Вопросы потребления и генерации водорода в технологических процессах нефтеперерабатывающих предприятий

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования обусловлено реализацией в Российской Федерации программы модернизации нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), направленной на увеличение глубины переработки нефти и повышения качества нефтепродуктов. Рост доли процессов углубленной переработки ведет к значительному изменению баланса водорода на НПЗ, что требует комплексного анализа его генерации и потребления. ЦЕЛЬ. Провести анализ структуры потребления и генерации водорода в технологических процессах НПЗ. Установить зависимость потребления водорода от глубины переработки нефти. Оценить наиболее эффективные методы получения водорода для применения на НПЗ. МЕТОДЫ. В основе исследования лежит анализ нормативных показателей и технологических характеристик основных процессов нефтепереработки (изомерзация, гидроочистка, гидрокрекинг, каталитический риформинг). На основе материальных балансов данных процессов, установлена корреляция между глубиной переработки нефти и объемом потребления водорода на НПЗ. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье приведены удельные расходы энергетических ресурсов, для основных технологических установок. Установлено, что для достижения глубины переработки нефти свыше 85% требуется значительное увеличение потребление водорода и внедрение дополнительной гидрообработки остаточного мазута. Определено, что каталитический риформинг является одним из ключевых источников ВСГ, в то время как гидроочистка и гидрокрекинг – его основные потребителями. Установлено, что для покрытия дефицита водорода на НПЗ наиболее экономически эффективным методом является строительство собственной установки производства водорода методом паровой конверсии. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В условиях необходимости повышения глубины переработки нефти и истощения запасов легкой нефти наблюдается устойчивая тенденция к увеличению потребления водорода на технологические нужды НПЗ. Для развития нефтеперерабатывающей отрасли, необходимо модернизация и внедрение новых эффективных мощностей по генерации водорода.

1. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2050 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 12.04.2025 №908-р. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/411766542//

2. Байкова О.В., Большакова О.И., Чеботаева Е.С., Громыко Е.О. Оценка результатов модернизации и перспектив развития российской нефтепереработки в условиях санкционных ограничений//Вестник университета. 2023. № 11. С. 81–91.

3. Афанасьев В. Я. Трансформация топливно-энергетического комплекса для обеспечения энергетической безопасности России в эпоху санкционных ограничений / В. Я. Афанасьев, О. И. Большакова, А. А. Романцов // Вестник университета. – 2023. – № 9. – С. 93-102.

4. Тыртов Е. Российская нефтепереработка: выживут сильнейшие / Е. Тыртов, Е. Демидова // Энергетическая политика. – 2021. – № 7(161). – С. 38-47.

5. Королева А. Н. Моделирование процесса изомеризации легких бензиновых фракций в программном пакете Aspen Hysys и анализ полученных результатов / А. Н. Королева, В. А. Бахман, Е. Л. Царегородцев // Международный научно исследовательский журнал. – 2023. – № 7(133).

6. Строкин А.В., Черкасова Е.И. Основные тенденции процесса изомеризации // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 8. С. 66-68.

7. Hidalgo, J. M. Current uses and trends in catalytic isomerization, alkylation and etherification processes to improve gasoline quality / J. M. Hidalgo, M. Zbuzek, R. Cerny, P. Jisa // Central European Journal of Chemistry. 2014. Vol. 12. №. 1. P. 1-13. (Идальго, Дж. М. Текущее использование и тенденции процессов каталитической изомеризации, алкилирования и этерификации для улучшения качества бензина / Дж. М. Идальго, М. Збузек, Р. Черни, П. Джиса // Центральноевропейский химический журнал. 2014. Т. 12. №. 1. С. 1-13.)

8. Valavarasu, G. Light naphtha isomerization process: A review / G. Valavarasu, B. Sairam // Petroleum Science and Technology. 2013. Vol. 31. №. 6. P. 580-595. Валаварасу, Г. Процесс изомеризации легкой нафты: обзор / Г. Валаварасу, Б. Сайрам // Нефтяная наука и технология. 2013. Т. 31. №. 6. С. 580-595.

9. Мейерс Р.А. Основные процессы нефтепереработки. Справочник: пер.с англ. под ред. Глаголевой О.Ф., Лыкова О.П. 3-е изд. СПб.: Профессия, 2012. 944 с

10. Солодова Н. Л. Водород-энергоноситель и реагент. Технологии его получения / Н. Л. Солодова, Е. И. Черкасова, И. И. Салахов, В. П. Тутубалина // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2017. – Т. 19, № 11-12. – С. 39-50.

11. Задача управления процессом каталитического риформинга и метод ее решения / В. Г. Матвейкин, Б. С. Дмитриевский, А. Г. Кокуев, А. М. Джамбеков // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2019. – Т. 330, № 6. – С. 59-67.

