XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Производство арктического дизельного топлива и газовый анализатор

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Корнеев В.Д. 1

---

1МАОУ "Голышмановская СОШ " 4"

Кузьминых И.Г. 1

---

1МАОУ "Голышмановская СОШ № 4"

Работа в формате PDF

665.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

«Сургутнефтегаз» является одной из  крупнейших российских вертикально интегрированных нефтяных компаний (ВИНК). На ее долю приходится 11 % общероссийской нефтедобычи, 6, 3 % нефтепереработки в стране, около 14 % производства попутного нефтяного газа России.

ПАО «Сургутнефтегаз» осуществляет промышленную эксплуатацию месторождений, которые находятся в Западной Сибири (75 %) и в Восточной Сибири (25 %).

Чистый убыток «Сургутнефтегаза» по РСБУ в первом полугодии 2021 года составил 37,93 миллиарда рублей против прибыли в 371,433 миллиарда рублей в 2020 году. Выручка компании выросла на 11% – до уровня в 798,999 миллиарда рублей, так называемые «прочие доходы» снизились на 24,7%, до 639,494 миллиарда рублей. Почему произошло снижение? ПАО «Сургутнефтегаз» является одной из самых закрытых компаний среди торгуемых на Московской бирже и  акции падают. Или сыграла роль пандемия?

Проблема. Снижение прибыли нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей компании.

Актуальность. Почему эта информация актуальна для нас? Взрослое население работает в нефтяной и газовой области, и мы думаем связать свою деятельность с нефтью и газом. Но компания будет дальше сокращать рабочие места, или снижать заработанную плату, если не выйдет в прибыль. Студенты и выпускники ТюмГу и ТИУ (ведущие вузы УРФО) проходят стажировку и работают в научно-исследовательском центре «СургутНИПИнефть», который расположен в г. Тюмени.

Цель: выявить наиболее оптимальную систему для увеличения прибыли нефтегазового сектора компании Сургутнефтегаз.

Задачи:

1. Изучить рентабельность, чистый доход компании.

2. Изучить технологические процессы производства продукции на предприятиях.

3. Оценить возможность расширения производства более рентабельным продуктом.

4. Собрать устройство, которое можно внедрить для безопасности производства.

Объект исследования: технологические процессы на предприятиях нефтегазового комплекса.

Предмет исследования: дизельное топливо и устройство безопасности.

Гипотеза: возможно расширение производства дизельного топлива и использование цифровизации производства повысит прибыль компании.

План исследования

Изучение научно-популярной литературы и сайтов в сети Интернет.

Анализ технологических процессов.

Проектирование чертежа, модели, расчет системы работы.

Анализ работы устройства.

Метод теоретический. Анализ литературы по теме «Цифровизация энергетики», журналы компании «Сургутнефтегаз», «Газпром», «Сибур». Беседа со специалистами, работающими в сфере пожарной безопасности.

Метод эмпирический. Изучение производства нефтепродуктов. Проектирование, конструирование устройства.

Метод экспериментальный. Исследование – скорректировать работу модели.

Основная часть

Сектор переработки нефти и газа

Компании ТЭК и МСК на Тюменском рынке: «Газпром», «Роснефть», «Сургутнефтегаз», «Лукойл», «Газпромнефть». Рассмотрим компании наиболее рентабельные: «Газпром», «Роснефть».

ПАО «Газпром» — глобальная энергетическая компания. Основные направления деятельности — геологоразведка, добыча, транспортировка, хранение, переработка и реализация газа, газового конденсата и нефти, реализация газа в качестве моторного топлива, а также производство и сбыт тепло- и электроэнергии. 12,3 млн. тонн годовой выработки в 2020 году[1].

«Роснефть» – лидер российской нефтяной отрасли и одна из крупнейших публичных нефтегазовых компаний мира. 15,1 млн тонн годовой выработки в 2020 году [2].

Технологическое решение с использованием «цифровизации» в нефтяной отрасли используется впервые. Примечателен тот факт, что ИС охватывает все ключевые процессы: от добычи нефти газа до логистики. Специалисты оцифровали основные производственные объекты, включая объекты энергетики[3].

Например, АСУЗ, обладая информацией о количестве человек в здании (считывая данные из системы контроля доступа, измеряя уровень CO₂ или работая по расписанию), переводит установки в определенный режим работы.

