Компания «Максинвест» (резидент «Сколково») разработала и получила четыре патента на инновационную технологию удаления серы из нефти и нефтепродуктов (научное название процесса — десульфуризация), суть которой заключается в воздействии на исходный материал вращающимся электромагнитным полем.
По эффективности и техническим показателям метод превосходит многие из технологий очистки нефтепродуктов от серы, применяемые в промышленности, однако его потенциал намного шире и может пригодиться в самых разных отраслях экономики.
Отрава для природы
Проблема удаления сернистых соединений нефти существует с тех пор, как в мире начали добывать это сырье. «Советский Союз столкнулся с потребностью очищать нефть и нефтепродукты от серы в начале 1950-х годов, когда в стране началось бурное развитие нефтепереработки и в строй вошли нефтяные месторождения Урала, Башкирии, Татарии,— рассказывает член правления Ассоциации нефтепереработчиков и нефтехимиков РФ, заслуженный работник нефтяной и газовой промышленности РФ Владислав Баженов.— Там все сорта с высоким содержанием серы. До этого промышленность работала на легких и малосернистых сортах и проблема была не столь заметна, кроме того, требования к содержанию серы были не такими жесткими».
Но чем плоха сера в нефти, зачем ее удалять? «Уменьшение содержания серы в нефти перед началом нефтепереработки снижает коррозионное воздействие нефти на трубопроводы, рабочие органы насосов, емкостное и ректификационное оборудование,— поясняет генеральный директор ООО "Максинвест" Александр Слепцов.— Кроме того, повышение требований к качеству топлива (бензин, керосин, дизельное топливо) вызвало внедрение процессов, в которых сера является ядом для катализаторов, снижая их эффективность. При уменьшении содержания серы возрастает срок службы всего комплекса и межремонтный пробег, а также сроки использования катализаторов». Да и оптовая цена низкосернистого мазута, например, в два раза выше, чем высокосернистого, отмечает господин Слепцов.
Экологию тоже нельзя сбрасывать со счетов, подчеркивает Владислав Баженов. Использование бензина с высоким содержанием серы загрязняет атмосферу, поскольку в выбросах много сернистого газа. «Кроме того, сера, выделяемая в процессе десульфуризации,— объясняет господин Баженов,— это естественный пластификатор, который улучшает технологические свойства асфальтобетонной смеси, повышает жесткость, препятствует образованию колеи».
Но если десульфуризацией нефтяники занимаются давно, они уже наверняка придумали соответствующие методы. Зачем еще что-то изобретать?
Тут дело в масштабах, объясняет Владислав Баженов. И в цене. «В России существует 29 больших заводов, имеющих все виды нефтепереработки и способных перерабатывать, скажем, 220 млн тонн нефти,— говорит он.— Такие предприятия могут позволить себе дорогостоящие методы — гидроочистку и каталитические процессы переработки. Но ведь есть еще больше 200 мелких предприятий!» Они не располагают средствами для гидроочистки и поставляют на рынок топливо, которое не всегда соответствует ГОСТу по содержанию сернистых соединений, напоминает господин Баженов. Такое топливо не только отравляет атмосферу, но и плохо сказывается на двигателе, и его тоже нужно тем или иным способом очищать.
Развитие своей инновационной технологии «Максинвест» начал в 2014 году. «Инициатива создания компании и финансирования работ принадлежала одному из иностранных покупателей высокосернистого российского дизельного топлива. Основной задачей было снижение в нем содержания серы не за счет различных вариантов смешивания, а с помощью эффективной технологии очистки,— вспоминает Александр Слепцов.— По итогам предварительных исследований и консультаций со специалистами был выбран наиболее удобный, с нашей точки зрения, метод — воздействие вращающимся электромагнитным полем».
Процесс пошел
Эффект воздействия электромагнитным полем на различные вещества открыл Майкл Фарадей в середине XIX века, а первые патенты в этой области были зарегистрированы в США в 1890-х годах. «Существует заметное число компаний, которые используют этот эффект в различных производствах, но мы направили свои усилия на снижение содержания серы в нефтепродуктах,— говорит Александр Слепцов.— Наша технология обессеривания строится на процессах, происходящих в реакторе проточного типа, в рабочую зону которого подаются обрабатываемые нефть или нефтепродукты (мазут, дизельная фракция и др.), компонент реакционной массы, основой которого является специальным образом подготовленная водная дисперсия ферромагнитных частиц (не более 5% объема обрабатываемых веществ). Процесс обработки интенсифицируется наличием в зоне реакции ферромагнитных рабочих элементов различной геометрической формы, а также влиянием, которое оказывает вращающееся электромагнитное поле высокой интенсивности. В совокупности все эти условия обеспечивают многофакторное воздействие на реакционную массу, приводят к изменению состава сероорганических соединений и в конечном итоге — к снижению содержания серы в обрабатываемых нефтепродуктах, естественно, после стандартных методов разделения реакционной массы».
