Полезные остатки

Полезные остатки

Производство и рыночные ниши темных нефтепродуктов —
мазута, битума, смазочных материалов


Фото: Андрей Голованов, Александр Таран

Темные — общее название всех типов мазутов и дистиллятных масел. К этой категории также относится битум, гудрон и вакуумный газойль, то есть продукты нефтепереработки, состоящие из тяжелых остатков фракционирования нефти. Как следует из названия, все они имеют темный цвет.

Полимерно-модифицированный битум входит в состав верхнего дорожного слоя на американских хайвеях, немецких автобанах и итальянских автост радах. ПМБ, изготовленный по технологии Styrelf, применяют в покрытиях на взлетно-посадочных полосах, сложнейших горных дорогах и гоночных трассах класса «Формулы-1».

Такой разный мазут

Одна из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива — топочные мазуты. Они используются в котельных агрегатах электростанций, в технологических печах в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве, в судовых котельных установках, газовых турбинах.

Хотя мазутом называют остатки первичной перегонки нефти, топочный мазут — это, как правило, многокомпонентное топливо, в которое, помимо прямогонного мазута, добавляют фракции, оставшиеся после процессов крекинга и висбрекинга, тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства, легкие газойли вторичных процессов. Добавление более легких дистиллятов необходимо для поддержания вязкости мазута в соответствии со стандартами.

Вязкость мазутов может варьироваться в значительных пределах, а  потому это важнейший показатель качества котельных и тяжелых моторных топлив, который положен в основу маркировки мазута. Вязкость влияет на выбор способа сливных и наливных операций при его отгрузке, на их продолжительность, на условия транспортировки продукта, эффективность работы форсунок двигателя, распыляющих топливо.

Качество мазута также определяется такими характеристиками, как содержание воды, механических и минеральных примесей, зольность*, температура застывания и вспышки**, теплота сгорания. От них зависят условия применения горючего. Например, для топлив, которые используются в газотурбинных установках, очень важно низкое содержание ванадия и серы, так как они вызывают коррозию турбинных лопаток. А  влага в мазуте может привести к расстройству режима горения из-за возможного образования водных пробок, прерывающих равномерную подачу топлива к форсункам.

Еще одна важная характеристика — коксуемость топлива, способность образовывать твердый углеродистый осадок на деталях топливной системы при нагревании без доступа воздуха. Высокий показатель коксуемости нежелателен для котельных топлив, так как с ним связано повышенное отложение кокса возле устья форсунок, из-за чего искажается форма факела, ухудшается распыление топлива, оно сгорает не полностью.

Опыт «Газпром нефти»

Повышение глубины переработки нефти на НПЗ с соответственным сокращением объема производства нефти и увеличением выхода маржинальных продуктов — один из стратегических приоритетов « Газпром нефти». Компания занимает лидирующие позиции как на рынке битумных материалов в целом, так и среди инновационных полимерно-битумных вяжущих в частности. Ежегодный объем продаж битумных материалов составляет порядка 1,75 млн тонн. Основные мощности «Газпром нефти» по производству битумов расположены в Москве, Омске, Ярославле, Рязани, а также в  Сербии и Казахстане. Компания активно поддерживает внедрение инновационной составляющей в производство битумной продукции. В 2014 году на совместном предприятии «Газпромнефть-Тоталь ПМБ» на Московском НПЗ запущено производство полимерно-битумного вяжущего премиум-класса G-Way Styrelf. Этот ПБВ отличается повышенными эксплуатационными характеристиками. Они достигаются модификацией вещества на химическом уровне за счет введения специального реагента, позволяющего формировать устойчивую трехмерную пространственную структуру продукта. Как показали первые опыты экс плуатации такого ПБВ на экспериментальных участках автодорог, дорожное покрытие с применением современных вяжущих более устойчиво к образованию колеи и трещин, а также к  воздействию высоких транспортных нагрузок.

Широк и ассортимент масел и смазок, которые производятся «Газпром нефтью». Компания занимает значительные рыночные ниши в индустриальном сегменте, выпускает судовые масла и все виды автомобильных масел и смазок. За несколько лет «Газпром нефти» удалось занять значительную нишу на российском рынке моторных масел, в том числе и в массовом сегменте масел для легковых автомобилей. Масла выпускаются под брендами «Газпром нефть» и G-Energy. Последний бренд относится к категории премиальных.

Игольчатый кокс — ценное сырье для производства графитированных электродов. Такие электроды способны выдерживать большие электрические токи и применяются в электродуговых печах для изготовления спецстали. Игольчатый кокс получают на установках замедленного коксования из тяжелых остатков различных процессов.

Последнее десятилетие потребление мазута в мире перманентно уменьшалось. Предполагается, что эта тенденция сохранится и дальше. Причина тому — высокое содержание вредных веществ в попадающих в атмосферу продуктах сжигания этого топлива и увеличение глубины переработки нефти.

* Зольность — массовая доля золы, содержание в процентах негорючего остатка, который создается при полном сгорании топлива.
** Температура вспышки — наименьшая температура, при которой пары над поверхностью жидкого нефтепродукта способны вспыхнуть при поднесении огня.

