Авиационное топливо занимает в России место одного из самых перспективных и маржинальных нефтепродуктов во всем нефтегазовом секторе. Увеличение объема его выпуска в рамках современных реалий может значительно повлиять как на экономическую, так и на геополитическую ситуацию в РФ.
Освоение арктических территорий в современном многополярном мире приобретает одно из самых перспективных направлений развития для Российской Федерации. Президент РФ В. В. Путин 26 октября 2020 года подписал указ №645 об утверждении стратегии развития Арктической зоны РФ и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года.
Согласно данной стратегии, «Арктическая зона обеспечивает добычу более 80 процентов горючего природного газа и 17 процентов нефти (включая газовый конденсат) в Российской Федерации». По словам экспертов, континентальный шельф РФ в Арктике содержит более 85,1 трлн куб. метров горючего природного газа, а также 17,3 млрд тонн нефти (включая газовый конденсат) и является стратегическим резервом развития минерально-сырьевой базы РФ.
На Крайнем Севере дислоцирован стратегический военизированный контингент сухопутных и морских ядерных сил сдерживания в целях недопущения агрессии против РФ и ее союзников.
Столь важные объекты охраны государственного суверенитета должны быть оснащены современными технологиями, а инфраструктура их базирования будет улучшаться. Стратегия развития Арктической зоны подразумевает оснащение Вооруженных сил России в Арктике современными моделями военной и специальной техники и сопутствующим вооружением, разработанными для применения и эксплуатации в суровых условиях Крайнего Севера.
В Арктической зоне, кроме военного контингента, проживает около 2,5 млн граждан РФ и функционирует большое количество предприятий горно- и нефтегазопромышленного сектора. Для обеспечения всех видов деятельности в данном регионе должным образом необходима бесперебойная транспортная логистика.
Отечественная нефтеперерабатывающая сфера всегда стремилась к получению максимальной прибыли. Реактивное топливо в настоящее время является инструментом для получения этой прибыли ввиду своей экономически выгодной позиции.
На данный момент лидерами по биржевой стоимости среди нефтепродуктов российского рынка являются арктическое дизельное топливо, бензин АИ-95, авиакеросин и зимнее дизельное топливо.
Однако стоит учесть главный фактор: косвенный налог – акциз, для каждого вида топлива, устанавливаемый распоряжением Правительства РФ в индивидуальном порядке. Согласно настоящим акцизным сборам на нефтепродукты, для реактивного топлива этот акциз на 2022 год составил 2800 руб./т. Этот показатель минимален в сравнении с другими лидирующими нефтепродуктами.
На рисунке 1 показана маржинальность самых массовых нефтепродуктов на российском рынке с учетом вычета акцизных сборов. Лидером графика является авиакеросин.
На сегодняшний день возможность увеличения объема производства реактивного топлива как никогда актуальна. Геополитическая ситуация в мире выстраивается напряженным образом. Процесс перестройки экономики РФ под нужды ведения военной кампании открыл много задач для отечественной нефтепереработки. Президент РФ В. В. Путин указал на необходимость в кратчайшие сроки нарастить объемы и сократить сроки производства предприятиями оборонно-промышленного комплекса, и увеличение выпуска реактивного топлива смогло бы стать отличным решением для поставленных задач.
Основная часть. Развитие отечественных производственных возможностей по выпуску реактивного топлива невозможно без современных технологий очистки.
Сера является постоянной частью сырой нефти. В сырой нефти сера содержится как в чистом виде, так и в виде сернистых соединений. В нефтепродуктах сера также существует в виде органических соединений сероводорода.
Сернистые соединения в прямогонных реактивных топливах представлены меркаптанами R–S–H, сульфидами R–S–R’, дисульфидами R’–S–S–R, тиофенами и тиофанами. С увеличением температуры перегонки количество серосодержащих соединений увеличивается.
Меркаптаны – коррозионно-активные соединения, присутствие которых в реактивных топливах, согласно ГОСТ 10227-86 для топлива ТС-1, не должно превышать 0,005% (масс.). Их присутствие в реактивных топливах способствует образованию нагаров и смолисто-лаковых отложений на деталях двигателя, осадка в топливных баках и резервуарах.
Для снижения содержания сернистных соединений в реактивном топливе предназначены несколько технологий: гидроочистка прямогонного керосина, гидродемеркаптанизация (ГДМ) и окислительная демеркаптанизация.