«Микропроцессы внутри проходят на очень высоком энергетическом уровне, достаточном для разрыва внутримолекулярных связей с образованием свободных радикалов и новых соединений серы со свойствами, позволяющими выделять их из реакционной массы,— объясняет Егор Спиридонов, эксперт компании "Максинвест".— Отходы обессеривания представляют собой гелеобразную массу, из которой могут быть выделены элементы. Технология выделения элементов разработана и запатентована. По своему составу отходы в целом не отличаются от отходов установок гидроочистки».
Метод, предложенный «Максинвестом», существенно энергоэффективнее применяемых в нефтяной промышленности. Подтвержденный расход электроэнергии на обработку нефти в реакторе с целью снижения содержания серы с использованием этой технологии составляет около 1 кВт/т. «Наша технология работает при небольшом избыточном давлении в зоне реакции (до двух атмосфер) и максимальных температурах до 90–95°С,— подчеркивает Егор Спиридонов.— Это снижает стоимость процесса сероочистки по сравнению с традиционными методами, положительно влияя на показатели рентабельности предприятий». Помимо этого, технология позволяет осуществлять процессы деметаллизации с целью удаления тяжелых металлов, что совместно с десульфуризацией повышает коррозийную устойчивость оборудования и некоторым образом увеличивает содержание наиболее ценных легких фракций — бензина, керосина, дизельного топлива. «Если нашим способом обработать тяжелые сорта нефти, выход легких фракций увеличивается на 12–15%, а ведь именно легкие фракции — главный заработок нефтеперерабатывающих предприятий»,— говорит господин Спиридонов.
Деметаллизация тоже помогает экономить. Например, сегодня существуют ограничения по содержанию тяжелых металлов — ванадия, молибдена — в судовом топливе.
«Эта технология может перевернуть весь процесс нефтепереработки,— уверен Владислав Баженов.— Ведь если нефть очистить от серы перед переработкой, какое качество получится, какая экономия! Но мы пока не сумели сделать большую мощность». Однако масштабировать технологию все-таки можно, уверен исполнительный директор компании Николай Спиридонов: «Один наш реактор способен очищать 10–15 т нефтепродуктов в час, а чтобы получать больший объем, можно собрать кластер из двух, трех, десяти таких реакторов».
1. Сборник-усреднитель. 2, 8 Насос. 3. Баки для добавок. 4, 12 Аппараты УАП (установки активации процессов). 5. Промежуточная емкость. 6. Отстойник. 7. Сборник очищенной воды. 9, 10 Сборник шлама. 11. Баки-накопители добавок. 13. Источник воды. 14. Бункер для сыпучих материалов со шнековым питателем.
1. Сборник-усреднитель. 2, 8 Насос. 3. Баки для добавок. 4, 12 Аппараты УАП (установки активации процессов). 5. Промежуточная емкость. 6. Отстойник. 7. Сборник очищенной воды. 9, 10 Сборник шлама. 11. Баки-накопители добавок. 13. Источник воды. 14. Бункер для сыпучих материалов со шнековым питателем.
Не только сера
«Установка гидроочистки, которая для удаления серы использует водород, на порядок дороже нашей установки в стандартной комплектации,— продолжает специалист.— Но в нашем случае нет необходимости в организации опасного и дорогостоящего производства водорода. Возможно, на большом НПЗ наша установка и не нужна, но, во-первых, есть продукты, которые выпускаются в небольших количествах, а во-вторых, в стране много малодебитных скважин, и там нефть можно очищать от серы прямо на месте». Технологию можно использовать для обессеривания фракций после разгонки нефти на мини-НПЗ, нефти на местах добычи, высокосернистого мазута и компонентов судового топлива в составе оборудования баз хранения нефтепродуктов, высокосернистых исходных нефтепродуктов для получения технического углерода и др.
Интерес к технологии проявляют различные организации. Для некоторых проводятся эксперименты, подтверждающие эффективность метода для десульфуризации, а также получения металлов и их соединений из природных водных источников, твердых полезных ископаемых и техногенных отходов. Две пилотные установки обессеривания и одна — обработки воды смонтированы за границей, а сотрудничество с несколькими российскими компаниями вышло на стадию переговоров по условиям изготовления и поставки установок. «Максинвест» надеется на их успешное завершение.