Энерго- и ресурсосбережение в химии, нефтедобыче и нефтепереработке

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

И. В. Кузнецова, И. И. Гильмутдинов 

ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 
В НЕФТЕДОБЫЧЕ  
И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ 

Учебно-методическое пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 622.276(075) 
ББК 33.361я7 

К89

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. В. К. Ильин 
канд. техн. наук, доц. Е. С .Каратаева 

К89 

Кузнецова И. В. 
Энерго- и ресурсосбережение в химии, нефтедобыче и нефтепереработке : учебно-методическое пособие / И. В. Кузнецова, И. И. Гильмутдинов; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 
Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 136 с. 

ISBN 978-5-7882-2921-8

Рассмотрены варианты энергосбережения в нефтедобыче и нефтепереработке. Разобраны процессы и оборудование переработки нефти и газа. В практической работе представлены расчеты по реализации энергосберегающих мероприятий с вариантами заданий для студентов и лабораторные работы по энергосбережению с использованием люксометра и тепловизора. 
Предназначено для магистров направления подготовки 13.04.01 «Сверхкритические флюидные технологии процессов глубокой переработки углеводородного сырья». 
Подготовлено на кафедре теоретических основ теплотехники. 

ISBN 978-5-7882-2921-8
© Кузнецова И. В., Гильмутдинов И. И., 2020
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 622.276(075) 
ББК 33.361я7

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................................... 4 

1. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В НЕФТЕДОБЫЧЕ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ:
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ...................................................................................................................................... 11 

1.1. Методы добычи нефти ............................................................................................................................. 11 

1.2. Традиционные методы увеличения нефтеотдачи ....................................................................... 15 

1.3. Энергетика добычи нефти: основные направления оптимизации 
энергопотребления ........................................................................................................................................... 18 

1.4. Общая характеристика процессов промысловой подготовки нефти и газа .................... 23 

1.5. Процессы и оборудование переработки нефти и газа .............................................................. 26 

1.6. Топливно-энергетический баланс нефтеперерабатывающих предприятий .................... 32 

1.7. Пути энергосбережения и повышения энергоэффективности на объектах 
промысловой подготовки и переработки углеводородного сырья .............................................. 38 

1.8. Элементы системного подхода к решению проблем энерго- 
и ресурсосбережения ....................................................................................................................................... 51 

1.9. Перспективы энергосбережения и энергоменеджмента в России ...................................... 69 

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ............................................................................................................................... 80 

2.1. Организация автоматизированного теплового пункта .............................................................. 80 

2.2. Использование датчиков движения .................................................................................................. 83 

2.3. Автоматизация освещения в местах общего пользования ...................................................... 87 

2.4. Промывка трубопроводов системы отопления. Снижение тепловых 
и гидравлических потерь за счет удаления внутренних отложений ........................................... 91 

2.5. Расчет эффективности утепления материалов ............................................................................. 95 

2.6. Установка частотно-регулируемого привода .............................................................................. 103 

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ........................................................................................................................... 108 

Лабораторная работа 1. Исследование освещенности помещения и рабочих мест ......... 108 

Лабораторная работа 2. Основы и практическое использование инфракрасного 
тепловизора ....................................................................................................................................................... 122 

ЛИТЕРАТУРА .......................................................................................................................................................... 134 

