CC BY
60АКЦЕНТЫ
Некоторые
проблемы
обеспечения
производства
современных
топлив
отечественным
сырьем
64 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GA7QHIMIYA.ru
АКЦЕНТЫ
А.М. Данилов, В.А. Хавкин, Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти (ВНИИ НП)
Название предлагаемой читателю статьи на первый взгляд выглядит парадоксальным. В самом деле, располагая огромными запасами углеводородов, сомневаться в собственной способности вырабатывать любое количество нефтепродуктов не принято. Однако сырьем для современных топлив является все же не нефть, а компоненты, получаемые в высокотехнологичных процессах, использующих эффективные катализаторы и специальные присадки. Переход на европейские нормы качества, предусматриваемый известным Регламентом, да и вообще международные интересы страны требуют внедрения и широкого распространения новых технологий. Однако в этом Россия заметно отстает от многих промышленно развитых стран, что вынуждает нефтепереработчиков закупать процессы и катализаторы для этих процессов, а также присадки за рубежом. Такое положение следует рассматривать как нежелательное, поскольку зависимость от импорта в выработке стратегического продукта, которым является топливо, недопустимо.
Кратко рассмотрим перспективные объемы производства топлив и структуру процессов, обеспечивающих выработку компонентов необходимого качества. Первоочередное внимание уделим автомобильным бензинам и дизельным топливам, к качеству которых предъявляются наиболее жесткие требования, хорошо известные специалистам. Это последовательное уменьшение содержания серы во всех топливах, кроме того, в бензинах — снижение содержания олефиновых и ароматических углеводородов, особенно бензола; в дизельных топливах — снижение содержания полициклических ароматических углеводородов. Для тех и других топлив требуется улучшение воспламеняемости, что для бензинов и дизельных топлив выражается соответственно увеличением значения октанового и цетанового чисел.
Все эти требования могут быть удовлетворены только при условии широкого внедрения каталитического крекинга и гидрокаталитических процессов. Сохраняет свое значение и каталитический риформинг, правда, постепенно уступая свои позиции.
В 2008 г. в России было выработано 35,5 млн т автомобильных бензинов, в том числе по значениям октановых чисел: А-76+АИ-80, АИ-92, АИ-95 — и АИ-98 соответственно 7,85, 21,9 и 5,75 млн т. Более 90% бензинов направлено на обеспечение внутренних потребностей в соответствии со структурой автомобильного парка страны. В ближайшей перспективе, вероятно, суммарная выработка бензинов будет расти темпами 3-4 млн т/год. В динамике производства бензинов по маркам наблюдается уменьшение доли низкооктановых бензинов, быстрый рост выработки бензинов типа АИ-92 и более медленный рост производства бензинов АИ-95 и АИ-98 (рис. 1).
Кроме требований к октановому числу, необходимо обратить внимание на ограничение содержания в бензинах вредных компонентов (см. табл. на стр. 66).
О процессах, обеспечивающих такое качество, в принципе можно судить, оценивая структуру бензинового фонда в различных странах (рис. 2).
Таким образом, в оптимальном случае на первом плане находится процесс каталитического крекинга. Если он рассчитан на максимальную выработку бензиновых
фракций, то они могут быть получены с выходом до 54% на сырье, характеризуясь октановым числом 90-94 ед. (в лучших модификациях — до 96 ед.) по исследовательскому методу (ИМ). Попутно получаются олефины С4 и С5, которые могут быть использованы для производства оксигенатов. К сожалению, доля каталитического крекинга в нефтепереработке нашей страны невелика и составляет не более 8% на исходную нефть, уступая США (35%) и даже Китаю (25%) [1]. Часть бензиновых фракций вырабатывается в процессе гидрокрекинга, но поскольку гидрокрекинг в России направлен на получение преимущественно дизельных топлив, то это
РИС. 1. ВЫРАБОТКА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ В РОССИИ В 2004-2012 ГГ. (2010-2012 ГГ. — ПРОГНОЗ)
45
40
■ А-76+АИ-80 АИ-92 АИ-95+АИ-98
35
30 — н 25 —
І 20 —
15 —
10
5
0
2004 2006 2008 2010 2012
РИС. 2. СТРУКТУРА БЕНЗИНОВОГО ФОНДА В США, ЕЭС И РОССИИ
США ЕЭС Россия
1 — бензин каталитического крекинга
2 — бензин каталитического риформинга
3 — бутан, фракции прямогонные и термических процессов
4 — алкилат, изомеризат, оксигенаты
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 65
АКЦЕНТЫ
В 2008 г. в России было выработано 35,5 млн т автомобильных бензинов, в том числе, по значениям октановых чисел: А-76+АИ-80, АИ-92, АИ-95 и АИ-98 соответственно 7,85, 21,9 и 5,75 млн т.
