1. ЧТО ТАКОЕ НЕФТЕХИМИЯ 22. ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ 42.1 Введение 42.2 Сырьевая база нефтехимии 52.2.1 Переработка нефти 52.2.2 Переработка попутного нефтяного газа 82.2.3 Переработка природного газа и конденсата 102.2.4 Газофракционирование 112.3 Основные процессы и технологии 152.3.1 Пиролиз 162.3.2 Дегидрирование 192.3.3 Полимеризация и сополимеризация 203. ПРОДУКТЫ НЕФТЕХИМИИ 223.1 Полиэтилен 223.2 Полипропилен 253.3 Полистирол 303.4 Поливинилхлорид 333.5 Синтетические каучуки 373.6 Другие продукты нефтехимии 434. ГЛОССАРИЙ 45 ^ 1. ЧТО ТАКОЕ НЕФТЕХИМИЯ Нефтехимическая промышленность, или попросту нефтехимия, – одна из важнейших отраслей обрабатывающей индустрии, до сего времени остающаяся очень далекой от общественного понимания и обсуждения. Между тем продуктами, которые она производит, мы пользуемся практически каждую минуту. Говорят, что из любых пяти предметов, которые нас окружают в любой момент времени, четыре созданы благодаря нефтехимии. Это отрасль, которая производит синтетические материалы, прочно вошедшие в жизнь современного человека. Полиэтиленовые пакеты, бытовая техника, автомобильные шины, пластиковые окна, непромокаемая обувь, подвесные потолки, одноразовая посуда – список можно продолжать бесконечно. Благодаря нефтехимии предметы, используемые человеком с давних пор, изменились до неузнаваемости, возникли новые отрасли промышленности, а некоторые – исчезли. Каким бы было колесо, если бы не было резины? Хватило бы на планете хлопчатника и шерсти животных, если бы не было синтетических волокон и тканей? Многие виды спорта существуют в своем сегодняшнем виде исключительно благодаря нефтехимическим продуктам, например, футбол или большой теннис. Если отвечать на вопрос «что такое нефтехимия?», можно сказать, что это отрасль, которая из ископаемых углеводородов создает осязаемый мир вокруг нас. То, что нас окружает. Как же это происходит? Сначала ископаемые углеводороды (нефть, попутный нефтяной газ и природный газ) добываются нефтегазовыми компаниями из недр земли. Эти виды сырья являются смесью различных веществ. Для нефтехимии важно выделить из этих смесей важные и ценные компоненты. Для этого нефть поступает на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ). Там ее разделяют на несколько составных частей, отличающихся по своим свойствам. Для нефтехимии целевой является группа, которая называется прямогонный бензин (или нафта – это синонимичные термины). Это легко испаряющиеся жидкие компоненты нефти, они же являются основой при создании автомобильных бензинов. Нафту нефтехимики используют в качестве сырья.^ Попутный нефтяной газ (ПНГ), который добывают вместе с нефтью, собирается и направляется на газоперерабатывающий завод (ГПЗ). Там попутный нефтяной газ тоже разделяют на группы компонентов. Их всего две. Одна группа содержит самые легкие газы (метан и этан), которые отправляются потребителям и, например, сгорают в конфорках домашних плит или на тепловых электростанциях. Вторая группа представляет собой смесь других газов. Она называется широкой фракцией легких углеводородов (ШФЛУ), наряду с прямогонным бензином ее используют нефтехимики как сырье. Природный газ отличается от попутного нефтяного газа тем, что залегает в недрах самостоятельно, в то время как попутный – растворен в нефти. Кроме того, составы этих газов различаются. Впрочем, не качественно, а только количественно. Поэтому переработка природного газа во многом похожа на переработку ПНГ. Выделяются наиболее легкие газы – метан и этан, – и отправляются в магистральные трубопроводы для доставки потребителям. Иногда при переработке природного газа этан все-таки выделяют в индивидуальном виде – когда его содержание велико, - поскольку этан – ценное нефтехимическое сырье. Остальные компоненты природного газа тоже носят название ШФЛУ, они собираются и поставляются в нефтехимию. Таким образом, переработка ископаемых углеводородов дает нефтехимии три вида сырья: прямогонный бензин с НПЗ, ШФЛУ с газоперерабатывающих заводов и этан. Поскольку ШФЛУ – это смесь газов, ее могут дополнительно разделять. Так получаются сжиженные углеводородные газы (СУГ) – это чистые газы или специальные технические смеси (например, «пропан-бутан»), которые используются для отопления, например, загородных домов и дач, или же как автомобильное топливо – это так называемый автогаз. Но СУГ также используются и как сырье для нефтехимии. Следующий этап переработки является ключевым. Сырье (прямогонный бензин, этан, ШФЛУ, СУГ) в различных соотношениях подвергают сложному высокотемпературному процессу – пиролизу (от др.