Дефицит октанового числа на рынке автомобильного бензина: что дальше?

Состояние нефтепереработки в России и в мире

Суммарный объем первичной переработки нефти в мире за 2023 г. достиг порядка 3,7 млрд т/год. Самыми крупнотоннажными продуктами нефтепереработки являются автомобильный бензин (1,1 млрд т/год) и дизельное топливо (1,4 млрд т/год), в мире на них приходится 68% мощностей переработки нефти. По доле продуктов можно судить о глубине переработки нефти и эффективности процессов производства топлив. Если по доле дизельного топлива Россия относительно близка к мировым значениям, то по бензину можно заметить большой разрыв: практически в 2 раза меньше бензина производится в нашей стране чем в среднем по нефтепереработке в мире (см. табл. 1).

Производство автомобильного бензина в России в последние годы активно развивается как по объему – рост с 33,8 млн т в 2010 году до 43,1 млн т в 2024 г., так и по детонационной стойкости – доля автобензинов АИ-95, АИ-98 и АИ-100 выросла с 19% до 46% (см. рис. 1). К сокращению доли бензина АИ-92, который заменяется более высокооктановыми марками, приводит увеличение доли современных автомобилей. За период 2010-2024 гг. его доля снизилась с 65,7% до 54% при сохранении общей лидирующей позиции данной марки и продолжает снижаться. Ориентируясь на потребителя, вследствие обновления автопарка и перехода на автомобили с современными ДВС, растет производство автомобильных бензинов марок АИ-95 и АИ98/100 до 45% и 1,3% соответственно.

Возможности дальнейшего увеличения производства автомобильного бензина связаны в первую очередь со строительством бензиновых схем на новых НПЗ, имеющих в настоящее время преимущественно первичную переработку нефти. Проекты модернизации на данных площадках были связаны с поставкой западного оборудования и технологий и теперь объективно откладываются. В связи с этим при растущем спросе на автобензин возникают проблемы несбалансированности внутреннего рынка. Данные проблемы могут носить системный характер в ближайшие годы. В этой связи нужно учитывать также сложности с экспортом дизельного топлива из России (более 40% дизельного топлива К5 в 2021 году экспортировалось как товарный продукт), так как снижение производительности по дизельному топливу на отдельных НПЗ способно снизить выработку товарного автобензина.

Российский топливный союз в начале 2023 года и в 2024 году сообщал о том, что на розничном рынке наблюдался дисбаланс структуры производства и потребления марок в разрезе автобензинов АИ-92 и более высокооктановых марок АИ-95, АИ-98, АИ-100. При сопоставимых объемах розничных продаж данных двух групп бензинов сохраняется существенный перекос в сторону марки АИ-92 в объемах производства (58%) и продаж на биржевых торгах (62-65%). Несоответствие соотношения производства, биржевых продаж и фактического потребления бензинов указанных марок привело к повышенному спросу на высокооктановые бензины и росту спреда между оптовыми ценами бензинов АИ-95 и АИ-92, достигавшего в моменте 7 тыс. рублей за тонну, что также вызвало рост разницы розничных цен данных бензинов и увеличило привлекательность использования высокооктановых добавок с целью производства бензина АИ-95 из АИ-92.

Таким образом, развитие бензинового рынка в России в значительной степени зависит от потенциала увеличения производства базовых углеводородных бензиновых компонентов, а также от расширения ассортимента и роста объемов выпуска высокооктановых добавок к бензину. В данной статье анализируются возможности расширения бензинового пула за счет более тесной интеграции нефтепереработки и нефтехимии с использованием дополнительного объема ранее не применявшихся высокооктановых добавок и низкооктановых бензиновых фракций.