Одно из направлений развития 2018 – 2024 годы – это цифровизация нефтегазового комплекса[4].

Но предприятие «Сургутнефтегаз» базируется в Тюменской области и мы считаем, что ее развитие значимо для региона.

В состав сектора переработки нефти и газа ПАО «Сургутнефтегаз» входят нефтеперерабатывающий завод ООО «КИНЕФ» мощностью 20,1 млн тонн нефти в год, расположенный в Ленинградской области, и  газоперерабатывающий комплекс мощностью 7,3 млрд м³ газа в год в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре.

Сургутский ЗСК — завод в России по переработке газового конденсата и углеводородного сырья. 100 тысяч тонн дизельного топлива было реализовано в 2020 г.

Есть ли у компании потенциал? Оказывается есть. Чистая прибыль компании по итогам 2020 года выросла в 4,4 раза и достигла 850,35 млрд рублей (по МСФО)[5].

А почему происходит снижение прибыли, и что нужно делать? Налоги на добычу нефти в Западной Сибири самые высокие в России, но в 2020 году компания повысила прибыль. Как выйти из убытка? Как поднять прибыль?

Мы предлагаем расширить территорию реализации. Стоит ли это делать? Продукция компании конкурентоспособна, или ее поглотят гиганты «Газпром», «Роснефть», «Сибур», расположенный в г. Тобольске? Мы изучили рентабельность, чистый доход и технологические процессы на предприятиях «Сургутнефтегаза». Анализ материалов по производству нефти и газа в 2020 году представлен в таблице 1.

Т аблица 1. Исходные данные в 2020 году

Состав сырьевой базы «Сургутнефтегаз» на 2020 год, представлен в таблице 2.

Таблица 2. Состав Сырьевой базы

Состав продукции «Сургутнефтегаз» на 2020 году

жидкие углеводороды   (561 тыс. т)

автомобильный бензин (2,5 млн т), дизельное топливо (7 млн т)

авиационный керосин (0,6 млн т), мазут (6,3 млн т)

 сухой отбензиненный газ (5, 7 млрд  м³)

продукция нефтехимии(1,2 млн т).

Рентабельность можно представить по укрупнённому плану кооперации компаний: Добыч

Нефтепровод→ Транспортировка

Поставщики оборудования → Технологический процесс

Транспорт, сельхозпредприятия

11 нефтебаз → Сбытовые предприятия (5), АЗС – 292

Разработка решения нефтепереработки

Компании необходимо расширить свою сферу продаж. Продавать дизельное топливо, бензин в Западной Сибири (нет АЗС, на данном рынке присутствует «Газпром»). Конкурентоспособность позволит снизить стоимость продукции для населения и увеличит продажи.

Продавать ШФЛУ «Сибур. Холдингу», а не предприятиям в Восточной Сибири, стоимость транспортировки будет значительно снижена, из – за относительной близости расположения предприятий. Возможно, построить нефтеперерабатывающий завод на территории Западной Сибири, так как основные объемы добычи и внедрение новых месторождений ведутся именно там, и сырьевая база составляет более 400 млн. тонн нефти и газа.

Мы изучили риски предприятия, возможность цифровой трансформации, развитие «Сургутнефтегаз» в перспективе.

На ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» производится более 80 наименований продукции, большинство которой идет на экспорт, и АЗС находятся на территории Восточной Сибири и в центральной части России.

В 2020 году в Западной Сибири компанией велась эксплуатация 68 месторождений, добыча нефти составила 51,8 млн. тонн, в  Восточной Сибири составила 9,1 млн. тонн. В Западной Сибири расположен Газоперерабатывающий завод, который является основным звеном в системе использования попутного нефтяного газа ПАО «Сургутнефтегаз». Ежегодно на заводе перерабатывается порядка 60 % поступающего с месторождений компании ПНГ, который идет на производство газа ПНГ и ШФЛУ, переработку на  собственном газоперерабатывающем заводе, поставку сторонним потребителям, потребление на собственные нужды, в том числе для энергогенерирующих мощностей. В состав компании входят семь нефтегазодобывающих компаний.

Вся продукция предприятия обладает высочайшим качеством, конкурентоспособностью и экологичностью. В настоящее время все технологические процессы на заводе автоматизированы более чем на 70%. Основные риски: высокая конкуренция, падением цен на углеводороды, валютные риски (банковские депозиты составляют более 3,1 трлн. рублей), санкционные риски, риски, связанные с закрытостью и непрозрачностью компании. Возможно, цифровая трансформация необходима именно этой компании, это позволит сделать ее более открытой.

В Западной Сибири будет хорошо реализовываться именно дизельное арктическое топливо, так как температура зимой может опуститься до – 50 ºС. Нефть Западной Сибири содержит низкое количество ртути и считается легкой, поэтому перерабатываемые нефтепродукты получаются конкурентоспособными на рынке [5]. Процесс переработки нефти представлен в схеме 1(приложение).

Дизельное топливо - продукт перегонки нефти, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания [6].

Нефть отстаивается в резервуарах, смешивается, обеззараживается и обессоливается ( электродегидратор напряженностью 1–3 кВ/см).

Нефть поступает на блок атмосферно-вакуумной перегонки, в котором ее подогревают при атмосферном давлении и разделяют на фракции. После прохождения блока первичной переработки на выходе получаются бензин, дизель, газ и другие компоненты. То есть одна часть после перегонки (прямогонный бензин) отправляется на реализацию. Другая часть после этапа гидроочистки уже является топливом для реактивных двигателей и дизелем класса Евро-5 .

Вторичная переработка - тяжёлая нефть отправляется на установку гидрокрекинга.

Гидрокрекинг вакуумного газойля, степень конвекции - 99 %. Основной объект комплекса – комбинированная установка глубокой переработки мазута –  включает в себя секции вакуумной дистилляции (мощностью 4900 тысяч тонн в год), гидрокрекинга (2900 тысяч тонн в год), висбрекинга (1900 тысяч тонн в год), производства водорода (112 тысяч тонн в год по 100 % водороду) и установку очистки сточных вод и отпарки кислой воды мощностью 570 тысяч тонн в год. Гидроочистка дизельного топлива – класс ЕВРО - 5. Производство элементарной серы методом Клауса мощностью 75 тысяч тонн в год.

Выделяются фракции: бензин, дизель (2 млн тонн ДТ), газ, керосин. Риформинг - актановое число, крекинг – очистка от серы и других примесей. Процесс переработки нефть-бензин занимает около 6 часов, но с учетом организационных и профилактических работ около суток.Графическая схема и внутренние технологические процессы представлены в схеме 2.(приложение)

Из 1 тонны нефти 72% превращается в нефтепродукты, 28% в мазут. 30% —дизель, 24% — автомобильный бензин, 11% — авиационное топливо, 7% — газ.

ДТ класса Евро - 5 имеет низкое содержание серы (0, 04), конкурентоспособно на рынке, в 2020 году его реализация выросла на 27 %.

Дизельное арктическое топливо (ДТ-А-К5) вошло в сотню лучших российских товаров 2018 года. Прогноз увеличения применения дизельных двигателей составляет в 2030 г. на 20%.

Если рассматривать сырьевую базу, используемую для производства дизельного топлива класса Евро-5, то имеем следующие данные:

Нефть

Промышленная разработка 74  месторождений.

Объем добычи 60,9 млн тонн

Эксплуатационное бурение 4846 тыс. метров

Ввод новых нефтяных скважин 1437 скважин

Cейсморазведочные работы в  проводились в 4 регионах

Объем инвестиций в нефтегазодобывающий сектор в 2021 году составил 203,1 млрд руб., из  них 88, 2  % пришлось на  Западную Сибирь, 11, 6 % – на Восточную Сибирь и 0, 2 % – на ТиманоПечорскую нефтегазоносную провинцию.

Газовый и дымовой анализатор

Устройство предупредит о повышении концентрации газа и дыма и поднимет тревогу в случае превышения порогового значения. Чувствительным элементом детектора выступает датчик широкого спектра газов MQ-2.

Для сборки использовали микроконтроллер Arduino UNO , кабель, датчик газа MQ-2, красный и зеленый светодиоды, три резистора сопротивлением 220 Ом, макетную плату, соединительные провода, зуммер (фото 3, приложение). Дымовой датчик обнаруживает концентрацию LPG (сжиженного нефтяного газа), пропана, водорода, дыма, метана и угарного газа от 200 до 10000 ppm (миллионных долей) и алкоголя [7].