12. Яруллин Р.С., Салихов И.З., Черезов Д.С., Нурисламова А.Р. Перспективы водородных технологий в энергетике и химической промышленности // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. №2. С.70-83

13. Концепция развития водородной энергетики в Российской Федерации [Электронный ресурс] : утв. распоряжением Правительства РФ от 12.10.2021 № 2812-р. — URL: http://static.government.ru/media/files/5JFns1CDAKqYKzZ0mnRADAw2NqcVsexl.pdf

14. Geopolitics of the Energy Transformation: The Hydrogen Factor. — Abu Dhabi : International Renewable Energy Agency (IRENA), 2022. — 140 p. — URL: https://www.irena.org//media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/Jan/IRENA_Geopolitics_Hydrogen_2022.pdf

15. Методы получения водорода в промышленном масштабе. Сравнительный анализ / Д. Р. Шафиев, А. Н. Трапезников, А. А. Хохонов // Успехи в химии и химической технологии. — 2020. — Т. XXXIV, № 12 (235). — С. 53–57. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-polucheniya-vodoroda-v-promyshlennom-masshtabe-sravnitelnyy-analiz/viewer

16. Семенова, И. В. Производство электролитического водорода. Физико-химические закономерности, современное состояние и перспективы развития / И. В. Семенова // Энергосбережение и водоподготовка. — 2010. — № 3. — С. 15–21. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15223310

17. Hydrogen Production: State of Technology / S. Li, Q. Kang, J. Baeyens, H. L. Zhang, Y. M. Deng // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2020. — Vol. 544. — P. 012011. — DOI 10.1088/1755-1315/544/1/012011

18. Сравнение различных технологий производства водорода из природного газа / Н. А. Мезаал, А. А. Калютик, А. С. Салман, Л. М. Абдали // Интеллектуальные системы в производстве. — 2023. — Т. 21, № 4. — С. 101–108. — DOI 10.22213/2410-9304-2023-4-101-108

19. Развитие водородной энергетики в России и мире [Электронный ресурс] : аналитический доклад / Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации. — Москва, 2021. — 64 с. — URL: https://delprof.ru/upload/iblock/eef/DelProf_Analitika_Vodorodnaya-energetika.pdf

20. Parkes, R. ‘Too much green hydrogen’ | Is China is heading for an oversupply of renewable H2 / R. Parkes // Hydrogen Insight. — 2023. — 24 August. — URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/-too-much-green-hydrogen-is-china-is-heading-for-an-oversupply-of-renewable-h2-/2-1-1505821

21. Kessler, R. Texas has industrial makings for $100bn hydrogen superhub with 180k jobs by 2050: report / R. Kessler // Recharge. — 2022. — 23 June. — URL: https://www.rechargenews.com/energy-transition/texas-has-industrial-makings-for-100bn-hydrogen-superhub-with-180k-jobs-by-2050-report/2-1-1243998

22. Ghilotti, D. Spain will be Europe’s ‘first green hydrogen hub’ and export millions of tonnes a year to the rest of the continent, says Enagas / D. Ghilotti // Hydrogen Insight. — 2023. — 25 January. — URL: https://www.hydrogeninsight.com/policy/spain-will-be-europe-s-first-green-hydrogen-hub-and-export-millions-of-tonnes-a-year-to-the-rest-of-the-continent-says-enagas/2-1-1393472

23. Экономика производства водорода с учетом экспорта и российского рынка / Ф. Веселов, А. Соляник // Энергетическая политика. – 2022. – № 4(170). – С. 58-67. – DOI 10.46920/2409-5516_2022_4170_58.

24. IEA. The future of hydrogen. July 2019.

25. Hydrogen Council. Path to hydrogen competitiveness: a cost perspective. January 2020. URL: httpsV/hydrogencouncil.com/wp-content/upioads/2020/Ol/Path-to-Hydrogen-Competitiveness_Full-Study-l.pdf.

26. Бекиров Э. А., Развитие энергокомплексов по получению водорода на территории Республики Крым / Э. А. Бекиров, М. М. Асанов, С. Ш. Нусретова // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 161-172. – DOI 10.30724/1998-9903-2021-23-2-161-172.

27. Николаев, Ю. Е. Оценка эффективности энергокомплексов с производством водорода, кислорода, тепла и электроэнергии / Ю. Е. Николаев, М. А. Айдаров // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 114-127. – DOI 10.30724/1998-9903-2024-26-2-114-127.

28. Водородное топливо-как альтернатива традиционным видам топлива / Э. Р. Зверева, Г. Е. Марьин, И. Г. Ахметова [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 187-197. – DOI 10.30724/1998-9903-2025-27-3-187-197.

29. Плетнев М. А. Социально-экономические проблемы развития водородной энергетики / М. А. Плетнев, А. Н. Копысов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 36-45. – DOI 10.30724/1998-9903-2021-23-2-36-45.