Несмотря на простоту, мягкие условия процесса окислительной гидродемеркаптанизации, простое аппаратурное оформление, данный процесс имеет существенные недостатки. Данная технология подразумевает создание системы из углеводородной и водно-щелочной фазы, которая требует разделения, что, в свою очередь, увеличивает количество аппаратов и ведет к образованию щелочных стоков, требующих соответствующей утилизации. Кроме этого, несмотря на осушку продукта, растворимая вода выпадает с образованием эмульсии после охлаждения в резервуарах и цистернах. Товар мутнеет, что приводит к претензиям со стороны потребителей. Именно поэтому данная технология не нашла своего применения в России, уступив место более простым, надежным и рациональным методам очистки.
На предприятии ПАО «Славнефть-ЯНОС» и ООО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез» для удаления меркаптанов в готовом продукте применяют передовые технологии гидродемеркаптанизации (рис. 2). У данного процесса много преимуществ, и одним из главных факторов, выступающих в пользу гидродемеркаптанизации, выступает факт того, что, в отличие от обычной технологии гидроочистки, в ТС-1 превращается 99,9% прямогонного компонента. Иными словами, сырье почти полностью перерабатывается в готовый продукт при весьма низких энергозатратах.
В нефтепереработке в основе каждого гидропроцесса лежит взаимодействие с водородом – особо ценным элементом, без которого бы не осуществлялась очистка основных нефтепродуктов всей отрасли.
За основу процесса гидродемеркаптанизации был взят процесс гидроочистки, но их отличием является то, что гидродемеркаптанизация протекает при более мягких условиях и позволяет удалить из керосиновой фракции нежелательные нестойкие соединения, такие как меркаптаны, при этом сера в элементарном виде остается неизменной, что обеспечивает смазывающую способность реактивного топлива, поскольку если удалить серу полностью, появится необходимость в применении смазывающей присадки.
Реакция начинает протекать при температуре 150 °С. При повышении температуры до 250 °С содержание меркаптанов снижается до минимальной величины; общее давление в системе – на уровне 4–10 ати. Межрегенерационный пробег в течение
3 лет обеспечивается при очень низких расходах ВСГ (7–20 нм3/м3 сырья), что позволило разработать технологическую схему без применения циркулирующего компрессора. Был сделан вывод о целесообразности применения отработанных катализаторов гидроочистки, так как меркаптаны на них гидрировались удовлетворительно. Низкое давление давало возможность применения бывшего в употреблении оборудования, а удаление только меркаптановых соединений сохраняло смазывающую способность реактивного топлива.
Первоначально технология получения ТС-1 предусматривала гидроочистку прямогонного реактивного топлива. Данный способ был затратным и неэффективным, так как, во-первых, для удаления меркаптанов гидроочистке подвергалось топливо, уже соответствовавшее требованиям ГОСТа по показателю «содержание общей серы», то есть происходило то самое удаление смазывающего агента. Во-вторых, приходилось постоянно использовать блок гидроочистки дизельного топлива, что очевидно затратная мера.
Из данных таблицы 1 видно, на сколько пунктов гидродемеркаптанизация выигрывает у гидроочистки. Исключением является показатель снижения содержания общей серы. Возвращаясь к особенностям этих процессов, хочется отметить, что перспектив ужесточения содержания общей серы в реактивном топливе не просматривается, поскольку для ТС-1 норма по ее содержанию составляет не более 0,2% мас., а в западном аналоге Jet A-1 этот показатель еще выше и составляет не более 0,3% мас. Оно и понятно, ведь реактивное топливо, сгорая на высоте, не скапливается в низинах городов, образуя при этом аналог озонового слоя.
Опыт эксплуатации блоков гидродемеркаптанизации оказался крайне положительным. Гидроочистка позволяет получать топливо как ТС-1, так и РТ, но является дорогостоящей, энергоемкой, а для производства ТС-1 – явно избыточной, кроме этого, установки гидродемеркаптанизации предусматривают перспективу переоснащения в гидроочистку.
1) Имеется положительный опыт эксплуатации 3 промышленных установок в течение более 20 лет.
2) За 20 лет эксплуатации ОАО «Славнефть-ЯНОС» выявил узкие места технологии, обладает необходимыми знаниями для тиражирования.
Строительство дополнительных блоков ГДМ позволит удовлетворить растущие потребности страны в реактивном топливе с высокой эффективностью и минимальными затратами.
Дмитрий Владимирович Борисанов, Начальник исследовательской лаборатории ПАО «Славнефть-ЯНОС», доцент Казанского национального исследовательского технологического университета
Андрей Николаевич Карпов, Инженер-технолог ООО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез», аспирант Ярославского государственного технического университета