-греч. πῦρ — огонь, жар и λύσις — разложение, распад). Важно осознавать, что в этом процессе исходные вещества превращаются в другие виды и классы химических соединений, а значит, свойства исходных веществ кардинально отличаются от свойств продуктов. Трансформация сырья в новые виды веществ с новыми уникальными свойствами делает пиролиз самым ответственным этапом нефтехимии. Важнейшая группа продуктов пиролиза – это так называемые олефины. Под этим термином обычно подразумевают этилен и пропилен. Чем же эти вещества отличаются от исходных, почему их нужно получать? Во-первых, олефины практически невозможно найти на земле в естественном свободном виде. Их искусственное получение из ископаемых углеводородов – первая и самая важная задача нефтехимической промышленности. Во-вторых, эти вещества способны при определенных условиях соединятся сами с собой в очень длинные молекулярные цепочки – полимеры. Эта способность отсутствует практически у всех исходных соединений, содержащихся, например, в нафте или ШФЛУ. Между тем полимеры – наиболее важные продукты нефтехимии. После определенных превращений, уникальных для каждого вида полимера, образуются: полиэтилен (из него делают пакеты и пленки), полипропилен (автомобильные детали, пленки, техника), поливинилхлорид (оконные профили, линолеум, подвесные потолки), синтетические каучуки (резина, автомобильные шины, подошвы обуви) и многие другие полимеры. Но в ходе пиролиза образуются не только олефины, но и другие классы продуктов. Они также используются в нефтехимии и превращаются, например, в растворители, топливные присадки, компоненты лакокрасочных изделий, антифризы, компоненты смазочных материалов, парфюмерные основы и во множество других важных продуктов. В этой брошюре мы попытаемся более подробно описать весь каскад нефтехимических превращений углеводородов от их добычи до получения пластиков, синтетических каучуков и других продуктов. Кроме того, здесь вы найдете рассказ об этих материалах, их структуре, истории возникновения, об особенностях производства и применения. ^ 2. ПРОЦЕССЫ НЕФТЕХИМИИ 2.1 Введение Сырьевой базой нефтехимической промышленности являются ископаемые углеводороды: нефть, растворенный в ней газ (он также носит название «попутного нефтяного газа»), природный газ и газовый конденсат. Эти ископаемые более привычны нам как участники простейшей химической реакции – горения. Природный газ мы сжигаем в конфорках бытовых плит. Тот же самый газ горит на электростанциях, вырабатывая тепло и электроэнергию. Продукты переработки нефти используются в автомобильных двигателях внутреннего сгорания – бензиновых и дизельных, в реактивных двигателях самолетов и энергетических установках судов и кораблей. Попутный газ растворен в нефти, когда она находится в недрах, и выделяется при ее добыче. Но ископаемые углеводороды представляют собой смеси большого количества различных веществ, которые могут быть вовлечены и в более сложные химические превращения. И если задача нефтепереработки, по большому счету, – разделение нефтяного сырья на компоненты для их более эффективного сжигания, то задача нефтехимии – создание из этих компонентов синтетических материалов с заданными свойствами. Важнейшими продуктами нефтехимии являются вещества, относящиеся к классу полимеров. Это, например, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, синтетические каучуки и т. д. Слова эти на слуху у большинства современных людей. Однако что же это такое?Полимеры представляют собой длинные молекулярные цепочки, получаемые из одинаковых звеньев, которые носят название мономеров (на рисунке 1 – в красном окне). Рис. 1Их число может варьироваться от нескольких тысяч до миллионов. Важность полимеров в современном мире и, стало быть, важность нефтехимической промышленности объясняется их уникальными свойствами. Во-первых, полимерные материалы и изделия из них обладают достаточной для большинства сфер применения прочностью, малой хрупкостью, термо- и морозоустойчивостью. Почти все крупнотоннажные полимеры не подвержены негативному влиянию окружающей среды. Если, например, металлическое изделие оставить долго