Битум: вчера, сегодня, завтра

Масла под брендом G-Energy — непременный участник большинства престижных мировых автогонок, в том числе и ралли-марафона «Дакар»

Битум — один из наиболее распространенных и древнейших строительных материалов. В эпоху неолита природный, образовавшийся естественным путем в местах выхода нефти на поверхность битум начали использовать для изготовления посуды раньше, чем глину. Для строительства его широко применяли в Древнем Шумере, на территории которого других строительных материалов было немного. Битум смешивали с песком и гравием и из этой массы изготавливали кирпичи. Также он использовался для гидроизоляции, при строительстве каналов, оросительных систем, дорог, как связующее вещество при создании мозаик.

Нефтяной битум — полутвердый или твердый продукт. Однако он представляет собой аморфное вещество. Это значит, что в твердом состоянии он не кристаллизуется, а при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, постепенно размягчаясь. Твердый битум ведет себя как очень густая жидкость. Это демонстрирует эксперимент, начатый в 1927 году в Университете Квинсленда (Австралия). Нагретый битум налили в стеклянную воронку с запечатанной трубкой. Через три года воронку распечатали, и битум начал медленно вытекать через трубку. Первая капля упала в 1938 году, вторая — в 1947-м. Эксперимент продолжается до сих пор, к настоящему моменту из воронки вытекло девять капель вещества.

Битумных озер — естественных источников битума на поверхности земли, которые имели бы промышленное значение, в мире осталось мало. Битумосодержащую породу сегодня добывают в карьерах и шахтах, при помощи скважин идет добыча сверхвязкой битуминозной нефти. Кроме того, битум получают из остаточных продуктов нефтепереработки: гудронов*, асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки масляных фракций и др.

Чтобы улучшить качество битума, в гудроны и тяжелые остатки переработки мазута добавляют до 30% других продуктов. Без добавок вяжущие становятся хрупкими и теряют эластичность. Современные битумные материалы — полимерно-битумные вяжущие — производятся на основе обычных битумов с добавлением полимеров типа СБС (стирол-бута-диен-стирол) и пластификатора. По сравнению с традиционными продуктами они обладают повышенной сопротивляемостью к деформации, лучше себя ведут при высоких и низких температурах, более долговечны.

Сегодня область применения битума — дорожное строительство, производство кровельных, гидроизоляционных материалов, резиновая, лакокрасочная, кабельная промышленность. В дорожном строительстве битум служит вяжущим между каменными составляющими асфальтобетонной смеси — основного материала для строительства дорог.

* Гудрон — вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт черного цвета. Представляет собой остаток после отгонки из нефти фракций, выки- пающих свыше 450°C. Используется для производства дорожных, кровельных и строительных битумов, малозольного кокса, смазочных масел, мазута, горючих газов.

Коэффициент трения

Смазочные масла уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между ними.

Продукты перегонки нефти впервые стали использовать как смазку в 70-х годах XIX века. Американец Джон Эллис, пытаясь найти нефти медицинское применение, обнаружил, что она обладает хорошими смазочными свойствами. Вскоре ему удалось произвести масло, которое было значительно более эффективным при высоких температурах, чем традиционно применяемые животные и растительные жиры.

Базовые масла бывают минеральными (очищенные продукты переработки нефти), синтетическими (их составляющие получены путем органического синтеза из более простых углеводородных соединений) и полусинтетическими (смеси первых и вторых). Минеральные масла получают из продуктов вакуумной перегонки мазута (фракции с температурой кипения 350–400°C, 400–450°C, 450–500°C) и деасфальтизации* гудрона жидким пропаном.

Синтетические масла появились значительно позже, чем минеральные. Их разработка началась в середине XX века для нужд авиации, а в 1970-х годах синтетику стали применять и для автомобильных моторов.

Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.

Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.

* Деасфальтизация — извлечение из остаточных продуктов дистилляции нефти растворенных в них смолисто-асфальтеновых веществ с помощью легких растворителей, таких как жидкий пропан или бутан.

… И прочие продукты

Из нефти также получают технический углерод (сажу), кокс. Сажа — это мелкие частицы углерода. Это продукт неполного сгорания или термического разложения (нагрева без доступа воздуха) углеводородного сырья — высокоароматизированных фракций нефти, природных и попутных газов. Технический углерод используют при производстве резины, пластмасс и некоторых сплавов, а также черных пигментов для полиграфической и лакокрасочной промышленности. Кокс, как и сажа, преимущественно состоит из углерода. Он применяется при выплавке алюминия, изготовлении химической аппаратуры, работающей в условиях агрессивных сред, в ракетной технике и других областях. Кокс получают из нефтяных остатков (гудронов, крекинг-остатков, тяжелых газойлей, остатков масляного производства и т. п.) с помощью коксования — разновидности процесса глубокого термического крекинга, при котором из тяжелых нефтяных остатков окончательно удаляются все легкие и относительно легкие фракции углеводородов.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