Катализатор успеха – Журнал «Сибирская нефть»

Катализатор успеха

Текст: Александр Коробченко
Фото: Николай Рыков, Николай Кривич

«Газпром нефть» успешно апробировала собственный катализатор олигомеризации, подтвердивший свои преимущества не только в лабораторных, но и в реальных промышленных условиях. Инновационный продукт прошел несколько опытно-промышленных пробегов в установке олигомеризации Московского НПЗ и значительно превзошел использовавшийся ранее аналог.

Развитие нефтепереработки сегодня тесно связано с повышением эффективности технологических процессов. В свою очередь, здесь возможны два пути совершенствования: автоматизация и цифровизация производства, которыми в «Газпром нефти» уже активно занимаются, и внедрение катализаторов с улучшенными свойствами. На решение последней задачи и была нацелена разработка нового катализатора процесса олигомеризации легких олефинов (см. врез), предназначенного для получения высокооктановых компонентов бензина.

Эффект масштаба

На российских НПЗ процесс олигомеризации легких олефинов, то есть пропан-пропиленовой или бутан-бутиленовой фракций, встречается не слишком часто: эти газы являются ценным сырьем для нефтехимии и востребованы на рынке как самостоятельный продукт. Такая особенность определяет невысокий спрос на катализаторы олигомеризации и, как результат, наличие фактически единственного отечественного поставщика на российский рынок, работающего еще с советских времен. В то же время характеристики поставляемого катализатора оставляют желать лучшего: он не слишком стабилен, а его пробег до регенерации не превышает 25 дней. Причем за его использование нужно вносить лицензионные платежи, что сказывается на итоговой стоимости олигомеризата. При разработке нового катализатора ставилась задача получить образец с увеличенным пробегом и с большей активностью, а значит, и большим выходом целевого продукта. Разработка велась специалистами «Газпром нефти» и компании «УНИСИТ».

Получить улучшенный катализатор удалось за счет подбора цеолита Цеолиты (от греческого «кипящие камни») — большая группа близких по составу и свойствам минералов, кристаллических алюмосиликатов, известных своей способностью отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности. Еще одно важное свойство — способность к ионному и катионному обмену: цеолиты могут селективно выделять и вновь впитывать различные вещества. Искусственно синтезированные цеолиты используются в том числе в качестве сырья для производства катализаторов различных химических процессов. оптимальной структуры и пористости. При проведении лабораторных испытаний новый катализатор (рабочее название — КОБ-1) демонстрировал более чем двукратное увеличение межрегенерационного пробега и повышение выхода целевого продукта на 8%.

Результаты лабораторных тестов с успехом подтвердились во время опытно-промышленных испытаний на Московском НПЗ. Первый опытный пробег из-за планового ремонта установки олигомеризации на МНПЗ был прерван через 46 дней — максимальную работоспособность катализатора еще только предстояло выяснить. Тем не менее этот срок работы уже почти вдвое превосходил межрегенерационный период аналога.

По итогам второго этапа промышленных испытаний КОБ-1 показал еще более высокую эффективность, чем при лабораторных тестах: межрегенерационный пробег увеличился более чем в 2,5 раза, а выход олигомеризата вырос на 30%. Экономический эффект от внедрения инновационного катализатора олигомеризации на установке московского завода, по оценкам экспертов «Газпром нефти», составит порядка 180 млн рублей в год. Он будет достигнут благодаря дополнительной выработке высокооктанового компонента моторного топлива (порядка 11 тыс. тонн в год), повышенного межрегенерационного пробега, а также за счет снижения лицензионных платежей за использование стороннего катализатора.

Помимо увеличения срока работы без перезарядки необходимо подтвердить и больший общий срок годности инновационного продукта. По расчетам специалистов «Газпром нефти», период эксплуатации КОБ-1 должен вдвое превышать аналогичный показатель стороннего катализатора, составляющий 2,5 года. Однако тратить порядка 5 лет на подтверждение гипотезы было бы неэффективным решением. Справиться с этим вызовом удалось при помощи «ускоренного старения» катализатора.

«В конце 2017 года была разработана экспресс-методика определения ресурса катализаторов олигомеризации методом ускоренной дезактивации химическими способами, — рассказала главный специалист управления научно-технического развития дирекции нефтепереработки „Газпром нефти“ Валентина Мирошкина. — В этом году методика будет применена к КОБ-1, и нам останется только оценить катализатор на выносливость к многократной регенерации. Мы ожидаем, что срок работы КОБ-1 составит не менее пяти лет».

Рыночные перспективы

Рыночная стоимость нового катализатора оказалась выше, чем у аналога, однако уже сейчас понятно, что экономический эффект от его применения компенсирует разницу в цене. Неудивительно, что после успешного завершения всех запланированных испытаний инновационный продукт «Газпром нефти» приковал к себе повышенное внимание рынка. По запросу потенциальных потребителей образцы нового продукта уже направлены в отечественные и зарубежные компании с целью проведения независимых пилотных испытаний.