на открытом воздухе, оно проржавеет и, в конечном счете, разрушится. А такое же изделие из полимеров сохранит свои свойства на десятки лет. Полимерные материалы в большинстве своем не подвержены влиянию агрессивных сред: кислот, масел и растворителей. Большое разнообразие типов полимерных материалов обуславливает и широкий спектр присущих им свойств. Например, синтетические каучуки являются прочными, но в то же время – эластичными: каучуковый шарик восстановит свою форму, если его сжать, а потом снять нагрузку. Во-вторых, большинство производимых нефтехимической индустрией полимеров относятся к классу термопластов. Иными словами, являются термопластичными веществами. Это означает, что полимеры зачастую не имеют ярко выраженной точки плавления. Если, например, лед плавится точно при 0°С, то полимеры с ростом температуры переходят сначала в высокоэластичное состояние. В таком состоянии полимер по консистенции похож на пластилин или воск и легко деформируется. С еще большим увеличением температуры термопласт переходит в вязкотекучее состояние – по консистенции становится похож на мед или густой клейстер. При охлаждении происходит обратный процесс, и полимер вновь затвердевает. Это обстоятельство сильно упрощает обработку термопластов. Их можно, расплавив, заливать в формы, растягивать в пленки и листы, штамповать, выдувать, продавливать через отверстия различного профиля (экструдировать) и т. д. Простота в обработке позволяет изготавливать из полимеров широчайший спектр изделий различной формы, цветов и характеристик. Кроме того, простота обработки сильно удешевляет стоимость изделий из полимеров: залить расплав в форму значительно проще, чем выковать то же изделие из металла или выточить на станке. А малый вес делает полимеры практически безальтернативными материалами для изготовления корпусных элементов автомобилей, бытовой техники, мебели – там, где масса имеет значение. Но для того чтобы ископаемые углеводороды превратились в привычные нам пластики и резину, они должны пройти несколько стадий переработки. Условно можно выделить три стадии: сначала из ископаемого углеводородного сырья (нефти, попутного нефтяного газа, природного газа или газового конденсата) получают сырье для дальнейшей нефтехимической переработки. Затем его превращают в мономеры – звенья будущих полимерных цепочек. На заключительном этапе мономеры собираются в продукты нефтехимии – полимеры.^ 2.2 Сырьевая база нефтехимии 2.2.1 Переработка нефти Нефть добывают из земных недр, прямо на промысле очищают от воды, твердых примесей (песка, частиц грунта, нерастворимых осадков и т. п.), а также от попутного нефтяного газа1 (ПНГ), после чего транспортируют на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). Здесь нефть проходит многостадийный каскад обработок. Мы уже говорили о том, что нефть – это смесь различных веществ. Далеко не все из них пригодны, например, для сжигания в двигателе внутреннего сгорания. Суть нефтепереработки заключается в разделении сырой нефти на группы составляющих ее компонентов, а также повышение топливных качеств этих составляющих. Поступая на НПЗ, нефть подвергается атмосферной ректификации, или, другими словами, перегонке (дистилляции) при атмосферном давлении. Суть этого процесса довольно проста: компоненты нефти имеют различные температуры кипения и могут быть разделены по этому принципу. Максимально упрощая, можно сказать, что, при нагревании нефти сначала будут испаряться те компоненты, которые имеют наименьшую температуру кипения (так называемые летучие или легкие компоненты). С ростом температуры начнут испаряться вещества с более высокой температурой кипения (высококипящие, тяжелые) и т. д. В итоге исходную смесь можно разделить на фракции – группы веществ, температуры кипения которых лежат в определенных диапазонах. Например, типичными фракциями при атмосферной перегонке нефти являются (по порядку роста температуры кипения): газы (метан, этан, пропан, бутаны), прямогонный бензин (нафта), промежуточные дистилляты (керосин, газойль, компоненты дизельного топлива) и атмосферные остатки (мазут). В этом ряду важнейшим для нефтехимии продуктом является прямогонный бензин. Это смесь компонентов нефти с температурами кипения от точки начала кипения до примерно 180°С, состоящая из углеводородов – коротких цепочек атомов углерода, к которым присоединены атомы водорода: Рис. 2В состав прямогонного бензина входят такие цепочки, в которых число атомов углерода колеблется от 5 до 9. Более тяжелые фракции (керосин, дизельное топливо) содержат более длинные цепочки с более высокой температурой кипения. Важной особенностью углеводородов прямогонного бензина является то, что они имеют линейной строение, без ответвлений. Такие углеводороды носят название нормальных. На рисунке 2 изображен нормальный пентан или, как принято писать, н-пентан (название образовано от др.