Пока нефтяные бароны дремлют

Ольга Рубан
19 января 2004, 00:00

Новосибирские ученые придумали, как из любой нефти, даже самой "грязной", получать супертопливо. И обойдется это во много раз дешевле, чем на самом современном НПЗ

"Вы сами-то понимаете, что вы сделали?! Теперь - либо вас убить, либо всю нефтепереработку перелопатить..." - так отреагировали крупные игроки нефтеперерабатывающей отрасли, когда узнали о новой технологии, разработанной два года назад учеными из новосибирского Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН. "По-новосибирски" нефть в отличие от традиционного многоступенчатого процесса перерабатывается за одну стадию. На выходе получаются высокооктановый бензин и высококачественное дизельное топливо, которые удовлетворяют даже ужесточенным экологическим стандартам, недавно введенным в Европе. Но главное - производство отменного топлива по новой технологии обходится в разы дешевле, чем по классической.

Скажем прямо, Институт катализа - учреждение для отечественной академический системы нетипичное. За всю историю его существования здесь удовлетворением "чистого любопытства" почти не занимались - ученые в своих исследованиях, как правило, ориентировались на нужды реального сектора, поэтому практически все сделанные в институте разработки находили своих потребителей. Новая, одностадийная технология переработки нефти исключением не стала. На втором Конкурсе русских инноваций, который проводит наш журнал, новосибирское ноу-хау получило премию Британского совета и уже внедряется на предприятиях.

Только светлые фракции

Сразу оговоримся, что речь пойдет только о светлых фракциях нефти (углеводородных соединениях, выкипающих из нефти до 360oС), из которых получают бензин и дизельное топливо - мазута касаться не будем.

По традиционной технологии, после первичной разгонки нефти бензиновая, керосиновая и дизельная фракции дальше перерабатываются каждая по своей схеме. Так, один из вариантов переработки бензиновой фракции в высокооктановый бензин включает гидроочистку (на этой стадии происходит очистка от серы и азота), риформинг и алкилирование. Дизельная фракция прежде чем превратиться в то, что мы называем зимним дизельным топливом, подвергается гидроочистке и депарафинизации.

Такая длинная разветвленная цепочка нефтепереработки сформировалась постепенно, по мере того как совершенствовалась техника, требовавшая все более качественного топлива. Фактически каждое новое поколение технических средств заставляло нефтепереработчиков достраивать новое звено, что удлиняло и усложняло цепочку.

На протяжении более чем ста лет существования классической технологии все фракции нефти преобразовывались отдельно друг от друга, каждая на своем катализаторе: например, для риформинга используются платиновые катализаторы, для гидроочистки - кобальт-молибденовые, для депарафинизации - платиновые и палладиевые. Оптимизировать процесс, укоротив столь длинную цепочку, за это время пытались неоднократно, но всем новаторам мешал один стереотип: считалось, что перерабатывать несколько фракций вместе (то есть в одном реакторе и на одном катализаторе) невозможно сразу по трем причинам. Во-первых, в силу того, что более тяжелые фракции просто не будут преобразовываться на тех же катализаторах, что и более легкие. Во-вторых, все были уверены, что даже если попробовать преобразовывать более тяжелые фракции вместе с более легкими, первые быстро закоксуют катализатор (этот процесс сродни образованию нагара - катализатор покрывается нелетучими продуктами разложения углеводородов и теряет свою активность). В-третьих, принято было считать, что на одном катализаторе и в одних и тех же условиях невозможно получить разные по составу и свойствам топлива.

"Невозможно? Кто сказал?!" - и новосибирские ученые доказали обратное.

Суперкатализатор

Новый способ одностадийной переработки нефти, когда перерабатывается все и сразу, получил название "Технология БИМТ" (бинарные моторные топлива). Алгоритм нового метода очень прост: после первичной разгонки нефти все светлые фракции подают в один реакторный блок, где и происходит процесс переработки; затем полученная смесь направляется в блок разделения, где она разделяется на три конечных продукта: высокооктановый бензин, зимнее дизельное топливо и пропан-бутановую фракцию. Из последней получают сжиженный газ, который может использоваться как бытовое и автомобильное топливо.

