Краткая история нефтепереработки

Промышленное значение нефть приобретает с 18-го века, когда в
1745 г. на реке Ухта на территории нынешней Республики Коми в России был построен первый нефтеперегонный завод. Второй завод в России был построен только в 1823 г. братьями Дубиниными на Северном Кавказе в районе г. Моздок. На этих примитивных заводах из нефти отгоняли лишь осветительный керосин, а более легкие фракции – бензин и тяжелые – мазут сжигали в «мазутных» ямах, как не находящих применения. Первые установки за рубежом были построены в Англии в 1848 г., а в США в 1860 г. Первые уста­нов­ки первичной переработки нефти были выполнены в виде кубов перио­дического действия. Целевым продуктом этих установок являлся осветитель­ный керосин. Остальные продукты сжигались.

Но уже в 80-х гг. ХIХ в. на смену кубам пришли батареи кубов, обеспечивающие непрерывность перегонки нефти. Они были созданы известными российскими инженерами А.Ф. Инчиком, В.Г. Шуховым и Н.И. Ели­ным. С изобретением в 1976 г. форсунки для жидкого топлива было найдено применение мазуту как топливу для котельных агрегатов. Еще одно применение мазуту нашел Д.И. Менделеев, который предложил использовать его в качестве смазки взамен растительных и животных жиров.

Новым в нефтепереработке следует считать изобретение В.Г. Шухо­вым и С.П. Гавриловым в 1890 г. трубчатой нефтеперерабаты­вающей установки непрерывного действия, включающей огневой змееви­ковый подогреватель, испаритель, ректификационную колонну и тепло­обменную аппаратуру. После 10-х гг. ХХ в. подобные установки распространились по всему миру.

Вплоть до 1913 г., когда в США была пущена первая в мире установка термического крекинга, на нефтеперерабатывающих установках производи­лась только первичная перегонка нефти, продукты которой – газ, бензин, керосин, солярка, мазут и другие – являлись товарными продуктами. С этого времени началась эпоха вторичных процессов в нефтепереработке. Сырьем для вновь введенной установки являлись газойлевые фракции первичной перегонки нефти, крекинг которых проводился при повышенных темпе­ратурах и давлениях. В связи со все возрастающими требованиями к качеству моторных топлив, в первую очередь к детонационным свойствам, в 20–30 гг. ХХ в. происходит стремительное развитие вторичных процессов переработки нефти. Были освоены промышленные процессы каталитиче­ского крекинга средних дистиллятов, алкилирования алкенов, полимерии­зации низших алкенов.

В СССР первые после гражданской войны нефтеперерабатывающие заводы начали строиться в конце 20-х гг. Были введены в строй предприятия в Уфе, Ишимбае, Сызрани, Новокуйбышевске. За 10 лет (с 1927 по 1937 гг.) объем переработки нефти в СССР возрос втрое и составил 26, 4 млн.т.

Стремительный рост переработки нефти наблюдался во всем мире после 2-й мировой войны (табл.1.1).

Таблица 1.1

Динамика объема переработки нефти в мире после 2-й мировой войны

В послевоенное время в СССР было построено много новых нефтеперерабатывающих заводов, в т. ч. Омский, Киришинский, Ангар­ский, Нижнекамский, Пермский, Волгоградский – в России; Кремен­чугский, Лисичанский – на Украине; Чимкентский, Павлодарский, Мангышлакский – в Казахстане; Красноводский и Чарджоуский – в Туркмении; Ферганский – в Узбекистане; Новополоцкий и Мозырский – в Белоруссии;. Мажейкский – в Литве.

1.2. Происхождение нефти

Происхождение нефти всегда интересовало человечество и до сих пор является одной из сложных проблем современной науки.

Одним из первых выдвинул гипотезу неорганического происхождения нефти Д. И. Менделеев в 1877 г. Согласно его гипотезе, углеводороды нефти образовались при взаимодействии воды с находящимися в глубинах земной коры карбидами металлов. И хотя теоретически такие реакции вероятны, но с помощью карбидной теории невозможно объяснить появление в составе нефти огромного разнообразия углеводородов; непонятно также, как вода из области низкого давления на поверхности Земли могла попасть в область высоких давлений недр Земли. Другие ученые в разное время выдвигали гипотезы космического, магнетического и вулканического происхождения нефти. Однако они не получили широкой поддержки.

В настоящее время наибольшее число сторонников имеет гипотеза органического происхождения нефти. Особенно убедительной выглядит генетическая связь между компонентами нефти, живого вещества и органи­ческого вещества древних осадочных пород и современных осадков. Что же касается количества углеводородов органического происхождения, то оно исключительно велико и вполне обеспечивает образование залежей нефти и другого органического топлива.

Сущность органической теории заключается в том, что нефть и газ образуются из органического вещества, находящегося в рассеянном состоя­нии в осадочных породах. Считается, что основным органическим материалом, накапливающимся в осадочных породах, являются отмершие остатки микрофлоры и микрофауны (планктон, бентос и др.), развиваю­щиеся в морской воде, к которым примешивались остатки биомассы животных и растений.

По данной гипотезе захороненная в верхних слоях осадочных пород органическая масса подвергается воздействию кислорода и бактерий и в значительной мере разлагается с образованием простых газообразных молекул (таких как СО₂, N₂, CH₄, NH₃, H₂O и др.) и растворимых в воде жидких продуктов.

В дальнейшем при погружении в толщу осадочной породы эти органические вещества в течение многих миллионов лет на глубине
1, 5 – 3 км и ниже подвергаются уже в восстановительной среде действию высоких температур (150–200 ^оС) и давлений (10–30 МПа), а также каталити­ческому воздействию вмещающих пород, прежде всего глин. По современным взглядам именно в этой стадии в результате термических процессов органические вещества, и главным образом липиды (жиры, воски, масла), превращаются в углеводороды нефти. Далее нефть и газ, перво­начально рассеянные в нематеринской глинистой породе, вследствие процессов миграции в конечном счете скапливаются в ловушках.

Условия скопления нефти в ловушках таковы, что нефть, а также газ заполняют поры вмещающей породы, и чем больше пористость такой породы, тем больше она насыщается нефтью. Покрытия пористых пород, образованные глинами, непроницаемыми для нефти и/или газа, хорошо предохраняют их от дальнейшей миграции. Вместе с глинами почти всегда присутствует вода, также заполняющая поры этих пород.