Новое поколение катализаторов для российской «нефтянки»


Новое поколение катализаторов для российской «нефтянки»
11 декабря 2013

Не так давно (2003-2006 гг.) ученые Института катализа (ИК СО РАН) совместно с омскими коллегами из Института проблем переработки углеводородов (ИППУ СО РАН) успешно реализовали инновационный проект государственного значения.

Часто приходится слышать упреки, что, дескать, плодами работ российских ученых пользуются за рубежом, а отечественный производитель остается в положении «бедного родственника». При этом как-то забывается, что задачей ученых является научная работа, а модернизация промышленной базы страны – это сфера деятельности бизнеса. Но сегодня мы хотели бы рассказать о другом. А именно – об успешном и достаточно масштабном примере работы науки на благо как раз отечественных производителей нефтехимии.

Азы нефтепереработки

Для начала кратко напомним о том, что происходит с нефтью на пути превращения ее в бензин. Как известно, нефть – сложная смесь углеводородов, и переработка нефти начинается с ее разделения на фракции в соответствии с их температурами кипения.

Основных фракций – пять: бензиновые (легкий и тяжелый прямогонный бензин) с температурой кипения до 190 ºС, керосиновые (интервал кипения 150-300 ºС), дизельные (180-350 ºС), вакуумный газойль (350-540 ºС) и гудрон – нефтяные остатки, кипящие при  температуре свыше 500 ºС.

После разделения нефти каждая из фракций подвергается дальнейшей переработке, изменяющей размеры или структуру молекул углеводорода. Базовыми процессами этого этапа являются риформинг бензиновых фракций, крекинг вакуумного газойля, гидроочистка.

Известно, что показателем качества бензина является его октановое число: чем оно выше, тем бензин лучше. Изначально у бензина, извлекаемого из легкой бензиновой фракции, это число составляет 45-50. А современной технике, как правило, нужен бензин с октановым числом более 90. Повышение этого показателя происходит в процессе каталитического риформинга за счет превращения углеводородов бензиновой фракции в высокооктановые ароматические углеводороды. Процесс осуществляется с использованием катализатора.

Вакуумный газойль, хоть он и является тяжелой фракцией, тоже можно переработать в бензин. Для этого надо разорвать его длинные молекулы, «изъяв» у них «лишний» углерод. Процесс этот называется каталитическим крекингом. В результате 50-55 % сырья превращается в бензин, остальное – в легкий газойль и разные газы (например, бутан), которым тоже можно найти применение в народном хозяйстве. 

Известно, что нефть всегда содержит серу (до 2%), которая переходит в топливо, а затем вместе с выбросами выхлопных газов – в атмосферу. Поэтому серу стараются удалить, это осуществляется в процессе гидроочистки. Для ее проведения также необходимы специальные катализаторы. Кстати, экологические стандарты топлива Евро как раз отталкиваются от уровня содержания серы в бензине и дизельном топливе, например, в топливе стандарта Евро-5 ее должно быть не более 0,001%. Для российских предприятий производство таких бензинов и особенно дизтоплив стало реальностью лишь недавно.

Известно, что эффективность базовых процессов нефтепереработки в большой степени зависит от качества используемых в них катализаторов. До конца 1980-х годов наша наука обеспечивала промышленность катализаторами, не уступающими по качеству лучшим мировым образцам, а порой превосходящими их. Однако остановка в развитии российской науки (1990-е годы) привела к значительному отставанию в этой сфере. Для исправления ситуации и родился мегапроект, призванный обеспечить отечественную нефтеперерабатывающую отрасль эффективными катализаторами нового поколения.

Мегапроект в цифрах

- Заказчиком проекта выступило государство, а основными исполнителями стали наш Институт катализа и Институт проблем переработки углеводородов СО РАН в Омске, – рассказывает сотрудник ИК СО РАН, к.х.н. Наталья Беляева. – За несколько лет в рамках проекта было разработано и внедрено в производство несколько марок катализаторов, позволивших повысить эффективность процессов переработки нефти на отечественных НПЗ. Так, благодаря  новым катализаторам крекинга (Люкс-1 и Люкс-2), на Омском НПЗ (ныне ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ») выход высокооктанового бензина крекинга увеличился на 2-2,5%. На первый взгляд – цифра несолидная. Однако при общей мощности двух омских установок крекинга 3,5 млн. тонн в год по сырью, это дает дополнительно крекинг-бензина (аналог товарного бензина Аи-92) более 80 тыс. тонн  в год, что в денежном выражении становится весьма впечатляющим.