Анализ ситуации на рынке МТБЭ как ключевого высокооктанового компонента

Мировое производство МТБЭ в 2022 году составило 24,3 млн т. Поскольку МТБЭ был признан опасным для экологии, он запрещен в ряде стран: в США, Канаде, странах Скандинавского полуострова, где наблюдается переход на использование этанола [1]. В это же время в Восточной Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе, наоборот, вводят новые мощности по производству MТБЭ [2]. Благодаря разнонаправленности данных трендов в последние годы мировой рынок МТБЭ оставался стабильным. В ближайшие 10 лет на мировом рынке бензина ожидается стагнация с сохранением текущего уровня производства. При этом будет изменяться компонентный состав бензинового пула и увеличиваться его среднее октановое число. В таких условиях рост спроса на высокооктановые кислородсодержащие добавки неизбежен.

Наиболее популярными в РФ кислородсодержащими добавками к бензинам являются метил-трет-бутиловый (МТБЭ) и метил-трет-амиловый эфиры (МТАЭ/ТАМЭ). Получают данные эфиры путем взаимодействия метанола либо с чистыми углеводородами (изобутилен или изоамилен (изопентен)), либо с фракциями, их содержащими (бутан-бутиленовая фракция, легкий бензин каталитического крекинга). В России МТБЭ и ТАМЭ используют исключительно в качестве добавки к бензинам, однако в мире МТБЭ также применяют для получения и более удобного транспортирования изобутилена полимерной чистоты.

Октаноповышающие добавки в автомобильный бензин занимают большую часть рынка присадок для всех топлив в России, включая также авиационное и дизельное топливо (см. табл. 2). В 2024 году суммарное производства данных эфиров в России составило 1,6 млн т, из которых 1,4 млн т (85%) приходилось на МТБЭ. Около 20% объема МТБЭ производится на нефтеперерабатывающих заводах для внутреннего использования. Остальные 80% приходятся на нефтехимические предприятия, поставляющие МТБЭ на внутренний и экспортные рынки. Крупнейшими из них являются: АО «Омский каучук» (222 тыс. т), ООО «Тольяттикаучук» (223 тыс. т), ПАО «Сибур» (362 тыс. т), АО ГК «ЭКТОС» (348 тыс. т).

В 2019 году при примерно равных 2024 году объемах производства экспорт МТБЭ достиг исторического максимума – 529 тыс. т при практически нулевом импорте. После выхода экономики из пандемии Covid-19 внутренний спрос на МТБЭ существенно вырос и по итогам 2024 году профицитность составила только 60 тыс. т (около 4% производства). Ключевыми драйверами, поддерживающими спрос на МТБЭ и другие высокооктановые добавки, выступают увеличение выпуска автомобильных бензинов и повышение среднего октанового числа бензинового пула.

Объем производства ТАМЭ существенно меньше, чем у МТБЭ, что связано с более низкой октаноповышающей способностью и ограниченностью ресурсной базы изоамиленов (см. рис. 2). В 2024 году было произведено порядка 200 тыс. т ТАМЭ. Крупнейшим и единственным производителем чистого ТАМЭ является Новокуйбышевская НК, мощности которой достаточно для производства 300 тыс. т эфира, но на данный момент установка работает менее чем на 50% мощности. Еще два предприятия производят ТАМЭ-содержащую фракцию на основе легкого бензина каталитического крекинга: ТАИФ-НК и Газпромнефть МНПЗ, мощности которых в пересчете на эфир составляют 25 и 55 тыс. т, соответственно.

Весь объем метил-трет-бутилового и метил-трет-амилового эфиров в РФ потребляется в целях производства товарных высокооктановых бензинов, а крупнейшими потребителями являются ВИНК и отдельные НПЗ. Наибольший объем потребления эфиров из компаний у ПАО «НК «Роснефть»: объем внешних закупок МТБЭ в 2022 году составил около 180 тыс. т, при собственном производстве данного эфира порядка 62 тыс. т. Среди отдельных НПЗ лидеров по объему потребления высокооктановых добавок можно условно выделить две группы: НПЗ, обладающие развитой вторичной переработкой, большим выпуском бензинов (в том числе АИ-98/100) и иногда собственным производством МТБЭ, и предприятия, имеющие крайне специфические технологии смешения, значимой частью которых является МТБЭ. К первой группе можно отнести: АО «ННК – Хабаровский НПЗ» (потребление 50-55 тыс. т МТБЭ в год), АО «Газпромнефть – МНПЗ (50-60 тыс. т/год), «Славнефть – ЯНОС» (40-50 тыс. т/год), АО «Ачинский НПЗ ВНК» (35-45 тыс. т/год), АО «Ангарская НХК» (35-40 тыс. т/год); ко второй ООО «Газпром переработка» – Сургутский ЗСК (90-120 тыс. т/год) и ОАО «ТАИФ-НК» (50-70 тыс. т/год).