немного. Каталитический риформинг позволяет получить фракции со значением октанового числа 80-85 ед. по моторному и 90-95 ед. по исследовательскому методам. Однако эти значения обеспечиваются за счет ароматических углеводородов, получаемых в процессе. В общем случае в продуктах риформинга содержится 60-75% масс. ароматических углеводородов, в том числе 3-7% масс. бензола. Это требует дополнительных затрат на освоение процессов, снижающих содержание ароматических углеводородов и бензола. Нельзя не отметить, что снижение концентрации ароматических углеводородов в бензине приведет к снижению октанового числа (ориентировочно на каждые 5% ароматических углеводородов приходится одна октановая единица). Это должно быть компенсировано компонентным составом бензинов или антидетонационными присадками.
Если рассматривать ближайшую перспективу (20092012 гг.), то за этот период общее производство автомобильных бензинов вырастет ориентировочно на 8 млн т/год. Основным процессом, как мы отметили выше, который может дать дополнительное количество бензина, является каталитический крекинг. По имеющимся у нас
Компоненты Евро-3 Евро-4 Евро-5
Ароматические углеводороды, % об., не более 42 35 35
Бензол, % об., не более 1 1 1
Олефины, % об., не более 18 18 18
Сера, мг/кг, не более 150 50 10
данным, за период 2009-2012 гг. можно ожидать ввода в строй мощностей по этому процессу на 11,2 млн т/год или при условном выходе бензиновой фракции 50% — 5,6 млн т/год с октановым числом около 92 ед. (ИМ). Таким образом, ожидаемые дополнительные мощности каталитического крекинга не обеспечат даже прироста бензинового фонда, не говоря уже о перераспределении октанового числа. Как будет покрыт вероятный дефицит, зависит от технической политики компаний. Пути известны: здесь и риформинг прямогонных фракций (не очень желательно), и увеличение использования оксигенатов, увеличение мощностей алкилирования, изомеризации и олигомеризации олефинов. К сожалению, быстрого развития этих процессов ожидать не приходится. Таким образом, в сырье, направляемом на компаундирование, можно ожидать увеличения доли прямогонных фракций. Это, в свою очередь, потребует вовлечения в товарные бензины антидетонационных присадок. Из потенциально большого ассортимента таких присадок в настоящее время могут быть использованы только композиции на основе монометиланилина (ММА). Ранее [2] мы достаточно подробно рассмотрели проблему применения ММА и оценили потребность в этом продукте на уровне 70 тыс. т/год.
Что касается снижения содержания, серы, олефинов и отчасти ароматических углеводородов, то развитие процессов гидроочистки бензиновых фракций позволяет рассчитывать на последовательное решение этой проблемы.
66 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
АКЦЕНТЫ
Дизельных топлив отечественная нефтепереработка вырабатывает примерно вдвое больше потребности страны. Излишек направляется на экспорт, причем топлив, соответствующих нормам Евро-3, 4 и 5, экспортируется немногим более 13 млн т/год (2008 г.), остальное количество представлено дизельными фракциями, фактически полупродуктом. Прогноз собственной потребности в дизельных топливах на ближайшую перспективу представлен на рис. 3.
Основная проблема при выработке дизельных топлив — снижение содержания серы. По сию пору основное количество дизельных топлив вырабатывается с содержанием серы до 0,2%. Оно преимущественно и используется на дорогах страны. Изменение № 6 к ГОСТ 30582, введенное в действие 1 января 2009 г., предписывает выработку топлив по этому стандарту с содержанием серы не более 0,05%. Для этого необходимо ввести в строй новые мощности гидроочистки, соответствующие объемам применения топлив. Кроме того, часть малосернистых дизельных фракций обеспечит гидрокрекинг. Ожидается, что за период с 2009 по 2012 г. будут введены в строй установки гидроочистки и гидрокрекинга суммарной мощностью соответственно 18,8 и 4,6 млн т/год. Выход дизельных фракций при гидрокрекинге достигает 50% на исходное сырье. Таким образом, к 2012 г. можно ожидать прирост малосернистых дизельных фракций в количестве 23-24 млн т/год. И тот и другой процессы позволяют снизить содержание серы во фракциях до 0,005-0,001 %. Это означает, что в сравнительно короткий отрезок времени требуемое снижение содержания серы будет обеспечено.