 Достаточно сказать, что на 500 млн. рублей, вложенных в проект из бюджета, было произведено дополнительной продукции на 8 с лишним миллиардов рублей. Эффективность 1 к 16! Причем число российских предприятий, где используют созданные в ходе проекта катализаторы, год от года растет. В настоящее время катализаторы риформинга производит завод в Ангарске, при Омском НПЗ есть свое, модернизированное производство катализаторов крекинга. Алтайское предприятие ООО «НПК «Синтез» обеспечивает нашими катализаторами крупнейший нефтехимический холдинг России «Сибур». И это далеко не все.

Уроки проекта

Одной из наиболее сложных частей проекта была разработка катализатора для процесса гидроочистки дизельных фракций. На тот момент ученые Института катализа располагали только начальным исследовательским заделом в этой области. Работать пришлось в форсированном режиме. Но задача была решена – разработанный в 2006 г. катализатор открыл возможность выпуска дизельных топлив стандартов Евро-4 и Евро-5 на существующих (в основном еще технически несовершенных) отечественных установках гидроочистки.

- Мегапроект показал: если есть четко сформулированные технические требования, необходимые ресурсы и компетентные специалисты, можно решить в относительно сжатые сроки любую задачу, – отмечает зам. директора Института катализа Александр Носков, координатор данного направления.

Если же говорить о конкретных итогах, то предприятия отрасли получили катализаторы на уровне лучших зарубежных образцов, что позволило им сделать серьезный шаг на пути к современному производству. А для Института катализа проект стал стартовым в развитии здесь работ в области гидропроцессов нефтепереработки. И это очень важно, потому что в ближайшие десятилетия именно гидроочистка и гидрокрекинг будут играть определяющую роль в нефтепереработке. И у сибирских ученых есть теперь хороший задел в этом направлении.

- Традиционно в области нефтепереработки доминировали отраслевые НИИ, но многие из них не пережили кризисные годы, и отрасль осталась без должной научной поддержки, – отметил Александр Носков. – Фактически, этот мегапроект стимулировал вхождение академической науки в эту область. И если раньше руководство нефтяных гигантов смотрело на нас несколько отчужденно, то теперь они охотно работают с нами. А бизнес включается в процесс внедрения наших катализаторов, потому что они ничем не уступают импортным аналогам. Это, пожалуй, главный итог нашего проекта.

Георгий Батухтин

Справка:

«Евро-5» – это самый строгий из действующих европейских экологических стандартов топлива. На Западе он стал обязательным для грузовиков с 2008 года, а для легковых машин – с 2009 года. Данные нормы определяют содержание серы, механических примесей и полициклических ароматических углеводородов в топливе, влияющих на чистоту выхлопа.

В России в настоящее время все крупные нефтяные компании освоили выпуск подобного горючего, однако переходить на выпуск только бензинов «Евро-5» они пока не спешат.

По данным «Коммерсанта», в настоящее время «Башнефть» производит дизтопливо «Евро-5» на Уфимской группе НПЗ. Техническая возможность выпускать бензин этого стандарта, говорит представитель «Башнефти», у компании также есть, однако из-за отсутствия спроса сейчас он не производится. В группе ТНК-BP дизтопливо и бензин "Евро-5" производит Рязанская нефтеперерабатывающая компания, в июне выпуск дизтоплива этого класса начал принадлежащий ей Саратовский НПЗ. «Газпром нефть» выпускает бензин «Евро-5» на Омском НПЗ, c 1 июля полностью перейдет на выпуск бензина и ДТ «Евро-5» Ярославский НПЗ (ЯНОС, предприятие «Славнефти», принадлежащей на паритетной основе «Газпром нефти» и ТНК-BP). «Роснефть» планирует начать производство топлива «Евро-5» в 2014 году на Новокуйбышевском НПЗ, полностью перейти на «Евро-5» – к 2015 году.