Нефтеперерабатывающий завод

Нефтеперераба́тывающий заво́д — промышленное предприятие, основной функцией которого является переработка нефти в бензин, авиационный керосин, мазут, дизельное топливо, смазочные масла, смазки, битумы, нефтяной кокс, сырьё для нефтехимии^[1][2][3]. Производственный цикл НПЗ обычно состоит из подготовки сырья, первичной перегонки нефти и вторичной переработки нефтяных фракций: каталитического крекинга, каталитического риформинга, коксования, висбрекинга, гидрокрекинга, гидроочистки и смешения компонентов готовых нефтепродуктов^[4].

Обычно на нефтеперерабатывающем заводе или рядом с ним имеется нефтебаза для хранения поступающего сырья для сырой нефти, а также больших объёмов жидких продуктов.

НПЗ характеризуются по следующим показателям:

• Вариант переработки нефти: топлив��ый, топливно-масляный и топливно-нефтехимический.
• Объём переработки (в млн тонн).
• Глубина переработки (выход нефтепродуктов в расчёте на нефть, в % по массе за минусом топочного мазута и газа).

По данным журнала «Нефть и газ», в мире на 31 декабря 2014 года работало 636 нефтеперерабатывающих заводов общей мощностью 87,75 млн баррелей (13 951 000 м³). Джамнагарский нефтеперерабатывающий завод^[англ.] в Индии является крупнейшим нефтеперерабатывающим заводом с 25 декабря 2008 года с мощностью переработки 1,24 млн баррелей (197 000 м³)^[5][6]. В 2020 году общая мощность мировых НПЗ по сырой нефти составляла около 101,2 млн баррелей в сутки^[7].

Нефтепереработка заводским способом впервые была осуществлена в России: в 1745 году рудознатец Фёдор Савельевич Прядунов получил разрешение на добычу нефти со дна реки Ухта и построил примитивный нефтеперегонный завод, хронологически — первый в мире^[8]. Cобрав с речной поверхности 40 пудов нефти, Прядунов в 1748 доставил её в Москву и в лаборатории Берг-коллегии осуществил перегонку, получив керосиноподобный продукт^[9].

В 1823 году возле аула Акки-Юрт, вблизи города Моздока заработал нефтеперегонный куб, изобретенный крепостным крестьянином Василием Алексеевым Дубининым и его братьями — Герасимом и Макаром^[10]. Завод братьев Дубининых представлял собой установку, состоящую из кирпичной печи, нагревающей железный куб с нефтью ёмкостью примерно на 492 литра, змеевика, проходящего через «холодильник» (деревянную бочку с охлаждающей водой) и в котором конденсировались пары керосина, и ёмкости для готового керосина^[11]. Завод проработал более 20 лет и явился родоначальником нефтеперегонных предприятий, возникших позднее в России и других странах.

Значительно более совершенным стал завод, основанный Василием Александровичем Кокоревым. В 1857 году В. А. Кокорев, Н. Е. Торнау и Н. А. Новосельский основали акционерное «Закаспийское торговое товарищество» с капиталом 2 млн руб., позднее к ним присоединился и предприниматель П. И. Губонин. Товарищество купило 12 десятин земли в Сураханах вблизи Баку для сооружения завода по производству осветительного масла. Завод был убыточным и вскоре Василий Кокорев пригласил для «оказания консультаций» Василия (Вильгельма) Эйхлера^[12]. Эйхлер предложил Кокареву отказаться от использования в качестве сырья кира (пропитанная выветрившейся нефтью минеральная вода) и от технологического проекта, разработанного в Германии, а завод перевести на переработку самой нефти. Эйхлер рекомендовал также очищать керосин. Построенный по проекту Либиха завод был ликвидирован, а новый завод, построенный на той же территории, был спроектирован по схеме братьев Дубининых^[13].

Вместо немецких чугунных реторт были установлены 17 железных кубов периодического действия, а для более равномерного нагрева нефти шарообразные паровые котлы были заменены цилиндрическими. Впервые в технологический процесс получения керосинового дистиллята была внедрена его очистка щелочным раствором. В результате этих преобразований выход готового продукта увеличился почти вдвое.

В 1863 году Кокорев пригласил в Сураханы Дмитрия Менделеева. Менделеев с Эйхлером провели целую серию опытных перегонок. Были внесены существенные изменения в конструкцию перегонных кубов, внедрены в производство проточные холодильники и разработана новая технология очистки^[14][15]. Результатом проведенных исследований и преобразований стало то, что «Сураханский завод стал давать доход, несмотря на то, что цены керосина стали падать»^[16].