-греч. πέντε – пять, то есть по числу атомов углерода). Именно прямогонный бензин в настоящее время составляет около 50% сырья для нефтехимического производства в России.Однако на НПЗ нефтехимики берут в качестве сырья не только нафту. Полезные для дальнейшей химической переработки вещества и смеси получаются и в таких «вторичных» процессах нефтепереработки, как каталитический крекинг и каталитический риформинг. Назначение процесса каталитического крекинга – превращать высококипящие, тяжелые фракции нефти2, состоящие из длинных углеводородов, в более легкие – бензиновые фракции. Само название этого процесса происходит от английского cracking – расщепление. Суть его с точки зрения химии и заключается в дроблении длинных углеводородных цепочек на более короткие. В итоге из тяжелого сырья, самого по себе непригодного для применения в бензиновых двигателях, получаются более легкие компоненты, которые становятся составной частью бензинов для автомобилей. При каталитическом крекинге образуется достаточно большое (до 20% от массы сырья) количество газов, часть из которых является ценным нефтехимическим сырьем. Так, при крекинге, например, гидроочищенного вакуумного газойля3 выход фракции С4 (газообразные углеводороды с четырьмя атомами углерода в структуре) составляет 7,6% от массы сырья. Эта фракция носит название бутан-бутиленовой (ББФ). Также образуется фракция С3 (три атома углерода), ее выход составляет 3,6%, из которых большая часть – пропилен. Эта фракция называется пропан-пропиленовой (ППФ). ББФ и ППФ являются важным сырьем для нефтехимической промышленности. Например, ППФ с установок каталитического крекинга Московского НПЗ используется для выделения пропилена и производства полипропилена на ООО «НПП «Нефтехимия» – совместном предприятии СИБУРа и «Газпром нефти». Установка выделения пропилена из ППФ мощностью 250 тыс. тонн в год строится в Омске и должна будет обеспечивать сырьем комплекс по производству полипропилена. А фракции С4 используются в промышленности синтетических каучуков.Наряду с каталитическим крекингом, обеспечивающим нефтехимию сырьевыми газовыми смесями, важным является процесс каталитического риформинга. Название происходит от английского to reform — переделывать, улучшать. Этот процесс является важным источником так называемых ароматических углеводородов. В науке ароматическими углеводородами называют особый и обширный класс органических соединений, характеризующихся специфическим электронным строением4. А в нефтехимии под этим названием, как правило, подразумевают четыре вещества: бензол, толуол, орто-ксилол и пара-ксилол. Эти вещества выделяются в отдельную группу, так как по своим свойствам они сильно отличаются от углеводородов, содержащихся, например, в прямогонном бензине. Основой структуры ароматических углеводородов является циклическая шестичленная конструкция, составленная из атомов углерода5: Рис. 3Назначение процесса риформинга при переработке нефти – превращение длинных углеводородных цепочек в ароматические углеводороды. Происходит, например, такой процесс: Рис. 4Иными словами, в процессе риформинга от линейных углеводородов (в нашем примере это нормальный октан – слева) под действием температуры и катализатора отщепляются три пары соседних атомов водорода (указаны стрелками) и образуется три молекулы водорода. При этом образуются двойные связи, и одновременно происходит формирование шестичленного цикла – образуется орто-ксилол. Сырьем для процесса риформинга, то есть источником длинных линейных углеводородов, выступает, как правило, прямогонный бензин. Для чего нужен этот процесс? Важной характеристикой автомобильных бензинов и их компонентов является так называемое октановое число. Эта величина является мерой детонационной стойкости топлива, то есть способности противостоять самопроизвольному возгоранию и взрыву в камере сгорания двигателя при