Как делают бензин в России
Омск — замечательный город, не понимаю, почему некоторые блогеры так на него ополчились. Зелёный, спокойный, с живописными видами и приветливыми жителями. Жители прилегающих областей Казахстана ездят в Омск как петербуржцы в Финляндию — культурно провести время, затариться на пару недель вперёд хорошими продуктами.
Как вы, наверное, уже догадались, я навещал Омск скорее в исследовательских, нежели в туристических целях. Меня интересовал город в городе — знаменитый нефтеперерабатывающий завод «Газпром нефти», исполинский Омский НПЗ. Для понимания масштабов: на территории завода вполне мог бы разместиться, например, Ивангород, и там ещё осталось бы место для той самой подмосковной Кубинки, которую так часто показывают по телевизору в связи с военными авиашоу.
Напомню, в прошлый раз мы остановились на том, что поднятая из-под земли нефть очищается от механических примесей, отделяется от газа, обезвоживается и загоняется в трубу «Транснефти»:
https://fritzmorgen.livejournal.com/1344051.html
Преодолев примерно тысячу километров, нефть достигает окрестностей Омска и вливается в резервуары ОНПЗ. На заводе из нефти производят главную жидкость современной экономики — моторное топливо.
Первым делом из нефти удаляют остатки механических примесей. Затем нефть закачивают в установку ЭЛОУ — колбасообразный агрегат, в котором при помощи нагрева, давления и электричества нефть освобождают от остатков соли и воды.
Затем начинается самое интересное: нефть делят на фракции, примерно так, как наших депутатов делят на фракции в Госдуме. Лёгкие фракции, — бензин, дизель и керосин, — стоят дорого, ради них нефть, собственно, и добывают из-под земли. Тяжёлая фракция, мазут, стоит дёшево. Мазут считается отходами производства.
Конечно, мазут тоже можно продать: особенно качественный судовой мазут, на котором работают двигатели больших кораблей. Тем не менее бензин с керосином всё же стоят гораздо дороже, поэтому нефтехимики изо всех сил стараются перерабатывать нефть так, чтобы мазута в итоге оставалось как можно меньше.
На Омском НПЗ сейчас стоит самое современное оборудование, так что мазута в итоге получается всего лишь 8%, что является очень хорошим показателем по мировым меркам. В ближайшее время однако закончится второй этап модернизации завода, и мазута будет оставаться ещё меньше, только 3%. Разумеется, даже эти 3% выкидывать не будут: мазут перерабатывается в особо прочный битум, который используется при строительстве дорог.
Если вы следите за экономическими новостями, вы знаете, что нефть бывает лёгкой (дорогой) и тяжёлой (дешёвой). Теперь вы понимаете, в чём заключается различие: в лёгкой нефти много бензина, а в тяжёлой нефти много мазута.
Пройдя через установку ЭЛОУ, в которой нефть лишается остатков воды и солей, нефть попадает в ректификационную колонну — огромную, высотой с многоэтажное здание, поставленную на попа стальную цистерну.
Вы, конечно же, представляете, как устроен самогонный аппарат. Вода кипит при нагреве до 100 градусов, спирт — при нагреве до 78 градусов. Постепенно нагревая брагу, — забродившую дрянь, служащую сырьём для самогона, — самогонщики получают пар, который состоит сначала из лёгких альдегидов, потом из спирта, а потом из смеси спирта с водой. Этот пар охлаждают в змеевике и разливают по ёмкостям: отдельно ядовитые головы, отдельно самогон, отдельно полуфабрикат, который повторно прогоняют через аппарат.
Примерно так же, хоть и гораздо сложнее, устроена и ректификационная колонна: высокая стальная труба с кучей «тарелок» внутри. Когда на спиртзаводе в колонне нагревают брагу, спирт, вода и прочие её составные части распределяются по этим тарелкам, при этом всего лишь за один прогон удаётся добиться такой чистоты, какой на кухонном аппарате достичь невозможно в принципе, даже за 20 перегонов.
