Переработка нефти как многоэтапный процесс образования нефтепродуктов: первичная, вторичная переработка, движение сырья от нефтяной скважины до баночки крема

Переработка нефти начинается с добычи на месторождении и транспортировки по трубопроводам на нефтеперерабатывающий завод, где первичная атмосферная ректификация разделяет сырую нефть на фракции по температуре кипения — от газа и бензина до мазута. Вторичные процессы — каталитический крекинг, гидроочистка и риформинг — преобразуют тяжёлые фракции в высокооктановый бензин, дизельное топливо и сырьё для нефтехимии, включая этилен и пропилен для производства пластиков. Из остаточных продуктов вакуумной ректификации получают битум для дорог, парафины для свечей, а также базовые масла, которые после глубокой очистки становятся основой косметических кремов, лосьонов и декоративной косметики. Современные НПЗ России («Роснефть», «Лукойл», «Газпром нефть») внедряют технологии глубокой переработки до 95%, минимизируя отходы и максимизируя выход ценных продуктов от топлива до фармацевтических и косметических компонентов.

Продукция из нефти представлена десятками видов различных сфер. Это сырье сегодня является основным источником углеводородов, причем структура и свойства делают его универсальным. Его применяют для производства растворителей, топлива и даже косметики. При этом продукция разных видов сильно отличается свойствами друг от друга. Результатом производства могут быть опасные компоненты, также оказывается негативное влияние на оборудование. Чтобы минимизировать степень вреда, причиняемого экосистеме продуктами распада, переработка нефти должна выполняться без нарушений основных правил обращения с ней. На каждом из этапов утилизации постепенно должны улучшаться свойства веществ.

Состав и процесс переработки нефти, особенности этапов

Природная вязкая жидкость подвержена горению с выделением большого количества тепла. Причем состав всегда разный – комбинация веществ зависит от месторождения. Например, отмечается существенная разница по плотности: от 0,77 до 1,1 г/см³. Причем наиболее распространенный вариант – горючая жидкость со средними параметрами. Показатель плотности составляет 0,82-0,92г/см³. Как результат, эти вещества характеризуются различной текучестью: являются более или менее вязкими.

Горючая жидкость отличается и по температуре кипения. Причем значения этого параметра существенно колеблются: +30°…+600°С. Определяющим фактором также является состав. Скорость изменения структуры и свойств, отделения некоторых компонентов зависит от содержания тех или иных веществ. Меняется при этом и поверхностное натяжение, но в любом случае его показатель меньше, чем у воды. В состав нефти чаще всего входят компоненты:

• углерод;
• водород;
• сера;
• азот;
• кислород и др.

Может насчитываться более 1000 веществ. Это значит, что следует более тщательно подбирать метод переработки, чтобы предупредить разрушение важных составляющих, избежать высвобождения вредных веществ.

На следующем этапе сырье проходит механическую и тонкую чистку. При этом из него выделяют основные компоненты. Они также могут содержать примеси, которые нужно удалить для повышения качества сырья. Используют разные методы, начиная с отстаивания и заканчивая воздействием негативных факторов на горючую жидкость.

Начало: подготовка нефти к транспортировке сырья на нефтеперерабатывающие заводы из мест добычи

Когда сырье поднимается на поверхность из скважины, невозможно избежать его смешения с другими пластами (воды, песка и пр.), расположенными выше. Примеси снижают качество готовых продуктов. Кроме того, еще на этапе предварительной подготовки сырья, может произойти поломка оборудования, т. к. плотность веществ часто высокая, вязкость – низкая. Возможные проблемы на участке, где проводятся работы:

• засорение коммуникаций– внутри образуется налет из твердых фракций и вязкого вещества с высокой адгезией;
• перегрев из-за стремительного загрязнения основных узлов оборудования, что приводит к плавлению некоторых деталей;
• механическая нагрузка на оборудование (подвижные элементы), что провоцирует их преждевременный износ.

Примеси способствуют снижению качества сырья. Это негативно влияет на процесс утилизации. На выходе получают продукт с другими свойствами. Кроме того, остаются компоненты, которые подлежат уничтожению, например, сухой остаток. Его невозможно использовать повторно. Для сравнения некоторые из побочных продуктов утилизации все же применяют, например, газ.

Отстаивание

Один из наиболее простых способов – удаление примесей путем отстаивания. Вещества, которые содержит горючая жидкость, характеризуются разными параметрами. Под влиянием повышенной температуры и давления их свойства меняются. Это приводит к разрушению нефтяной эмульсии, отделению воды.

На данном этапе вода остается внизу емкости, нефть поднимается. У метода есть недостаток. Он заключается в низком качестве очистки эмульсии.