сжатии поршнем. Ведь, как известно, возгорание смеси должно происходить принудительно от искры в свече. Чем выше октановое число, тем более ровно и стабильно работает двигатель, тем меньше износ механизмов и расход топлива. Привычная маркировка топлив (76, 80, 92, 95, 98) как раз соответствует их октановому числу, а сам термин возник от названия углеводорода изооктан, детонационная стойкость которого принята за 100 единиц. За 0 взята детонационная стойкость углеводорода н-гептана, и таким образом сформирована условная шкала. Стоит отметить, что, как правило, детонационная стойкость тем выше, чем более разветвленную структуру имеет углеводород. Ароматические углеводороды также имеют высокие октановые числа. В нашем примере на рисунке первое вещество (н-октан) имеет октановое число по исследовательскому методу 19, а продукт превращения (орто-ксилол) 105. В этом суть процесса риформинга с точки зрения производства высокооктановых компонентов автобензинов, оправдывающая его название (to reform — переделывать, улучшать). Что касается нефтехимии, то получаемые в этом процессе ароматические углеводороды широко применяются как сырье для получения разнообразных продуктов. Важнейшим ароматическим соединением является бензол. Из него производят, например, этилбензол с дальнейшей переработкой в стирол и полистирол. А вот пара-ксилол используется при производстве полиэтилентерефталата – полимера, нашедшего широкое применение для производства пластиковых бутылок и другой пищевой тары. ^ 2.2.2 Переработка попутного нефтяного газа После нефти вторым по значимости источником сырья для нефтехимической промышленности служит переработка попутного нефтяного газа (ПНГ). ^ Попутный нефтяной газ – это легкие, газообразные при нормальных условиях углеводороды (метан, этан, пропан, бутан, изобутан и некоторые другие), которые в геологических (как говорят, пластовых) условиях находятся под давлением и растворены в нефти. При извлечении нефти на поверхность давление падает до атмосферного и газы выкипают из нефти. Дополнительное количество попутного газа также можно получать, подогревая сырую нефть. Упрощая, можно сказать, что этот процесс похож на тот, что происходит при открывании бутылки шампанского или газированной воды: при вскрытии емкости и падении давления пузырьки СО2 начинают выделяться из раствора. Состав попутного газа, а также его содержание в нефти варьируются в достаточно широких пределах и отличаются в зависимости от конкретных особенностей месторождения. Однако главным компонентом попутного газа является метан – самое простое органическое соединение, всем нам знакомое своим синим пламенем в конфорках бытовых плит. Например, характерным для нефтяных месторождений Западной Сибири – основного нефтедобывающего региона – является содержание метана на уровне 60-70%, этана 5-13%, пропана 10-17%, бутанов 8-9%. До недавнего времени полезное использование попутного нефтяного газа не находилось в числе приоритетов нефтегазовых компаний. ПНГ отделялся от нефти при ее подготовке к транспорту и попросту сжигался на факельных установках прямо на промысле. Многие годы пламя этих факелов озаряло ночное небо над добывающими регионами и было одним из символов нефтяной индустрии России. В последнее время ситуация меняется, добывающие компании внедряют разнообразные способы применения ПНГ в качестве топлива для малых электростанций, а нефтехимики используют его в качестве сырья. Почему? Дело в том, что компоненты попутного газа с числом атомов углерода более 2 (так называемые фракции С2+) могут быть вовлечены в дальнейшую переработку для получения ценных нефтехимических продуктов. Однако необходимость утилизации и полезного использования попутного газа обуславливают не только экономические соображения. Горящие факелы наносят сильнейший удар по экологии нашей планеты. Их желтое пламя говорит о том, что факелы «коптят», то есть при сгорании образуется копоть и сажа. Казалось бы, в отдаленных и малонаселенных регионах Сибири это не столь существенно. Однако вспомним, что при извержении исландского вулкана Эйяфьядлайёкюдль в апреле 2010 года пепел вместе с воздушными массами переместился на многие тысячи километров и нарушил воздушное сообщение в Европе. То же самое происходит с копотью факелов, которая мигрирует вслед за ветрами и наносит вред экологии и здоровью людей за тысячи километров от регионов