Материал: Технология глубокой переработки нефти и газа.

этой проблеме, практически не повышалась и «застыла» на уровне 64-65 %. Остальная ее треть в виде сернистого и высокосернистого котельных топлив сжигалась и продолжает сжигаться на тепло- и электростанциях, выбрасывая в воздушный бассейн россиян огром­ ные количества токсичных оксидов серы и азота. В настоящее вре­ мя и в перспективе нет альтернативы рациональному и комплекс­ ному использованию нефти и глубокой «безостаточной» ее перера­ ботке.

При нынешнем состоянии техники и технологии нефтеперера­ ботки отечественные НПЗ способны превратить в моторное топливо лишь дистиллятные фракции нефти, выкипающие до 500 °С (~ 2/3 ее части) Остальная треть нефти в виде гудрона традиционно ис­ пользуется как котельное топливо, битум, нефтяные пеки, сырье кок­ сования и т.д.

Непреодолимым до сих пор техническим барьером для глубокой и безостаточной ее переработки являлись проблемы, связанные, вопервых, с избытком углерода и, во-вторых, с повышенным содержа­ нием в нефтяных остатках металлов, являющихся необратимыми яда­ ми для катализаторов.

Известно, что нефть, особенно тяжелая типа арланской, содер­ жит меньше водорода (и больше углерода), чем моторные топлива. Усредненная нефть (как товарная западно-сибирская) содержит 86 % углерода, 12,7 % водорода и 1,3 % гетероатомов (преимуще­ ственно серы). Содержание водорода в бензине (с суммарным содер­ жанием ароматики 25%) и дизельном топливе составляет соответ­ ственно 14 и 13,3 % масс. При соотношении бензин:дизельное топли­ во 1:1,5 (характерном для России) содержание Н 2в усредненном мо­ торном топливе составит 13,6 %. Следовательно, для превращения нефти в моторные топлива и удаления гетероатомов теоретически потребуется введение Н2извне в количестве 1 % масс, на исходную нефть. При этом теоретический выход моторных топлив можно до­ вести до 98-99 %. Однако гидрирование высокомолекулярных состав­ ляющих нефти (типа мазутов и гудронов) с низким содержанием водорода (в гудроне его ~ 10 -11 %) потребует проведения гидроката­ литических процессов при температурах ~450 °С и чрезвычайно высоких давлениях (20-30 МПа) и с исключительно большими рас­ ходами дорогих катализаторов из-за быстрого их отравления метал-

635

лами, сконцентрированными в нефтяных остатках. Следовательно, гидрокаталитические варианты глубокой переработки нефтяных ос* татков экономически и технически бесперспективны для отечествен­ ной нефтепереработки. Гидрокаталитические процессы (например, гидрокрекинг) могут быть использованы лишь для углубленной пе­ реработки деасфальтизированных и деметаллизированных нефтя­ ных остатков или высококипящих дистиллятных фракций нефти типа вакуумных и глубоковакуумных газойлей

В мировой нефтепереработке преобладают технологические про­ цессы, основанные на удалении из нефтяных остатков избытка уг­ лерода и перераспределении содержащегося в исходной нефти водо­ рода. Расчеты по балансам водорода показывают, что для производ­ ства моторных топлив теоретически потребуется удалить из усред­ ненной нефти 5,3% стопроцентного углерода или 5,5% углерода в виде нефтяного кокса, кокса на катализаторе, адсорбенте или кон­ такте. Таким образом, предельный выход моторных топлив из ус­ редненной нефти составит ~93 %.

Ф актический выход моторных топлив будет обусловливать­ ся качеством перерабатываемой нефти, прежде всего элемент­ ным, фракционным и химическим ее составом. Разумеется, при переработке легких нефтей или газоконденсатов этот показатель будет выше 93 %, а из тяжелых сернистых и высокосернистых нефтей (типа арланской) выход моторных топлив составит не более 90 %

Наибольшую трудность в нефтепереработке представляет ква­ лифицированная переработка гудронов (остатков вакуумной, а в последние годы - глубоковакуумной перегонки) с высоким содер­ жанием асфальтосмолистых веществ, металлов и гетеросоединений, требующая значительных капитальных и эксплуатационных зат­ рат. В этой связи на ряде НПЗ страны и за рубежом часто ограни­ чиваются неглубокой переработкой гудронов с получением таких нетопливных нефтепродуктов, как битум, нефтяной пек и котель­ ное топливо.

Из процессов глубокой химической переработки гудронов, осно­ ванных на удалении избытка углерода, в мировой практике наиболь­ шее распространение получили следующие:

1) замедленное коксование (ЗК), предназначенное для производ­ ства кускового нефтяного кокса, используемого как углеродистое

636

сырье для последующего изготовления анодов, графитированных электродов для черной и цветной металлургии, а также низкокаче­ ственных дистиллятных фракций моторных топлив и углеводород­ ных газов;

2)термоконтактное коксование (ТКК), так называемый непре­ рывный процесс коксования в кипящем слое (за рубежом - флюидкрекинг, целевым назначением которого является получение дистил­ лятных фракций, газов и побочного порошкообразного кокса, исполь­ зуемого как малоценное энергетическое топливо;

3)комбинированный процесс ТКК с последующей парокисло­ родной (воздушной) газификацией порошкообразного кокса (про­ цесс «Флексикокинг» с получением кроме дистиллятов синтез-га­ зов;