Центрифугирование

Целью метода является отделение примесей (включая воду) от нефти. Центрифуга вращается на высокой скорости. Это способствует физическому разделению сырья на компоненты. Кроме воды, удаляются также оставшиеся примеси: соли, которые были растворены в воде, твердые фракции.

Преимуществом метода является снижение до минимума требований в отношении:

• промывочной воды;
• разбавления;
• нагрева;
• химических присадок.

Электрохимический метод

Технология считается наиболее эффективной, когда необходимо провести обессоливание нефти, удалить воду. Она совмещает разные направления:

• термохимическое отстаивание;
• разделение на компоненты вследствие разрушения нефтяной эмульсии под воздействием тока.

Перегон нефти на 1 этапе: физические способы сепарации входящих в состав фракций путем отстаивания в герметических резервуарах полученной эмульсии

Разделяют методы первичной и вторичной переработки нефти. В каждом из случаев сырье отличается по составу, свойствам. Существующие виды нефтяных эмульсий:

• гидрофильные – содержат существенное количество воды;
• гидрофобные – доля воды минимальная.

Чтобы можно было и дальше выполнять операции с нефтью, переработка должна включать в себя этап отделения твердых фракций. Они отличаются молекулярным весом, диапазоном температур кипения.

Методы подготовки нефти

Выбор подходящего варианта делается с учетом состава сырья. Учитывают, какие компоненты преобладают. Принимают во внимание и свойства продуктов, которые нужно получить.

Атмосферное давление (перегонка)

В основе метода – создание условий для разделения сырья на фракции. При атмосферной перегонке требуемый эффект достигается путем изменения агрегатного состояния воды: она превращается в пар, а затем конденсируется. Процесс развивается при определенных условиях – под воздействием температуры +380°С. Затем в ректификационной колонне происходит разделение сырья на более легкие и тяжелые компоненты. В результате пары поднимаются, конденсируются. Эта жидкость позволяет удалять примеси.

Вакуумная дистилляция

Метод реализуется в условиях пониженного давления. Для обработки используются остатки после процедуры атмосферной перегонки – мазута, который образуется в ректификационной колонне. Применяют специальную установку – для вакуумной дистилляции. Это еще одна колонна, вверху расположен насос. Он снижает давление, что способствует кипению легких фракций, а также их последующему удалению.

Простая перегонка (фракционная дистилляция)

Метод основан на постепенном испарении примесей. В данном случае компоненты конденсируются и удаляются по отдельности, что обусловлено разницей в составах. Первой выводят низкокипящие вещества. На последнем этапе остаются высококипящие компоненты.

Однократное испарение (равновесная дистилляция) – один из методов ректификации

Возможные варианты ректификации: однократное, двукратное и многократное испарение. Во всех случаях за основу берется единый принцип переработки. Однако каждый из них предполагает необходимость использования разного количества ректификационных колонн.

Процессы изменения структуры сырья происходят в ректификационной колонне. Однократное испарение – один из методов, основанный на переходе некоторых примесей в другую емкость при нагреве до уровня, когда парообразные и жидкие компоненты достигают равновесного состояния. Парожидкостная смесь подвергается очистке. При этом она разделяется на оставляющие разных агрегатных состояний.

Применение испаряющего агента

Дополнительные компоненты применяются для получения лучших результатов, когда проводится переработка нефти. Цель использования испаряющего агента – повышение концентрации высококипящих примесей. Это позволяет вывести больше сторонних компонентов из остатка, являющегося результатом процессов переработки нефти. Испаряющим агентом могут называться пары:

• бензина;
• воды;
• керосина;
• инертного газа;
• лигроина.

Первое сырье, пригодное для хозяйственного использования

При разделениивязкой жидкости на фракции получают вещества, материалы, которые позднее используются в качестве отдельного сырья при производстве прочей продукции:

• мазут;
• гудрон;
• бензин;
• дизель;
• керосин и др.

Видео: Первичная переработка нефти

2 этап: вторичная переработка для улучшения характеристик нефтепродуктов

Если на первом этапе часто использовались физические способы переработки нефти, то на следующем необходимо задействовать реагенты, катализаторы. Это химические вещества, которые улучшают свойства основных компонентов, позволяют получить товарные нефтепродукты. Используются разные методы утилизации исходного сырья. Выбор делают с учетом цели вторичной переработки.

Каталитический крекинг

Данный метод основан на термокаталитической реакции, которая развивается в условиях повышения температуры и давления до предельных значений. Катализатором выступает цеолитный компонент. Технология реализуется в реакторе. Установка представлена разными вариантами, которые отличаются развивающимися внутри процессами: непрерывные, периодические. В особых условиях происходит расщепление сырья на компоненты. Результатом являются продукты: высокооктановый бензин, непредельные жирные газы.

Термический крекинг и висбрекинг

Технологии переработки нефти позволяют получить разные результаты. При термическом крекинге образуется больше светлых нефтепродуктов, что достигается методом температурного воздействия на остатки, полученные вследствие первичной переработки нефти.