Со снижением содержания серы в дизельном топливе связана проблема противоизносных присадок. До настоящего времени отечественные производители топлив были вынуждены закупать эти присадки за рубежом. Сегодня разработан собственный ассортимент присадок. Из них надо выделить две, использование которых ожидается в большом масштабе: Байкат (изготовитель — Ангарский завод катализаторов и органического синтеза, ТУ 0257-027-46693103-2006) и Каскад-5 (изготовитель — Новокуйбышевский завод масел и присадок, ТУ 0257-021-56491903-2004). Интересно отметить, что еще до организации их промышленного производства был получен существенный экономический эффект: импортные присадки на российском рынке подешевели примерно вдвое [4].
Говоря о присадках, необходимо упомянуть и о промоторах воспламенения. На большинстве НПЗ России сейчас имеется «запас» цетанового числа, которое часто достигает 48 ед. при существующей норме 45. Но при выработке топлив с цетановым числом 51 (нормы Евро-3), заводы будут испытывать недостаток высокоцетановых фракций и будут вынуждены компенсировать это специальными присадками — промоторами воспламенения. За рубежом с этой целью вводят в топливо алкилнитраты. Производство аналогичных присадок освоено и в России.
Таким образом, развитие процессов нефтепереработки позволяет, хотя и недостаточно быстрыми темпами, наращивать производство топлив современного качества. Принципиально решена и проблема присадок, производство которых полностью обеспечено технологической и сырьевой базой. Вместе с тем большую тревогу вызывает обеспечение процессов катализаторами. На этом рынке доминируют зарубежные фирмы. Например, импортные катализаторы загруже-
РИС. 3. ПРОГНОЗ ПОТРЕБНОСТИ В ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВАХ (НА ОСНОВЕ ДАННЫХ [3])
ны практически на всех установках каталитического крекинга. Исключением является только Омский НПЗ, где используются катализаторы собственной катализа-торной фабрики. На установках гидроочистки вакуумных дистиллятов используется около 70% импортных катализаторов. Несколько лучше положение с гидроочисткой светлых топлив. Здесь положение традиционно удерживают отечественные разработчики. И тем не менее, около 30% катализаторов для этих процессов тоже покупают за рубежом. Основная причина этого заключается в том, что современные технологические процессы наши заводы закупают у ведущих мировых фирм. Одним из условий поставки новых технологий является использование исключительно западных катализаторов. Надо также отметить и то, что 15-20 лет назад исследования в области разработки новых отечественных катализаторов практически были остановлены. Только в последние годы наблюдаются некоторые успехи. ОАО «ВНИИ НП» разработало серию катализаторов гидроочистки дизельного топлива, по уровню не уступающих зарубежным. Эти катализаторы (ГКД-202, ГКД-205, ГКД-300 и др.) используются на половине установок гидроочистки в России. В Институте катализа СО РАН (Новосибирск) синтезированы новые катализаторы каталитического крекинга, способные заменить импорт на отечественных установках. Следует отметить и разработки катализаторов риформинга (ОАО «НПП Нефтехим» совместно с ВНИИ Нефтехим): REF-23, REF-23M, РМ-1. В этом же направлении работает Омский филиал Института катализа СО РАН, создавший образцы КР-20, КР-201. Производство новых катализаторов может быть размещено на существующих катализаторных фабриках в Рязани, Омске, Новокуй-бышевске, Салавате и Ангарске. ГХ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Галиев Р.Г., Хавкин В.А., Данилов А.М. О задачах российской нефтепереработки // Мир нефтепродуктов, 2009. — № 2. — С. 3-7.
2. Данилов А.М., Емельянов В.Е. Метанол в бензине. // Газохимия, 2009. — № 1. — С. 20-23.
3. Рогов С. // Нефтегазовая вертикаль: переработка, химия, маркетинг. Пилотный выпуск, 2008. — Март. — С. 10-14
4. Данилов А.М. Современное состояние производства и применения присадок при выработке дизельных топлив Евро-3, 4 и 5. Доклад на совместном заседании ученого совета ВНИИ НП и комитета по смазочным материалам АНН РФ. 9 окт. 2009 г. М.: Спутник+. 2009. 27 с.
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 67
