На строительной площадке первого современного катализаторного завода «Газпром нефти» в Омске ведется монтаж крупногабаритного оборудования для производственной линии катализаторов каталитического крекинга в псевдоожиженном слое. Катализаторы крекинга станут одним из ключевых продуктов нового завода – в год их будут выпускать 15 тысяч тонн. Такого объема хватит, чтобы охватить растущие потребности российских нефтеперерабатывающих заводов. Катализаторы каталитического крекинга необходимы для переработки вакуумного газойля в высокооктановый бензин и сжиженные углеводородные газы. «Газпром нефть» в партнерстве с крупнейшими научными центрами ведет работу по созданию все более совершенных катализаторов.
В основе современной нефтепереработки
Каталитический крекинг – важнейший процесс нефтеперерабатывающей отрасли. Он позволяет получать из тяжелых нефтяных фракций светлые нефтепродукты и сырье для нефтехимии. На сегодняшний день на нефтеперерабатывающих заводах по всему миру эксплуатируется более 500 установок крекинга. Для этих установок необходимо более 650 тысяч тонн катализаторов в год. При этом спрос на катализаторы крекинга продолжает расти.
В России в настоящее время функционирует 12 установок каталитического крекинга. Для их работы требуется 11,5 тыс. тонн катализаторов в год. Эксперты утверждают, что в течение ближайших лет эта цифра вырастет до более чем 14,2 тыс. тонн катализаторов в год. Это произойдет из-за ввода в эксплуатацию новых установок (ТАНЭКО, «Газпром нефтехим Салават», Сызранский НПЗ) и реконструкции уже существующих.
Точки развития
Развитие нефтеперерабатывающей отрасли в сторону повышения глубины переработки ставит новые задачи для повышения эффективности работы установок крекинга. Ключевым становится рост эффективности работы катализаторов.
.jpg "rt (3).jpg")
Александр Зайцев, заместитель генерального директора «Газпромнефть – Каталитические системы» по коммерции и развитию:
В настоящее время можно выделить 4 основных тренда, определяющих развитие технологий катализаторов крекинга. Во-первых, это катализаторы для увеличения выхода бензина, которые позволяют повысить маржинальность установки и НПЗ в целом. Во-вторых, это катализаторы для максимального выхода легких олефинов – бутиленов и пропилена, что обусловлено ростом спроса на нефтехимическую продукцию. Так, по прогнозам аналитиков, до 2030 года спрос на пропилен будет расти гораздо большими темпами, чем на мощности по его производству. В-третьих, это катализаторы для переработки сырья с высоким содержанием остаточных фракций. С одной стороны, это связано с тенденцией по утяжелению добываемой нефти во всех регионах мира, а с другой – необходимостью повышения глубины переработки. Четвертый тренд связан с ужесточением экологических требований к моторным топливам и экологическим процессам, что требует специальных присадок к катализаторам крекинга.
Фундамент для технологий
В Омске сложился уникальный нефтеперерабатывающий кластер, где наука и производство идут рядом уже десятилетия. Визитной карточкой омской площадки «Газпром нефти» являются разработки в области катализаторов каталитического крекинга. В сотрудничестве с учеными Центра новых химических технологий Сибирского отделения РАН «Газпром нефть» создает инновационные катализаторы крекинга, отвечающие на вызовы рынка.
Технологии, которые разрабатывают в Омске, опережают время, отмечают эксперты. Так, омичи раньше ведущих мировых корпораций начали работать с высокоактивной пластинчатой формой основного компонента катализатора крекинга – цеолитом Y. Этот компонент отвечает за основные реакции крекинга и обеспечивает высокий выход бензина. Традиционно он имеет сферическую форму, но после масштабных научных исследований стало ясно, что эффективнее использовать цеолит Y пластинчатой формы.
.jpg "rt (4).jpg")
Олег Потапенко, старший научный сотрудник ЦНХТ СО РАН:
Подход к созданию пластинчатой формы микрокристаллического цеолита Y с размером кристалла всего лишь 0,2–0,8 микрометра разработан в нашем институте в 1987 году. Использование в Омске пластинчатой формы цеолита началось намного раньше, чем ее начали применять ведущие мировые компании.