добычи нефти. Кроме того, при горении попутного газа на факелах происходит выброс так называемых «парниковых газов» (углекислого и угарного газа), которые вызывают «парниковый» эффект и обуславливают перемены мирового климата. Так что переработка попутного нефтяного газа, полезное его использование – это необходимая работа для охраны здоровья населения и экологии планеты для поколений будущего. Суть квалифицированной переработки газа заключается в отделении фракций С2+ от метана, кислых (сероводород) и инертных (азот) газов, а также воды и механических примесей. Процессы выделения ценных фракций из попутного газа основаны на двух принципах. Первый реализуется на установках низкотемпературной конденсации (НТК), где газы разделяются по температурам сжижения. Например, метан при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние при -161,6°С, этан – при -88,6°С. Пропан сжижается при -42°С, бутан – при -0,5°С. То есть если газовую смесь охладить, из нее начнет конденсироваться жидкость, содержащая пропан, бутан и более тяжелые компоненты, а в газообразном состоянии останутся метан и этан. Жидкая продукция установок НТК носит название широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), так как представляет собой смесь веществ с числом атомов углерода два и больше (фракция С2+), а газообразная часть (метан и часть этана) называется сухой отбензиненный газ (СОГ) – он направляется в газотранспортную систему ОАО «Газпром». Второй принцип реализуется на установках низкотемпературной абсорбции (НТА) и заключается в различии растворимостей газов в жидкостях. Колонны НТА могут быть наполнены, например, циркулирующим жидким пропаном, а через него пузырьками проходит исходный газ – барботируется или, по простому, «пробулькивает». При этом целевые компоненты растворяются в жидком пропане, а метан и этан – компоненты сухого газа – проходят без поглощения. Таким образом, после серии циклов жидкий пропан обогащается «жирными» компонентами, после чего в качестве ШФЛУ используется как товарная продукция. В ряде случаев в качестве жидкого абсорбента применяют углеводороды. Тогда для разделяющего оборудования применяется не совсем удачный, но исторически устоявшийся термин масло-абсорбционная установка (МАУ).^ Газопереработка в СИБУРе Нефтехимический холдинг СИБУР – крупнейший в России участник отрасли квалифицированной переработки попутного нефтяного газа. Комплекс газоперерабатывающих заводов, построенных еще в советские времена, стал основой при создании СИБУРа, после чего лишь расширялся и обрастал новыми активами и производствами. Сейчас в составе дочернего общества «СибурТюменьГаз» и совместного предприятия «Юграгазпереработка» с нефтяной компанией ТНК-ВР действует 6 газоперерабатывающих комплексов, расположенных в Тюменской области: Название Год запуска Местоположение Проектная мощность по сырому газу, млрд м³ Поставщики ПНГ Производство СОГ в 2009 году, млрд м³ Производство ШЛФУ (ПБА) в 2009 году, тыс. тонн «Южно-Балыкский ГПК» 1977-2009 г. Пыть-Ях, ХМАО 2,930 Месторождения ООО «РН-Юганнефтегаз» 1,76 425,9 «Ноябрьский газоперерабатывающий комплекс» (Муравленковский ГПЗ, Вынгапуровская КС, Вынгаяхинский КЦ, Холмогорский КЦ) 1985-1991 г. Ноябрьск, ЯНАО 4,566 Месторождения ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» 1,61 326,0 «Няганьгазпереработка»* 1887-1989 г. Нягань, ХМАО 2,14 Месторождения ОАО «ТНК-Нягань» Месторождения ТПП «Урайнефтегаз»ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» 1,15 158,3 (ПБА) «Губкинский ГПК» 1989-2010 г. Губкинский, ЯНАО 2,6 Месторождения ООО «РН-Пурнефтегаз», месторождения ООО «Пурнефть» 2,23 288,6 «Нижневартовский ГПЗ»* 1974-1980 г. Нижневартовск, ХМАО 4,28 Месторождения компаний «ТНК-ВР», «Славнефть», «РуссНефть» 4,23 1307,0 «Белозерный ГПЗ»* 1981 г. Нижневартовск, ХМАО 4,28 Месторождения компаний «ТНК-ВР», «РуссНефть» 3,82 1238,0 * – в составе СП «Юграгазпереработка» с нефтяной компанией ТНК-ВР.В 2010 году заводы СИБУРа переработали 17 млрд м³ попутного нефтяного газа и произвели 15,3 млрд м³ сухого газа и 3,9 млн тонн жидких фракций в виде ШФЛУ и смеси пропана и бутана на «Няганьгазпереработке». Этот результат говорит не только о том, что нефтехимическая отрасль получила почти 4 млн тонн сырья, но и о том, что в 2010 году атмосферу Земли удалось уберечь от огромного количества вредных выбросов. Специфика работы СП «Юграгазпереработка» заключается в том, что ТНК-ВР подает на заводы компании попутный газ и является собственником производимого из него сухого газа, а жидкие фракции остаются в собственности СИБУРа и направляются на дальнейшую переработку – газофракционирование и пиролиз.