Катализируй это: от каких веществ зависит современная нефтепереработка

Это вещества, которые ускоряют химические процессы и делают их более эффективными. Они участвуют в реакции, но не входят в состав конечного продукта.

Благодаря катализаторам из того же объема сырья можно получить больше продукции и сделать это быстрее, чем если бы процессы шли сами по себе.

Да, причем очень широко и активно. Без них многие производства были бы нерентабельны или невозможны. Сегодня до 95% химических процессов в промышленности проходят с использованием катализаторов.

Эти вещества очень разнообразны и применяются в самых различных отраслях. Всего на рынке насчитывается более тысячи наименований. Примерно 40% от всего объема катализаторов, используемых в России, приходится на нефтеперерабатывающие производства.

Они обеспечивают глубокую переработку нефти и помогают производить важнейшие нефтепродукты — прежде всего, бензин и дизельное топливо. Современные катализаторы нужны для выпуска всех видов топлива экологического стандарта Евро-5.

Этот стандарт действует в Евросоюзе с 2008-2009 годов. В России он стал обязательным в 2016 году. С тех пор большинство НПЗ производят только топливо Евро-5, а гражданский оборот бензина более низких классов запрещен. То есть без нужных катализаторов в России встал бы практически весь автотранспорт, кроме военной техники.

Они участвуют в нескольких разных процессах. Один из самых массовых в нефтепереработке катализаторов предназначен для каталитического крекинга. На этом этапе тяжелые молекулы нефти распадаются на более легкие, а из сырья получают компоненты высокооктанового бензина и дизельного топлива. В процессе каткрекинга твердый катализатор перемещается внутри установок, ускоряя и повышая эффективность процесса.

Также катализаторы используют для гидропроцессов, которые проходят с участием водорода (на латыни он называется hydrogenium). Например, в процессе гидроочистки из сырья или топлива удаляются посторонние вещества, такие как сера. Для этого нефть, бензин или дизель пропускают через слой неподвижного катализатора.

Похожим образом устроен процесс гидрокрекинга. Но в отличие от гидроочистки, здесь все происходит под очень высоким давлением — до 300 атмосфер. Это одна из наиболее дорогих и перспективных технологий в отрасли. Она дает возможность максимально углубить переработку нефти.

Глубина переработки — один из важнейших показателей эффективности НПЗ. Она отражает соотношение между объемом полученных нефтепродуктов и объемом потраченной нефти. Чем выше показатель, тем больше произвели светлых нефтепродуктов и меньше мазута осталось. Сочетание каталитического и гидрокрекинга позволяет довести глубину переработки нефти до максимальных значений 95-97%.

Да. Вещества, необходимые для разных химических процессов, имеют различную структуру и свойства.

Например, катализаторы для каталитического крекинга — это микросферы диаметром около 70-90 микрометров, внешне похожие на мелкий песок. Они состоят из активного компонента — цеолита — и постоянно взаимодействуют с сырьем. Благодаря им процессы могут проходить в более мягких условиях, при относительно невысоком давлении и температуре.

Катализаторы гидропроцессов представляют из себя носители, пропитанные химическим составом. Они напоминают трилистники длиной от 5-6 до 15 миллиметров. Такая форма выбрана, чтобы увеличить поверхность соприкосновения сырья или топлива с веществом.

Макросъемка катализатора каталитического крекинга (Фото: «Газпром нефть»)

Да, много. Причем потребность в них постоянно увеличивается. В 2011 году всем российским предприятиям вместе взятым требовалось чуть более 15,8 тыс. т катализаторов. В 2017-м нужно было уже 17,7 тыс. т. Ожидается, что в нынешнем году отрасли понадобится более 18 тыс. т веществ для каталитических процессов.

Для роста потребности есть как минимум две причины. Первая — развитие глубокой нефтепереработки. Производители стараются снижать долю мазута и выпускать больше светлых нефтепродуктов, ведь их можно продавать дороже.

Кроме того, им приходится иметь дело со все более сложной нефтью. Сегодня в ход идут месторождения, где залегает нефть с большим количеством примесей. Чтобы избавиться от них и получить высококачественный продукт, тоже нужны катализаторы.

По некоторым позициям Россия очень зависима от импорта. Например, катализаторы гидрокрекинга, которые нужны для глубокой нефтепереработки и производства топлива стандартов Евро-5, вообще не выпускаются в РФ.

