Спрос рождает переработку

Спрос рождает переработку

История развития нефтеперерабатывающей отрасли в России и в мире

Первые попытки получить из нефти новые продукты человечество предприняло около 5 тыс. лет назад. За всю долгую историю нефтепереработки цели таких преобразований были самые разнообразные — от научного любопытства до п олучения нового оружия и горючих материалов. Сегодня сложно найти сферу промышленности, в которой не задействованы в том или ином виде нефтепродукты, но еще сложнее предсказать, где они окажутся востребованными завтра

Первым нефтепереработчиком смело можно назвать природу, предоставившую в распоряжение человека такой продукт, как асфальт. Асфальт, образовывавшийся в результате химического и биохимического окисления и испарения легких нефтяных фракций на поверхности «нефтяных озер» — просочившихся наружу залежей нефти, — оказался отличным строительным материалом. В Древнем Египте и Вавилоне, Китае и Греции с его помощью укрепляли стены амбаров и крепостей, использовали для гидроизоляции, а в Средние века, пока европейцы экспериментировали с «горной смолой» при изготовлении красок, инки строили асфальтовые дороги.

Сложно сказать, когда именно человек попытался собственноручно получить из нефти нечто новое, но историки предполагают, что процесс дистилляции был известен еще древним цивилизациям и точно использовался алхимиками уже в I тысячелетии до н. э. А значит, сырьем для этих процессов могла служить и нефть. В любом случае тогда применение получавшегося в результате примитивной перегонки продукта было ограничено его очевидными свойствами — он неплохо горел — и свойствами предполагаемыми: вплоть до XIX века нефтяные дистилляты широко применялись в аптекарском деле в качестве заживляющего, болеутоляющего и любого другого чудодейственного средства.

Говорить же о более-менее серьезной промышленной перегонке нефти с целью получения конкретных нефтепродуктов можно лишь начиная с середины XIX века.

Киросиновый век

В России первооснователем нефтепереработки принято считать архангельского рудоискателя Федора Прядунова, пытавшегося «двоить» (то есть перегонять) нефть в коммерческих целях еще в 1745 году. Прядунов организовал небольшой завод по добыче нефти под Ухтой, где из-под земли били настоящие нефтяные ключи и добыча не требовала больших усилий. Полученную нефть он отвозил в Москву, перегонял в лаборатории Берг-коллегии, а керосиноподобный продукт пытался продавать в аптеки. По разным причинам бизнес Прядунова не пошел. Более удачливыми оказались крепостные крестьяне бра- тья Дубинины, построившие нефтеперегонный куб — первую промышленную установку для дистилляции нефти, сведения о конструкции которой были задокументированы и дошли до наших дней. Хотя свою «белую нефть» братья продавали не только аптекам, но и в качестве продукта для освещения, в мировом масштабе начало нефтепереработки принято отсчитывать с момента целенаправленного выделения из нефти керо- синовых фракций.

Керосинки оставались одним из популярных осветительных приборов в России вплоть до 60-х годов XX века

Спрос определяет предложение — к середине XIX века для всех крупных городов остро встал как раз вопрос освещения улиц и домов. До тех пор в лам- пах и уличных фонарях использовали различные жиры (в том числе и китовый жир, добыча которого обошлась человечеству значительным сокращением популяции китов) или так называе- мое осветительное масло — смесь газов, получающуюся при сжигании каменного угля. Иногда в качестве светильного масла применяли и нефтяные дистилляты, но они сильно коптили, как и сама сырая нефть.

Хотя патент на керосин принадлежит вполне конкретному человеку — канадскому химику Абрахаму Гезнеру, а получил он это прозрачное жидкое топливо, которое хорошо горело и мало дымило, из каменного угля, здесь стоит говорить скорее о логичном стечении многих факторов, чем о случайном изобретении. В 1840–50-х годах в Америке были открыты значительные месторождения нефти. Добыча нового ископаемого требовала рынков сбыта, а тогдашних представлений о химических и физических свойствах жидких углеводородов было достаточно, чтобы быстро найти им достойное применение. Идея извлечения из нефти керосиновых фракций витала в воздухе и была реализована учеными и инженерами во многих странах. Очень быстро керосин стал движущей силой нарождавшейся нефтеперерабатывающей промышленности.

К началу XX века технологии переработки заметно усовершенствовались, а значительный вклад в развитие индустрии в тот период внесли российские ученые, инженеры, предприни? матели и изобретатели. В частности, Дмитрий Менделеев обосновал возможность получения из мазута минеральных смазочных масел перегонкой в вакууме или с водяным паром, а изобретатель Виктор Рагозин в полной мере реализовал его идеи на практике. В Российской империи появилась и первая многокубовая установка для непрерывной перегонки нефти и дистилляции нескольких различных нефтяных фракций — на заводе Товарищества нефтяного производства братьев Нобель, крупнейшей по тем временам «вертикально интегрированной» отечественной нефтяной компании, разрабатывавшей бакинские месторождения.

