Расширим и углубим: наши ученые нашли новый способ переработки нефти

Установка для плазмохимического пиролиза углеводородов в жидкой фазе © avatars.dzeninfra.ru

За последние годы наша страна сделала колоссальный рывок в области переработки добываемой у нас нефти и газа. В России построены такие нефтегазоперерабатывающие гиганты, как «Танеко», Тобольск-полимер, Запсибнефтехим и другие. Прямо сейчас идет строительство таких мегазаводов, как Амурский ГХК, Амурский ГПЗ, комплекс ЭП-600 на площадке «Нижнекамскнефтехим», завод полимеров в Усть-Куте. Идет проработка ряда других крупных проектов нефтегазопереработки в разных частях страны. Продолжается активная модернизация работающих НПЗ, многие из которых в процессе модернизации: по сути, они построены с нуля на старых площадках. Глубина переработки нефти в России выросла с 64% в начале 90-х до более чем 84% сегодня, а по некоторым НПЗ этот показатель достигает 98-99%. А это значит, что в стране появились новые ресурсы для развития нефтехимии и, как следствие, производства отечественных товаров.

Вопреки распространенному стереотипу, более половины добываемой в России нефти мы перерабатываем сами. Например, в 2022 году из 534 млн т. сырья, добытого внутри страны, было переработано 271,7 млн т., и это довольно неплохой уровень: в мире нет ни одной крупной нефтедобывающей страны, перерабатывающий всю свою нефть самостоятельно.

Между тем любой понимает, что чем больше нефти мы будем перерабатывать самостоятельно, тем лучше. И расти нам точно есть куда. Для сравнения, глубина переработки нефти в России, как я писал выше, около 85%, и это вполне достойный уровень, примерно как в Европе или в КНР. Но, например, в США средняя по стране глубина переработки нефти превышает 95%. Есть к чему стремиться, не так ли?

Но есть проблема. Нефть делится на легкую и тяжелую — первую перерабатывать гораздо проще. Сырье, поступающее из основных сланцевых месторождений США, легкое и малосернистое, — вот почему там такая глубокая степень переработки. В России напротив: нефть в основном тяжелая, высокосернистая. Перерабатывать ее сложно и дорого, но для получения ряда важных нефтепродуктов необходим именно тяжелый энергоресурс.

Отсюда — два вывода. Во-первых, России необходимо развивать нефтепереработку по линии модернизации производства. Во-вторых, если нам удастся углубить переработку тяжелой нефти, в стране появится еще больше отечественной продукции, необходимой для развития промышленности.

Здесь важно пояснить: продукты нефтепереработки не только являются топливом, но и служат сырьем для производства тысяч товаров, среди которых — детали промышленного оборудования, автомобилей и самолетов, строительные материалы и т. д.

Это связано с тем, что нефтепереработка редко ограничивается одним этапом. Так, сначала из сырья могут выделить мазут. Далее, после химических воздействий, он станет битумом, из которого на следующих этапах переработки изготовят дорожное покрытие, мастику-гидроизолятор, смазочный материал для станков и пр.

При этом производственная цепь может прерваться и раньше — на этапе выделения мазута. Тогда продукт первичной нефтепереработки станет, например, топливом для промышленных печей. Хотя даже в этом случае энергоресурс фактически будет участвовать в процессе производства тысяч товаров.

С технологической точки зрения углубление нефтепереработки — больше пользы при меньших затратах. Оно выражается в росте числа продуктов на выходе при таком же объеме использованного сырья.

Так, тот же мазут остается после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360°С.

Раньше вопрос «Что с ним делать?» особо не стоял, его благополучно жгли в топках электростанций, котельных или в котлах кораблей и судов, не слишком задумываясь об экологичности. Но дело не только в экологии, ведь мазут может составлять до половины объема перерабатываемой нефти, то есть по сути половина нефти просто сжигалась.

Конечно, в последние десятилетия на НПЗ мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты, выкипающие в пределах 350-420, 350-460, 350-500 и 420-500 °С. Вакуумные дистилляты применяют как сырье для получения моторных топлив и смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, получая смазочные масла и битум.

На МНПЗ планируют достичь глубины переработки нефти более 99% уже к 2025 году © avatars.dzeninfra.ru

И хотя все это вполне нужные и полезные продукты, хотелось бы получить еще что-нибудь. К тому же это производство требует дорогостоящих катализаторов и большого количества энергии. К счастью, наши отечественные ученые, похоже, нашли способ получше.

Ученые из Нижегородского государственного технического университета имени Алексеева (НГТУ, Нижний Новгород) собрали самую крупную в мире установку для плазменного пиролиза нефти. Эта установка позволяет перерабатывать жидкие углеводороды, в том числе мазут.

Плазменные реакторы не требуют дорогостоящих катализаторов и водорода. При плазменном пиролизе нефти под действием электрических разрядов образуются высокореактивные соединения: радикалы и ионы. Они возбуждают молекулы органических соединений в нефти, в результате чего запускаются специфические реакции, приводящие к расщеплению крупных молекул на более мелкие, которые потом могут использоваться во многих химических процессах.

При этом такой метод гораздо эффективнее используемых сейчас на НПЗ печей и высокотемпературных установок пиролиза. Так, потребление энергии при плазменном пиролизе ниже, а выход ценных газообразных углеводородов выше, чем в традиционных установках.

К тому же в твердофазных продуктах ученые обнаружили неупорядоченный графит и многослойные углеродные нанотрубки, которые могут использоваться в электронике. Кроме того, твердые продукты содержали атомы серы, кислорода, ванадия и никеля, что делает эти структуры привлекательными для использования в промышленности в качестве ускорителей химических реакций.

«В наших дальнейших работах мы будем пытаться повысить глубину переработки мазута, увеличить производительность и рентабельность плазмохимического пиролиза. Также мы планируем исследовать углеродные наноструктуры для использования их в качестве катализаторов и адсорбентов», — рассказывает руководитель проекта, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НГТУ Евгений Титов.

Так, в ходе процесса выделялся водород, ацетилен, этилен, метан, а также углеводороды, содержащие от трех до пяти атомов углерода. Все они широко используются в химической промышленности, например, для производства различных полимеров — их, в свою очередь, применяют в авиастроении и других отраслях.

Таким образом, новая технология сулит довольно интересные перспективы в развитии переработки нефти, увеличении разнообразия полезных продуктов, получаемых из нее и, как следствие, роста благосостояния россиян.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.