книги / Технология переработки нефти и газа. Первичная переработка нефти и газа

нах мира уже с начала 80-х годов ведутся работы по добыче таких нефтей и подготовке их к переработке.

В нашей стране сосредоточено 36 % мировых запасов угля. Од- нако его доля в топливно-энергетическом балансе страны не превы- шает 13 %, в то время как в США она составляет 56 %, Германии – 55,1 %, Польше – 91 %. Даже в Японии эта доля составляет 20 %. Такой подход высвобождает нефть как ценное сырье для получения высококачественных продуктов, потребление которых на душу на- селения определяет жизненный уровень населения страны. Хотя ис- пользование угля в качестве топлива, безусловно, влечет за собой дополнительные затраты на очистку от вредных выбросов, количе- ство которых вдвое больше, чем при использовании нефти.

Тем не менее в настоящее время наблюдается все большее по- нимание того, что необходима замена невосполнимых источников энергии на возобновляемые и использование ценного углеводородно- го сырья (нефти, газа) для получения продуктов газо- и нефтехимии.

1.3.Мировые запасы нефти

1.3.1.Основные нефтедобывающие страны

Доказанные запасы нефти на начало XXI века составляют 140,7 млрд т, газа – 145,7 трлн м3. Открытия новых месторождений время от времени изменяют эти показатели. Повышение активности поисково-разведечных работ в Южной Атлантике (у берегов Запад- ной Африки и Латинской Америки) в 1998 г. сделало эту новую неф- теносную провинцию самым «горячим» регионом. Каспийское море – другой перспективный регион, находящийся в фокусе мирового вни- мания. Продолжаются активные поиски углеводородов в Северном море, на Аляске, в Северной Атлантике (шельф острова Ньюфаунд- ленд), а также в Мексиканском заливе. Полюс поисково-разведочной активности смещается в зону глубоководных шельфов.

Однако до настоящего времени основными нефтедобывающими странами являются 15 стран, входящих в так называемый «Клуб мил- лионеров», суточная добыча нефти которых превышает 1 млн барр.

21

Ниже приведены данные о добыче нефти (млн т/год) на начало 2003 г. (табл. 1.3).

Доля этих 15 стран в общей добыче – 75,2 %

Это соотношение объемов добычи нефти сохраняется примерно в том же виде в течение трех-четырех последних лет.

Вместе с тем в России в последние годы интенсивно наращива- ется добыча нефти. Так, в 2004 г. суммарно с газоконденсатом было добыто 458,8 млн т нефти (что перекрыло все прогнозы), а перерабо- тано всего 205 млн т.

Известно, что в мировой практике устанавливается квота на до- бычу нефти для поддержания цен на нефть на определенном уровне в соответствии с мировым спросом. Например, в 1997 г. ОПЕК сни- зило квоту на добычу, и к этому решению присоединилось сразу не- сколько стран, не входящих в ОПЕК, в том числе и Россия. Это было вызвано падением цены на нефть до 9–12 долларов за баррель. Конъ- юнктура мирового нефтяного рынка зависит от многих факторов эко- номического и политического характера. По прогнозам Международ- ного энергетического агентства, общемировой спрос на нефть в бли- жайшие годы будет возрастать в среднем на 1,6–1,8 % в год, но повысится и прирост ее добычи. Большое значение для стабильно- сти нефтяного рынка имеет сбалансированность спроса и предложе- ния. Однако ряд причин (усиление конкуренции, изменение затрат

22

на транспортировку, локальные конфликты в нефтеперерабатываю- щих регионах, появление альтернативных источников энергии) может вызвать существенные колебания цен на нефть.

Следует подчеркнуть, что нефть – уникальное невосполнимое природное богатство. Человечество неизбежно столкнется с огромной проблемой, если не будут решены вопросы сохранения запасов неф- ти. Согласно прогнозам при нынешнем уровне добычи нефти запасов хватит на 43 года, а природного газа – на 63 года. Речь идет о тради- ционных нефтях. Запасы тяжелых нефтей (битуминозных пород) в 3–4 раза выше, однако их добыча представляет огромные трудности.

1.3.2. Крупнейшие мировые нефтепрерабатывающие заводы

Нефть перерабатывается на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) или комбинатах (НПК). Самый крупный НПЗ в мире мощно- стью 817 тыс. барр/сут находится в Южной Корее и принадлежит компании SK Corp. Правда, список 15 крупнейших заводов возглав- ляет нефтеперерабатывающий центр Paraguana в Венесуэле. Однако это предприятие объединяет два находящихся по соседству НПЗ сум- марной мощностью 940 тыс. барр/сут. В список 15 крупнейших вхо- дят еще два завода в Южной Корее, принадлежащие LG-Caltex (мощ- ность 633 тыс. барр/сут) и Exxon Mobil (580 тыс барр/сут), два завода в Сингапуре (владельцы – Exxon Mobil и Shell Eastern Petroleum Ltd.),

два завода Exxon Mobil в США, два американских завода, принадле- жащих ВР, и по одному заводу в Индии, Иране, Саудовской Аравии, на Виргинских островах. В этом списке российский НПЗ в Ангарске занимает 10-е место.

1.3.3. Крупнейшие мировые компании-нефтепереработчики

Самыми большими нефтеперерабатывающими мощностями об-

ладают компании Exxon Mobil Corp., Royal Dutch/Shell и ВР. В октяб-

ре 2001 г. завершилось слияние компаний Chevron и Texaco. Объеди- ненная компания по праву заняла 5-е место среди ведущих нефтяных компаний.

Ниже приведены мощности по переработке нефти 15 крупней- ших нефтяных компаний мира (табл. 1.4).

23

По регионам мощности Exxon Mobil распределяются довольно равномерно: 1,9 млн барр/сут в США (8 заводов), где компания явля- ется крупнейшим нефтепереработчиком, 1,8 млн барр/сут в Европе (15 заводов, 2-е место после Total Fina Elf SA) и 1,4 млн барр/сут в Азии (11 заводов, 3-е место в регионе). Royal Dutch/Shell владеет примерно одинаковыми мощностями в Европе (13 заводов, 1,4 млн барр/сут) и Азии (16 заводов, 1,2 млн барр/сут) и несколько меньши- ми в США (0,8 млн барр/сут, 10-е место в стране). ВР принадлежит

ью ,0 лн арр/сут (4-е место) и 4 завода в Азии мощностью 0,3 млн барр/сут (17-е место в регионе).

1.4. Нефте- и газоперерабатывающая промышленность на современном этапе и перспективы ее развития

По объему добычи нефти Россия занимает лидирующее положе- ние в мире. К 2020 г. намечается увеличение добычи нефти и газокон- денсата до 450–520 млн т/год. Располагая огромными природными ре- сурсами, важно развивать их рациональную переработку и использо- вание. России предстоит менять структуру нефтяного комплекса, интенсивно развивая переработку и сокращая экспорт нефти, сохраняя тем самым природные богатства для будущих поколений.

24

Переработка нефтяного сырья на российских НПЗ осуществля- ется с недозагрузкой мощностей и с низкой (относительно мировой) степенью конверсии мазута, что обусловлено особенностью потреб- ления топлив в энергетическом балансе.

Потребление моторных топлив и других нефтепродуктов на душу населения в России остается крайне низким по сравнению с развитыми странами мира.

Очень важны вопросы обновления технической базы, увеличе- ния объемов и глубины переработки нефти.

Во многих развитых странах объемы переработки значительно больше, чем объемы добычи нефти: США – 800 и 360 млн т/год; За- падная Европа – 700 и 300 млн т/год соответственно, в то время как в России эти цифры составляют 180–200 и 400–450 млн т/год. Таким образом, даже имеющиеся в стране мощности первичной переработки нефти (около 268 млн т/год) загружены не полностью.

Одна из главных задач отрасли в нашей стране – углубление пе- реработки нефти с получением ценных продуктов, отвечающих со- временным требованиям по эксплуатационным и экологическим ха- рактеристикам.

Глубина переработки нефти характеризуется в основном коли- чеством полученных моторных топлив (составляющих большую часть нефтепродуктов) – самых крупнотоннажных продуктов произ- водства. Суммарное количество вырабатываемых предприятием мо- торных топлив зависит от мощности вторичных процессов, сырьем для которых является тяжелое нефтяное сырье: остатки атмосферной и вакуумной перегонки, тяжелые вакуумные газойли, газойли терми- ческих процессов – дающее возможность получить дополнительное количество светлых нефтепродуктов.

