Нефтепереработка: ключ к энергетической стабильности и экологическим вызовам

Нефтепереработка — одна из тех отраслей, без которых современный мир представить невозможно. Её становление началось ещё в XIX веке, когда первые изобретатели, вдохновлённые потенциалом нефти, искали способы извлечения из неё полезных продуктов.

История нефтепереработки

Одним из основоположников отрасли считается шотландский химик Джеймс Янг, в 1847 году разработавший метод перегонки нефти для получения керосина — продукта, который на десятилетия стал основой осветительной промышленности.

Керосиновая лампа, например, появилась только к середине XIX столетия — в 1853 году. К её изобретению приложил руку Ян Юзеф Игнаций Лукасевич, подданный Австрии. Он же и пробурил первую на территории нынешнего Евросоюза скважину в 1854 году. А вот первая компания по производству керосина появилась в Канаде. Её создатель, Абрахам Пинео Геснер, долго проводил опыты с перегонкой данного вида топлива, прежде чем оно было запатентовано в том же 1854 году.

Важным шагом на пути к современной нефтепереработке стали изучение и открытие новых способов добычи сырой нефти из недр. Так, считается, что первая скважина для извлечения жидких углеводородов на территории Западного полушария была пробурена в 1859 году в США, нефть начали добывать из неё в августе того же года. Это привело к появлению нефтеперегонного предприятия в Америке. Впрочем, канадцы заявляют, что начали нефтедобычу раньше своих соседей — в 1858 году. 

Впрочем, и в России эксперименты по переработке углеводородов начались достаточно рано. Например, один из первых (зафиксированных!) опытов добычи и переработки нефти состоялся приблизительно в 1746 году. «Горючую жидкость» со дна Ухты — реки, протекающей по территории Архангельской губернии — начал добывать местный купец по имени Фёдор Прядунов. Прежде нефтяную плёнку с поверхности водоёма уже применяли и населяющие губернию люди: её использовали как в медицинских целях, так и в качестве смазочного материала.

Купец подошёл к новому делу с умом: он построил целый завод для перегонки нефти, основываясь при этом на уже полученном опыте добычи и переработки прочих ископаемых. Полученное им сырьё отправлялось в Москву, что, к слову, было крайне затратно как в финансовом плане, так и во временном — очень уж долго нефтепродукты добирались до столицы. Да и спрос на такую «новинку» был достаточно скромным.  

Сам Прядунов из-за невозможности выплатить налог попал в тюрьму. Однако его «детище» проработало почти 40 лет — до 1780-х годов. Сначала им заведовал сын купца, который впоследствие продал отцовский завод новым владельцам.  

Следующей «вехой» в истории российской нефтепереработки можно считать разработанный братьями Дубиниными нефтеперегонный куб. Он появился в 1823 году, а к 1869 году в Российской Империи на территории, где сегодня находится Азербайджан, вполне успешно функционировали более 20 нефтеперегонных предприятий: заводы эти не были большими и работали на добываемом здесь же сырье. После в разных регионах большой страны начали появляться подобные производства. 

Большой вклад в развитие отрасли внесли и русские учёные. Например, Дмитрий Менделеев был одним из первых, кто осознал стратегическую важность нефти как сырья для химической промышленности. Он же принимал участие в модернизации предприятий: изобретённый им метод, в котором учёный объединил в одну батарею сразу несколько нефтеперегонных кубов, впоследствии лёг в основу современной переработки жидких углеводородов. 

Технологию термического крекинга, в свою очередь, разработал инженер Владимир Шухов. Молекулы нефти при воздействии высокой температуры и давления в специальных промышленных установках распадаются на более лёгкие фракции. В результате из сырой нефти, мазута, гудрона или газойля получаются новые вещества с меньшей молекулярной массой — лёгкое моторное топливо, котельное топливо, непредельные углеводороды, нефтяной кокс и т. д.

Так, уже к концу XIX столетия предприятия перспективной нефтегазовой отрасли выпускали до 1,6 млн т керосина в год. К 1913 году в России функционировало 59 нефтеперерабатывающих заводов, объёмы переработки которых оценивались в 9 млн т нефти.

Методы переработки нефти: от первичных процессов — к вторичным

Выше мы уже частично затронули методы и способы переработки нефти, однако на деле их куда больше. С годами данный процесс становился всё более технологичным и многоступенчатым. Сегодня отрасль базируется на ряде ключевых методов, которые используются не только в России, но и по всему миру. Их можно разделить на несколько групп, согласно этапам нефтепереработки. 

Первичная нефтепереработка

Так, процессы первичной переработки жидких углеводородов, если упростить, предназначены для того, чтобы разделить сырьё на фракции. От него отделяют попутные газы, а затем при помощи перегонки разделяют. Вкратце весь процесс можно представить следующим образом: 

• подготовка сырья: нефть, извлечённая из скважины, всегда сопровождается «побочными» продуктами —  газом, песком, водой с солями и т. д. Для успеха дальнейшей переработки от этих примесей необходимо избавиться, и сделать это нужно прежде, чем сырьё будет доставлено к месту переработки;
• атмосферная перегонка (дистилляция): нефть нагревают до установленной температуры — приблизительно 380 °С, получая жидкость и пар. Они отправляются в блок, где происходит дистилляция, в ходе которой продукт делится на фракции. На финальном этапе процесса нефть нагревают до 400 °С;
• вакуумная дистилляция: остатки нефти дистиллируют при более низком давлении.