4)процессы каталитического крекинга или гидрокрекинга нефтя­ ных остатков после их предварительной деасфальтизации и деме­ таллизации (ДА и ДМ) посредством следующих некаталитических процессов:

- сольвентной ДА и ДМ (процесс «Демекс» фирмы «ЮОП», «Розе» фирмы «Керр-Макги» и д р ) с получением деасфальтизатов с низкой коксуемостью и пониженным содержанием металлов и трудноутилизируемого остатка - асфальтита; они характеризуются высокой энер­ гоемкостью, повышенными капитальными и эксплуатационными зат­ ратами; - процессы термоадсорбционной ДА и ДМ (процессы «АРТ» США, в Японии «НОТ» и «ККИ» и др.) с получением облагороженно­ го сырья для последующей каталитической переработки;

- высокотемпературные процессы парокислородной газифика­ ции тяжелых нефтяных остатков с получением энергетических или технологических газов, пригодных для синтеза моторных топлив, производства водорода, аммиака, метанола и др. Эти процессы ха­ рактеризуются исключительно высокими капитальными и эксплуа­ тационными затратами.

Перечисленные выше процессы, за исключением замедленного коксования, не предусматриваются в государственных программах строительства и развития нефтепереработки России на ближайшую перспективу. В то же время на многих Н П З страны осуществляется строительство бесперспективного процесса висбрекинг. Надо отме­ тить, что в этом процессе не происходит удаление избыточного угле­ рода гудрона, осуществляется лишь незначительное снижение вяз­

637

кости остатка, что позволяет несколько уменьшить расход дистил­ лятного разбавителя при получении котельного топлива.

Для безостаточной переработки тяжелых нефтяных остатков в моторные топлива наиболее приемлемы, по мнению автора кни­ ги, термоконтактные процессы, осуществляемые при повышен­ ных температурах крекинга и малом времени контакта на по­ верхности дешевого природного адсорбента в реакторах нового поколения и регенераторах-котлах с получением дистиллятных полупродуктов, направляемых на облагораживание и каталити­ ческую переработку.

11.5.Проблемы экологизации технологии

внефтепереработке

Промышленные предприятия топливно-энергетического комп­ лекса, в том числе химической, нефтеперерабатывающей и нефте­ химической промышленности, а также автомобильный транспорт в настоящее время являются одними из наиболее крупных источни-

йков загрязнения природы: атмосферы, почвы, водоемов и морей.

*По характеру влияния на природу все загрязнители можно разделить на химические, механические, тепловые, биологичес­ кие, акустические (шумовые), электромагнитные и радиоактив­ ные; по физическому состоянию - на газообразные, жидкие, твер­ дые; по происхождению - на естественные (природные) и антро­ погенные.

Загрязнения атмосферы. По своим источникам антропогенные

атмосферные загрязнения разделяются на следующие группы:

1) транспортные, связанные прежде всего с выхлопными газами автомобилей. Они содержат оксиды углерода, серы, азота, углеводо­ роды, канцерогенные полициклические углеводороды и наиболее активный из них 3,4-бензпирен, сажу, а также сильно токсичные продукты, содержащие свинец, хлор, бром. Оксиды углерода, серы и азота в свою очередь в результате взаимодействия с влагой воздуха образуют вторичные загрязнения, так называемые «кислотные дож­ ди». Сажевые частицы канцерогенны по той причине, что являются хорошим адсорбентом для бензпирена. Вредное воздействие выхлоп­ ных газов усиливается в связи с тем, что, поступая в приземные слои

638

атмосферы и оседая на почве и концентрируясь на растениях (на­ пример, свинец в количестве 50 мг на 1 кг сухой биомассы), они за­ тем попадают в организм животных, человека и становятся возбуди­ телями канцерогенных заболеваний. Количество выделяемых в ат­ мосферу транспортных загрязнений зависит от численности и струк­ туры автомобильного парка, технического состояния автомобиля и двигателя, типа двигателя и вида применяемого топлива, а также условий его эксплуатации.

Ниже приведены показатели для различных типов двигателей по относительным удельным выбросам основных токсичных компонентов:

Мировой автомобильный парк в настоящее время составил око­ ло 700 млн единиц. Если учесть, что один грузовой автомобиль в сред­ нем выбрасывает в год около 3 т вредных веществ, то нетрудно под­ считать, что ежегодные выбросы транспортных загрязнений в атмос­ феру составят более 2,5 млрд т и что роль автомобильного транспор­ та как главного источника загрязнения природы непрерывно возра­ стает.

В настоящее время доля автомобильного транспорта в загрязне­ нии окружающей среды в ряде городов составляет 30 - 40 %, в круп­ ных - до 60 %, а в крупнейших городах мира по оксиду углерода превышает 90 %;

2) газовые выбросы ТЭС и котельных. Они содержат примерно те же примеси, что и транспортные загрязнения, а также частички угля, золы и т.д. Природа этих загрязнений изменяется в зависи­ мости от вида топлива, типа сжигания, режима работы и регули­ ровки горелок. Из всех атмосферных загрязнений ТЭС наиболее опасны оксиды серы и азота, наносящие сильный вред раститель­ ности и вызывающие коррозию оборудования и зданий. При оди­ наковой мощности ТЭС количество выбрасываемого сернистого газа при работе на газе, мазуте и угле находится в соотношениях 1:4,5:11,5. Наиболее экологически чистым топливом ТЭС является природный газ.

639