В мире действует около 1 тыс. НПЗ, но крупных производителей катализаторов — не более десяти. Лидерами в области производства катализаторов нефтепереработки считаются западные компании.

В целом доля зарубежных поставок на рынке составляет от 37% до 100% в зависимости от конкретной позиции. Цена за тонну варьируется от $2,7 тыс. для катализаторов крекинга до $30,2 тыс. для катализаторов гидрокрекинга.

Чтобы закупить нужный объем катализаторов за рубежом, российским НПЗ по состоянию на 2019 год требовалось около 145 млн долларов (более 9,3 млрд руб. по среднегодовому курсу ЦБ).

Само по себе производство есть. Но эти предприятия построены в 1950-х годах и давно не отвечает потребностям отрасли ни по качеству, ни по объемам.

Как уже говорилось, в России с 2016 года действуют экологические требования к моторным топливам Евро-5. Отечественные катализаторы прошлого поколения дают топливо более низких экологических стандартов. Это подталкивает производителей заняться новыми наукоемкими производствами.

Да, и представители отрасли сейчас этим занимаются. «Газпром нефть» строит в Омске масштабное производство полного цикла, которое будет выпускать 21 тыс. т катализаторов ежегодно — больше, чем сейчас требуется всем российским НПЗ вместе взятым.

В 2015-м этому проекту присвоили статус национального.

Производство катализаторов — крайне наукоемкое, поэтому к работе привлекают ученых. «Газпром нефть» сотрудничает с несколькими НИИ, в том числе Центром новых химических технологий ИК (Омск), Институтом катализа им Г.К. Борескова (Новосибирск) и столичным МГУ.

Компания получила уже 48 патентов на свои разработки.

Макросъемка катализатора гидропроцессов (Фото: «Газпром нефть»)

Катализаторы в «Газпром нефти» разрабатывают с учетом не только нынешних, но и будущих экологических требований. Поэтому, когда введут Евро-6, компания сможет обеспечить российские НПЗ продукцией, которая нужна для выпуска нового топлива.

Основной этап строительства комплекса полного цикла будет завершен до конца 2021 года.

Производство будет состоять из трех линий, выпускающих три разных продукта. Это катализаторы каталитического крекинга и гидроочистки, которые используются при изготовлении топлива. А также катализаторы гидрокрекинга, необходимые для глубокой переработки нефти.

Вдобавок на площадке создадут инфраструктуру, на которой можно восстанавливать активность отработанных катализаторов. Мощности позволят реактивировать 2 тыс. т продукта ежегодно.

Во-первых, повысится эффективность применения катализаторов на НПЗ. К примеру, переход на катализатор крекинга «Газпром нефти» увеличивает выход бензина на 1-3% при том же объеме переработки. Если масштабировать это на все российские заводы, то дополнительный экономический эффект может достигать 15 млрд руб. в год.

Во-вторых, предприятия смогут снизить расходы на закупку катализаторов. Российский продукт обойдется дешевле зарубежных, особенно с учетом курса рубля.

Сами по себе катализаторы достаточно универсальны и не имеют привязки к конкретным сортам нефти. Однако у каждого производства могут быть свои особенности и потребности.

Чтобы их учесть, «Газпром нефть» разрабатывает новые марки под сырье и требования клиентов. Все созданные продукты тестируются в Центре по испытанию катализаторов и на собственных НПЗ.

Производство спроектировано так, чтобы делать компоненты катализаторов из простого и доступного на рынке сырья. Например, из сульфата алюминия, солей металлов и минеральной глины. В целом для нового производства планируют использовать только отечественное сырье.

Употреблять их внутрь точно не стоит. Катализаторы содержат металлы.

Но держать в руках их можно без вреда для здоровья. Впрочем, как и любая глина, они сушат кожу и могут пылить. Поэтому на производствах при работе с катализаторами используют перчатки и респираторы.

При строительстве используются закрытые агрегаты, которые исключают взаимодействие веществ с атмосферой. Оборудование на заводе обеспечивает очистку газов от 95-99,5% примесей.

Да, по ряду параметров она отличается в лучшую сторону. Катализаторы гидроочистки показывают более высокую активность, гидрокрекинга — повышенный выход керосина и дизельного топлива, а каталитического крекинга — больший выход бензина.