В В Е Д Е Н И Е

Продукция химической промышленности практически вытеснила из употребления естественные продукты. Топливо и пластмассы, 
резина, технические газы, лекарства, одежда и продукты питания, красители – это неполный перечень классов химической продукции. 
В настоящее время научно-техническое развитие не оказывает существенного влияния на изменение технологического уклада химической 
индустрии. Так, доля производства прогрессивных материалов в 2–
3 раза ниже, чем в развитых капиталистических странах. Доля продукции, выпускаемой по устаревшим технологиям первого поколения, составляет около 60 %, что приводит к дополнительным издержкам производства и ухудшению экологической безопасности. Такое состояние 
технического уровня привело к снижению эффективности и конкурентоспособности химической продукции. 
Средняя энерго- и материалоемкость в РФ по основным химическим продуктам в 1,5 – 2 раза выше, чем в ведущих странах, на 20–25 % 
выше потребление технологической и оборонной воды. Смена поколений многих технологических процессов осуществляется через 20–
25 лет при 7–10 -летних сроках смены в ведущих странах. Износ основных фондов превышает 60 %. Тщательность отработки химико-технологических процессов, качественное оборудование, автоматизация процессов позволяют не только уменьшить энергопотребление, но и, улучшив качество продукции, конкурировать на мировом рынке. В настоящее время отсутствие собственных финансовых средств и неэффективное управление производством практически на всех предприятиях затрудняет внедрение перечисленных мер. 
В 2016 г. совместным приказом Минпромторга и Минэнерго России подписано распоряжение от 18 мая 2016 года №954-р, где утвержден план мероприятий по реализации Стратегии развития химического и нефтехимического комплекса на период до 2030 года. В соответствии с планом в период с 2016 по 2030 годы, в частности, будет 
осуществлено техническое перевооружение и модернизация действующих химических и нефтегазовых производств. Также будут созданы новые экономически эффективные, ресурсо- и энергосберегающие и экологически безопасные производства. План направлен на увеличение 
внутреннего спроса на продукцию химического и нефтехимического 
комплекса. 

В период с 2016 по 2030 годы в соответствии с планом будут, в 
частности, реализованы меры, направленные: 
– на техническое перевооружение и модернизацию действующих и создание новых экономически эффективных, ресурсо- и энергосберегающих и экологически безопасных химических и нефтегазохимических производств; 
– развитие экспортного потенциала;
– организационно-структурное 
развитие 
химического 
комплекса; 
– повышение инновационной активности предприятий химического комплекса; 
– ресурсно-сырьевое и топливно-энергетическое обеспечение
химического комплекса; 
– развитие транспортно-логистической инфраструктуры;
– развитие нормативно-правового регулирования и государственного управления в области обеспечения промышленной безопасности химических и нефтехимических производств и продукции; 
– разработку программ кредитования и финансирования отраслей химического комплекса. 
Предприятия химической промышленности потребляют около 
16 % энергоресурсов всех предприятий промышленности, причем 70 % 
из них идет непосредственно на технологические процессы. Наибольший расход энергоресурсов приходится на производство аммиака, желтого фосфора, метанола, карбамида, пластмассы, каустической соды, 
хлора, азотной кислоты. Крупные потребители энергоресурсов – азотнотуковые заводы. Крупными потребителями электроэнергии являются 
заводы по выпуску фосфора из природных фосфатов путем восстановления углеродистыми материалами в рудно-термических трехфазных 
печах мощностью до 100 МВА. Энергозатраты в производстве фосфора 
составляют 13 800–15 100 кВт⸱ч/т. 
В химической промышленности основными направлениями 
энерго- и ресурсосбережения являются: 
1) повышение КПД печей путем внедрения теплоутилизационного оборудования, замена устаревших горелочных устройств, усиление теплоизоляции; 
2) оптимизация режима горения на основе оснащения печей
средствами автоматического контроля и управления режимом горения; 