Следующим витком развития нефтепереработка обязана появлению бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), до сих пор остающегося одним из главных отраслевых драйверов роста.

Двигатель рынка

Вообще-то сам ДВС был изобретен еще в 1807 году и в течение XIX века претерпевал различные усовершенствования. Но первые модели двигателя работали на газе, а заслугу появления в 1880-ых годах бензинового прототипа современных ДВС приписывают сербскому изобретателю Огнеславу Костовичу, жившему и работавшему в России. Впрочем, мировая история отдает предпочтение немецким инженерам, чьи имена до сих пор на слуху, — Готтлибу Даймлеру и Вильгельму Майбаху. Они не просто сконструировали легкий бензиновый карбюратный двигатель, но и сумели наладить производство автомобилей.

Первенство открытия крекинг-процесса оспаривали многие инженеры, но в 1923 году международный патентный суд в Гааге признал инженера Владимира Шухова и его помощника Гаврилова единственными изобретателями термического крекинга. Свою установку Шухов запатентовал еще в 1891 году.

Так или иначе, но на заре XX века автомобили начали свое триумфальное шествие по планете, а с ними стремительно рос и спрос на бензин. По своему молекулярному составу бензин — это более легкая углеводородная фракция, чем керосин. Изначально при производстве керосина ее утилизировали как ненужный остаток. По мере же востребованности бензина стало ясно, что объемов получающейся после прямой перегонки нефти бензиновой фракции недостаточно, чтобы удовлетворить растущий спрос. К тому же качество прямогонного бензина оставляло желать лучшего. Нефтеперерабатывающая промышленность вплотную подошла к необ- ходимости первой качественной модернизации производства и появлению новых технологических процессов.

Индекс Нельсона

Мировые тенденции, касающиеся углубления нефтепереработки, легко проследить на примере индекса Нельсона — показателя, который оценивает сложность производства. Индекс иллюстрирует уровень развития мощностей вторичной переработки по сравнению с первичной мощностью дистилляции. Для расчета индекса оборудованию по перегонке сырой нефти присваивают коэффициент 1, а все остальные установки сравнивают с ним по сложности и стоимости. Например, установка каталитического крекинга имеет коэффициент, равный 4, то есть она в четыре раза сложнее, чем установка для перегонки сырой нефти при той же производительности.

Суммируя значения сложности, присвоенные каждой единице оборудования, определяют сложность НПЗ по индексу сложности Нельсона. К 2015 году средний индекс Нельсона для американских НПЗ составлял порядка 12 единиц, для европейских и азиатских — около 8, а для лучших заводов, напри- мер НПЗ в индийском Джамнагаре — 14. По прогнозам экспертов, в ближайшем будущем смогут выжить только заводы, имеющие индекс Нельсона не ниже 10, а новые производства изначально будут иметь сложность около 15 единиц.

Таким процессом, позволившим вырабатывать достаточное количество качественного бензина, стал сначала термический, а потом и каталитический крекинг, то есть расщепление сложных молекул на более простые или превращение тяжелых нефтяных фракций в легкие под воздействием высокой температуры и под давлением. В открытие крекинг-процесса значительный вклад внесли российские инженеры и ученые. Так, например, известный инженер Владимир Шухов еще в 1891 году запатентовал установку непрерывного термического крекинга, но до ее промышленного воплощения тогда так и не дошло. Зато двадцать лет спустя, в начале бензинового бума, патент на крекинг-процесс получил американский инженер Уильям Бартон, первый президент компании «Стандард Ойл Индиана» — одного из филиалов знаменитой империи Рокфеллера. Компания быстро монополизировала производство бензина по методу Бартона, сметая с рынка мелких конкурентов, а заодно развязав патентную войну. Первенство открытия крекинг-процесса оспаривали многие инженеры, но в 1923 году международный патентный суд в Гааге все же признал инженера Шухова и его помощника Гаврилова единственными изобретателями термического крекинга.

Впрочем, к тому времени США уже значительно обгоняли остальные страны по объемам переработки нефти с помощью термического крекинга. А в 1930-е годы процесс был усовершенствован: для его ускорения и повышения эффективности стали использовать катализаторы. Термический, а затем каталитический крекинг определили дальнейший вектор развития нефтепереработки — сегодня она немыслима без процессов, связанных с расщеплением тяжелых молекул углеводородов на более легкие.

