Богатые запасы нефти — еще не решение всех проблем страны хотя бы потому, что переработка углеводородов требует больших вложений, сил и сложных технологических решений, то есть сотрудничества промышленников и ученых. Над некоторыми проблемами этой отрасли сегодня работают исследователи Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
Связь науки и производства в области переработки углеводородного сырья пришла в упадок в нашей стране в 1990-е годы: преобразования этого периода практически привели к исчезновению специализированных отраслевых институтов, связывавших промышленность и фундаментальные исследования. Сегодня, когда страна пытается уйти от зависимости от добычи и экспорта полезных ископаемых и продуктов их первичной переработки, эта проблема заметно сказывается. Желая ее преодолеть, крупные компании начали создавать собственные подразделения, ответственные за внедрение современных технологий, закупать новое аналитическое и испытательное оборудование, полагая, что этого достаточно для решения текущих задач. При этом предполагалось, что новые технологические решения смогут дать в основном государственные научно-исследовательские институты, однако федерального финансирования явно недостаточно, чтобы предложить производству такие решения. Здесь обязательно требуется активное государственно-частное партнерство.
Специально созданный в ИК СО РАН научный коллектив, возглавляемый академиком Валентином Николаевичем Пармоном, получил грант Российского научного фонда на разработку новых нетрадиционных процессов глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы. Одна из задач, стоящих перед учеными, — переработка очень тяжелых, практически твердых, нефтяных остатков, которые получаются после первичной перегонки сырья. Они содержат массу ценных компонентов, но из-за высокого содержания в них серы и других примесей традиционные подходы сталкиваются с непреодолимыми, на первый взгляд, трудностями.
В интенсивно развивающемся мире актуален вопрос использования доступных, но пока мало задействованных, концентрированных источников энергии, при этом очевидно: производство таких источников должно базироваться на эффективных ресурсосберегающих технологиях. К сожалению, многие российские компании пытаются идти по проверенному пути — заимствовать технологические и организационные решения у зарубежных коллег. Такой подход в большинстве случаев не работает: идеи, просто вынутые из одной системы и вставленные в другую, далеко не всегда дают положительные результаты.
— Например, в странах Персидского залива развиты технологии первичной и вторичной нефтепереработки. Но нужно понимать: там доступно углеводородное сырье отличного качества, с которым можно работать традиционными методами, — у него отсутствует ряд нюансов, характерных для нашего, — объясняет сотрудник ИК СО РАН кандидат химических наук Кирилл Королёв. — Да, у нас нет недостатка ни в нефти, ни в газе, ни в угле, но при этом отечественные ископаемые имеют ряд специфичных особенностей. Если наши конкуренты добывают легкую нефть и много сопутствующих газов, что позволяет сразу, на месте, решать проблемы, связанные с получением энергии для дальнейших процессов, то у нас всё не так просто.
Судя по открытым данным, порядка 20—30 % нефти в России является тяжелой (высоковязкая, плотная): это значит, что после первичной переработки остаются фракции, непригодные для последующего освоения традиционными методами. Реологические свойства такой нефти накладывают ограничения на ее транспортировку и методы первичной переработки, а высокое содержание серы ограничивает применение современных каталитических методов. Нужно также учитывать, что в различных бассейнах РФ от 30 до 70 % нефти является высокопарафинистой — она содержит ценные высококипящие углеводороды, но традиционные методы ее переработки (даже те, что основаны на новых каталитических технологиях с использованием водорода), не применимы к наиболее тяжелым продуктам. Важно отметить: в этих остатках, например гудроне, заключен большой потенциал в плане получения битумов (для дорожного строительства), кокса (электроды для металлургии), моторного и котельного топлива и так далее. Если с использованием легких прямогонных фракций в России проблем нет, то производить из гудрона высокотехнологические продукты, востребованные как на внутреннем, так и на внешнем рынке, мы не можем.