Теперь вы понимаете, что происходит с нефтью. Попав в ректификационную колонну высотой с двадцатиэтажный дом, нагретая до 360 градусов нефть начинает кипеть. Лёгкие фракции нефти, — бензиновая, керосиновая и дизельная, — оседают в тарелках и поступают в ту часть завода, где их доводят до стандартов «Евро-5». Тяжёлая фракция, — прямогонный мазут, — перекачивается в ещё одну ректификационную колонну, на этот раз вакуумную.
Нагревать мазут сильнее, чем до 360 градусов, нельзя, он начинает от этого портиться. Хитрые нефтехимики однако придумали нагревать мазут при пониженном давлении. Как мы знаем из мемуаров альпинистов, температура кипения при этом понижается, и реальные 360 градусов превращаются таким образом в виртуальные 490. В вакуумной колонне кипящий мазут разделяют ещё на две фракции: вакуумный газойль и гудрон.
Нефть отечественной марки Urals можно таким образом разделить на четыре больших части:
1. Бензиновая фракция, кипит от 30 до 200 градусов — до 20%.
2. Дизельная фракция, кипит от 200 до 360 градусов — до 30%.
3. Вакуумный газойль, кипит от 360 до 490 градусов — до 25%.
4. Гудрон, кипит выше 490 градусов — до 25%.
В тяжёлой венесуэльской нефти гудрона больше, а топлива меньше, из-за этого она стоит дешевле нашей. Если бы плохо знакомому с географией стратегу пришла в голову идея возить нефть из Венесуэлы в Омск, ОНПЗ, конечно, смог бы переработать и её, но денег с этой операции заработать удалось бы уже навряд ли. Нам с нашей нефтью, по большому счёту, повезло.
Вооружённый калькулятором читатель наверняка спросит на этом месте: неужели из 100 килограмм российской нефти получается всего лишь около 50 килограмм ценных фракций, бензина и дизеля?
Действительно, в прошлые времена на этом скромном результате и останавливались. Сейчас однако есть способы переработать нефть ещё глубже. Гудрон, например, на некоторых заводах отправляют на установку висбрекинга: его нагревают в специальной трубчатой печи при температуре до 500 градусов и давлении в 5-50 атмосфер. В результате гудрон делится примерно поровну на светлые фракции и на мазут.
На ОНПЗ гудрон перерабатывают на более продвинутом оборудовании, на установке замедленного коксования, где из гудрона делают ещё три компонента:
— нужный для алюминиевых комбинатов кокс;
— бензин;
— газойль, сырьё для дальнейшей переработки.
Газойль, в свою очередь, подвергают каталитическому крекингу: нагревают вместе с катализатором, получая в ходе реакции бензин, керосин и прочие ценные жидкости. Особо любопытных отсылаю к книге «Популярная нефтепереработка» от Леонида Багдасарова и РГУ имени Губкина, там все эти процессы расписаны подробно:
http://mnpz.gazprom-neft.ru/upload/medialibrary/802/populyar...
Пожалуй, неспециалисту и не нужно вникать во все эти тонкости. Достаточно понимать, что чем современнее завод, тем больше ценных веществ он может извлечь из одного и того же количества нефти. Конкретно Омский НПЗ — завод суперсовременный, и я даже немного горжусь тем обстоятельством, что значительная доля его оборудования была сделана на Ижорских заводах Санкт-Петербурга.
Сложность переработки нефти измеряется в индексе Нельсона. Простейшее оборудование по разделению сырой нефти на мазут и керосин имеет по индексу Нельсона единицу. Вакуумная перегонка нефти — двойку. ОНПЗ по индексу Нельсона получают уже внушительные 8.5 баллов. Это много, поэтому завод извлекает из нефти невероятные 71% светлых нефтепродуктов, а остальные 29% также являются, в основном, не отходами производства, а разнообразными ценными веществами типа машинного масла.
Забавная деталь по поводу производства масла. Так как машинные масла разных сортов нежелательно смешивать друг с другом, трубы очищают при помощи специального мягкого поршня, который проходит через все изгибы, оставляя после себя идеально чистую поверхность.