Изюминка нового метода - в уникальном катализаторе, который загружается в реактор. Сама идея - как сделать катализатор таким, чтобы тяжелые и легкие фракции преобразовывались на нем вместе, не мешая друг другу, - родилась у доктора химических наук Геннадия Ечевского, руководителя лаборатории каталитических превращений углеводородов. Он предположил, что если особым образом трансформировать структуру катализатора - сделать так, чтобы активные центры (особые участки структуры катализатора, на которых могут идти определенные химические реакции) в нем располагались с неравномерной плотностью (проще говоря - где-то густо, а где-то пусто), тогда на этих активных центрах будут одновременно идти различные реакции (ароматизация, алкилирование, крекинг, обессеривание, изомеризация); соотношение скоростей этих реакций будет таким, что все фракции смогут преобразовываться за одинаковое время, а сами активные центры не будут закоксовываться. "Я довольно долго убеждал своих сотрудников, что из этой идеи может получиться интересная разработка. В конце концов они решили проверить и получили тот результат, который я ожидал", - вспоминает Геннадий Викторович.

В ожидании реакции "большой нефтянки" сотрудники Института катализа сосредоточились на продвижении своей технологии в более узких нишах - в основном там, где переработку нефти предполагается ставить с нуля и в небольших объемах

После этого весь коллектив лаборатории - очень сильная в научном плане команда, сделавшая уже целый ряд перспективных разработок для нефтеперерабатывающей и нефтехимической отрасли, - подключился к работе над новой технологией. Все вместе придумали способ промышленного синтеза такого хитрого катализатора. Именно способ синтеза, то есть способ перераспределения активных центров в объеме катализатора, в данном случае и есть принципиальное новшество, поскольку сам материал, который было решено использовать в новой технологии - высококремнеземистый цеолит - не является для отрасли чем-то новым (цеолитные катализаторы применяются в нефтехимии и нефтепереработке уже более трех десятков лет). Реакторный блок, в котором осуществляется весь процесс, тоже представляет собой в целом стандартную конструкцию: подобные установки разных модификаций используются в отрасли давно и широко.

Пилотные испытания нового метода, доказавшие жизнеспособность технологии БИМТ, прошли в 2001 году - спустя всего год после рождения самой идеи суперкатализатора. А уже в августе 2003-го состоялись первые опытно-промышленные испытания, которые полностью подтвердили правомерность всех первоначальных предположений. Испытания прошли на базе краснодарского ОАО "НИПИгазпереработка".

Доводка технологии до полупромышленной стадии, как правило, самый затратный, а зачастую и вовсе неподъемный для научного коллектива этап жизни инновационного продукта, в случае с БИМТ не потребовала масштабных вложений: необходимое для испытаний количество катализатора сибиряки изготовили на собственной производственной базе Института катализа, а в качестве реактора использовали реконструированную установку, которую предоставила "НИПИгазпереработка". Эта фирма, поверив в перспективность новой технологии, выступила в проекте партнером сибиряков.

Чисто, дешево, красиво

Благодаря технологии БИМТ процесс переработки нефти значительно упрощается: из схемы выпадают такие сложные и затратные процессы, как гидроочистка (а с ней - громоздкое и очень хлопотное водородное хозяйство), риформинг, изомеризация, алкилирование, депарафинизация и несколько стадий ректификации. За счет этого капитальные затраты по сравнению с традиционной схемой снижаются в шесть раз, эксплуатационные расходы - как минимум в восемь раз. По энергопотреблению БИМТ по меньшей мере в четыре раза экономичнее классической технологии.

Катализатор в БИМТ - в отличие от участвующих в традиционном процессе дорогих и капризных благородных металлов - очень удобный во всех отношениях: он дешевый, неагрессивный и к тому же неприхотливый.