На сегодняшний день границы между профилями стираются, предприятия становятся более универсальными. Например, наличие каталитического крекинга на НПЗ позволяет наладить производство полипропилена из пропилена, который получается в значительных количествах при крекинге, как побочный продукт.

В российской нефтеперерабатывающей промышленности выделяют три профиля нефтеперерабатывающих заводов, в зависимости от схемы переработки нефти: топливный, топливно-масляный, топливно-нефтехимический.

На НПЗ топливного профиля основной продукцией являются различные виды топлива и углеродных материалов: моторное топливо, мазуты, горючие газы, битумы, нефтяной кокс и т. д.

Набор установок включает в себя: обязательно — перегонку нефти, риформинг, гидроочистку; дополнительно — вакуумную дистилляцию, каталитический крекинг, изомеризацию, гидрокрекинг, коксование и т. д.

Примеры НПЗ: МНПЗ, Ачинский НПЗ и т. д.

На НПЗ топливно-масляного профиля помимо различных видов топлив и углеродных материалов производятся смазочные материалы: нефтяные масла, смазки, твердые парафины и т. д.

Набор установок включает в себя: установки для производства топлив и установки для производства масел и смазок.

Примеры: Омский нефтеперерабатывающий завод, Ярославнефтеоргсинтез, Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез и т. д.

На НПЗ топливно-нефтехимического профиля помимо различных видов топлива и углеродных материалов производится нефтехимическая продукция: полимеры, реагенты и т. д.

Набор установок включает в себя: установки для производства топлив и установки для производства нефтехимической продукции (пиролиз, производство полиэтилена, полипропилена, полистирола, риформинг, направленный на производство индивидуальных ароматических углеводородов, и т. д.).

Примеры: Салаватнефтеоргсинтез; Уфанефтехим.

Сначала производится обезвоживание и обессоливание нефти на специальных установках для выделения солей и других примесей, вызывающих коррозию аппаратуры, замедляющих крекинг и снижающих качество продуктов переработки. В нефти остаётся не более 3—4 мг/л солей и около 0,1 % воды. Затем нефть поступает на первичную перегонку.

Жидкие углеводороды нефти имеют различную температуру кипения. На этом свойстве основана перегонка. При нагреве в ректификационной колонне до 350 °C из нефти последовательно с ростом температуры выделяются различные фракции. Нефть на первых НПЗ перегоняли на следующие фракции: прямогонный бензин (он выкипает в интервале температур 28—180°С), реактивное топливо (180—240 °С) и дизельное топливо (240—350 °С). Остатком перегонки нефти был мазут. До конца XIX века его выбрасывали как отходы производства. Для перегонки нефти обычно используют пять ректификационных колонн, в которых последовательно выделяются различные нефтепродукты. Выход бензина при первичной перегонке нефти незначителен, поэтому проводится её вторичная переработка для получения большего объёма автомобильного топлива.

Вторичная переработка нефти проводится путём термического или химического каталитического расщепления продуктов первичной нефтеперегонки для получения большего количества бензиновых фракций, а также сырья для последующего получения ароматических углеводородов — бензола, толуола и других. Одна из самых распространенных технологий этого цикла — крекинг (англ. cracking — расщепление).

В 1891 году инженеры В. Г. Шухов и С. П. Гаврилов предложили первую в мире промышленную установку для непрерывной реализации термического крекинг-процесса: трубчатый реактор непрерывного действия, где по трубам осуществляется принудительная циркуляция мазута или другого тяжелого нефтяного сырья, а в межтрубное пространство подаются нагретые топочные газы. Выход светлых составляющих при крекинг-процессе, из которых затем можно приготовить бензин, керосин, дизельное топливо, составляет от 40—45 до 55—60 %. Крекинг-процесс позволяет производить из мазута компоненты для производства смазочных масел.

Каталитический крекинг был открыт в 30-е годы XX века. Катализатор отбирает из сырья и сорбирует на себе прежде всего те молекулы, которые способны достаточно легко дегидрироваться (отдавать водород). Образующиеся при этом непредельные углеводороды, обладая повышенной адсорбционной способностью, вступают в связь с активными центрами катализатора. Происходит полимеризация углеводородов, появляются смолы и кокс. Высвобождающийся водород принимает активное участие в реакциях гидрокрекинга, изомеризации и др.. Продукт крекинга обогащается легкими высококачественными углеводородами и в результате получается широкая бензиновая фракция и фракции дизельного топлива, относящиеся к светлым нефтепродуктам. В итоге получаются углеводородные газы (20 %), бензиновая фракция (50 %), дизельная фракция (20 %), тяжелый газойль и кокс.