Согласно действующим стандартам нефтеперерабатывающей отрасли, фракции нефти делятся на три вида:

• Лёгкие, которые отделяются при температуре до +140 °C. В данную класификацию входят бензиновая и петролейная фракции;
• Средние — керосиновые, лигроиновые и дизельные — относятся к светлым фракциям. Пределы выкипания этих фракций — от 140 до 350 °C;
• Тяжёлые фракции выкипают в условиях вакуума и при температуре свыше +350 °C. Из них образуется мазут, из которого при помощи углублённой перегонки получают гудрон и вакуумный газойль.

Вторичная нефтепереработка

Вторичная нефтепереработка — важный шаг для получения из нефти  компонентов нефтепродуктов. Здесь список методов значительно возрастает: большинство из них предназначены для получения определённого компонента из ранее добытых фракций. Ниже приведён список вторичных процессов нефтепереработки: 

• Гидроочистка — на данном этапе отобранные фракции очищают от различных соединений. Делается это при помощи водорода, высоких температур и давления;
• Риформинг — процесс завязан на химической реакции, необходимой для производства высокооктанового топлива. Сырьё подвергается изменениям на молекулярном уровне;
• Изомеризация, с помощью которой происходит химическое изменение скелета углерода. Данный метод применяется для получения компонентов товарного бензина. Сырьём в данном случае выступают лёгкие бензиновые фракции с температурой окончания кипения 62 °C или 85 °C;
• Каталитический крекинг: применение данного способа переработки позволяет очистить от смесей, содержащих серу, полученный на предшествующем этапе разгонки вакуумный газойль, а также расщепить тяжёлые углеводороды;
• Термический крекинг, в отличие от приведённого выше метода, позволяет получить из полученных ранее фракций бензин и крекинг-остатки, необходимые для последующего производства кокса или термогазойля. Как правило, данный процесс происходит при температуре 500—540°С и давлении 2-5 МПа;
• Ещё один вид термического крекинга — висбрекинг — представляет собой переработку тяжёлых фракций, таких как мазут или гудрон. Впоследствии из данных компонентов на предприятиях производят котельное топливо;
• Технология гидрокрекинга предназначена для очистки и переработки минерального масла в синтетическое. В процессе меняется его молекулярная структура;
• Процесс коксования включает переработку сырья как в жидкой, так и в твёрдой формах, в вакууме и, что немаловажно, под большим давлением;
• Метод аккилирования применяется для производства высокооктанового бензина и товарных алкилатов. Процесс представляет собой воздействие на углеводородные газы специальным соединением, относящимся к алкильной группе. Алкильной группой называют молекулу алифатического углеводорода (алкана), потерявшую один атом водорода.

Последним этапом нефтепереработки является товарное производство, а именно — соединение полученных в процессе вторичной переработки компонентов и специальных присадок. На данном этапе предприятия получают нефтепродукт с необходимыми показателями.

Продукты нефтепереработки и их значение

Современная нефтепереработка охватывает широкий спектр продуктов. В их числе:

• Топливо (бензин, дизель, керосин);
• Нефтехимическое сырьё (пластмассы, синтетические волокна);
• Смазочные материалы;
• Асфальт для дорожного строительства.

Каждый из этих продуктов играет важную роль, обеспечивая работу транспорта, промышленности, энергетики и строительства. Однако всегда стоит помнить, что переработка нефти сопряжена с образованием отходов — мазута, сероводорода и углекислого газа, что создаёт серьёзные экологические вызовы.

Лидеры нефтеперерабатывающей отрасли в России и мире

Традиционно Российская Федерация является одним из мировых лидеров в области нефтепереработки. Среди крупнейших игроков российской нефтяной отрасли — «Роснефть», «Лукойл» и «Газпром нефть». Заводы в Омске, Киришах, Уфе и Нижнем Новгороде ежегодно перерабатывают миллионы тонн сырой нефти, поставляя продукцию как на внутренний рынок, так и за рубеж.

На международной арене выделяются компании ExxonMobil, Shell, BP и другие, активно инвестирующие в развитие экологически чистых технологий и повышения глубины переработки.

Тенденции и перспективы нефтепереработки

Современная нефтепереработка переживает трансформацию. Среди ключевых тенденций:

• Цифровизация процессов: использование искусственного интеллекта для повышения эффективности заводов.
• Энергосбережение: внедрение технологий, позволяющих снизить энергозатраты.
• Экологизация: разработка методов утилизации отходов и сокращения углеродного следа.

Читайте также: «Экологические KPI в нефтегазовой отрасли: взгляд эксперта». 

Новые разработки и вызовы будущего

Ведущие научные центры разрабатывают катализаторы нового поколения, способные повысить эффективность переработки тяжёлой нефти. Одновременно активно исследуются технологии улавливания углекислого газа (CCS) и создания альтернативных видов топлива. Тем не менее отрасль сталкивается с вызовами, такими как снижение доступных запасов лёгкой нефти и рост требований к экологической безопасности.

Нефтепереработка остаётся сердцем глобальной энергетики, её ключевым драйвером и одновременно объектом жёсткой критики со стороны экологов. В её развитии лежит непростая задача — баланс между потребностями экономики и сохранением экосистемы. Очевидно одно: будущее нефтепереработки будет определяться не только технологическими прорывами, но и нашей способностью использовать её достижения во благо.

В тему: «Big Data в нефтегазе: оцениваем возможности, преодолеваем барьеры».