Еще один существенный плюс новосибирской технологии - возможность перерабатывать нефть с любой концентрацией соединений серы, без каких-либо ограничений. При переработке такой "грязной" нефти традиционным способом резко возрастают затраты на гидроочистку: от серы нужно избавляться во что бы то ни стало, поскольку она быстро отравляет катализаторы, использующиеся на последующих стадиях классической схемы, - например, платину в процессах риформинга и депарафинизации. Поэтому НПЗ с большой неохотой принимают на переработку нефти с высоким содержанием серы - слишком высоки издержки. Между тем высокосернистой нефти в России много.

Новому же, цеолитному, катализатору сера абсолютно не страшна, поэтому для технологии БИМТ не имеет значения, сколько серы содержится в сырье. Примечательно, что метод БИМТ, легко "заглатывая" высокосернистые нефти, выдает на выходе топливо с содержанием серы менее 0,001% (тогда как по ГОСТу хорошим считается показатель 0,05%).

Среди достоинств БИМТ и такой важный параметр, как низкое содержание в топливе, полученном по этой технологии, бензола - вещества, при сгорании которого образуются канцерогены. Наши ГОСТы ограничивают концентрацию бензола в топливе пятью процентами, а европейские - одним. В топливе же, полученном по технологии БИМТ, бензола - менее 1%.

Следующее достоинство БИМТ - возможность получать зимнее дизельное топливо с отменными характеристиками. Так, традиционное дизтопливо считается хорошим, если оно остается жидким при минус 35ш С. "Новосибирское" же дизтопливо не замерзает даже при минус 75ш С. Но и это еще не все. Если нефть перерабатывается по традиционной схеме, то примерно 25% содержащегося в нефти бензина переходит в газообразное состояние, то есть как топливо теряется. Разработчики БИМТ и тут превзошли "классику" - они добились гораздо более высокого выхода жидких, наиболее ценных фракций: максимальная величина "потерь в газ" - менее 18%. Впрочем, даже эти 18% именовать "потерями" можно весьма условно: этот газ на 95% состоит из пропан-бутановой фракции.

"Патентный поиск показал: нигде в мире подобной технологии нет. Мы уже получили четыре российских и два международных патента на различные варианты технологии БИМТ. Сейчас в стадии рассмотрения находятся еще семь наших заявок на изобретения, которые мы сделали в процессе работы над этой технологией", - говорит Геннадий Ечевский.

Удовлетворение топливных амбиций

Технология БИМТ - революционная, она полностью ломает существующую классическую схему нефтепереработки. Это и мешает задействовать БИМТ в отрасли сразу и повсеместно: вписать новосибирское ноу-хау в сложный многоуровневый производственный цикл действующих НПЗ на практике довольно непросто. Разработчики, как они сами выражаются, "проинформировали" руководство крупных нефтеперерабатывающих компаний, но ни согласия, ни отказа взять на вооружение новый метод в Новосибирске пока не получили.

В ожидании реакции "большой нефтянки" сотрудники Института катализа сосредоточились на продвижении своей технологии в более узких нишах - в основном там, где переработку нефти предполагается ставить с нуля и в небольших объемах. К числу таких специфических областей относятся, во-первых, удаленные и труднодоступные территории, прежде всего северные. Чтобы каждый год не завозить туда с огромными затратами топливо с НПЗ, расположенных на другом конце страны, можно поставить блочные установки БИМТ и на месте получать и дизтопливо, и бензин, благо сырье в этих районах есть практически везде. Строительство нефтеперерабатывающих мощностей с использованием новосибирской технологии экономически оправдано и при освоении новых месторождений. Обоснование то же: вместо того чтобы гнать нефть на НПЗ, а затем везти обратно топливо, проще наладить производство топлива для собственных нужд непосредственно возле скважины.

Во-вторых, новая технология идеально подходит для переработки сырья, которое относится к категории "проблемного", главным образом это высокосернистая и высокопарафинистая нефть. Высоким содержанием серы грешат, например, многие месторождения в Татарстане, а высоким содержанием парафинов "славится" нефть Калмыкии. Некоторые сорта такой нефти заводы наотрез отказываются брать в переработку - и в таких случаях технологии БИМТ просто нет коммерчески оправданной альтернативы.

