Технология переработки углеводородного сырья Лекция 1 Нефтепереработка в России и в мире. Современные требования к НПЗ. Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М.

Дополнительная литература 1. Исследование состояния и перспектив направлений переработки нефти и газа, нефте- и газохимии в РФ. – М.: Экон-информ, – 806 с. (авторский коллектив В.И. Фейгин, О.Б. Брагинский и др.) 2. ПЕРСПЕКТИВЫ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ РОССИИ НА ГОДЫ. Технологический аспект / Главное управление стратегического развития и инвестиционного анализа ОАО «ЛУКОЙЛ». – Электронный ресурс/электронная презентация. – 2008 г. – 40 с.

Нефтегазовые провинции

Распределение запасов нефтей по вязкости

Магистральные нефтепроводы России

Магистральные газопроводы России

Технологические процессы на НПЗ В советское время: - Близость к районам потребления нефтепродуктов; - Малое транспортное плечо; Следствие: 40 % НПЗ сосредоточено в Приволжье (по мощности); После «нефтяного бума» в Западной Сибири был предложен следующий принцип хозяйствования: построить крупный НПЗ с низкой глубиной нефтепереработки, светлые фракции: – на НХ-заводы; – потребителям; темные – в энергетику. Отражает в том числе кап.затраты на строительство Индекс (коэффициент) Нельсона: Атмосферная перегонка 1,00 Вакуумная перегонка 2,00 Каталитическая гидроочистка 3,00 Каталитический риформинг 5,00 Термические процессы (крекинг) 6,00 Висбрекинг 2,00 Каткрекинг 6,00 Кат. гидрокрекинг 6,00 Коксование 6,00 Производство асфальтов и битумов 1,50 Производство водорода 1,00 Алкилирование/полимеризация 10,00 (производство олефинов 10,00-20,00) Производство ароматики/изомеризация 15,00 (экстракция ароматики 33,00) Производство смазочных масел 60,00 Производство оксигенатов (МТБЭ, ТАМЭ) 10,00 В среднем: Топливные НПЗ – 9-10 (глубокая), 5-7 (не глубокая) Нефтехимические НПЗ – 12-16

Технологические процессы на НПЗ

Общемировая тенденция – снижение количества НПЗ, однако увеличение их мощности – углубление переработки (увеличение индекса Нельсона) В России созданы условия, в результате которых выгоднее экспорт нефти и мазута (хотя в среднем по миру стоимость светлых НП выше на %), которые потом доводится до нужных экологических требований в Зап. Европе. Спрос на низкокачественные российские НП по цене на % дешевле нефти высок. Важную роль играют вертикально интегрированные нефтяные компании – технология процессинга – добыча и переработка осуществляется одним ЮрЛ.

Технологические процессы на НПЗ На внутреннем рынке наиболее востребованные нефтепродукты: бензины и дизельное топливо. Зачем в России, нефтеэкспортирующей и самодостаточной по обеспечению НП стране, для продуктов не идущих на экспорт или экспортируемых в малых количествах брать за основу цены нефтепродуктов в странах, импортирующих нефть?

Технологические процессы на НПЗ

*Исследование состояния и перспектив направлений переработки нефти и газа, нефте- и газохимии в РФ. – М.: Экон-информ, – 806 с. (авторский коллектив В.И. Фейгин, О.Б. Брагинский и др.)

Современные требования к схеме НПЗ

Перспективы развития поточных схем НПЗ Россия (принимая, что цены и спрос останутся на прежнем уровне и будут существовать ВИНК) -Повышение цен на экспортируемые НП за счет повышения их качества – процессы глубокого обессеривания, деароматизации, синтеза оксигенатов; -Вовлечение в экспорт доп. наименований НП, например, ВО бензинов, реактивного топлива – процессы алкилирования, изомеризации, депарафинизации США и остальной мир -Интенсивное углубление НП – процессы пиролиза, крекинга, НХ- процессы; -Удовлетворение потребностей внутреннего рынка – процессы крекинга с высоким выходом средних дистиллятов;