^ 2.2.3 Переработка природного газа и конденсата Газовые и газоконденсатные месторождения также поставляют в нефтехимию ценное сырье. В природном газе помимо метана, который является основным компонентом (обычно 82–98%), содержится также и некоторое количество других углеводородов6. В этом смысле природный газ менее богат фракциями С2+, чем попутный газ нефтяных месторождений, но и сами объемы добычи природного газа выше, а это означает его высокую важность для нефтехимии. Например, содержание этана в природном газе колеблется от 4 до 8%, пропана – до 3%, бутана – до 2,5%. Пока единственной причиной, по которой в России фракции С2+ выделяют из природного газа, являются технические требования к содержанию этих компонентов для приема на транспортировку по газотранспортной системе ОАО «Газпром». Иными словами, содержание «жирных» компонентов снижают до требований техусловий, после чего газ отправляется на использование. Транспортировать «жирный» газ особого смысла нет, ведь из трубопроводов он все равно попадает на сжигание. Кроме того, из-за давления в газопроводах «жирные» компоненты газа начинают конденсироваться и скапливаться на дне, что влечет за собой дополнительные затраты на эксплуатацию труб и работу нагнетательных агрегатов. Целенаправленно ценные компоненты газа извлекают в том случае, если газ содержит большое их количество, что экономически оправдывает его качественную переработку. Например, газ Оренбургского газоконденсатного месторождения богат этаном и гелием, поэтому эти компоненты (наряду с некоторыми другими) целенаправленно выделяются на мощном газоперерабатывающем комплексе «Газпрома» в Оренбургской области, в состав которого также входит «Оренбургский гелиевый завод» – главный в стране производитель этана для нефтехимии. Отсюда этан поставляется по трубопроводам на нефтехимические комплексы «Казаньоргсинтез» и «Салаватнефтеоргсинтез». Почему этан так важен и даже уникален, мы поймем позже, когда познакомимся со следующими стадиями нефтехимических переделов. Технологически переработка природного газа с выделением ценных фракций похожа на переработку попутного газа: все основано на разности температур кипения газов. Условно говоря, осушенный и обессереный7 газ ступенчато охлаждают и постепенно выделяют его компоненты. Немного особняком стоит переработка сырья так называемых газоконденсатных месторождений. ^ Газовый конденсат – это, по сути, бензин-керосиновые жидкие углеводороды с растворенными в них легкими газами: метаном, этаном, пропаном и бутанами. Газоконденсатные месторождения выделяют в особый вид, поскольку газовый конденсат в пластовых условиях, то есть под высоким давлением и температурой, находится в газообразном состоянии и перемешан с природным газом. Но выходя на поверхность, газовый конденсат начинает конденсироваться в жидкость (отсюда и название). Обычно конденсат (называемый «нестабильным») отделяют от собственно природного газа прямо на промыслах и отправляют на переработку. Например, в Западной Сибири крупнейшими заводами по переработке конденсата являются «Сургутский завод стабилизации конденсата» ОАО «Газпром» в ХМАО и «Пуровский завод по переработке конденсата» ОАО «НОВАТЭК» в ЯНАО. Собственно, переработка или «стабилизация» конденсата заключается в выделении растворенных в нем газов. Таким образом, заводы по переработке конденсата дают сразу два вида сырья для нефтехимии: широкую фракцию легких углеводородов и стабильный конденсат, то есть, по сути, прямогонный бензин хорошего качества. Он также носит название бензина газового стабильного (БГС). 