Применение пластинчатой формы позволяет создавать композицию катализатора с существенно меньшим содержанием цеолита. Например, в зарубежных катализаторах содержание цеолита достигает 30–40 процентов от массы. В катализаторах «Газпром нефти» содержание цеолита менее 20 процентов, и такая значительная разница открывает огромный потенциал для роста производительности.
Кроме подбора оптимальной формы активного компонента катализатора, для повышения выхода бензина используют и другой подход. Суть его в формировании оптимальной пористой структуры катализатора, что обеспечивает эффективную диффузию крупных молекул сырья к внутренним активным центрам катализатора, на которых и происходит крекинг и образование молекул бензина.
Совершенствуя технологии, ученым и производственникам удалось к 2016 году достичь до 58 процентов выхода бензиновой фракции. Сейчас разработки в данном направлении продолжаются. Разрабатываются катализаторы, обеспечивающие до 62 процентов выхода бензиновой фракции.
Отметим, что в нефтепереработке важен каждый процент – например, увеличение выхода бензина на 1 процент на установке мощностью 1 млн тонн в год по сырью дает от 3 до 5 млн долларов в год дополнительной прибыли.
.jpg "rt (1).jpg")
Подход к легкости
Отвечая на необходимость проводить каталитический крекинг так называемого тяжелого остаточного сырья, имеющего большое количество примесей, ученые развивают новые подходы. Так, разрабатываются специальные ловушки соединений никеля и ванадия, которые являются каталитическими ядами для активных центров катализаторов крекинга – мешают образованию молекул бензина.
«Мы отдаем предпочтение магниевым системам – наши исследования показали их эффективность. В настоящее время завершена разработка катализаторов крекинга остаточного сырья, обеспечивающая высокую активность при содержании до 5000 ppm никеля и ванадия, что намного больше, чем в среднем в тяжелых нефтяных фракциях», – рассказал Олег Потапенко.
Лучшие технологии – в производство
Выпускать эффективные катализаторы в промышленных объемах «Газпром нефть» будет на мощностях нового завода. Сейчас этот комплекс мощностью 21 тысяча тонн катализаторов в год строится в Омске. Проект реализует дочернее предприятие «Газпром нефти» – «Газпромнефть – Каталитические системы». Ключевыми продуктами нового завода станут катализаторы крекинга (15 тыс. тонн), гидроочистки (4 тыс. тонн) и гидрокрекинга (2 тыс. тонн). На строительной площадке идет установка технологического оборудования.
Параллельно с промышленным производством продолжится и работа над дальнейшим совершенствованием самих катализаторов. Уже построен и оборудован отраслевой центр развития катализаторных технологий «Газпром нефти». Здесь полученные от ученых технологии будут масштабировать и адаптировать к промышленному внедрению. Оценить работу новых марок можно будет благодаря уникальному оборудованию. Центр оснащен пилотными установками, которые позволяют провести испытания катализаторов в условиях, максимально приближенных к промышленным.
.jpg "rt (2).jpg")
Успешная эксплуатация
«Газпром нефть» применяет своим катализаторы на собственных установках. Катализаторы крекинга уже не один год демонстрируют эффективность на площадках Московского и Омского нефтеперерабатывающих заводов. Развитие технологий позволяет наращивать эффективность производства.
Обсуждение результатов внедрения новых катализаторных технологий «Газпром нефти», реализации проекта катализаторного завода, цифровых и «зеленых» трендов отрасли пройдет на ежегодном специализированном мероприятии. Пятый «PRO Катализ форум» состоится 11 ноября 2021 года. Организует мероприятие «Газпромнефть – Каталитические системы». Традиционно форум собирает более двухсот участников отрасли для обсуждения актуальных трендов. Участие принимают также научные институты. Сплав науки и бизнеса делает возможным новые открытия для российской промышленности.
Журнал «НГС (Нефть и Газ Сибири)» № 3(44) 2021 г.