Оптовые цены на автобензин в России в 2023-2024 гг. регулярно били рекорды. При этом цена на высокооктановый бензин АИ-95-К5 росла более высокими темпами по сравнению с маркой АИ-92-К5. Связано это во многом с отмечаемым дисбалансом между структурой производства и потребления двух основных марок бензина. В этих условиях для производителей топлива очень важна ситуация на рынке октаноповышающих компонентов – их цены и доступность объемов.

Безальтернативность на рынке высокооктановых добавок и горячий рынок бензинов создают условия для опережающего роста цен на МТБЭ. На рис. 3 показано, как выросла цена на МТБЭ и автомобильный бензин за период только с 2021 года по 3-й квартал 2024 года. Если в 2016-2019 гг. МТБЭ стоил на 10-25% дороже автобензина АИ-92-К5, то после выхода из пандемии премия относительно бензина стала составлять 40-80% при этом цена на МТБЭ с 2016 года по 3 квартал 2024 г. выросла на 94%.

Другие возможные и экономически целесообразные альтернативы для повышения октанового числа автомобильного бензина законодательно запрещены: биоэтанол при его использовании в концентрации более 9% и N-метиланилин. Повышение октанового числа за счет увеличения содержания ароматики невозможно выше требования в 35% к товарному бензину, многие НПЗ уже не обладают запасом по содержанию ароматики и вынуждены выпускать топлива с максимально допустимым содержанием аренов. Таким образом, становится актуальным поиск альтернативных путей производства высокооктановых компонентов бензина по технологиям, доступным для внедрения на российские НПЗ.

Перспективные технологии получения высокооктановых компонентов на НПЗ

Одним из возможных решений для снижения потребности НПЗ в использовании МТБЭ может быть организация собственного процесса производства ТАМЭ на базе бензина каталитического крекинга или чистой олефиновой фракции. Выделение амиленовой фракции дорогостоящий процесс, тогда как этерификация бензина целиком позволяет получить только ТАМЭ-содержащую фракцию. Для повышения эффективности процесса производства ТАМЭ может быть использовано два подхода: изомеризация потока ЛБФ для увеличения доли реакционноспособных олефинов на входе (см. рис. 4) и изомеризация отходящего рафината С5 и возвратом реакционноспособных олефинов на вход (см. рис. 5).

Все схемы имеют свои преимущества перед традиционно принятыми и позволяют увеличить выходы высокооктановых компонентов. Для простоты сравнения было использовано условно принятое сырье и производительность по сырью 100 000 тонн в год (см. табл. 3).

Наибольший прирост эфира показывает схема с изомеризацией пентенов и возвратом изомеризата в сырьевой поток. Выход эфира увеличивается более чем на 13%. Однако необходимо учитывать, что при изомеризации сырья на входе появляются дополнительные преиму щества, так, помимо непосредственно изомеризации происходит селективное гидрирование диолефинов С5, что в свою очередь приводит к увеличению сырьевого потенциала и снижению образования полимерных отложений на катализаторе этерификации, что увеличит его пробег.

Аналогичный эффект можно предположить и для установок получения МТБЭ. Актуальным применение блока изомеризации для увеличения выхода высокооктановых добавок будет для тех производителей, которые не имеют в своем составе установок алкилирования или димеризации, традиционно следующих в цепочке технологических схем за установками получения МТБЭ.