Пока опытные партии КОБ-1 выпускаются на Редкинском катализаторном заводе. Однако в перспективе его планируется производить в Омске, на новом катализаторном производстве «Газпром нефти», созданием которого компания сегодня активно занимается. Мощность будущего завода — 21 тысяча тонн катализаторов каталитического крекинга и гидропроцессов в год. В то же время для полного заполнения всех пяти реакторов блока олигомеризации на МНПЗ необходимо всего 12 тонн катализатора. И даже при наличии внешних заказов эта цифра вряд ли сможет увеличиться на порядки. Насколько оправданно выделять мощности нового предприятия продукту, необходимому в столь невысоком — по сравнению с другими катализаторами — количестве?

«На заводе в Омске будет достаточно мощностей, — уверяет Валентина Мирошкина. — Заказы на изготовление катализаторов КОБ-1 разовые, выпуск ожидается по заранее спланированному графику. Зато собственное производство катализатора позволит снизить его себестоимость». Существует и еще одна зона роста, касающаяся общей для российского катализаторного производства проблемы — цеолитов. Именно качество цеолитов во многом определяет эффективность катализатора, причем это касается катализаторов самых разных процессов нефтепереработки. Сегодня цеолиты по большей части закупаются за рубежом. Изменение этой ситуации благоприятно скажется на всей отрасли.

Александр Чембулаев
Александр Чембулаев,
генеральный директор «Газпромнефть — Каталитических систем»

Если мы хотим, чтобы в России появился полный спектр собственных катализаторов, которые смогут полноценно конкурировать с западными аналогами, мы должны предложить рынку комплексное современное бизнес-решение. Поэтому сегодня «Газпром нефть» создает новый наукоемкий бизнес, включающий в себя как разработку и производство катализаторов, так и их дальнейшее сопровождение на рынке.

Катализатор олигомеризации КОБ-1, успешно прошедший в прошлом году промышленные испытания, расширит линейку современных катализаторов, выпускаемых компанией. В этом году «Газпромнефть — Каталитические системы» займутся организацией выпуска опытной партии катализатора КОБ-1 для «Омского каучука», что станет важным шагом на пути к коммерциализации нового продукта.

Андрей Клейменов
Андрей Клейменов,
начальник управления научно-технического развития дирекции нефтепереработки «Газпром нефти»

«Газпром нефть» активно занимается развитием катализаторного бизнеса, стремясь занять на этом рынке лидирующие позиции и стать крупнейшим поставщиком катализаторов в России и СНГ. Для этого необходимо не только современное высокотехнологичное производство, строительство которого началось в Омске, но и широкий ассортимент собственных катализаторов, требующий постоянного обновления. В «Газпром нефти» уже несколько лет ведется целенаправленная работа по расширению имеющейся линейки катализаторов, как по модификаций существующих, так и созданию абсолютно новых композиций. Компания сотрудничает с ведущими научными институтами страны, выступая в качестве эксклюзивного индустриального партнера.

Пример такого плодотворного сотрудничества — успешно прошедший в прошлом году промышленные испытания катализатор олигомеризации олефинов.

В целом же разработанный катализатор олигомеризации олефинов полностью оправдал ожидани — полученные характеристики оказались даже выше запланированных изначально. На полный цикл работ, связанных с разработкой и апробированием нового катализатора, ушло около четырех лет. В «Газпром нефти» этот срок считают хорошим показателем, ведь в реализации проекта было задействовано всего несколько сотрудников. А его успешные итоги могут стать дополнительным толчком к созданию специального проектного офиса по внедрению результатов НИОКР. Подобный подход нехарактерен для российских ВИНК, и «Газпром нефть» может стать одной из первых отечественных нефтяных компаний, не только поддерживающих и инициирующих научные разработки, но и обеспечивающих им последующий инжиниринг.

Олигомеризация олефинов

Процесс олигомеризации легких олефинов, таких как пропан-пропиленовая или бутан-бутиленовая фракции (газы, образующиеся как побочный продукт процесса каталитического крекинга), позволяет получить ценные высокооктановые компоненты бензина. В химии олигомер (греч. «олигос» — «малый», «незначительный») — молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев. Этим олигомеры отличаются от полимеров, в которых число звеньев теоретически не ограничено. Свойства олигомеров зависят от количества повторяющихся звеньев. Когда химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки, вещество называется полимером.

В мировой нефтепереработке процесс олигомеризации олефинов получил широкое распространение в 30-х годах ХХ века. В качестве катализатора использовались фосфорные кислоты, сначала в жидком виде, а потом — нанесенные на твердую основу. Однако такие катализаторы недостаточно эффективны и экологически небезопасны. Поворотным моментом в применении олигомеризации для получения высокооктановых компонентов бензина стала разработка катализаторов на основе среднепористого цеолита ZSM-5.

Преимуществами цеолитов с точки зрения промышленного использования являются экологичность, простота регенерации, а также возможность гибкой подстройки процесса для получения бензиновой либо дизельной фракции за счет изменения температурных условий проведения олигомеризации.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