В США в качестве промышленного топлива используется в ос- новном природный газ, а мазут, вакуумные и другие тяжелые газойли перерабатываются в светлые нефтепродукты на установках каталити- ческого крекинга, гидрокрекинга и коксования. В России же основ- ным видом топлива для электростанций, печей, котельных установок

25

и т.п. является мазут. Замена топочного мазута другими видами топ- лив (газом, углем), а также развитие деструктивных вторичных про- цессов переработки тяжелого сырья – один из главных путей повы- шения глубины переработки нефти.

Работу НПЗ принято характеризовать величиной отбора светлых нефтепродуктов и глубиной переработки нефти.

Величину отбора светлых нефтепродуктов (в мас. %) определя- ют по формуле

где Б, К, Д, А, ЖП, СГ, Р – количество получаемых на НПЗ бензина, керосина, дизельного топлива, аромати- ческих углеводородов, жидких парафи- нов, сжиженных газов, растворителей соответственно, тыс. т/год;

H – мощность НПЗ, тыс. т/год.

Глубину переработки нефти Г (в мас. %) рассчитывают по фор-

муле

где НП, ТМ – количество вырабатываемых на НПЗ товарных нефте- продуктов (без топочного мазута) и топочного мазута соответственно, тыс. т/год;

П – безвозвратные потери, тыс. т/год; H – мощность НПЗ, тыс. т/год.

Ужесточение требований к экологическим и эксплуатационным характеристикам нефтепродуктов выдвигает другую важную задачу нефтепереработки – улучшение качества нефтепродуктов, и в первую очередь – повышение показателей, связанных с горением топлива, улучшение низкотемпературных свойств реактивных и дизельных то- плив и нефтяных масел, а также снижение содержания серы и других вредных примесей во всех продуктах нефтепереработки.

26

Всвязи с последним обстоятельством огромное значение при- обретает процесс очистки сырья и нефтепродуктов под давлением во- дорода – гидроочистка. Важно, что наряду с удалением серы в этом процессе происходит общее облагораживание сырья и нефтепродук- тов – снижение содержания азота, насыщение олефинов, гидрирова- ние ароматических углеводородов.

Повышение качества автомобильных бензинов связано с повы- шением октанового числа при одновременном снижении в них со- держания ароматических углеводородов, особенно бензола (сумма ароматических углеводородов – не более 25–30 об. %, а бензола – не более 1 об. %). Для дизельных топлив следует повышать цетановое число (не ниже 50) при ограничении содержания ароматических угле- водородов. Улучшение низкотемпературных свойств топлив (реак- тивных, дизельных) и нефтяных масел: температуры начала кристал- лизации, помутнения, застывания, предельной температуры фильт- руемости и других характеристик – достигается проведением процесса депарафинизации, а также использованием соответствую- щих присадок – депрессорных. Развитие производства новых эффек- тивных многофункциональных присадок к топливам и маслам – одно из важнейших направлений улучшения показателей отрасли.

Всвязи с изменением требований к нефтепродуктам и конъюнк- туры рынка будут меняться структура НПЗ, роль и направленность процессов, их значимость и взаимосвязь.

До последнего времени одним из основных высокооктановых компонентов товарного бензина являлся риформат – продукт процес- са каталитического риформинга (ароматизации) прямогонной бензи- новой фракции. Однако задача снижения содержания ароматических углеводородов в товарных бензинах диктует необходимость измене- ния роли процесса риформинга, разработки новых катализаторов, способствующих изомеризации парафиновых углеводородов, что по- зволит получать бензины с пониженным содержанием ароматики при сохранении высоких октановых чисел.

27

Уже сегодня часть установок риформинга, имеющихся практи- чески на всех отечественных НПЗ, реконструируется в установки изомеризации легкой бензиновой фракции (n-С5–С6). По-видимому, каталитический крекинг также в перспективе перестанет быть одним из основных поставщиков бензина вследствие повышенного содер- жания в нем серы, ароматических и непредельных углеводородов. Качество легкого газойля крекинга как компонента дизельного топ- лива неудовлетворительно из-за его низкого цетанового числа, хи- мической нестабильности и т.п. В связи с этим каталитический кре- кинг может изменить свою направленность на получение газа для алкилирования, производства оксигенатов, а также для нефтехими- ческого синтеза.