Инженер с завода по производству масел сообщил нам также, что качественные масла разных производителей не особо отличаются друг от друга. Если ваша машина ездит, например, на 10w40 полусинтетике, не так важно, будет ли это «Шелл», «Мобил» или «Газпромнефть». Правило «всегда заливайте одну и ту же марку» придумали маркетологи, навязывающие нам более дорогую продукцию.
История ОНПЗ отсчитывается с 1955 года, однако от советских времён на заводе уже мало что осталось — почти всё оборудование было за последние 10 лет заменено на современные установки, немногочисленные же оставшиеся агрегаты будут модернизированы в ближайшее время, когда глубину переработки нефти будут доводить до целевого показателя в 97%.
Мне очень хочется рассказать и про установку по производству водорода, и про систему извлечения серы, и про остальные интересные вещи, однако если начну делать всё по порядку, моя статья превратится в длинную лекцию по органической химии. Ограничусь поэтому тем, что повторю ещё раз — ОНПЗ представляет собой огромную химическую лабораторию, в которой из нефти делают около 50 нужных стране продуктов. Если вы представляете нефтепереработку по игре «Факторио», которую так любят директора заводов, спешу вас обрадовать — в реальности на заводе происходит значительно больше преобразований, чем это показано в симуляторе.
Кстати, раз уж речь зашла про серу, расскажу, чем топливо «Евро-5» отличается от топлив предыдущих стандартов. Главное отличие — содержание серы, которое должно быть в 50 раз ниже, чем разрешали для «Евро-2». Омский НПЗ по ходу одного из техпроцессов убирает серу почти целиком, поэтому всё топливо на заводе довели до стандарта «Евро-5» ещё во время первого этапа модернизации. В этот этап, кстати, «Газпром нефть» вложила 300 млрд рублей.
Не знаю, как было раньше, но сейчас с точки зрения экологии завод производит весьма приятное впечатление. Территория очень чистая, запах бензина еле уловим. Некоторые установки, правда, издают довольно сильный шум, однако территория завода достаточно велика, чтобы громкие звуки не выходили за её пределы.
Чтобы проиллюстрировать свою реплику про экологичность завода, расскажу про две вещи. Во-первых, на заводе работает закрытый факел на 665 горелок: при необходимости весь лишний газ сжигается внутри установки и не выходит наружу. Во-вторых, абсолютно все коммуникации, связанные с производственным процессом, расположены над поверхностью земли, на виду. Трубы чисты и аккуратно окрашены, так что любая утечка будет сразу же замечена и нейтрализована. Само собой, по заводу постоянно курсируют патрули, которые следят, чтобы все агрегаты работали в штатном режиме.
Условия труда работников также впечатляют. Мы наконец-то доросли до цивилизации: все ходят в касках и защитных очках, порядок и системы безопасности выглядят со стороны идеальными. В столовых кормят с ресторанным качеством, бытовые помещения чисты, как дорогие офисы класса «А». В душевых вместо ожидаемого дешёвого мыла стоят шампуни от «Локситан». Я не шучу: в бытовые секции вполне можно водить экскурсии школьников, раздавая им обещания в духе «когда-нибудь этот шкафчик станет твоим». Собственно, так оно и происходит в реальности: на завод регулярно приезжают экскурсии, чтобы посмотреть, как устроено современное производство.
Средняя зарплата на очень конкурентом уровне. Судя по интеллигентным лицам рабочих, таким образом «Газпром нефть» обеспечивает достаточное давление, чтобы отжать из рынка труда самые лучшие фракции из доступных. Пожалуй, оно и объяснимо: нет смысла экономить на персонале, который работает на современном и дорогом оборудовании.
В начале 1950-х годов завод строили несколько тысяч неквалифицированных рабочих, он перерабатывал тогда 3 млн тонн нефти довольно примитивным и грязным способом. Сейчас завод перерабатывает уже 20 млн тонн нефти, а его работники достаточно обеспечены, чтобы огромная парковка перед проходной была забита бесчисленными автомобилями, исправно потребляющими продукцию завода.