Технологическая схема при термическом крекинге разная, постоянно меняется, что определяется видом сырья и конечной целью процесса утилизации. Например, при висбкрекинге вязкость конечного топлива понижается путем повышения температуры.

Замедленное коксование

Это еще одна разновидность рассмотренного выше термокрекинга. Данная технология вторичной переработки нефти позволяет изменить свойства тяжелых остатков. При этом получают кокс, дистиллятные продукты. Метод недорогой, применяется часто. Благодаря ему достигается нужная глубина переработки нефти в России. Основные этапы:

• нагрев;
• коксование;
• выделение фракций;
• разделение газообразных веществ;
• очистка;
• продувка коксовой камеры;
• раскоксовывание.

Гидрокрекинг и гидроочистка

Несмотря на сходство названий, у каждого из этапов есть свои особенности:

• гидроочистка – предварительная процедура удаления грубых примесей, выполняется на этапе подготовки к дальнейшей утилизации нефти;
• гидрокрекинг предполагает необходимость переработки сырья в топливо, при этом используются атомы водорода, для получения продукта с необходимыми характеристиками понижается температура частиц сырья (меняется состояние: от высококипящего к низкокипящему).

Оба этапа взаимосвязаны, хоть и выполняются в разное время.

Каталитический риформинг

Процедура обработки фракций определенных компонентов сырья (бензиновых, лигроиновых) получила название «риформинг». Для запуска каталитической реакции требуется подготовить катализаторы: чистую платину или с добавками (рения, иридия и др.), ее наносят на оксид алюминия, причем важным компонентом является также хлор. Как результат, реакция развивается в условиях высоких температур. Катализатор выполняет гидрирующую-дегидрирующую функцию.

Изомеризация низкооктановых фракций нефти

Цель процедуры – извлечение из бензинов низкооктановых легких частиц, благодаря этому производится изомеризат. Такие процессы позволяют получить бензин с высоким октановым числом.

Что такое октановое число

Октановое число – показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива. Он определяет устойчивость горючего к самовоспламенению, когда подвергается воздействию давления в двигателе внутреннего сгорания.

Если интересно, как перерабатывают нефть, важно особое внимание уделить безопасности применения продуктов, которые получают при выходе из перерабатывающего оборудования. Преимущество отдают высокооктановому топливу.

Коксование тяжёлых нефтяных остатков

Метод многоэтапный. Он реализуется с помощью разного оборудования, на различных участках. Это обусловлено тем, что работать нужно с тяжелым нефтяным остатком, а он, как известно, характеризуется высокой плотностью, вязкостью, в результате оседает на дно колонны, в которой перерабатывается. Сюда же попадают летучие вещества, полученные вследствие коксования при максимально допустимой температуре (на первичном этапе). Далее, конденсируются низко- и высококипящие продукты. После этого сырье отправляется в печь для прохождения заключительного этапа (коксования).

Алкилирование сырья

Цель применения способа – получение высокооктанового бензина. При этом за основу берутся непредельные углеводородные газы.

Производство битумов

Битум получают вследствие термического метода утилизации горючей жидкости. Основные варианты производства такого материала:

• окисление;
• перегонка концентрированных остатков, полученных при переработке нефти в вакуум;
• смешение битумов, полученных разными способами (остаточные, окисленные).

Производство различных масел

На каждом этапе переработки нефтепродукты остаются в разном количестве, отличаются также типом. Среди них масла занимают особое место. Распространенные виды, которые отличаются по способу производства:

• дистиллятные – результат дистилляции горючего сырья;
• остаточные – продукты переработки нефти, которые остаются после удаления прочих компонентов (в частности, из гудронов);
• компаундированные – результат смешения дистиллятных и остаточных масел.

3 этап: производство товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство)

На последней стадии переработки нефти тоже могут использоваться добавки. В данном случае целью является улучшение свойств продуктов. Это позволяет получить материалы и вещества, соответствующие основным требованиям, которые предъявляются к товарным нефтепродуктам.

Товары широкого применения

Из нефтепродукции изготавливают самые разнообразные товары:

• игрушки;
• полимерные емкости и прочая продукция;
• топливо;
• стройматериалы, отделочные смеси;
• резиновые изделия;
• электроды, прочие детали из отрасли металлургии;
• косметику;
• упаковочные материалы;
• текстиль;
• препараты;
• бытовую технику;
• моющие средства;
• пищевые добавки;
• обувную подошву и др.

Список неполный. Он включает в себя еще множество нефтепродуктов, изделий на их основе.

Смазочные материалы

К данной группе относятся вещества, которые характеризуются умеренной вязкостью, отличаются свойствами, а также подвержены горению:

• моторные масла;
• технические масла;
• смазки разных видов.