Очевидно, что возрастание роли гидрогенизационных процессов с одновременным снижением производства водорода при изменении подхода к процессу каталитического риформинга более остро поста- вит проблему получения водорода с помощью отдельного процесса (например, паровой конверсии метана).

Основная задача отечественного нефтяного комплекса состоит в структурной перестройке нефтеперерабатывающей отрасли, в пер- вую очередь для экспортозамещения сырой нефти высококачествен- ными нефтепродуктами, а также насыщения ими внутреннего рынка. Для этого необходима выработка оптимального соотношения между объемами модернизации старых и строительства новых установок.

Значительный потенциал модернизации российской нефтепере- работки заключен в катализаторных технологиях – возможности производства новых каталитических систем на отечественных ка- тализаторных фабриках, которые сегодня загружены не более чем на 30–40 %.

Для того чтобы соответствовать новым требованиям и получить возможность реализации готовой продукции на европейских и других рынках, каждый НПЗ должен разработать план развития применитель- но к своим конкретным условиям. При этом разработка такого плана

28

должна базироваться на новой федеральной программе, в которую бу- дут включены все перспективные направления нефтепереработки.

Наряду с углублением переработки нефтяного сырья важнейшей проблемой в первом десятилетии нового века для каждого НПЗ и рос- сийской нефтепереработки в целом является повышение эксплуата- ционных и экологических характеристик моторных топлив, масел, битумов и других нефтепродуктов до уровня мировых стандартов.

В настоящее время получили распространение три варианта производства и потребления моторных топлив: бензиновый (в основ- ном в США), дизельный (Германия, Франция, Испания) и равновес- ный (Великобритания). Россия в сфере потребления тяготеет к равно- весному варианту, а в сфере производства (с учетом экспорта) – к за- падноевропейскому (соотношение дизельное топливо : автобензин составляет 1,8–1,9 : 1,0). По мере углубления переработки нефти и повышения в перспективе потребления моторных топлив легко можно перейти как к бензиновому, так и к дизельному вариантам.

Такая ситуация в нефтепереработке требует развития на крупных НПЗ России процессов гидрокрекинга и каталитического крекинга.

Суммарный эффект совместной эксплуатации установок гидро- крекинга и каталитического крекинга не только позволит углубить переработку нефти (за счет увеличения производства моторных топ- лив из мазутов), но и существенно повысить качество целевых про- дуктов: автобензинов, авиакеросинов, дизельных топлив, топочных мазутов.

Производство смазочных масел связано в ближайшем будущем с получением высококачественных базовых масел с высоким (бо- лее 110) индексом вязкости, низким содержанием серы, хорошей приемистостью к присадкам.

Для обновления технологического оборудования (реакторы, ко- лонны, теплообменники) отечественного производства необходимо привлечение российских предприятий машиностроения, что значи- тельно дешевле закупок за рубежом.

29

Одной из важнейших задач развития нефтегазоперерабатываю- щей промышленности является сопряжение, кооперация нефтепере- работки с промышленностью нефтехимии и органического синтеза.

Потребление продукции нефтепереработки и нефтехимии на душу населения – важнейший показатель уровня жизни. В этом Рос- сия значительно уступает экономически развитым странам (табл. 1.5).

Таблица 1.5

Уровень потребления продуктов нефтепереработки на душу населения в различных странах

В мировой практике наблюдается тенденция к интеграции про- цессов нефтепереработки и нефтехимии. Такая интеграция станет предпочтительной и в России в ближайшее десятилетие.

Только с подъемом нефтеперерабатывающей промышленности российский нефтяной комплекс получит необходимую устойчивость и сможет стать одной из ведущих наукоемких отраслей отечествен- ной экономики.

1.5. Краткие сведения о происхождении нефти, бурении нефтяных скважин, добыче и транспортировке нефти и газа с промысла на НПЗ и ГПЗ

Вопрос о происхождении нефти занимал человека с давних вре- мен. До сих пор не утихают споры по этому поводу. Различные тео- рии и гипотезы о происхождении нефти делятся на две основные

30