Перспективы развития поточных схем НПЗ

Современные требования к схеме НПЗ -Глубина переработки – коэффициент Нельсона, такие НПЗ более приспособлены к колебаниям спроса на нефтепродукты; -Общая мощность (крупнейший - 62 млн т/год, ИН=14,5) – новые НПЗ сейчас выведены за окраины городов, малые НПЗ неконкурентноспособны; -Экологические требования – например, у НПЗ «Wilmington» ИН=16,5 – НПЗ обеспечивает переработку тяжелой сернистой нефти в нефтепродукты, отвечающие строгим требованиям штата Калифорния; -Увеличение выпуска светлых топлив – обусловлено снижением спроса на мазут, замененный на газ, уголь, ядерное топливо; -Увеличение выпуска дизельной фракции (для Зап. Европы) – массовая «дизелизация» транспортных средств - гидрокрекинг и гидрообессеривание; -Возможность повсеместной переработки сернистых нефтей; -Возможность вовлечения в переработку биомассы; -Возможность переработки ШФЛУ – GTL- процессы.

Основу нефтеперерабатывающей промышленности России составляют 28 крупных НПЗ по различным структурам переработки: топливной, масляной, нефтехимической. Суммарная проектная мощность их по сырью 260 млн т/год, что составляет 95% всей перерабатываемой нефти. Средняя мощность российских НПЗ составляет 10,3 млн. т/год. 50 % нефти перерабатывается на восьми предприятиях семи нефтяных компаний суммарной мощностью 124 млн. т/год. Средний уровень загрузки российских НПЗ в сопоставлении с показателями зарубежных предприятий является крайне низким и составляет немногим более 70 %. 32

Города Мощность, млн т/год Год пуска Кат. крекинг Термокрек инг Гидрокрек инг Коксовани е Риформ нг Гидроочистка дистиллята Битум 1Ухта 5, ,3006,305,3 2Кириши 20, ,922,30 3Ярославль 16, Москва 12, ,700011,328,13,8 5Рязань 17,219605,56,80012,723,13,1 6Кстово 22, ,524,44,3 7Ново- куйбышевск 17,019463,72,808,811,317,62,5 8Самара НПЗ7,419433,72,808,811,317,62,5 9Сызрань 10,819598,16,70015,939,03,1 10Волгоград 9, ,9016,68,53,32,7 11Нижнекамск 7, ,6 12Саратов 10, ,40011,317,32,5 13Грозный 20,219409,96,9005,110,90 14Краснодар 2, ,90024,6012,6 15Туапсе 2, ,500 16Уфа НПЗ11, ,410,4005,131,11,5 17Новоуфимский НПЗ 17,419516,716,301,911,919,50 18Уфа Нефтехим 12,019577,57,38,3013,321,22,3 19Салават 11,519529,64,30017,365,00 20Орск 7, ,108,4 21Пермь 13,519586,13,005,312,828,02,5 22Омск 26,819558,35,33,72,811,213,53,9 23Ачинск 7, ,46,4 24Ангарск 23, ,612,4692,5 25Комсомольск 5, , Хабаровск 4, ,7009,208,1 33

Проблемы в российской нефте- и газопереработке Низкая глубина переработки нефти (в среднем по РФ около 72%); Отсутствие промышленных процессов переработки тяжелых видов нефтяного сырья; Невысокая степень вовлечения в переработку природного газа; Низкая эффективность утилизации попутного газа и его квалифицированной химической переработки; Устаревшее химическое оборудование не позволяет производить продукцию, соответствующую международным стандартам; Существующая структура нефтепереработки не позволяет реализовывать массовое внедрение на российских предприятиях технологий мирового уровня, таких как изомеризация, гидроочистка, гидродеароматизация, гидрокрекинг и др.; Существующая структура нефтепереработки и нефтехимических предприятий не отвечают современным экологическим требованиям. 34