Промышленное производство

Продукция, полученная на основе горючей жидкости, используется в разных сферах. В числе прочего отмечают не только готовые товары, но и компоненты, применяемые для получения энергии, тепла и др. К данной группе относят прочие вещества ГСМ (горюче-смазочные материалы):

• газообразное топливо;
• бензин;
• дизель;
• керосин и др.

Оборудование для перегонки нефти

На этапе утилизации сырья и производства готовой продукции из нефтепродуктов используют разные агрегаты, линии, станки. Они предназначаются для выполнения различных задач, а потому не являются взаимозаменяемыми. При наладке линии по переработке сырья учитывают это, сразу решают, какие работы будут выполняться на участке. Основные устройства:

• фильтровальные установки;
• паротурбины;
• компрессоры;
• генераторы;
• факельная система;
• нагревательная система;
• теплообменники;
• накопители;
• колонны ректификации;
• электрообессоливающая установка;
• вакуумный блок;
• защелачивающий блок и др.

Видео: Переработка нефти на НПЗ. Полная версия

Отходы нефтепереработки

На этапе обработки горючей вязкой жидкости остается много отработанных материалов, веществ, примесей. Некоторые после удаления подлежат утилизации, другие приносят пользу – применяются повторно. Есть и токсичные вещества. Все нефтесодержащие отходы делятся на группы, что позволяет выбрать способ их утилизации.

Нефтяные шламы при добыче нефти

Нефтешламы– продукты добычи, обработки горючей жидкости, представляют собой сложные смеси. Основные компоненты – нефтесодержащие. Кроме того, шламы включают в себя и механические примеси. Их следует перерабатывать в первую очередь. Результатом утилизации является разделение смеси на отдельные субстанции: нефтепродукты, примеси.

Кислые гудроны, зола

Вследствие реализации различных технологий появляются отходы разных групп:

• зола – сухой остаток, чаще всего сжигается в печах;
• кислые гудроны – вещества, которые подлежат утилизации, их используют для производства битума, получения кокса, диоксида серы и др.

Для получения строительных материалов гудроны нагревают. В результате смесь уплотняется, меняются ее свойства. Чтобы образовался битум, кислые гудроны соединяют с прямогонными.

Отработанные катализаторы

На этапе переработки нефти применяются химические вещества. В процессе взаимодействия с компонентами горючей смеси они отравляются. Уже разработаны технологии по восстановлению катализаторов. Они важны для разных отраслей промышленности. Например, на территории России остановился бы почти весь транспорт без катализаторов. Сегодня используется большое количество таких веществ, их нужно правильно перерабатывать. Теперь такая возможность появилась.

Проблема утилизации отходов нефти

Все используемые методы утилизации сложны, требуют вложений средств, но при этом не всегда эффективны. Чтобы отходы нефтепродуктов могли стать базой для получения безопасного сырья, требуется разработка новых технологий. Одним из таких является пиролиз. Это позволяет переработать даже наиболее калорийные отходы. В результате получают полезную продукцию: синтетическое сырье, пиролизный газ и сухой остаток.

Ситуация с переработкой нефти в России

Учитывая, что в стране добывается большое количество горючей жидкости, требуется постоянно искать новые пути обращения с отработанными веществами. Сегодня на утилизацию отправляется 50% отходов. Кроме того, развивается направление безотходного производства. Этому способствует комплекс глубокой переработки нефти (КГПН). В результате уменьшается количество отработанных компонентов.

Мнение эколога

Складовская Е.Н.

Эколог

Задать вопрос

На территории Российской Федерации к числу главных проблем относится уничтожение кислых гудронов. Они содержат серную кислоту. Сегодня такие отходы хранят, сжигают или же вовсе смешивают с другими веществами, выбрасывают. В любом из случаев проблема не решается, т. к. ежегодно образуется более 300 тыс. тонн кислых гудронов.

Кроме того, кислые гудроны способствуют ржавлению оборудования. Это основная причина выхода из строя большинства техники по переработки горючего сырья. Замена производственной линии обойдется дорого. Это объясняет, почему многие производители стремятся сбросить гудрон, чаще всего – в окружающую среду.

Комментарий юриста

Маркин О.Г.

Юрист

Задать вопрос

В сфере утилизации много случаев нарушения законодательства. Причина – несовершенные методы обращения с нефтепродуктами. Часть отходов сбрасывается, отравляя экосистему. Крупные компании периодически оплачивают штрафы по причине неправильного обращения с отходами или скрывают ситуацию с отработанными веществами, которые требуют правильной переработки. Но видимых изменений в организации хранения или уничтожения нефтепродуктов пока нет. Вот пример: с 2018 г. степень загрязнения Охотского моря, где начали разработку нового месторождения, уже достигла критического уровня. Гибнет рыба, нефтепродукты отравляют и местных жителей.