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 энерго-
сбережению с использованием люксометра и тепловизора. 
Предназначено для магистров направления подготовки 13.04.01 «Сверхкри-
тические флюидные технологии процессов глубокой переработки углеводород-
ного 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 вытес-
нила из употребления естественные продукты. Топливо и пластмассы, 
резина, технические газы, лекарства, одежда и продукты питания, кра-
сители – это неполный перечень классов химической продукции. 
В настоящее время научно-техническое развитие не оказывает суще-
ственного влияния на изменение технологического уклада химической 
индустрии. Так, доля производства прогрессивных материалов в 2–
3 раза ниже, чем в развитых капиталистических странах. Доля продук-
ции, выпускаемой по устаревшим технологиям первого поколения, со-
ставляет около 60 %, что приводит к дополнительным издержкам про-
изводства и ухудшению экологической безопасности. Такое состояние 
технического уровня привело к снижению эффективности и конкурен-
тоспособности химической продукции. 
Средняя энерго- и материалоемкость в РФ по основным химиче-
ским продуктам в 1,5 – 2 раза выше, чем в ведущих странах, на 20–25 % 
выше потребление технологической и оборонной воды. Смена поколе-
ний многих технологических процессов осуществляется через 20–
25 лет при 7–10 -летних сроках смены в ведущих странах. Износ основ-
ных фондов превышает 60 %. Тщательность отработки химико-техно-
логических процессов, качественное оборудование, автоматизация про-
цессов позволяют не только уменьшить энергопотребление, но и, улуч-
шив качество продукции, конкурировать на мировом рынке. В настоя-
щее время отсутствие собственных финансовых средств и неэффектив-
ное 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 теплоутилизацион-
ного оборудования, замена устаревших горелочных устройств, усиле-
ние теплоизоляции; 
2) оптимизация режима горения на основе оснащения печей
средствами автоматического контроля и управления режимом горения; 

3) комбинирование технологических процессов, применение но-
вых высокоэффективных катализаторов и экстрагентов; 
4) модернизация действующих технологических установок;
5) комбинированное производство электроэнергии и тепла с ис-
пользованием 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, ка-
пролактама, 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 занима-
ется производством синтетических материалов и различных изделий, 
используя для этого продукты переработки нефти. На предприятиях 
нефтехимической промышленности производятся такие виды материа-
лов, 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, про-
пилена 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 направле-
ния, механизмы и инструменты их достижения на базе реализации 
крупных инвестиционных проектов по переработке легкого углеводо-
родного 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 пластмассы 


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 ди-
стилляционные, отпарные и разделительные колонны, где сырая нефть 
разделяется на ряд конечных продуктов, 50 % потребляемой энергии 
идет на колонны первичной фракционной дистилляции (она расходу-
ется для нагрева сырой нефти и получения пара, используемого в ко-
лонне). Еще 35 % энергии потребляется в установке для конверсии, 
а остальные 15 % – для конечной обработки продукции. Показатели, от-
ражающие потребление энергии в процессах нефтепереработки, приве-
дены в табл. 1.2. 

Таблица 1.2 
Потребление энергии в процессах нефтепереработки  

Наименование 
Производитель-
ность, 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 направле-
ний 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 авто-
матизированных газотурбинных теплоэлектроцентралей, работающих 
на сырой нефти и попутном нефтяном газе, в сочетании с котлами-ути-
лизаторами, блоками по закачке в пласт дымовых газов с целью повы-
шения их нефтеотдачи; 
3) создание и внедрение парогенераторов и водогрейных котлов,
специально приспособленных для работы на сырой нефти или попут-
ном нефтяном газе для выработки тепла с целью его закачки в продук-
тивные пласты для повышения их нефтеотдачи. 
Основная задача газовой промышленности – добыча и разведка 
природного газоснабжение по газопроводам, производство искусствен-
ного газа из угля и сланцев, переработка газа, использование его в раз-
личных отраслях промышленности и коммунально-бытовом хозяйстве. 
В газовой промышленности энерго- и ресурсосбережение плани-
руется осуществлять за счет: 
– технического перевооружения газотранспортных систем с за-
меной низкоэкономичных газоперекачивающих агрегатов с газотур-
бинным приводом на высокоэкономичные с КПД 36–43 % (в комплекте 
с теплоиспользующим оборудованием); 
– внедрения низконапорных технологий транспорта газа;
– широкого применения эффективных систем управления и ан-
типомпажного регулирования; 
– совершенствования системы измерения расхода газа;

– внедрения высокоэффективного утилизационного оборудова-
ния, в том числе регенераторов, подогревателей газа и теплообменников; 
– использования парогазовых установок для приводов нагнета-
телей газа и электрогенераторов; 
– углубления комплексной переработки газа с извлечением цен-
ных компонентов: серы, этана, пропан-бутана, гелия, водорода, и др.; 
– увеличения на 15–20 % доли электропривода в системе транс-
порта газа, внедрение регулируемого привода; 
– применения газорасширительных турбин на газораспредели-
тельных станциях и пунктах магистральных газопроводов для произ-
водства дополнительной электроэнергии без дополнительных затрат 
топлива; 
– снижения удельного расхода газа на собственные нужды на
20–25 % 
– использования вторичных энергоресурсов газокомпрессор-
ных станций на цели теплоснабжения. 

1 .  Э Н Е Р Г О С Б Е Р Е Ж Е Н И Е  В  Н Е Ф Т Е Д О Б Ы Ч Е  
И  Н Е Ф Т Е П Е Р Е Р А Б О Т К Е :  Т Е О Р Е Т И Ч Е С К А Я  Ч А С Т Ь

1.1. Методы добычи нефти 

Метод добычи нефти зависит от величины давления в пласте и 
способе его поддержания. Можно выделить три метода:  
- первичный – нефть фонтанирует из скважины за счет высокого
давления в нефтеносном пласте и не требует создания дополнительного 
искусственного нагнетания давления, коэффициент извлечение нефти 
5–15%; 
- вторичный – когда естественное давление в скважине падает и
подъем нефти не возможен без дополнительного нагнетания давления 
за счет ввода в пласт воды или природного/попутного газа, коэффициент 
извлечение нефти 35 – 45%;  
- третичный – увеличение извлечения нефти из пласта после
снижения ее добычи вторичными методами, коэффициент извлечение 
нефти 40 – 60%. 

Классификация способов добычи 

По принципу физического воздействия на жидкое нефтяное тело 
сегодня есть только два основных способа добычи: фонтанный и механизированный. 
В свою очередь к механизированному можно отнести 
газлифтный и насосный методы подъема. Если нефть из недр выдавливается 
на землю только под воздействием природной энергии нефтеносного 
пласта, то способ добычи называют фонтанным. Но всегда 
наступает момент, когда запасы энергии пласта истощаются, а скважина 
перестает фонтанировать. Тогда подъем осуществляют с применением 
дополнительного энергетического оборудования. Такой способ 
добычи и является механизированным. Механизированный способ бывает 
газлифтным и насосным. В свою очередь газлифт можно осуществлять 
компрессорным и бескомпрессорным методом. Насосный способ 
реализуется посредством использования мощных глубинных насосов: