Модернизация нефтеперерабатывающих установок в условиях технологических трендов и перспектив развития

Введение

Современные нефтеперерабатывающие предприятия сталкиваются с возрастающими требованиями к экологической безопасности и конкурентоспособности на мировом рынке. Качественное и глубокое переосмысление традиционных подходов к эксплуатации установок в сфере нефтепереработки становится весьма значимым.

Постановка проблемы: современные нефтеперерабатывающие предприятия сталкиваются с необходимостью технологического обновления в условиях ужесточения экологических норм, растущей конкуренции, появления инновационных решений для повышения эффективности производства. Принимая во внимание, отмеченное выше, разработка подхода к модернизации установок, при котором учитываются как технологические, так и экономические аспекты, является актуальной научно-практической задачей.

Методы и материалы

В ходе подготовки статьи использовались: сравнительный анализ, систематизация, обзор научных публикаций, обобщение. При ознакомлении с материалами, источниками по теме обнаруживается ряд наиболее популярных исследовательских ориентиров.

Так, авторы рассматривают современное состояние и перспективы модернизации нефтеперерабатывающих предприятий в России. А. Р. Акчурина [1, с. 17-23] анализирует ключевые факторы, влияющие на необходимость технологического обновления НПЗ (подразумеваются, в первую очередь, ужесточение экологических норм, усиливающаяся конкуренция). Э. Р. Исмаилова, Г. З. Низамова [2, с. 18-23] более подробно освещают проблематику усовершенствований – с организационно-экономической точки зрения.

Ряд работ посвящен оценке эффективности реализации проектов модернизации функционирования нефтеперерабатывающих установок (с учетом проявляющихся тенденций). К примеру, Е. С. Воробьева [3, с. 134-137] изучает факторы, которые воздействуют на окупаемость. Е. А. Калиненко [4, с. 16-20] дает характеристику возможности отечественных инжиниринговых компаний по реализации проектных инициатив. А. А. Чувасова [5, с. 114-118] рассматривает различные варианты инвестирования в развитие НПЗ – с позиции увеличения их рентабельности.

Некоторые авторы фокусируются на технологических нюансах трансформации систем нефтепереработки. Ю. Р. Гатина [6, с. 135-136] описывает кейсы применительно к отдельным установкам. А. Г. Колмогоров и А. С. Заваленков [7, с. 142-143] рассматривают вопросы модернизации механизма управления технологическими процессами в данной области. Н. К. Кондрашева и В. А. Рудко [8, с. 357-365] исследуют проблемы обеспечения промышленной безопасности на объектах замедленного коксования.

В отдельном блоке публикаций затрагиваются вопросы, которые касаются контроля качества при реализации модернизационных проектов на НПЗ. Г. Ф. Заляева [9, с. 174-176] предлагает методологию расчета параметров потенциальной опасности оборудования. Ю. П. Урожаев [10, с. 54-58] описывает различные тонкости контрольных процедур.

К. А. Богданович анализирует специфику эксплуатации генерирующих мощностей Мозырского НПЗ (Республика Беларусь) [11, с. 228-230], а В. В. Матюшенко описывает особенности охраны природной среды на белорусских нефтеперерабатывающих заводах [12, с. 154-155].

Таким образом, анализ изысканий показывает, что авторы используют разнообразные подходы к проблематике усовершенствования нефтеперерабатывающих предприятий – от общесистемной оценки детерминант и трендов до глубокого изучения отдельных управленческих, технологических, а также организационно-экономических аспектов. Однако интегрированный подход, который учитывает взаимодействие всех этих факторов, пока освещен недостаточно. В дополнение к отмеченному, слабо освещены вопросы интеграции передовых производственных разработок (подразумеваются, в частности, цифровые двойники, системы улавливания углерода) в рамках модернизационных инициатив.

Результаты и обсуждение

Нефтеперерабатывающие предприятия сталкиваются с острой необходимостью повышения эффективности производства на фоне ужесточения экологических норм и растущей конкуренции на мировом рынке. Устаревшее оборудование большинства установок не позволяет достичь требуемой глубины переработки нефти, которая в передовых странах превышает 90%. Белорусские НПЗ выглядят лучше, стремясь соответствовать современным требованиям глубокой переработки нефти, что демонстрирует их успех в адаптации к высоким стандартам отрасли и повышении производственной эффективности. В то время как большинство российских НПЗ демонстрируют лишь средний уровень переработки, что подчеркивает их потребность в значительном технологическом обновлении для достижения аналогичных результатов.

На рисунке 1 представлен базовый перечень технологических трендов в нефтеперерабатывающих установках.

Рис. 1. Обозначение ключевых технологических трендов в функционировании нефтеперерабатывающих установок (составлено автором на основе [3, с. 134-137; 4, с. 16-20])

Так, каталитическое крекирование и гидрокрекинг опирается на усовершенствование катализаторов, повышение эффективности процесса, что позволяет увеличить выход более легких фракций (к примеру, бензин, дизельное топливо) при снижении образования тяжелых остатков.

Энергоэффективные решения ориентированы на снижение потребления энергии за счет оптимизации (улучшение теплообмена, использование высокоэффективного оборудования, внедрение системы управления энергопотреблением).

Применение цифровых технологий и искусственного интеллекта включает использование Интернета вещей для мониторинга состояния оборудования в режиме реального времени. Важную роль играет предиктивная аналитика, которая позволяет предотвращать возможные сбои, а также алгоритмы, направленные на оптимизацию производственных процессов.

В свою очередь, технологии улавливания, хранения, использования углерода (CCUS) предназначены для уменьшения выбросов углекислого газа, что помогает соответствовать экологическим требованиям.

Улучшение катализаторов на базе наноматериалов дает возможность повысить селективность, активность хода переработки нефти, уменьшая затраты на химикаты, а также увеличивая их результативность.

