Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) - технология производства топлива

Нефть – воистину удивительная субстанция, не зря ее называют «черным золотом». Чего из нее только не делают – и бензин/керосин, и машинные масла, и пластмассы… Более того: масла, полученные из нефти, лежат в основе даже косметические кремов для лица и тела!

А происходит столь чудесное перевоплощение на НПЗ – нефтеперерабатывающих заводах, которых в современной России функционирует больше восьми десятков! О том, что они собой представляют, каковы особенности производственного цикла, поговорим в нашем сегодняшнем материале.

Функции НПЗ, производственный цикл

Нефтеперерабатывающий завод представляет собой промышленное предприятие, занимающееся переработкой нефти, производством широкого ассортимента нефтепродуктов, таких как бензин, всевозможные масла, авиатопливо, смазки, мазут, нефтяной кокс и многое другое.

Номенклатура продукции, выпускаемой НПЗ сегодня, включает более 40 позиций. Помимо перечисленных выше товаров в список входят:

•  Котельное топливо.
•  Сжиженный газ.
•  Сырье, используемое нефтехимической промышленностью.
•  Гидравлические и прочие масла.
•  Битум и пр. 

Ассортимент продукции, получаемой на конкретном нефтеперерабатывающем предприятии, зависит от свойств поставляемой сырой нефти, ее состава, а также от потребностей, сложившихся в том или ином регионе. 

Важно

Производственный цикл любого НПЗ России включает три важнейших процесса – подготовка сырья, его первичная перегонка, а также вторичная переработка. 

Под понятием подготовки сырья подразумевают очищение сырой нефти от примесей солей и воды – так называемое обезвоживание и обессоливание на специальных установках. Дело в том, что нефть, полученная из скважины, содержит не только соли и воду, но и прочие компоненты – частицы почвы, песок, попутный нефтяной газ.

Количество этих примесей тем больше, чем дольше эксплуатируется месторождение. Наличие посторонних частиц усложняет процесс транспортировки и переработки сырья, так как в теплообменниках образуется большое количество нефтяных отложений.

Чтобы избавиться от примесей, нефть подвергают очистке механическим, электрическим либо химическим методом. Выбор варианта очистки зависит от того, какой продукт намерены получить в итоге, а также насколько устойчива базовая смесь. В подавляющем большинстве случаев подготовительный этап сводится к обезвоживанию сырой нефти путем прогонки через сепаратор с дальнейшим отстаиванием. Параллельно с этим осуществляется первичное обессоливание и стабилизация полезного ископаемого.

Механическим способом нефть очищают, нагревая ее и отстаивая в специальных резервуарах под давлением, колеблющимся в пределах 8-15 атмосфер. После отстаивания сырье прогоняют по центрифуге.

Химический и электрический способы совмещают, они заключаются в применении установки, именуемой ЭЛОУ.

По завершению установленного технологичного цикла содержание солей в нефти не должно превышать 4 мг на 1 литр, а максимально допустимое количество воды может составлять около 1,0 процента. Такая нефть уже готова к следующему этапу переработки – первичной перегонке (детальнее о ней поговорим ниже).

Характеристики НПЗ, варианты переработки нефти

Современные крупные нефтеперерабатывающие заводы России представляют собой слаженные организмы, в пределах которых функционируют отдельные цеха, блоки и установки, обслуживаемые вспомогательными службами. Все это работает, как четкий механизм, обеспечивая полноценное функционирование предприятия. 

Обязательными функциональными единицами НПЗ являются товарно-сырьевые цеха, ремонтно-механические подразделения, отделы КИПиА, цеха, отвечающие за бесперебойное электро-, паро- и водоснабжение, различные лаборатории, транспортные отделы, спасательные и медицинские службы, админотдел, отделы финансов, бухгалтерия, а также диспетчерская, столовые и многое другое. 

Независимо от масштабов производства и его характеристик, целевым назначением всех без исключения нефтеперерабатывающих заводов является изготовление нефтепродуктов надлежащего качества в заявленном ассортименте, а также производство сырья для нефтехимической отрасли. В последнее время некоторые российские предприятия соответствующей направленности наладили выпуск широкого спектра товаров народного потребления.

Важнейшей особенностью НПЗ на нынешней стадии их развития является высокая мощность, достигающая нескольких миллионов тонн продукции в год. Строгие требования предъявляются к специфике технологических процессов, в частности, к их максимальной автоматизации, строгому соблюдению правил техники безопасности. Огромное значение имеет квалификация специалистов.

На мощность завода влияет совокупность факторов – потребность в тех или иных нефтепродуктах в указанном районе, наличие ресурсов для их производства, дальность транспортировки сырья и готовых нефтепродуктов, наличие поблизости предприятий аналогичной спецификации. 

Общеизвестный факт: содержать крупные предприятия нефтеперерабатывающей сферы, такие как Сызранский НПЗ и пр., экономически выгоднее в виду перспективности их оснащения полностью автоматизированными производственными линиями. Это позволяет эффективнее использовать природные ресурсы и значительно снизить расходы на обслуживание, свести к минимуму привлечение ручного труда.