Чтобы закрыть тему условий труда: на заводе работает испанский тренажёрный зал с элементами геймификации, про который, может быть, я как-нибудь напишу отдельно. Только представьте, вместо обычных унылых упражнений вам надо, например, 30 раз попасть мячом в загорающиеся на стене круги! Нужную дозу движений можно получить в ходе игры, без какого-либо напряжения силы воли, которая и так выматывается в течение длинного рабочего дня. В Петербурге подобных высокотехнологичных фитнес-залов я пока что не видел.
Оборудование завода по большей части российского производства. Мало того, катализаторы, которые критически важны для переработки нефти, также производятся на заводе. С 2015 года завод даже расширяет их производство, чтобы российских катализаторов хватало на нужды не только ОНПЗ, но и остальной отечественной нефтехимической промышленности. Если завтра заводу поставят задачу отказаться от импорта полностью, завод задачу с некоторым напряжением сил, но всё же выполнит.
Высокотехнологичная начинка завода также отечественная. Речь идёт и об органических химиках, которые разрабатывают новые технологии, и о современной системе контроля над производством, при помощи которой можно ткнуть на трёхмерной карте в какую-нибудь колонну и тут же получить все её чертежи и спецификации.
Рядом с заводом работает научный центр, в котором делают весьма продвинутые вещи. К некоторым технологиям, таким как обучение операторов работе при помощи очков виртуальной реальности, многие уже привыкли. Цифровые двойники однако пока что ещё не особо распространены на нашей планете.
Суть двойников проста: у каждой реальной установки есть свой двойник в компьютере, который в реальном времени моделирует все происходящие в установке процессы. Управляющая заводом система может точно рассчитать, например, в каком состоянии находится дорогостоящий катализатор. Если раньше катализатор меняли планово, раз в пять лет, то теперь его можно менять гораздо реже: именно в тот момент, когда он действительно перестаёт нормально работать.
Также цифровые двойники позволяют резко повысить КПД установок. Если раньше инженеры управляли процессами «на глазок», руководствуясь неполными данными и фактически угадывая, что там происходит внутри, то теперь компьютер точно просчитывает все возможные варианты и даёт совет, какие вентили покрутить, чтобы выход нужных продуктов был максимальным. Работает система, разумеется, при помощи нейросетей и прочих современных технологий, о которых нам регулярно сообщают научные журналы.
Подведу итог
Когда нам говорят, что в России строится мало заводов, и что наше производство отстаёт от западного, стоит понимать, что речь идёт скорее не о проблемах в промышленности, а о проблемах в редакциях СМИ и в экономических вузах.
Возьмём, к примеру, Омский НПЗ. С точки зрения не владеющего предметом наблюдателя — это построенный чуть ли не при Сталине примитивный «сырьёвой» завод, выполняющий одну операцию низкого передела, преобразование нефти в бензин.
На самом деле, в советские годы на заводе не было даже глубокой переработки мазута, не говоря уже об установке изомеризации и тому подобном хайтеке, который появился только недавно. По сути, ОНПЗ — построенный за последние 10 лет почти с нуля высокотехнологичный завод, куда как более продвинутый, чем те фабрики по сборке айфонов, по которым тоскуют некоторые наивные граждане.
Напомню ещё раз про индекс Нельсона. Переработка нефти в атмосферной ректификационной колонне имеет индекс 1. Если получившийся прямогонный мазут загоняют после этого в вакуумную колонну, добавляется ещё единичка, индекс Нельсона вырастает до двух.
На ОНПЗ индекс Нельсона составляет 8,5 баллов. Это значит, что бензин и прочие вещества, которые выходят с завода являются продукцией высокого передела.
К сожалению, в пост не поместилась куча интересных деталей о производстве бензина, о заводе и о нефти. Тем не менее я готов удовлетворить ваше любопытство: задавайте вопросы в комментариях, чтобы я мог чуть позже ответить на них ещё одним постом.