Записали программу на определение наличия газа или дыма. Если нет газа и дыма, то горит зеленый светодиод. При измерении чувствительности датчика, он определял наличие газа или дыма при 60 ppm, поэтому порог срабатывания установили 60 единиц. При обнаружении газа или дыма, датчик переходит в активный режим и включает красный светодиод, зуммер издает звук. После удаления источника газа, диод гаснет, звук исчезает. Устройство поможет определить наличие дыма или газа в помещении. (Фото 4, 5, приложение)

Стоимость использованного оборудования

Например, аналогичный газовый анализатор стоит 4000 рублей, наше устройство оценивается в 657 рублей (фото 5, приложение).

Заключение

ПАО «Сургутнефтегаз» — одна из крупнейших в России нефтегазовых компаний в сфере геологоразведки, добычи, переработки и продажи углеводородов, но предприятие терпит убытки. Изучив объемы добычи, капиталовложения, технологические процессы на производстве, мы выяснили, что предприятию нужно увеличить производство арктического дизельного топлива. Если производить его на предприятии в Тюменской области, то это позволит снизить стоимость топлива и обеспечит его конкурентоспособность. Так как основными поставщиками дизельного топлива в регионе является Газпром, то снижении цены позволит, расширит продажу топлива.

Дизельное арктическое топливо (ДТ-А-К5) – количество серы А – 0, 04 %, температура застывания до -50°С, европейский стандарт EN 590-2009, он же ЕВРО-5. 

Цетановое число —40 единиц при t от -30°С; плотность — 760-820 кг/м³ при t от -30 до 0°С; вязкость — от 1,45 до 4,6 мм²/с максимум при t -30 — 0°С.

«Сургутнефтегаз»: нефтеперерабатывающий завод мощностью 20,1 млн тонн нефти в год и  газоперерабатывающий комплекс мощностью 7,3 млрд м³ газа в год, исследовательский центр - «СургутНИПИнефть» расположен в г. Тюмень.

Основные технологические процессы, используемые для производства продукта: добыча, обессоливание, обеззараживание.

Атмосферно-вакуумная перегонка, очищение. Каталитический крекинг: гидрокрекинг, риформинг, вакуумная дистилляция, висбрекинг. Гидроочистка дизельного топлива класс ЕВРО– 5.

Выводы

Для того, что бы увеличить прибыль, предприятию занимающемуся нефтедобычей и нефтепереработкой, в частности «Сургутнефтегаз» нужно расширить рынок сбыта продукции арктического дизельного топлива, возможно сотрудничество с «Сибуром». На настоящий момент производство дизельного топлива составляет 7 % от общего рынка России (диаграмма 1, приложение). Технологическое решение с использованием «Цифровой трансформации» в нефтяной отрасли является установление современных датчиков на производстве. Для обеспечения безопасности на предприятии мы собрали устройство фиксирующее выделение газа или дыма. Газовый анализатор, зафиксирует наличие газа или дыма в помещении или транспорте.

Крупные заводы по переработке нефти смогут получить льготу 4,5 тыс. рублей на тонну сырья с 2022 года, а к 2026 году льгота увеличится до 7,5 тыс. рублей. Поэтому данный проект имеет перспективы [3].

Список использованных источников и литературы

Газпром. [Электронный ресурс] .URL: https://www.gazprom.ru/projects/yamal.

Роснефть. Отчет о устойчивом развитии 2020. Москва, 166 стр.

Цифровизация энергетика. Министерство энергетики Российской федерации, 2019 г.

Программа научных исследований «Цифровая энергетика» МЭИ. Национальный исследовательский университет. [Электронный ресурс] / URL: concept-pni.pdf

Годовой отчет Сургутнефтегаз. Сургут 2020. 49 стр.

Популярная нефтехимия. Москва. Издательство Ломоносов.2018 г. 177 стр.

Петин, В. А., Биняковский, А. А. Практическая энциклопедия.2 – е издание. Arduinо. /В. А. Петин, А. А. Биняковский. - Москва, 2020.- 165с.

Приложение

Фото 1. Добыча нефти.

Фото 2. Завод по переработке нефти.

Схема 1. Схема переработки нефти.

Схема 2. Графическая схема и внутренние технологические процессы.

Фото 3. Сборка устройства.

Фото 4. Зеленый светодиод. Фото 5. Анализатор обнаружил дым.

Фото 6. Газовый анализатор.

Диаграмма 1. Производство дизельного топлива.