Нефть. От первых скважин до новой эпохи

Глава 3. Транспортировка

Теперь необходимо подробнее рассмотреть виды транспортировки нефти от мест добычи до перерабатывающих заводов. Трубопроводный транспорт является наиболее распространенным способом доставки нефти. Он прост в эксплуатации и экономичен при больших объемах переработки. Однако трубопроводы не всегда доступны – например, при добыче нефти на морских месторождениях или в удаленных регионах. В таких случаях применяются альтернативные методы транспортировки, но каждый из них имеет свои преимущества и ограничения, связанные с географией, объемами и стоимостью перевозки.

Нефть представляет собой ценный энергоресурс в современном мире, поэтому ее транспортировке уделяется особое внимание. Любые сбои на этом этапе могут привести к срывам поставок, значительным финансовым потерям для добывающих и перерабатывающих предприятий, а также вызвать экологические катастрофы вследствие разливов и аварий. Они могут привести к тому, что в целом регионе может быть введен режим ЧС. Так, в 2024 году из-за разлива 9 тысяч тонн нефти в Керченском проливе сразу в двух регионах ввели режим ЧС.

Нефть, несмотря на ее потенциал, крайне опасный материал в использовании – горючий. Продукты горения, такие как углекислый газ, оксиды углерода, серы, азота, а также летучие органические вещества, оказывают негативное воздействие на окружающую среду. А тушение может занимать несколько суток. В 2022 году в Приангарье произошел пожар на Марковском газоконденсатном месторождении. Глава региона Игорь Кобзев сообщил о возгорании на площади 1000 квадратных метров.

Рисунок 1. Пример нефтяного трубопровода

Поэтому требуется особое внимание к технологиям транспортировки нефти. Среди основных видов транспорта, помимо магистральных трубопроводов, можно выделить следующие:

– железнодорожный транспорт;

– морские перевозки;

– автомобильные цистерны.

Перевозка нефти при помощи железной дороги появилась более 150 лет назад, еще до первых перерабатывающих заводов. Благодаря развитой железнодорожной сети нефть можно доставлять почти любыми объемами в любую точку континента.

В отличие от трубопровода к железнодорожному транспорту предъявляются более строгие требования. Нефть можно доставлять только в специальных цистернах, которые должны быть оборудованы смотровыми площадками, лестницами для обслуживания, сливными и наливными устройствами, контрольно-измерительными приборами и системой пожаротушения. Наличие специального оборудования обязательно для безопасной перевозки нефтепродуктов железнодорожным транспортом, а нарушение требований влечет административную ответственность для грузоперевозчика. Это связано с опасностью утечки или взрыва нефтепродуктов, которые приводят уже к уголовной ответственности перевозчика. Также перевозка опасного груза должна включать в себя определенный пакет документов, а сами цистерны обязаны быть маркированы специальными символами, которые дают представление о содержимом.

Перевозка нефти железнодорожным транспортом имеет ряд своих преимуществ и недостатков. Такой способ удобен в связи с широкой географией железных дорог, большой вариативностью объемов перевозок, а также всесезонностью и относительной безопасностью перевозки. Однако не исключена возможность потери части груза из-за утечки цистерны; строгие требования к перевозке; невозможность адресной доставки из-за отсутствия непосредственного железнодорожного сообщения с заводами или отсутствия трубопровода от пункта приема.

Но что же делать, если нефть требуется доставить на другой континент или с шельфового месторождения на сушу? На этот случай всегда есть морские перевозки. Среди различных видов транспортировки, таких как трубопроводный, железнодорожный и автомобильный, морской транспорт выделяется своей способностью перевозить большие объемы нефти на большие расстояния, что делает его незаменимым в международной торговле.

Нефть по морю доставляют специальные суда: танкеры, танкеры-челночки и плавучие установки хранения и отгрузки. Они перевозят огромный объем и должны быть сконструированы под определенные цели: транспортировку нефти через океан, путь по каналам или условия Северного морского пути.

Морские перевозки, в отличие от железнодорожных, подчинены особым правилам международной стандартизации, а именно международной морской организации и международному кодексу управления безопасностью.

Международная морская организация (ИМО) является основным органом, ответственным за установление глобальных стандартов безопасности, защищенности и экологических показателей международного судоходства. Ключевые конвенции ИМО включают:

– Международную конвенцию по охране человеческой жизни на море (СОЛАС): эта конвенция устанавливает минимальные стандарты безопасности для конструкции, оборудования и эксплуатации судов, обеспечивая безопасность экипажей и судов.

– Международную конвенцию по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ), которая обеспечивает предотвращение загрязнения морской среды нефтью, химикатами и другими вредными веществами с судов по эксплуатационным или аварийным причинам.

Кодекс ISM представляет собой международный стандарт безопасного управления и эксплуатации судов, а также предотвращения загрязнения. Он требует от операторов судов внедрения систем управления безопасностью, обеспечивающих соблюдение обязательных правил и положений.

Приложение I к МАРПОЛ конкретно касается загрязнения нефтью и включает такие меры, как:

– Требования к двойному корпусу: танкеры должны иметь двойной корпус, чтобы снизить риск разлива нефти в случае столкновения или посадки на мель.

– Мониторинг сброса нефти: суда должны иметь системы для мониторинга и контроля сброса нефтесодержащих отходов.

– Журнал нефтяных операций: суда должны вести журнал нефтяных операций, в котором документируются все операции, связанные с нефтью, включая не только погрузку и разгрузку, но и любые инциденты, связанные с разливом содержимого.

Подводя итог, можно сказать, что морская транспортировка скорее необходимость, когда иные варианты недоступны. Анализировать плюсы и минусы данного варианта перевозок не стоит, а следует принять, что вне зависимости от многочисленных стандартов и требований морские перевозки являются основным решением для международной торговли.

Автомобильные перевозки тоже нашли свое применение и стали неотъемлемой частью в цепочке переработки нефти. Если объемы и расстояния незначительны и измеряются не в тысячах тонн и километрах, то и трубопровод использовать незачем, а доставка железнодорожным транспортом может занять много времени, тогда обращаются к автоцистернам.

Автоцистерны, как правило, используются не для транспортировки сырой нефти, а для перевозки жидких продуктов ее переработки – бензина и других нефтепродуктов. Они доставляют топливо на заправки, связывают разные предприятия и обеспечивают циркуляцию внутри одного завода. Главными недостатками такого транспорта являются небольшие объемы поставок, зависимость от топлива и ограниченные расстояния перевозок. Поэтому автоцистерны получили широкое применение только в локальной транспортировке нефтепродуктов и не нашли полноценного использования в крупных логистических схемах нефти. А соблюдение требований по перевозке значительно проще.

Глава 4. ЭЛОУ-АВТ

Как мы говорили ранее, нефть состоит из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, а также разных по молекулярному весу и температурам кипения фракций, имеющих в своем составе кислород, азот, серу и примеси разных металлов.

Переработка нефти совмещает в себе физические и химические процессы, благодаря которым нефтеперерабатывающие заводы дают нам множество самых разных продуктов: бензин, авиационный керосин, дизельное и котельное топливо, гудрон, битум, смазочные масла, галогенпроизводные углеводородов, составляющие лекарственных препаратов и полимерных материалов.

Обычно нефть, поступающая на завод для переработки, содержит в себе 500 мг/л солей и 1 % массы воды. Однако на переработку допускают только нефть, в которой содержание солей не превышает 20 мг/л и воды 0,1 % масс.

Обезвоживание и обессоливание сырья НПЗ[2] проводят на блоках ЭЛОУ, которые входят в состав комбинированных установок ЭЛОУ-АТ[3] и ЭЛОУ-АВТ[4]. Именно поэтому ЭЛОУ-АВТ – важнейшая и неотъемлемая часть любого нефтеперерабатывающего завода, без нее просто невозможно представить производственный процесс. Благодаря ей производится удаление воды из входящего потока нефти посредством воздействия электрического тока и разделение ее на составляющие по температурам кипения. На некоторых предприятиях установку любят сравнивать с самогонными аппаратами, но только при более подробном рассмотрении все оказывается немного сложнее, чем перегонка этилового спирта.

Во-первых, стоит пояснить, чем же так опасна вода, содержащаяся в нефти, и откуда в ней соли. Вода опасна для процесса ректификации там, где происходит испарение, так как она увеличивается в объеме в несколько раз, что создает избыточное давление в аппарате, которое может привести к взрыву. Процесс схож с надуванием воздушных шаров. А соли образуются в нефти в результате нейтрализации кислых примесей, коррозионных ядов, уничтожающих металл, словно термиты. Но после добавления щелочи образуются соли, которые уходят вместе с водой.