2.2.4 Газофракционирование Одним из важнейших этапов на пути превращения углеводородного сырья в продукты нефтехимии является газофракционирование – разделение широкой фракции легких углеводородов8 или аналогичных смесей на составляющие ее компоненты – индивидуальные углеводороды. Зачем это нужно делать? Во-первых, индивидуальные газы, такие как пропан, бутан или изобутан, а также их смеси разного состава сами по себе являются важным и законченным товарным продуктом нефтехимической промышленности. Эти газы или их смеси носят общее название сжиженные углеводородные газы (СУГ). СУГ находят широкое применение в качестве топлива для промышленности и бытовых хозяйств в тех регионах России, куда пока не дошла газификация – централизованное снабжение природным газом по сетевым трубопроводам. Стоит отметить, что газификация пока не охватывает большую часть территории нашей страны, главным образом регионы Восточной Сибири и Дальнего Востока. Стоящие во дворах домов большие емкости с надписью «пропан-бутан» – бытовые газгольдеры – хранилища тех самых СУГ, которые производит нефтехимия. И уж точно каждый хоть раз в жизни сталкивался с красными баллонами, используемыми для питания бытовых плит и отопления в загородных домах. Это тоже смесь пропана и бутана, а красная маркировка баллонов свидетельствует о том, что внутри горючие сжиженные углеводородные газы. Вторым важным, но пока не нашедшим в России достойного распространения направлением использования СУГ является их применение в качестве топлива для автомобильного транспорта. Это всем известный «автогаз», используемый преимущественно коммерческим транспортом и автобусами. Во-вторых, сжиженные газы являются более эффективным сырьем для нефтехимии, чем нафта, ШФЛУ или БГС. Почему это так, мы поймем позднее. Разделение газов на газофракционирующих установках (ГФУ, также используется обозначение ЦГФУ – центральная газофракционирующая установка) основывается на тех же принципах различия температур их кипения. Однако если на газоперерабатывающих заводах основная задача – отделить «жирные» фракции от метана и этана, то на ГФУ разделение должно быть более тщательным и более дробным – с выделением индивидуальных фракций углеводородов9. Поэтому ГФУ представляют собой каскады внушительных колонн, на которых последовательно выделяются сжиженные газы или смеси. Наиболее крупнотоннажной в России является смесь пропана-бутана технических (СПБТ) – этот продукт применяется для топливных нужд и поставляется населению и промышленным предприятиям, а также на экспорт. Далее по важности идут индивидуальные высококонцентрированные фракции пропана и бутана, технический бутан (менее чистый) и фракция изобутана. Пожалуй, наименее тоннажным продуктом среди СУГ является смесь ПБА – «пропан-бутан автомобильный», что обусловлено неразвитостью рынка сбыта этой смеси в России. Однако кроме пропана, бутана и смесей на их основе, газофракционирование позволяет выделять из углеводородного сырья множество других важных компонентов. Это, например, изобутан-изобутиленовая фракция – важное сырье для производства синтетических каучуков и топливных присадок, нормальный пентан и изопентан – сырье для синтеза изопрена, из которого потом производят определенные виды каучуков (так называемые изопреновые). ^ Газофракционирование в СИБУРе Газофракционирующие мощности СИБУРа – крупнейшие в России и являются очень важным звеном в производственной цепочке компании. Сжиженные газы СИБУР производит на трех заводах, расположенных в разных регионах России. Крупнейшим из них является «Тобольск-Нефтехим», здесь находится и самая мощная в России центральная газофракционирующая установка (ЦГФУ) мощностью более 3 млн тонн в год. Инвестиционный комитет компании уже одобрил подготовку к строительству второй ЦГФУ на «Тобольск-Нефтехиме». Сырье «Тобольск-Нефтехим» получает в частности по продуктопроводу ШФЛУ, который идет с севера от Южно-Балыкского ГПК – в него свою продукцию отгружают также Нижневартовский и Белозерный ГПЗ. Сейчас в СИБУРе идут проектные работы по модернизации и расширению этого продуктопровода – под увеличивающиеся мощности газофракционирования. «Тобольск-Нефтехим» является важнейшим в стране поставщиком СУГ в коммунально-бытовой сектор, на экспорт, в качестве сырья для нефтехимической промышленности. Кроме того, предприятие является уникальным производителем сырья для каучуковой промышленности. Это обстоятельство позволяет СИБУРу успешно развивать свой каучуковый бизнес на прочной сырьевой базе. Кроме «Тобольск-Нефтехима», в составе холдинга работают менее масштабные газофракционирующие мощности: это «Уралоргсинтез» в Пермском крае и ЦГФУ на «СИБУР-Химпроме» – многопрофильном нефтехимическом комплексе в Перми. Все вместе эти активы делают СИБУР крупнейшим в России производителем сжиженных газов. Например, в 2009 году холдинг произвел 3,3 млн тонн сжиженных газов, а его доля в