Так же перспективным представляется включение в сырьевой пул установок получения эфиров легких углеводородных фракций установок замедленного коксования. Значительные количества диолефинов, содержащиеся в продуктах установок коксования, могут быть селективно преобразованы в подходящие олефины с последующим получением соответствующих эфиров.

В качестве альтернативы метиловым эфирам можно рассмотреть установки получения этиловых эфиров. Эти установки перспективны как с точки зрения экологических аспектов, так и с точки зрения увеличения выработки суммарной эфирной фракции, т.к. в отличие от метиловых эфиров нет ограничения по содержанию этанола в продуктах, тем самым можно исключить блоки отмывки от спирта снизив капитальные и эксплуатационные затраты. Около половины подаваемого этанола тратится на образование эфира, остальное – высокооктановый компонент в целевом продукте – эфирной фракции (ФЭ).

Основное количество ТАМЭ потребляется в составе эфирной фракции при производстве АИ-95 путем смешения с МТБЭ и базовым бензином (~45% риформата; ~30% БКК; ~15% изомеризата; ~5% газовых компонентов; ~5% низкооктановых компонентов). Получение более тяжелого эфира означает его большее содержание в эфирной фракции. С одновременно бóльшим октановым числом ТАЭЭ по сравнению с ТАМЭ повышается ценность эфирной фракции как высокооктанового компонента бензина. Вовлечение в композицию ФЭ этанола дополнительно повышает выход и октановое число. При содержании этанола в эфирной фракции на уровне 10% можно значительно снизить вовлечение МТБЭ при производстве АИ-95.

Модификация установки позволяет не использовать колонну и блок отмывки и увеличить отбор эфирной фракции (см. рис. 6). Упрощение аппаратурного оформления обеспечивает дополнительный экономический эффект от предлагаемого нововведения.

При содержании остаточного этанола в составе ФЭ на уровне 10% его доля в финальной композиции бензина составляет всего 1,3%, что полностью соответствует требованиям ГОСТ и ТР ТС как по доле этанола, так и суммарному кислороду. Несмотря на бóльшую стоимость этанола в сравнении с метанолом, снижение потребление МТБЭ позволяет достичь достаточно высокого экономического эффекта в текущем уровне цен. На примере НПЗ, где есть установка метоксилирования БКК мощностью порядка 230 тыс. т/год, по сырью оценочные расчеты показывают экономический эффект в 463 млн руб./год. Модернизированный состав будет обладать пониженным углеродным следом, что можно использовать для разработки климатического проекта (ФЗ №296) и выпуска углеродных единиц в количестве 67 400 в год (около 67 млн рублей в год) (см. табл. 4). ООО «ЦМНТ» и ООО «Алвега» на данный момент занимаются разработкой и внедрением технологий эффективного производства ТАМЭ и ТАЭЭ на НПЗ.

Выводы

Российский рынок автомобильного бензина сталкивается с дефицитом высокооктановых компонентов, главным образом из-за несоответствия структуры производства бензинов и реального спроса на высокооктановые марки топлива (АИ-95, АИ-98, АИ-100). Это привело к росту цен на основные высокооктановые добавки, такие как метил-третбутиловый эфир (МТБЭ), чей рынок в России остается напряженным. В качестве эффективного решения может быть рассмотрено увеличение выработки эфиров С5+. Это могут быть ТАМЭ или эфирные компоненты на основе этанола (ТАЭЭ). Эти решения не только повышают производительность установок, но и позволяют снизить себестоимость продукции и одновременно уменьшить углеродный след.

Список литературы

1. World Oil Outlook 2050. OPEC, 2024
2. Oil 2024. Analysis and forecast to 2030. IEA, 2024
3. Статистика Управления энергетической информации США. URL: https://www.eia.gov/
4. Статистика по энергетике ООН. URL: https://unstats.un.org/unsd/energystats/data/
5. Капустин В.М. Технология производства автомобильных бензинов. – М.: Химия, 2015. – 256 с.
6. The Energy and Resources Institute (TERI). 2023. Enhancing India’s Biofuels Programme: examining the role of oxyfuels in India’s clean fuel transition. New Delhi: TERI