Есть еще один перспективный рынок: по новой технологии можно было бы эффективно перерабатывать газовый конденсат - жидкую "фракцию", которую отделяют от добываемого газа, чтобы отправить в магистральную трубу только "сухой" газ. Для БИМТ газовый конденсат - идеальное сырье: он представляет собой смесь главным образом легких фракций нефти, содержание мазута в нем очень мало. Это означает, что газовый конденсат в отличие от нефти метод БИМТ может переработать практически весь, без остатка. Особенно много почти дармового топлива из газового конденсата можно было бы получить в Оренбургской и Астраханской областях, в Якутии.

По мысли разработчиков, для продвижения БИМТ можно было бы использовать и "топливные амбиции" политиков из некоторых регионов. Несмотря на то что большинство крупных НПЗ загружено всего на 30.70%, власти тех регионов, где нет своих НПЗ, часто хотят иметь собственные мощности по производству моторного топлива, дабы избежать "выкручивания рук" в особо ответственные моменты, как, например, сев или уборка урожая. Используя же технологию БИМТ, можно построить компактный недорогой НПЗ регионального масштаба.

Илюмжинов начинает и выигрывает

"Продвижение нашей технологии на рынок состоялось за фантастически короткий срок - менее полутора лет с момента пилотных испытаний, тогда как обычно этот процесс занимает около десяти лет", - говорит Геннадий Ечевский. Этим ускоренным прорывом на рынок научный коллектив обязан Сергею Кильдяшеву, заместителю директора Института катализа по инновационным и коммерческим вопросам. Именно он сыграл ключевую роль в судьбе технологии БИМТ - на этапе ее доводки был ей и технологическим менеджером, и маркетинговой службой.

Поверив в разработку ученых своего института, Кильдяшев начал активную рекламную и маркетинговую кампанию, когда технология находилась еще на стадии лабораторных исследований, то есть гораздо раньше, чем установлено всеми канонами. Средств для продвижения технологии явно не хватало, и тогда для поиска потенциальных заказчиков Кильдяшев задействовал свои связи среди отраслевых менеджеров высокого звена, тех, кто готов был содействовать проекту исключительно из интереса к новой технологии. В итоге первые промышленные испытания стали одновременно и демонстрацией возможностей новой технологии для потенциальных потребителей: на испытаниях присутствовали те, кто уже был заинтригован достоинствами новосибирского метода, - представители средних и малых добывающих компаний из Краснодарского края, Ставрополя и Калмыкии.

Больше других технологией БИМТ заинтересовались нефтяники из Калмыкии и лично президент этой республики Кирсан Илюмжинов. "В Калмыкии значительные запасы сырья, но в основном все это проблемная нефть - вязкая, с высоким содержанием тяжелых парафинов. Из-за этих недостатков местные нефтяные компании вынуждены продавать добытую нефть очень дешево. Поэтому они заинтересованы в том, чтобы научиться перерабатывать ее самим", - говорит Геннадий Ечевский.

Калмыкия - как раз тот случай, когда выбора нет: либо новая технология, либо полное отсутствие нефтепереработки как таковой. Результаты комплексной экспертизы качества сырьевой базы в этой республике, которая проводилась по заказу Института катализа, дали основания полагать: если внедрить в Калмыкии технологию БИМТ и перерабатывать проблемную нефть на месте, то добывать ее станет рентабельно. И уже собрана команда специалистов, которые смогут обеспечить строительство и эксплуатацию первого в Калмыкии завода, работающего по технологии БИМТ. Сейчас проект находится на стадии обсуждения с инвестором параметров сделки.