Гидроочистку осуществляют на гидрирующих катализаторах с использованием алюминиевых, кобальтовых и молибденовых соединений. Один из наиболее важных процессов в нефтепереработке.

Задача процесса — очистка бензиновых, керосиновых и дизельных фракций, а также вакуумного газойля от сернистых, азотсодержащих, смолистых соединений и кислорода. На установки гидроочистки могут подаваться дистилляты вторичного происхождения с установок крекинга или коксования, в таком случае идет также процесс гидрирования олефинов. Мощность существующих в РФ установок составляет от 600 до 3000 тыс. т в год. Водород, необходимый для реакций гидроочистки, поступает с установок каталитического риформинга, либо производится на специальных установках.

Сырьё смешивается с водородсодержащим газом концентрацией 85—95 % об., поступающим с циркуляционных компрессоров, поддерживающих давление в системе. Полученная смесь нагревается в печи до 280—340 °C, в зависимости от сырья, затем поступает в реактор. Реакция идет на катализаторах, содержащих никель, кобальт или молибден под давлением до 50 атм. В таких условиях происходит разрушение сернистых и азотсодержащих соединений с образованием сероводорода и аммиака, а также насыщение олефинов. В процессе за счет термического разложения образуется незначительное (1,5—2 %) количество низкооктанового бензина, а при гидроочистке вакуумного газойля также образуется 6—8 % дизельной фракции. В очищенной дизельной фракции содержание серы может снизиться с 1,0 % до 0,005 % и ниже. Газы процесса подвергаются очистке с целью извлечения сероводорода, который поступает на производство элементарной серы или серной кислоты.

Установка Клауса активно применяется на нефтеперерабатывающих предприятиях для переработки сероводорода с установок гидрогенизации и установок аминной очистки газов для получения серы.

Бензин, керосин, дизельное топливо и технические масла подразделяются на различные марки в зависимости от химического состава. Завершающей стадией производства НПЗ является смешение полученных компонентов для получения готовой продукции требуемого состава. Также этот процесс называется компаундирование или блендинг.

Государство, не имеющее НПЗ, как правило, зависимо от любого соседа, в котором он есть, так же на примере Белоруссии можно наблюдать, как 2 крупных НПЗ в Новополоцке и Мозыре формируют значительную часть бюджета государства. В России нефтеперегонные предприятия часто формируют значительные части региональных бюджетов.

В военно-стратегическом плане НПЗ так же играет огромную роль и является, как правило, одним из главных объектов, по которым наносятся первыми ракетно-бомбовые удары наряду с важнейшими военными объектами, что делается с целью оставить противника без топлива.

• Нефтеперерабатывающая промышленность России
• Основные стадии технологии переработки нефти
• Крекинг
• Владимир Григорьевич Шухов

• Коршак А. А., Шаммазов А. М.: «Основы нефтегазового дела», издательство «Дизайнполиграфсервис», 544 стр., 2005, ISBN 5-94423-066-5
• Шаммазов А. М. и др.: «История нефтегазового дела России», Москва, «Химия», 2001, 316 стр., УДК 622.276, ББК 65.304.13, ISBN 5-7245-1176-2
• В. Г. Шухов, Проекты нефтеперерабатывающих установок и заводов (техническая документация): Центральный исторический архив Москвы, фонд № 1209, опись 1, дело № 2; Архив Российской Академии Наук Архивная копия от 20 октября 2014 на Wayback Machine, фонд № 1508, опись 1, дела № 2, 5, 6, 11, 12, 13, 14, 16, 20, 21, 34, 40, 44, 45, 46.

• О вкладе В. Г. Шухова в развитие нефтепереработки (недоступная ссылка)
• Топливо, используемое на нефтеперерабатывающем заводе: тип и очистка Архивная копия от 31 октября 2010 на Wayback Machine
• Нефтяная промышленность России Архивная копия от 25 апреля 2010 на Wayback Machine
• Видео о Омском нефтеперерабатывающем заводе

Портал о нефти и газе — о добыче и использовании природных энергетических ресурсов