Направление переработки сырой нефти зависит от ее физико-химических свойств, а также от уровня технологичности предприятия. По состоянию на момент написания этого материала существуют такие варианты:

1. Топливный, подразумевающий глубокую переработку. Предусматривает получение максимального количества качественных нефтепродуктов, таких как бензин, дизтопливо (летнее и зимнее), авиационное топливо. Выход котельного топлива в данном случае минимален.
2. Топливный с неглубокой переработкой (отбор светлых нефтепродуктов варьируется от 40 до 50 процентов, выход котельного топлива составляет 50-55 процентов от общего количества исходного сырья).
3. Топливно-масляный позволяет получить не только топливо, но и всевозможные смазочные масла. В данном случае в качестве сырья используют нефть с высоким содержанием масел. Параллельно производят парафины, нефтяной кокс и битум.
4. Топливно-нефтехимический вариант обеспечивает возможность производства разных видов топлива, а также продукцию, используемую нефтехимической отраслью (углеводороды, парафины и т.д.). 

Как работает ректификационная колонна

Перегонка нефти осуществляется с привлечением колонного аппарата. Простейшая атмосферная перегонка осуществляется методом нагревания жидкости с последующей конденсацией паров. Конденсат собирается в результате того, что сырье кипит с разными интервалами температуры. Вначале кипят и образуют конденсат легкие фракции, именуемые низкокипящими, а только после этого закипают средние и тяжелые, которые также называют высококипящими. 

Метод не позволяет получить более узкие фракции, так как определенная доля высококипящих фракций превращается в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться полностью. Для получения узких фракций используется сложный процесс перегонки с ректификацией путем строительства ректификационных колонн.

Схема таких установок довольно сложная, а нефть в них может перегоняться однократно (на одной колонне), двухкратно (с последовательным прохождением двух колонн), а также с дополнительным этапом предварительного испарения легких фракций в специальной дополнительной колонне.

Принцип работы ректификационной колонны сводится к тому, что сырье в змеевике нагревают до температуры 320 градусов. Далее оно направляется в промежуточные уровни с 30-60 желобами, которые находятся на определенном расстоянии друг от друга и оборудованы ванной с жидкостью. Это способствует стеканию паров вниз в виде конденсата.

Первичная перегонка

Прежде чем описывать процесс первичной перегонки нефти, следует отметить существование таких фракций этого продукта:

•  Легкие, получаемые при температуре до 140 градусов (бензин, петролейная фракция).
•  Средние (светлые фракции, такие как керосиновые, дизельные, лигроиновые).
•  Тяжелые, которые получают, подвергая нефть воздействию температуры свыше 350 градусов в условиях вакуума.

Первичная перегонка подразумевает использование прямого и деструктивного метода в строгой последовательности. Деструктивный метод предполагает изменение состава и структуры нефти, а прямая перегонка позволяет сохранить их, лишь разделив сырье на фракции. 

Обычно в составе исходной нефти присутствует до 15 процентов бензиновых фракций, около 20 процентов реактивного топлива, а также близко 50 процентов мазута, использующегося в процессе изготовления смазочных материалов.

Вторичная переработка

Под вторичными процессами подразумевают различные физико-химические технологии, в частности, конденсацию, расщепление, замещение. Все эти процессы регулируют производственные механизмы и позволяют получить углеводородную смесь соответствующего состава. В этом, а также в возможности регулирования качества готового продукта кроется ключевое отличие вторичной перегонки.

Чаще всего вторичная переработка подразумевает обработку сырья термическим крекингом. Это процесс расщепления молекул на частицы с меньшей молекулярной массой под воздействием температуры выше 500 градусов и огромного давления. 

Существует также каталитический крекинг с применением катализаторов, которые способствуют оперативному протеканию процесса.

Появление такой методики произвело настоящую революцию в нефтеперерабатывающей промышленности и позволило в числе прочего выпускать бензины с высоким октановым числом.
Ключевыми продуктами крекинга являются газовый бензин, а также нафта-крекинг, используемый в качестве одного из компонентов автомобильного бензина.

Гидроочистка

Гидроочистка топлива представляет собой простейший процесс под воздействием водорода. Ей подвергают керосиновые, бензиновые, масляные фракции, а также газойль и дизтопливо.

Параллельно с крекингом происходят реакции очистки нефтепродуктов от сторонних примесей и соединений серы под воздействием катализаторов гидроочистки. Продукт насыщается водородом, если это подразумевает технология изготовления. Таким образом получают устойчивые соединения наивысшего качества.

Смешение полученных компонентов

Для производства ряда нефтепродуктов используют принцип смешения компонентов – т.н. компаундирование. Так, в частности, получают товарные бензины, которые соответствуют строгим стандартам качества. Благодаря смешению обеспечивается рациональное использование свойств каждого компонента продукта и раскрывается весь его потенциал.

Качество компонентов и их количество варьируется в зависимости от объемов производства, партии товара и прочих факторов. На механизм приготовления товарного бензина может повлиять даже приостановка эксплуатации отдельных установок и оборудования на заводе-производителе.

Крупнейшие нефтеперерабатывающие заводы России

В РФ функционирует 84 нефтеперерабатывающих завода. Практически все они были построены в послевоенное время. В ТОП 5 крупнейших предприятий нефтеперерабатывающей сферы входят:

•  Омский нефтеперерабатывающий завод, общая мощность которого составляет 22 млн. тонн нефти в год.
•  НПЗ «Киришинефтеоргсинтез» в Ленинградской области. Его производственные мощности находятся на уровне 21 млн. т. нефти в год.
•  Рязанский нефтеперерабатывающий завод, принадлежащий Роснефти. Его проектная мощность – 17,1 млн. тонн в год.
•  «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез», который после ввода в эксплуатацию новых корпусов достиг мощности в 800 тысяч тонн нефти в год.
•  «Танеко» - предприятие «Татнефти», единственное, которое было построено с нуля уже после распада СССР.