатывающая промышленность сегодня - это весьма перспективная отрасль. Она отличается высокой конкурентоспособностью как на внутреннем, так и на международном рынке. Собственные производственные мощности позволяют полностью покрыть потребности в пределах государства. Что касается импорта, то он осуществляется в сравнительно небольших объемах, локально и эпизодически. Россия сегодня считается крупнейшим среди прочих стран экспортером нефтепродуктов. Высокая конкурентоспособность обусловлена абсолютной обеспеченностью сырьем и относительно невысоким уровнем расходов на дополнительные материальные ресурсы, электроэнергию, защиту окружающей среды. В качестве одного из негативных факторов в этом промышленном секторе выступает технологическая зависимость отечественной нефтепереработки от зарубежных государств. Несомненно, это не единственная проблема, которая существует в отрасли. На правительственном уровне постоянно ведется работа по улучшению ситуации в этом промышленном секторе. В частности, разрабатываются программы по модернизации предприятий. Особое значение имеет в данной области деятельность крупных нефтяных компаний, производителей современного производственного оборудования.
| АВТ+вторичная перегонка | Двухступенчатая вакуумная перегонка | Вакуумная установка вторичной перегонки |
Определение и классификация установок первичной перегонки нефти
Установки первичной переработки нефти составляют основу всех нефтеперерабатывающих заводов, от работы этих установок зависят качество и выходы получаемых компонентов топлив, а также сырья для вторичных и других процессов переработки нефти.
В промышленной практике нефть разделяют на фракции, различающиеся температурными пределами выкипания. Это разделение проводят на установках первичной перегонки нефти с применением процессов нагрева, дистилляции и ректификации, конденсации и охлаждения. Прямую перегонку осуществляют при атмосферном или несколько повышенном давлении, а остатков - под вакуумом. Атмосферные и вакуумные трубчатые установки (АТ и ВТ) строят отдельно друг от друга или комбинируют в составе одной установки (АВТ).
Атмосферные трубчатые установки (АТ) подразделяют в зависимости от технологической схемы на следующие группы:
- установки с однократным испарением нефти;
- установки с двукратным испарением нефти;
- установки с предварительным испарением в эвапораторе легких фракций и последующей ректификацией.
Третья группа установок является практически вариантом второй, поскольку в обоих случаях нефть подвергается двукратному испарению.
Вакуумные трубчатые установки (ВТ) подразделяют на две группы:
- установки с однократным испарением мазута;
- установки с двукратным испарением мазута (двухступенчатые).
Вследствие большого разнообразия перерабатываемых нефтей и широкого ассортимента получаемых продуктов и их качества применять одну типовую схему не всегда целесообразно. Широко распространены установки с предварительной отбензинивающей колонной и основной ректификационной атмосферной колонной, работоспособные при значительном изменении содержания в нефтях бензиновых фракций и растворенных газов.
Схемы первичной перегонки нефти
Диапазон мощностей заводских установок АТ и АВТ широк - от 0,6 до 8 млн. т перерабатываемой нефти в год. Преимущества установок большой единичной мощности известны: при переходе к укрупненной установке взамен двух или нескольких установок меньшей пропускной способности эксплуатационные расходы и первоначальные затраты на 1 т перерабатываемой нефти уменьшаются, а производительность труда увеличивается. Накоплен опыт по увеличению мощности многих действующих установок АТ и АВТ за счет их реконструкции, в результате чего значительно улучшены их технико-экономические показатели. Так, при увеличении пропускной способности установки АТ-6 на 33% (масс.) путем ее реконструкции производительность труда повышается в 1,3 раза, а удельные капитальные вложения и эксплуатационные расходы снижаются соответственно на 25 и 6,5%.
Комбинирование АВТ или АТ с другими технологическими установками также улучшает технико-экономические показатели и снижает себестоимость нефтепродуктов. Уменьшение удельных капитальных затрат и эксплуатационных расходов достигается, в частности, сокращением площади застройки и протяженности трубопроводов, числа промежуточных резервуаров и энергетических затрат, а также снижением общих затрат на приобретение и ремонт оборудования. Примером может служить отечественная комбинированная установка ЛК-6у, состоящая из следующих пяти секций: электрообессоливание нефти и ее атмосферная перегонка (двухступенчатая АТ); каталитический риформинг с предварительной гидроочисткой сырья (бензиновой фракции); гидроочистка керосиновой и дизельной фракций; газофракционирование.
Процесс первичной переработки нефти наиболее часто комбинируют с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ, ЭЛОУ-АВТ -вторичная перегонка, АВТ -вторичная перегонка.
Процессы первичной перегонки
Для удаления легких компонентов из дистиллятов при прохождении ими отпарных колонн используется открытый перегретый водяной пар. На некоторых установках с этой целью применяют кипятильники, обогреваемые более нагретым нефтепродуктом, чем отводимый из отпарной колонны дистиллят.
Расход водяного пара составляет: в атмосферную колонну 1,5-2,0% (масс.) на нефть, в вакуумную колонну 1,0-1,5% (масс.) на мазут, в отпарную колонну 2,0-2,5% (масс.) на дистиллят.
В ректификационных секциях установок АТ и АВТ широко применяют промежуточное циркуляционное орошение, которое располагают наверху секции (непосредственно под тарелкой вывода бокового дистиллята). Отводят циркулирующую флегму двумя тарелками ниже (не более). В вакуумных колоннах верхнее орошение обычно циркулирующее, и для уменьшения потерь нефтепродукта через верх колонны для него необходимы 3-4 тарелки.
Для создания вакуума применяют барометрический конденсатор и двух- или трехступенчатые эжекторы (двухступенчатые используют при глубине вакуума 6,7 кПа, трехступенчатые - в пределах 6,7-13,3 кПа). Между ступенями монтируют конденсаторы для конденсации рабочего пара предыдущей ступени, а также для охлаждения отсасываемых газов. В последние годы широкое использование вместо барометрического конденсатора нашли поверхностные конденсаторы. Применение их не только способствует созданию более высокого вакуума в колонне, но и избавляет завод от огромных количеств загрязненных сточных вод, особенно при переработке сернистых и высокосернистых нефтей.
В качестве холодильников и конденсаторов-холодильников широко применяют аппараты воздушного охлаждения (АВО). Использование АВО приводит к уменьшению расхода воды, первоначальных затрат на сооружение объектов водоснабжения, канализации, очистных сооружений и снижению эксплуатационных расходов.
На установках первичной переработки нефти достигнута высокая степень автоматизации. Так, на заводских установках используют автоматические анализаторы качества («на потоке»), определяющие: содержание воды и солей в нефти, температуру вспышки авиационного керосина, дизельного топлива, масляных дистиллятов, температуру выкипания 90% (масс.) пробы светлого нефтепродукта, вязкость масляных фракций, содержание продукта в сточных водах. Некоторые из анализаторов качества включаются в схемы автоматического регулирования. Например, подача водяного пара в низ отпарной колонны автоматически корректируется по температуре вспышки дизельного топлива, определяемой с помощью автоматического анализатора температуры вспышки. Для автоматического непрерывного определения и регистрации состава газовых потоков применяют хроматографы.