3) комбинирование технологических процессов, применение новых высокоэффективных катализаторов и экстрагентов; 
4) модернизация действующих технологических установок;
5) комбинированное производство электроэнергии и тепла с использованием газотурбинных ТЭЦ; 
6) плановая замена действующих агрегатов крупнотоннажных
производств аммиака на агрегаты нового поколения АМ-80, АМ-85 и 
АМ-90; 
7) совершенствование технологических процессов производства
калийных удобрений, апатитового концентрата, желтого фосфора, капролактама, карбамида, серной кислоты и других продуктов; 
8) ввод высокопроизводительных агрегатов АК-72, АК -72М по
производству слабой азотной кислоты. 
Одной из самых важных отраслей химической промышленности 
является нефтехимическая промышленность. Данная отрасль занимается производством синтетических материалов и различных изделий, 
используя для этого продукты переработки нефти. На предприятиях 
нефтехимической промышленности производятся такие виды материалов, как каучук синтетический, сажа, полиэтилен, пропилен, этилен, 
бытовая химия и моющие средства, удобрения. То есть все, чем человек 
уже давно привык пользоваться в повседневной жизни. 
В нефтехимической промышленности основным направлением 
энерго- и ресурсосбережения является техническое перевооружение 
производств бутиловых спиртов, синтетического каучука, этилена, пропилена со снижением удельных расходов природного газа. 
План развития газо- и нефтехимии России на период до 
2030 года, утвержденный приказом Минэнерго России от 1 марта 
2012 г., определяет основные стратегические цели, а также направления, механизмы и инструменты их достижения на базе реализации 
крупных инвестиционных проектов по переработке легкого углеводородного сырья в крупнотоннажную продукцию нефтегазохимии. В ходе 
разработки Плана развития газо- и нефтехимии России на период до 
2030 года была выявлена основная проблема отрасли – избыток нефтегазохимического сырья (сжиженные углеводородные газы, нафта, этан) 
и высокий потенциал роста спроса на нефтегазохимическую продукцию при явном дефиците мощностей для производства базовых моно

меров этилена и пропилена – пиролизов. В соответствии с Планом в период с 2010 по 2030 годы планируется активное строительство и расширение пиролизных мощностей в 4,8 раза по этилену. 
В случае реализации всех проектов, заявленных в Плане, российская нефтегазохимическая отрасль к 2030 году сделает качественный 
скачок вперед (табл. 1.1). 
Таблица 1.1 
Динамика потребления основных видов нефтегазохимической 
продукции на душу населения в России, кг/чел 

Наименование

продукции 

2009 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г. 2025 г. 2030 г. Целевое 

значение 
Плана на 
2030 г. 

синтетические 
смолы и пласт
массы 

19,5 
22,9 
34,5 
53,2 
62,0 
68,9 
> 60

синтетические

каучуки 

1,5 
1,8 
2,3 
2,8 
3,4 
4,1 
> 3,5

Нефтяная промышленность – отрасль экономики, занимающаяся, 
добычей переработкой, транспортировкой, складированием и продажей природного полезного ископаемого – нефти и сопутствующих 
нефтепродуктов. 
Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности производят топливо для двигателей и самолетов, дизельное топливо, мазут, 
сжиженный нефтяной газ, смазочные масла и сырье для химических заводов. Сырая нефть очищается до нафты, которая служит сырьем для 
производства ацетилена, метанола, аммиака и многих других химических продуктов. 
Современные нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) состоят из 
отдельных комплектных технологических установок, количество которых определяет годовую производительность НПЗ. Производительность крупных НПЗ достигает 20 млн т/год. В зависимости от выбранной структуры потребления нефтепродуктов может меняться технологическая схема НПЗ. Так, применяя различные технологические схемы 
НПЗ, можно изменять глубину переработки нефти, т. е. получать, 

например, выход мазутов 15–45 % (по весу от количества перерабатываемой нефти). Имеются электроприемники общезаводского характера, 
из которых наиболее мощными являются блоки оборотной воды 
с насосными станциями мощностью несколько тысяч киловатт и товарно-сырьевая база с многочисленными насосами. 
Около 50 % себестоимости продукции НПЗ составляют затраты 
на энергоресурсы. Основными потребителями энергии являются дистилляционные, отпарные и разделительные колонны, где сырая нефть 
разделяется на ряд конечных продуктов, 50 % потребляемой энергии 
идет на колонны первичной фракционной дистилляции (она расходуется для нагрева сырой нефти и получения пара, используемого в колонне). Еще 35 % энергии потребляется в установке для конверсии, 
а остальные 15 % – для конечной обработки продукции. Показатели, отражающие потребление энергии в процессах нефтепереработки, приведены в табл. 1.2. 