35

36

Для решения этих проблем необходимо обеспечить следующее: - глубину переработки углеводородного сырья не менее 85-93% - использование для переработки тяжелых нефтей; - вовлечение в переработку альтернативных углеводородных ресурсов (природный и попутный газы); - создание современной промышленности производства топлив, отвечающих самым жестким требованиям со стороны регулирующих органов; - повышение энергоэффективности, ресурсо- и энергосбережения не менее чем на 10-20%; - удовлетворение внутреннего спроса в высококачественной химической и нефтехимической продукции глубоких переделов; - обеспечение импортозамещения и конкурентоспособности высокотехнологичной химической продукции. 37

Группа технологий Технологии 1. Процессы и катализаторы переработки тяжелых нефтей и нефтяных фракций Технологии глубокой переработки нефти и тяжелых остатков на наноразмерных катализаторах в сырье для нефтехимии и моторные топлива. Технологии производства катализаторов гидрокрекинга различных нефтяных фракций. Технологии производства катализаторов гидроочистки различных нефтяных фракций. 2. Получение моторных топлив и сырья для нефтехимии. Технология получения высокооктанового компонента автобензинов Евро-4 и Евро-5 алкилированием изобутана бутиленами на экологически безопасных твердых катализаторах. Новые гидрогенизационные технологии получения авиационных керосинов и дизельных топлив и соответствующие требованиям стандартов технология глубокого каталитического крекинга для получения моторных топлив и сырья для нефтехимии Технологии производства катализаторов: - крекинга, в том числе для глубокого каталитического крекинга; - риформинга, в том числе в движущемся слое катализатора; - изомеризации легких бензиновых фракций С 5 -С 8 ; - процессов ал копирования; - технологии производства оксигенатных октаноовышающих добавок из различных видов сырья. 3. Процессы переработки природного и попутного газа - технология переработка попутного нефтяного газа в легкий газовый конденсат; - технологии производство этилена и пропилена из природного (попутного) газа; - технологии переработки природного газа в высокооктановый бензин (дизельное топливо, керосин); - технологии ароматизации «жирного газа»; - мембранные технологии выделения этана и жирных газов; - технологии производства катализаторов для превращения синтезгаза в олефины, высокооктановый бензин, аналог газового конденсата; - ароматизации газового конденсата и попутного нефтяного газа; - паровой конверсии природного газа и получения синтез-газа. 38

Группа технологий Технологии 4. Процессы и катализаторы производства мономеров для нефтехимии - технологии получения мономеров на базе продуктов глубокой переработки нефти; - технологии производства катализаторов для получения ряда мономеров (нитрила акриловой кислоты, акриловая кислота, капролактам, формальдегид, терефталевая кислота и т. д.) – сырья для производства фенолформальдегидных смол, полимерных производств синтетических нитей, конструкционных пластиков, в том числе поликарбонатных, и т.д. - для дегидрирования широкого спектра углеводородов. 5. Катализаторы и процессы получения водорода и синтезгаза Технологии производства катализаторов получения синтезгаза и водорода для автономных потребителей в машиностроении, металлургии, пищевой промышленности. 6. Процессы и катализаторы производства полимерных материалов, в том числе для экстремальных условий и производства композиционных материалов Технологии получения полимеров и новых материалов продукции нефтехимии: - разработка технологий получения мономеров на базе продуктов глубокой переработки нефти, олигомеров и полимеров на основе этих мономеров, в том числе и специальных и функциональных полимеров (в частности полимеров на основе пентадиена, норборнена, синтетической гуттаперчи, СМПЭ, полимеры медицинского назначения и др.); - разработка новых технологий получения полиакрилонитрила - прекурсора высококачественных углеволокон; - разработка широкого спектра полимерных композиционных материалов (КМ), в том числе гибридных и модифицированных наноматериалами; - разработка принципиально новых технологий получения полимерных материалов и изделий из них, в том числе методом фронтальной полимеризации; - разработка современных технологий получения полимерных композиционных материалов нового поколения, в том числе на основе препрегов; Технологии производства катализаторов: - полимеризации олефинов; - получения синтетических каучуков. 39

