Получить высокооктановый бензин из добываемой сегодня тяжелой вязкой нефти в сотни раз сложнее, чем сшить невесомое кружево из грубой мешковины. С уходом зарубежных производителей катализаторов российская нефтяная отрасль переходит на собственные технологии. Что такое катализаторы, почему они так важны для нефтепереработки и как нефтяные компании налаживают их производство — рассказала Наталья Короткова, куратор центра испытания катализаторов «Газпром нефти».
Катализаторы — это вещества-«помощники», которые инициируют и ускоряют химические процессы получения продуктов. При этом сами «помощники» не участвуют в реакциях, называемых каталитическими, и не становятся частью продукта.
Почти все процессы, происходящие в живых организмах, идут с участием катализаторов. Без них нельзя представить и современную промышленность. В нефтепереработке 90% реакций — это каталитические процессы, и для каждого нужен свой «помощник».
На нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) в ходе перегонки, то есть поэтапного нагрева нефти, лишь часть сырья превращается в наиболее востребованные (светлые) продукты: бензин, авиакеросин и дизельное топливо. Чтобы получить больше светлых продуктов, нужна глубокая переработка, и здесь вступают в дело катализаторы. Без них невозможен, например, каталитический крекинг, в ходе которого получают компоненты высокооктанового бензина и сырье для нефтехимии.
Катализаторы нужны и для процессов, идущих с участием водорода — гидропроцессов (на латыни этот элемент называется hydrogenium, отсюда и приставка «гидро»). В ходе гидроочистки сегодня получают топливо экологического класса «Евро-5». Другой процесс, гидрокрекинг, считается одним из самых сложных в современной нефтепереработке и невозможен без катализаторов, но именно он дает возможность практически полностью перерабатывать каждую тонну нефти в светлые востребованные нефтепродукты.
Катализаторы для нефтепереработки состоят из глиняной основы, пропитанной растворами солей металлов, и выглядят как мелкие шарики или гранулы. Через мощный микроскоп можно увидеть их структуру — множество пор разной величины. Чем больше пор, тем больше площадь гранулы. Такая гранула взаимодействует с бо́льшим объемом сырья, а значит, можно быстрее получить нужное количество полезных продуктов. Бесконечно увеличивать число пор нельзя: гранулы должны быть крепкими и выдерживать высокие температуры и давление.
Гранула катализатора для каталитического крекинга — не больше крупинки муки, а гранула катализатора для гидрокрекинга — размером с маршмеллоу.
Катализаторы для выпуска высокооктанового очищенного топлива и глубокой переработки нефти в России только начинали разрабатывать. С уходом зарубежных поставщиков встала задача оперативно обеспечить выпуск собственных катализаторов в промышленных масштабах.
«Газпром нефть» создает для этого современный завод с нуля. На нем планируется производить катализаторы для каталитического крекинга, гидроочистки и гидрокрекинга. Завод начали строить в 2019 году. Основные технологические линии готовятся к пуску, скоро здесь будут производить промышленные партии катализаторов — до 21 тысячи тонн в год. Этого объема хватит, чтобы закрыть потребности российских НПЗ и выйти на зарубежные рынки.
Кроме оборудования на заводе есть исследовательский комплекс: он уже построен и работает. В центре испытания катализаторов «Селектум» технологи тестируют новые катализаторы и готовятся выпускать их в промышленном объеме.
Получился или нет хороший катализатор, обычно проверяют в деле: начав с его помощью производство нефтепродуктов. На НПЗ проводить такие эксперименты дорого, поэтому и создали центр испытания «Селектум». Он оснащен компактным оборудованием, в котором происходят все те же процессы, что и на заводе. В итоге вместо нескольких тонн катализаторов нам нужно несколько килограммов, чтобы проанализировать необходимые параметры: активность «помощника», выход нужного продукта, стабильность работы.
Вся магия в «Селектуме» происходит на восьми пилотных установках: две для производства образцов катализаторов, еще шесть — для тестирования. Мы меняем режимы, состав сырья, сравниваем эффективность разных катализаторов в одинаковых условиях, выбираем лучшие и снова тестируем.
Примерно за неделю в «Селектуме» можно изготовить около 20 килограммов катализаторов для каталитического крекинга и 3–4 килограмма катализаторов гидропроцессов. Тестирование в среднем занимает чуть меньше полутора месяцев. Оборудование позволяет испытывать несколько образцов одновременно, что ускоряет процесс.
Техника все делает сама: управляет процессом, мониторит, определяет параметры. Хотя есть и ручной труд — отбирать пробы и загружать сырье в установки автоматика не может.
Катализаторы нужны всем нефтеперерабатывающим заводам, но для каждого свои: они зависят от перерабатываемого сырья и оборудования. Мы производим и тестируем образцы для клиентов из разных регионов страны и даже из-за рубежа. Из всего ассортимента подбираем катализатор, лучше всего подходящий клиенту, а иногда вносим изменения в рецептуру. Все это можно сделать только после испытаний — в этом еще одна задача Центра.
График на «Селектуме» плотный и расписан на год вперед: в 2022 году мы провели около десяти масштабных исследований для российских НПЗ, а на 2023 год намечены испытания наших катализаторов на сырье заводов России, Беларуси, Казахстана, Кубы и ОАЭ. Работы много, но это не может не радовать.