Биокатализ и использование биопроцессов в производстве топлив и компонентов становятся весьма популярными, что помогает смягчить углеродный след, существенно расширить спектр доступных продуктов.

Развитие модульных и гибких установок позволяет быстро приспосабливать и подстраивать производство под изменяющиеся рыночные условия, технологические требования, сокращая время на модернизацию и расширение производственных мощностей.

Что касается «зеленой» химии и переработки альтернативных видов сырья, то это направлено на использование возобновляемых ресурсов (подразумеваются, в первую очередь, биомасса, отходы) в производстве, что содействует экологичности, диверсификации сырьевой базы.

Современные технологии помогают вести непрерывный мониторинг выбросов в режиме реального времени и эффективно управлять отходами, что весьма значимо для соблюдения норм по охране окружающей среды.

Далее следует систематизировать различные аспекты модернизации нефтеперерабатывающих установок (рис. 2), после чего будет дана их характеристика (по выделенным на схеме ниже категориям).

Рис. 2. Выделение ключевых аспектов модернизации нефтеперерабатывающих установок (составлено автором на основе [1, с. 17-23; 7, с. 142-143; 9, с. 174-176; 10, с. 54-58])

Так, применительно к инновационным решениям в модернизации НПЗ целесообразно обратить внимание на цифровые двойники, а также предиктивную аналитику.

Так, внедрение digital-двойников технологических установок позволяет моделировать производственные процессы в режиме реального времени. Программно-аппаратные комплексы собирают информацию с тысяч датчиков, создавая виртуальную копию производства. Это дает возможность прогнозировать износ оборудования, оптимизировать схемы работы, сократить внеплановые простои.

Далее следует остановиться на экологической составляющей модернизации. Так, интеграция систем улавливания углерода в технологическую цепочку НПЗ становится неотъемлемым звеном преобразований. Новейшие абсорбенты на основе аминомодифицированных силикагелей дают возможность снизить выбросы CO₂, регенерировать поглощающие материалы, минимизировать энергозатраты.

Производство «зеленого» водорода методом электролиза воды с задействованием возобновляемых источников энергии открывает новые перспективы для нефтепереработки. Речь в данном ключе идёт о снижении углеродного следа продукции, повышении качества моторных топлив, создании замкнутых производственных циклов.

С позиций оптимизации технологических процессов уместно обратить внимание на три ключевых направления:

• совершенствование первичных процессов переработки;
• разработка новых процессов для увеличения глубины переработки;
• улучшение каталитических процессов.

Так, разработка новых типов цеолитных катализаторов с улучшенными характеристиками позволяет увеличить выход светлых нефтепродуктов на 12–15%, снизить коксообразование, продлить межрегенерационный период работы в 1,5–2 раза [8, с. 357-365].

В свою очередь, внедрение бифункциональных катализаторов нового поколения обеспечивает переработку тяжелых нефтяных остатков с конверсией до 98%, получение дизельного топлива с ультранизким содержанием серы, а также минимизацию образования побочных продуктов [5, с. 114-118].

Что касается экономических аспектов модернизации, целесообразно отметить следующее. Инвестиции в технологическое обновление НПЗ требуют значительных финансовых ресурсов. Однако анализ показывает, что срок окупаемости современных технологических решений составляет 4–6 лет при условии:

• увеличения маржинальности переработки;
• снижения операционных затрат;
• повышения энергоэффективности [6, с. 135-136].

В таблице ниже представлен авторский взгляд на основные направления и перспективы модернизации нефтеперерабатывающих установок. При этом делается фокус на ключевых аспектах, а именно, оптимизацию производственных процессов, повышение экологической безопасности, интеграцию инновационных разработок, необходимых для достижения высокой эффективности и соответствия современным стандартам.

Таблица

Систематизация перспектив модернизации нефтеперерабатывающих установок (составлено автором на основе [2, с. 18-23; 4, с. 16-20; 10, с. 54-58])

Проведенный анализ показывает, что в основе модернизации нефтеперерабатывающих установок должен быть заложен комплексный подход, представленный внедрением инновационных технологий, укреплением экологической безопасности. Внедрение новых технологий, каталитических методов позволит существенно улучшить глубину переработки нефти, снизить отходы. Одновременно переход на более экологичные реагенты, снижение выбросов поспособствует уменьшению углеродного следа, что весьма значимо в условиях усиливающихся требований. Цифровизация и автоматизация процессов обеспечивают дополнительные и достаточно широкие возможности для повышения надежности, стабильности функционирования, помогая управлять производством максимально эффективно, сокращать расходы на аварийное обслуживание. Системы предиктивной аналитики, искусственный интеллект позволяют наблюдать за оборудованием, что минимизирует риски непредвиденных остановок, простоев.

Выводы

Резюмируя, следует отметить, что модернизация нефтеперерабатывающих установок представляет собой многоаспектный процесс, требующий системного подхода, требующий системного подхода, который учитывает множество факторов: экономические, экологические, инновационные и технологические аспекты, с их детальной характеристикой.

Внедрение передовых технологий позволяет не только повысить результативность производства, но и существенно улучшить экологические показатели.

Успешная реализация проектов модернизации формирует базис для долгосрочного развития отрасли на фоне меняющихся рыночных требований, технологических прорывов.

Как представляется, успешное усовершенствование нефтеперерабатывающих установок требует интеграции новейших технологических, экологических, ресурсосберегающих решений, что ориентировано на достижение высокой производственной эффективности и минимизацию пагубного для природы воздействия. Это также будет способствовать повышению конкурентоспособности отрасли, поддержанию устойчивости к внешним экономическим вызовам и угрозам, а также адаптации к меняющимся стандартам.