Группа технологий Технологии 7. Катализаторы и энергосберегающие процессы в азотной промышленности Технологии производства катализаторов азотной промышленности: - катализаторы паровой конверсии природного газа, - конверсии оксида углерода (СО), - синтеза метанола. Энергосберегающие технологии производства аммиака, метанола 8. Процессы и катализаторы нефтехимического основного и тонкого органического синтеза - селективное гидрирование для получения продуктов нефтехимического синтеза и продуктов органического синтеза; - получение продуктов нефтехимии и органического синтеза с заменой гомогенных катализаторов на гетерогенные, отвечающие принципам энергосбережения и экологической безопасности (процессы алкилирования ароматических соединений, синтеза эфиров, гидратации и дегидратации и др.); - технологии гидроформилирования олефинов и получения высших аминов, карбонилирования, в том числе и с использованием альтернативных растворителей; - технологии производства катализаторов окисления и гидрирования для получения растворителей технических масел, спиртов, карбоновых кислот, альдегидов, кетонов (сырья для производства экологически чистой пищевой продукции, медпрепаратов, средств защиты растений); - технологии переработки возобновляемого сырья в продукцию нефтехимии и промышленного органического синтеза. 40

На перспективу до 2030 г.г. отрасль будет развиваться в следующих направлениях: дальнейшее улучшение качества моторных топлив с постепенным приближением к качеству топлив в Западной Европе Евро-4,5; углубление переработки нефти за счет применения новейших технологий по переработке нефтяных остатков; увеличение объема переработки нефти будет определяться объемами потребления автобензина в РФ и возможностью продаж избытков автобензина в страны Западной Европы и Азиатско- Тихоокеанский регион; Ускорение сроков ввода мощностей технологических установок и производств на замену морально и физически устаревших. 41

Современный состав технологических процессов российской и зарубежной нефтепереработки (в % на перерабатываемую нефть) Основные вторичные процессы Западная Европа СШАРоссия Япония Каталитический крекинг 15,835,86,719,8 Гидрокрекинг 7,59,51,94 Термокрекинг + висбрекинг 12,20,25,8- Коксование 2,516,222,3 Риформинг, всего 12,718,311,913,9 в т. ч. с непрерывной конфигурацией 4,16,11,16,6 Гидроочистка и гидрооблагораживание топлив, всего в том числе: 49,255,326,777,1 бензинов 9,510,30,32,2 дистиллятов 35,341,326,452,5 остатков тяжелого газойля 4,43,7-22,4 Алкилирование 1,45,60,20,8 Изомеризация 2,70,80,3 Производство МТБЭ и других ВОК 0,30,50,10,06 Производство ароматики 1,32,40,83,8 Производство масел 11,11,40,9 Производство кокса 0,65,20,50,3 Производство битума 2,83,7 3,1 42

Прогноз роста мировой производительности нефтеперерабатывающих установок, млн т/год Тип установки Факт Прогноз 2005 г.2006 г г г.2009 г г. Первичная переработка сырой нефти 3995,754065,624136,934209,204282,904358,04 Вакуумная перегонка 1399,241423,821448,391473,991499,591525,70 Коксование 222,14228,82234,99241,68248,36255,56 Каталитический крекинг 694,63702,30709,97718,12726,27734,42 Риформинг 472,05473,30474,56475,81477,48478,73 Гидрокрекинг 282,98298,01314,03330,56348,59367,12 Гидроочистка 2114,302198,552286,662378,172473,062572,32 43