Основной же процесс подготовки нефти к ее переработке на заводе происходит в дегидраторах. В своем классическом виде это двухступенчатый процесс. На первом его этапе под воздействием электрического тока и специального агента, разрушающего эмульсию и предотвращающего вспенивание, из нефти удаляется основная часть воды. А на втором этапе при помощи щелочи нейтрализуются яды, вредящие металлическим конструкциям аппаратов, и удаляются остатки солей, растворенных в воде.

Звучит довольно сложно, не правда ли? Сначала стоит пояснить, что такое эмульсия. Это смесь двух веществ, где одно из них распределено в виде мелких частиц внутри другого. В нашем случае – это вода, распределенная внутри нефти. Нефть здесь выступает как дисперсная среда, а вода – как дисперсная фаза. Представьте, что это как крупинки мусора, плавающие в океане: они небольшие по размеру, не растворяются в воде и визуально отличаются от нее.

Так вот за счет того, что деэмульгатор посредством физико-химических сил собирает воду в одном месте, происходит увеличение размеров частиц дисперсной фазы. Затем под действием электростатических сил эти частицы преобразуются в диполи[5] и скапливаются на металлической пластине, а далее под действием гравитации сливаются в отстойник. На втором этапе в оставшуюся в нефти воду добавляют гидроксид натрия, увеличивающий ее электропроводность. Это позволяет окончательно удалить воду из сырой нефти, поступающей в ректификационную колонну. Более наглядно схема поляризации частиц в дегидраторе показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Образование диполей воды

Но начать все же стоит с электрообессоливающей установки – небольшого каскада аппаратов, обеспечивающего стабильность дальнейшей переработки нефти. Это своего рода контрольно-пропускной пункт для НПЗ, в состав которого входят несколько насосов и нагревателей, емкость для отделения воды от нефти и непосредственно электродегидратор. Перед поступлением нефти в первый теплообменный аппарат в него впрыскивают деэмульгатор, который разрушает эмульсию воды в нефти, что является катализатором процесса на первой ступени.

Главная задача ЭЛОУ – отделение воды и солей от сырой нефти для дальнейшего ее разделения на фракции в атмосферно-вакуумном блоке посредством ректификации в атмосферной и вакуумной колоннах. Схема такой установки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема двухступенчатой установки ЭЛОУ: I – сырая нефть, II – деэмульгатор, III – щелочь, IV – эмульсия нефти в воде, V – вода, VI – возврат сырой нефти, VII – обезвоженная нефть возвращается в колонну. 1 – насос, 2 – смеситель, 3 – теплообменник подогрева сырой нефти, 4 – дегидратор первой и второй ступени, 5 – отстойник, 6 – теплообменник подогрева обезвоженной нефти.

Как видно на рисунке, эта система включает в себя также теплообменники (ТО), в данном случае нагреватели. Они нагревают нефть до рабочей температуры, которая различается в зависимости от состава сырья, чтобы процесс ее отделения проходил более эффективно. Но более подробно теплообменное оборудование мы рассмотрим в следующих главах, а вот принцип работы самого простого в исполнении сепаратора можно разобрать на примере ЭЛОУ. Сепараторы – это любые аппараты, которые способны разделить несмешивающиеся фазы: нефть и воду, остатки пыли и чистый воздух, желток и белок и т. д.

Отстойник ЭЛОУ является сепаратором разделения гетерогенных смесей[6], к которым относятся гетерогенные растворы и дисперсные системы, где обе фазы являются жидкостями, а их разделение происходит путем прекращения движения. Процесс такого разделения можно легко смоделировать в домашних условиях: смешав воду и масло в различных пропорциях и встряхнув бутылку, можно наблюдать образование дисперсной среды. То же происходит и в системе нефть – вода. Конечно, обе жидкости из-за разной природы не смешиваются, однако и нет четкой границы раздела гомогенных, т. е. однородных фаз. Но стоит только оставить бутылку с маслом в покое, как постепенно начнет происходить разделение сред. Так же работает и наш отстойник, емкость с двумя выходами: из малого отсека – для того, что нужно удалить, и из большого – для целевого продукта.

А что же такое АВТ[7]? Это установка разделения нефти посредством непрерывного теплового и массового обмена между высококипящим и низкокипящим компонентами на контактных устройствах. В ней происходит разделение нефти по температурам кипения ее фракций. Самые низкокипящие фракции представляют собой смесь углеводородных газов и уходят с верха атмосферной колонны. Следующие фракции получаются в жидком состоянии путем конденсации в теплообменниках после колонны.