Таблица 1.2 
Потребление энергии в процессах нефтепереработки  

Наименование 
Производительность, тыс. т/год

Установленная 
мощность, кВт

Вторичная перегонка бензина 
100 
1646 

Каталитический крекинг 
200 
2717 

Термический крекинг 
750 
910 

Каталитический риформинг однопоточный 
750 
8674 

Каталитический риформинг двухпоточный 
450 
893 

Азеотропная перегонка 
300 
6159 

Сернокислотная очистка вторичной перегонки
300 
7359 

Гидроочистка дизельного топлива 
150 
500 

Непрерывное коксование 
50 
254 

Контактное коксование 
700 
5340 

Газофракционирование 
300 
5338 

Сероочистка газа 
500 
2013 

Сероочистка сухого газа 
400 
1164 

Сернокислотное алкилирование 
35 
159 

Полимеризация пропан-пропиленовой 
фракции 

160 
196 

Депарафинизация 
125 
3897 

Окончание табл. 1.2 

Депарафинизация сдвоенная 
250 
9615 

Обезмасливание газа 
160 
4316 

Контактная очистка масел 
330 
554 

Производство строительных и дорожных 
битумов 

– 
554 

Производство катализатора  
для каталитического крекинга 

– 
5658 

Производство катализатора для гидроочистки 
– 
1701 

Производство присадок 
6,64 
180 

В нефтяной промышленности в качестве приоритетных направлений в области энерго- и ресурсосбережения выделены следующие: 
1) утилизация попутного нефтяного газа, в настоящее время
сжигаемого в факелах 912 млрд м в год; 
2) создание и широкое применение блочно-комплектных автоматизированных газотурбинных теплоэлектроцентралей, работающих 
на сырой нефти и попутном нефтяном газе, в сочетании с котлами-утилизаторами, блоками по закачке в пласт дымовых газов с целью повышения их нефтеотдачи; 
3) создание и внедрение парогенераторов и водогрейных котлов,
специально приспособленных для работы на сырой нефти или попутном нефтяном газе для выработки тепла с целью его закачки в продуктивные пласты для повышения их нефтеотдачи. 
Основная задача газовой промышленности – добыча и разведка 
природного газоснабжение по газопроводам, производство искусственного газа из угля и сланцев, переработка газа, использование его в различных отраслях промышленности и коммунально-бытовом хозяйстве. 
В газовой промышленности энерго- и ресурсосбережение планируется осуществлять за счет: 
– технического перевооружения газотранспортных систем с заменой низкоэкономичных газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на высокоэкономичные с КПД 36–43 % (в комплекте 
с теплоиспользующим оборудованием); 
– внедрения низконапорных технологий транспорта газа;
– широкого применения эффективных систем управления и антипомпажного регулирования; 
– совершенствования системы измерения расхода газа;

– внедрения высокоэффективного утилизационного оборудования, в том числе регенераторов, подогревателей газа и теплообменников; 
– использования парогазовых установок для приводов нагнетателей газа и электрогенераторов; 
– углубления комплексной переработки газа с извлечением ценных компонентов: серы, этана, пропан-бутана, гелия, водорода, и др.; 
– увеличения на 15–20 % доли электропривода в системе транспорта газа, внедрение регулируемого привода; 
– применения газорасширительных турбин на газораспределительных станциях и пунктах магистральных газопроводов для производства дополнительной электроэнергии без дополнительных затрат 
топлива; 
– снижения удельного расхода газа на собственные нужды на
20–25 % 
– использования вторичных энергоресурсов газокомпрессорных станций на цели теплоснабжения.