Можно надеяться, что подход, который ИК СО РАН реализует в рамках проекта РНФ, позволит без использования водорода перерабатывать тяжелые остатки не только в топливо и битумы, но и производить востребованные в РФ газы: этилен, пропилен, ряд других легких ненасыщенных углеводородов, а это и получение полимеров, и базовых веществ для химической промышленности в целом. О необходимости развивать эту сферу говорит, к примеру, тот факт, что в России сейчас никто не производит исходные компоненты для одного из видов высокоэнергетического ракетного топлива, синтез которого был разработан еще в советские годы.
— Стоит отметить еще один аспект. Часто создатели новых технологий, особенно в сфере нефтепереработки, не в полной мере осознают смысла слова «ресурсосберегающий». Мне довелось проработать 2,5 года в крупной инвестиционной компании в Объединенных Арабских Эмиратах, где отвечал за научно-техническую экспертизу инновационных проектов, и я обратил внимание на то, что большинство разработчиков (умышленно или нет) избегают проблемы переработки отходов, — а ведь они есть в любом производстве, тем более в таком сложном, — отмечает Кирилл Королёв. — Перед нами встает вопрос: что с ними делать? Наш институт в этом плане имеет большой задел.
Под руководством заместителя директора по науке ИК СО РАН доктора химических наук Вадима Анатольевича Яковлева выполнен цикл работ по сжиганию органических остатков в кипящем слое в присутствии специально разработанного катализатора. Эта технология уже успешно себя зарекомендовала. На ее основе построены несколько угольных котельных, обеспечивающих экологически безопасное, эффективное сжигание угля и при этом существенно более низкую себестоимость выработки тепла. Также есть возможность использовать достижения ученых для сжигания иловых осадков, получаемых при переработке сточных вод, отходов агропромышленности и тому подобного: это позволит безопасно их утилизировать, получив к тому же тепло и электроэнергию. Такая технология актуальна как для крупных городов с высокой скоростью образования и накопления органических отходов, так и для объектов, где существуют проблемы с доставкой топлива. В рамках проекта РНФ она будет доработана и станет завершающей стадией в цикле ресурсосберегающей переработки невостребованного нефтяного сырья.
Для решения существующих проблем стали всё чаще привлекать ученых РАН: этому способствует наметившаяся последние годы тенденция «заказных проектов» — они направлены на сближение позиций академической науки и производства.
— Особенность проектов РНФ в том, что они требуют софинансирования работы крупными отечественными компаниями, вовлеченными в реальные производственные циклы, — объясняет Кирилл Королев. — На первых этапах вложения со стороны этих компаний могут быть небольшими, но по ходу развития должны увеличиваться: то есть с каждым годом технологическая составляющая исследования будет становиться всё больше и больше. Это, безусловно, стимулирует конструктивный диалог между фундаментальной наукой и производством и создает атмосферу взаимной ответственности за конечный результат.
ИК СО РАН располагает уникальными экспериментальными данными относительно переработки тяжелой и высокопарафинистой нефти без использования водорода. В реализации подхода, который будет включать интенсивные физические воздействия и применение современных каталитических систем, заинтересованы две авторитетные организации РАН, компетентные в этой области, а также крупный производитель и переработчик нефти в нашей стране.
Можно только отметить, что описанные проблемы — не единственное, что тормозит развитие отраслей, перерабатывающих ископаемые ресурсы. Здесь сказываются и другие факторы.
— Это тема для отдельного разговора. Есть трудности, связанные с системой высшего образования, в частности в Новосибирске. Такие вузы, как Новосибирский государственный университет, дают отличное академическое образование, но при этом технологическая составляющая там недостаточна, — говорит Кирилл Королёв. — В то же время, например, в Новосибирском государственном техническом университете большей частью уделяют внимание формальной стороне дела, а преподавание фундаментальных химических дисциплин, на мой взгляд, не соответствует текущему уровню техники. Здесь есть над чем задуматься. Разумеется, эта разобщенность между техническими и академическими вузами сказывается на практически каждой перерабатывающей отрасли страны.
Наталья Бобренок
Рисунки предоставлены Кириллом Королёвым