Глубокий подход

Современный нефтеперерабатывающий завод можно сравнить с гигантской кухней: на территории, порой занимающей не одну тысячу гектаров, располагаются огромные котлы-установки, перерабатывающие миллионы тонн нефти в год и позволяющие выпускать несколько десятков различных «блюд». Если отвлечься от лирики, то в последние десятилетия в мире прослеживается четкая тенденция на укрупнение среднего размера НПЗ, на увеличение сложности предприятия и, соответственно, глубины переработки. Впрочем, разброс значений довольно велик: мощность самого крупного в мире завода в Джамнагаре (Индия) составляет 70 млн тонн н. э. в год, а среднемировой размер НПЗ — всего около 7 млн тонн. Существенно может варьироваться и коэффициент, отражающий глубину переработки нефти. В лидерах здесь США, где средняя глубина переработки порядка 95%, а на некоторых производствах показатель достигает и 98%. В Рос- сии дела обстоят гораздо хуже: средний показатель для отечественных НПЗ — 72%, лучшие заводы, к которым относятся и предприятия «Газпром нефти», дают 80–85%.

Тенденция на углубление переработки характерна для НПЗ во всем мире. Это связано с перманентно уменьшающимся спросом на мазут, представляющий собой тяжелые остатки переработки нефти и нефтепродуктов, и все возрастающим спросом на высококачественный бензин и дизельное топливо. В частности, именно бурный рост в США автопарка и, как следствие, спроса на бензин привели в свое время к углублению процессов вторичной переработки на местных НПЗ. В то же время СССР с успехом использовал мазут в качестве топлива на ТЭЦ и отправлял его на экспорт, что привело к значительному отставанию во внедрении сложных вторичных процессов.

Вплоть до 2002 года на российских заправках можно было купить этилированный бензин, запрещенный сегодня в связи с новыми экологическими стандартами

Еще одним стимулом к развитию и модернизации НПЗ служит повсеместное ужесточение экологических требований к товарным бензинам, а также постоянное усовершенствование автомобильных двигателей, способствующее росту спроса на высокооктановое топливо. Все это влечет за собой необходимость внедрять в производство процессы гидроочистки и гидрокрекинга, позволяющие получать высококачественные высокооктановые бензины с минимальным содержанием серы. По прогнозам экспертов, в ближайшие пять лет на гидроочистку и гидрокрекинг придется более 50% всех вводимых вторичных процессов в мире, при этом максимальный прирост мощностей будет касаться именно гидроочистки, — процесса, отвечающего в первую очередь за чистоту получаемого продукта.

Что же касается перспектив долгосрочного развития отрасли, то нынешним предметом спора ведущих экспертов стал вопрос, сохранят ли через 15–20 лет бензин и дизельное топливо свои доминирующие позиции на рынке или уступят место альтернативным источникам энергии. «Существует масса факторов, которые могут повлиять на спрос на бензин и дизтопливо в будущем, — констатирует руководитель направления по связям с научно-исследовательскими и образовательными учреждениями «Газпром нефти» Дмитрий Кондрашев. — Но как бы там ни было, у нефтепереработки остается еще одно важнейшее направление, спрос на которое будет только расти, — нефтехимия». Именно нефтехимическая промышленность, по прогнозам, сможет поддержать отрасль при любом развитии событий: в отличие от альтернативных топлив, речи об альтернативных пластиках сегодня практически не ведется, в то же время продукция нефтехимии все более совершенствуется, занимает новые ниши и находит новые применения в огромном количестве областей.

Еда из нефти

Образ синтетической еды, сделанной из нефти, часто можно встретить в научно-фантастической литературе. И хотя еды, полученной в процессе переработки нефти, пока не существует, углеводороды вот уже больше 50 лет используются при производстве пищевых продуктов. Речь идет о белке, лежащем, как известно, в основе любого здорового рациона. О получении белка искусственным путем задумались еще во времена Первой мировой войны в Германии. В качестве поставщика такого белка могли бы выступить одноклеточные организмы. Тогда была разработана технология культивирования пивных дрожжей, которые после обработки и высушивания добавляли в супы и колбасы.

В 1960-е годы ученые вплотную занялись изучением питательных сред для одноклеточных организмов, преимущественно дрожжей. В ходе экспе риментов была выявлена возможность продуктивно использовать для выращивания колоний микроорганизмов углеводороды. В результате заводы по производству синтетического белка были построены в Европе, Японии, СССР. К началу 1980?х 12 советских биохимических заводов выпускали около 1 млн тонн микробного белка, что составляло 2/3 от общемирового объема производства белковых концентратов. Белок получали из дрожжеподобных грибов семейства Candida, выращенных на отходах нефтепереработки, либо из бактерий Methylococcus capsulatus, предпочитавших метан. Обычно синтетический белок использовали в качестве пищевой добавки в сельском хозяйстве, но на прилавках советских магазинов можно было встретить и «черную икру, сделанную из нефти».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