При традиционной схеме нефтепереработки вложения окупаются при мощности порядка 300 тыс. тонн сырья в год, новая же схема обладает коммерческим потенциалом начиная с мощности 5 тыс. тонн в год, и срок окупаемости капвложений у новой технологии не семь-пятнадцать лет, как у классической, а менее двух лет

Следующими "точками приложения" новой технологии, по всей видимости, станут Татарстан и Башкирия. "В этих республиках много небольших заводов, которые производят битум из мазута, а светлые фракции сдают нефтехимикам. Владельцы таких заводов заинтересованы в том, чтобы поставить у себя наше оборудование и начать производить моторные топлива", - рассказывает Сергей Кильдяшев.

Кроме того, в том же Татарстане работает множество мини-НПЗ, принадлежащих местным малым и средним добывающим компаниям, которые, не имея доступа к магистральной трубе, сами разгоняют добытую нефть на очень плохие по качеству бензин и дизтопливо и сбывают их, используя в основном "серые" схемы. Эти компании готовы вкладываться в новые производственные мощности сегодня, чтобы завтра сделать свой бизнес легальным. Однако очевидно, что строить завод-гигант, наподобие Омского НПЗ, им не под силу, да и ни к чему. Выход один - БИМТ.

Параллельно с продвижением своей уникальной разработки в России Институт катализа уже начал прорабатывать и варианты ее экспорта. В качестве рынка для технологии БИМТ сибиряки рассматривают в первую очередь страны Ближнего Востока и Мексиканского залива, например Саудовскую Аравию, Марокко и ряд других, где намерены либо наладить собственную нефтепереработку, либо модернизировать уже имеющийся нефтеперерабатывающий комплекс. Правда, есть одно препятствие, которое может помешать выходу на этот рынок. "У нас в России сейчас нет такого комплекса инжиниринговых фирм, которые смогли бы осуществить проектирование в национальных стандартах, производство и комплектацию оборудования, монтаж на месте, а потом обеспечить сервисную поддержку. То есть нам обязательно придется искать и привлекать крупного иностранного подрядчика, - объясняет Сергей Кильдяшев. - Выстраивать такую цепочку - дело долгое и непростое, особенно если учесть, что эти рынки уже плотно оккупированы американцами, европейцами и японцами".

Окупится за два года

По оценкам специалистов Института катализа, емкость внутрироссийского рынка - несколько сотен установок БИМТ. Но эта цифра - теоретическая. Если учесть такие факторы, как невосприимчивость нефтяных гигантов к инновациям и неповоротливость государства, на котором висит северный завоз, более реалистичной выглядит такая оценка: в ближайшие пять-десять лет рынком будет востребовано двадцать.тридцать установок БИМТ, каждая мощностью 100 тыс. тонн по сырью. При развертывании перерабатывающих мощностей "на пустом месте" создание такой установки, по оценке специалистов Института катализа, потребует порядка 6 млн долларов инвестиций. Это не так уж и дешево. Но, как утверждает Сергей Кильдяшев, "при традиционной схеме нефтепереработки надежда на то, что вложения окупятся, появляется при мощности порядка трехсот тысяч тонн сырья в год, а БИМТ обладает коммерческим потенциалом начиная с мощности пять тысяч тонн в год и срок окупаемости капвложений у нашей технологии не семь-пятнадцать лет, как у классической, а в среднем менее двух лет".

Что же касается технологического оборудования и расходных материалов, то с этим у будущих заказчиков проблем возникнуть не должно. Так, производство катализатора по лицензии Института катализа уже налажено на Новосибирском заводе химконцентратов. Сейчас мощность линии составляет около 60 тонн катализатора в год, но может быть увеличена до 300 тонн (этого достаточно, чтобы запустить установки БИМТ суммарной производительностью 1,5.2 млн тонн в год). Цена катализатора - 25 долларов за килограмм (для сравнения: платиновый катализатор обходится в 65 долларов за килограмм). Для реакторов уже определен типоразмерный ряд: решено изготавливать установки производительностью 25, 50, 100, 200 и 300 тыс. тонн в год по сырью, причем установки мощностью до 100 тыс. тонн можно выпускать в компактном блочном исполнении. Производить их готовы краснодарский ОАО "НИПИгазпереработка", Волгоградский завод химического машиностроения и немецкая фирма Lurgi.