Первая из них – бензиновая, с температурой кипения до 180 °C. Ее используют в основном для получения товарного бензина, а также в качестве сырья для пиролиза (одного из процессов получения полимеров) и каталитического риформинга, позволяющего получить уже высокооктановый автомобильный бензин, ароматические углеводороды и водородсодержащий газ.

Следующей получают керосиновую фракцию с температурой кипения до 240 °C. Она используется для последующего производства ракетного топлива путем гидроочистки.

Далее выделяется дизельная фракция, использующаяся как топливо для судов и автомобилей и как простое горючее в котельных установках. Ее температура кипения – 350 °C.

Последней жидкой фракцией выделяется атмосферный газойль с температурой кипения 360 °C.

Наконец, из нижней части колонны уходят фракции мазута. Они поступают в колонну вакуумной ректификации, т. е. в аппарат, давление внутри которого стремится к 0 атмосфер. Здесь происходит разделение масляного дистиллята, мазута, гудрона и газойля вакуумной ректификации.

Читателю может показаться, что все довольно просто и по названию каждой фракции легко догадаться о ее назначении и дальнейшем использовании. Не совсем так. Ведь, скажем, бензиновую фракцию саму по себе еще нельзя использовать как топливо. Для этого требуется дальнейшая обработка. Кроме того, в нефтяной промышленности большинство процессов непрерывны, и сырье поступает постоянно, поэтому простым испарением и поочередным отбором фракций с верха колонны не получится добиться качественного разделения нефти на составляющие.

Тогда как же наладить работу завода? Этот вопрос решается довольно просто. Колонна – высокий цилиндрический аппарат, высота которого может достигать 50 метров, в некоторых случаях – даже более 100 метров (хотя на практике ее разделяют на две и более. – Прим. авт.). По всей ее длине создаются отдельные выходы под каждую фракцию. Чем выше температура кипения, тем ближе к кубу, т. е. к низу колонны, будет выход этой фракции.

Рисунок 3. Различные виды тарелок и насадок. Насадки слева: а – вакупак; б – «Кедр»; в – Меллапак 250; г – насадка Гудлоу. Тарелки справа: а – ситчатая, б – колпачковая

Но не будет ли при этом происходить захват паров более низкокипящих компонентов? Определенно будет, но и тут нашлось решение. Ректификация – это не только разделение однородных (гомогенных) смесей, но и процесс непрерывного тепло- и массообмена, который происходит на контактных устройствах, а именно – на тарелках или насадках. Тарелки в колонне – это металлические диски с отверстиями разных типов. А насадки – специальные контактные устройства, предполагающие снижение гидравлического сопротивления при контакте паров с жидкостями при ректификации.

Допустим, с теплообменом на тарелках все понятно: куб греется – нефть испаряется, но откуда берется массообмен? Контакт жидкости и пара происходит путем орошения. Часть легкокипящих компонентов возвращается в колонну на ту же тарелку, с которой и вышли пары. Жидкость стекает по тарелкам, образуя небольшой слой, через который эти пары проходят. И в этот самый момент происходит обмен тепла и массы. Жидкость поглощает те же компоненты, которые в большинстве своем и содержит, тем самым отделяя дизельную фракцию от бензиновой и керосиновой. Более наглядно этот процесс можно увидеть на рисунке 4.

На рисунке 4 показано контактное устройство, а именно тарелка колпачкового типа. По желобкам на тарелку попадает жидкая фаза в виде орошения, слой в которой регулируется перегородкой. Под силой давления колпачок приподнимается и пропускает газ через слой жидкости из нижней части. Именно в этот момент часть высококипящих компонентов переходит в жидкую фазу, а низкокипящих – в газовую. Кроме того, за счет контакта между фазами происходит теплообмен.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

1

Демпфирующий механизм – это инструмент государственного регулирования цен на топливо на внутреннем рынке России.

2

НПЗ – нефтеперерабатывающий завод.

3

ЭЛОУ-АТ – электрообессоливающая атмосферная трубчатка.

4

ЭЛОУ-АВТ – электрообессоливающая атмосферно-вакуумная трубчатка.

5

Диполь – полярная молекула.

6

Гетерогенная смесь – смесь, в которой зрительно различимы частицы других веществ.

7

Атмосферно-вакуумная трубчатка, где атмосферно-вакуумная – это две колонны соответствующего давления, а трубчатка – трубчатая печь для подогрева нефти.