За последние 10 лет из недр России было извлечено 3,3 млрд т нефти, а прирост разведанных запасов составил только 2,7 млрд т. Для устранения этой тенденции необходимо: ускорить темпы ввода в эксплуатацию новых месторождений; наращивание технологических мощностей нефтедобывающих компаний; наращивать темпы переработки нефти на НПЗ в России и экспортировать полуфабрикатные нефтепродукты; развивать транспортную инфраструктуру для поставок сырой нефти из регионов Восточной Сибири, Дальнего Востока и центральной Азии на мировые рынки стран Европы, что существенно увеличивает стоимость нефти и нефтепродуктов. 44

Сопоставительные характеристики размещения НПЗ в промышленно-развитых странах и в РФ Показатель СШАКанада 3 ап. Европа Россия Количество НПЗ Общая мощность, млн. т/год 842,599, ,3 Средняя мощность НПЗ, млн. т/год 6,44,77,210,3 Средний размер территории, обслуживаемой одним НПЗ, тыс.км 70,947442,9609,8 45

Ввод мощностей по пятилеткам, млн. т/год Период Процессы ЭЛОУ+АТ +АВТ Висбрек инг Коксование Гидрооч истка Каталити ческий крекинг Гидрокр екинг Изомери зация Каталити ческий риформ инг ,03,35,530,5 * 6,09,53,32, ,01,07,833,312,823,72,23, ,04,313,363,818,833,25,56,1 * включая гидроочистку вакуумного газойля на установках каталитического крекинга. Источник: ЭС РФ-20 46

По каталитическому крекингу 80% зависимость от импортных катализаторов при общей потребности - 18 тыс.т/год. Из них: шарикового катализатора -7 тыс.т/год, микросферического - 11 тыс.т/год. Основные производители - американские компании Грейс, Энгельгард. Российским производителям принадлежит: 10% рынка микросферических катализаторов 40% - шариковых. По гидроочистке нефтяных фракций 70% зависимость от импортных катализаторов при общей потребности 6-8 тыс.т. Основные производители – Холдер Топсе, ЮОПи, Зюд-Хеми, Аксенс. По риформингу 70% зависимость от импортных катализаторов при общей потребности т. Основные производители - Критерион, ЮОПи, Аксенс. По гидрокрекингу 100% зависимость от импортных катализаторов при общей потребности - до 500 т (срок службы лет). Российские производители катализаторы гидрокрекинга не выпускают. Основные производители - Шеврон-Грейс, ЮОПи, Холдор Топсе. По изомеризации 70% зависимость от импортных катализаторов при общей потребности - до 500 т (срок службы лет). Основные производители - ЮОПи, Зюд Хеми. 47

48

Мировая структура использования нефтепродуктов п/п ГодыТранспорт НефтехимияДругие отрасли

Объемы производства нефтяных топлив в странах «большой восьмерки» Страна Год Переработка нефти, млн.т Производство топлив, в % на нефть Бензин Дизельное топливо Авиационный керосин Мазут США ,341,020,69,66, ,844,423,18,74,6 Япония ,716,327,42,722, ,820,627,93,915,4 Канада ,132,127,35,28, ,531,730,34,48,2 Германия ,426,842,72,414, , ,03,611,4 Франция ,923,238,36,917, ,818,938,86,213,9 Велико- британия ,235,030,79,820, ,526,631,86,114,4 Италия ,623,537,03,229, ,220,939,32,517,6 Россия ,914,025,74,533, ,216,029,14,027,9 50

Требования к автомобильным бензинам по стандартам ЕС Показатель Евро-3Евро-4Евро-5 Срок ввода в странах ЕС (Россия) 2000 (2008) 2005 (2009) 2009 (2013) Октановое число по исследовательскому методу, не менее 95/98 Содержание ароматических углеводородов, %, не более общее 3530 в т. ч. бензола 111 Содержание серы, ррm, не более

Требования к дизельным топливам по стандартам ЕС Показатель Евро-3Евро-4Евро-5 Цетановое число, не менее 51 54(58)* Содержание серы, ррm, не более Плотность при 15°С, кг/м Фракционный состав 95%, °С, не выше Содержание полициклической ароматики, % об., не более 11 (2) *В скобках указаны показатели, по которым возможен пересмотр 52