Специалистами Пермского политехнического университета ( ПНИПУ) создан инновационный подход к моделированию качества продуктов нефтепереработки.
Ирина Медведева
Проведение эксперимента. Автор и источник: Пресс-служба ПНИПУ
В процессе переработки одного барреля нефти (объемом 159 литров) получают такие продукты, как бензин, авиационный керосин, дизельное топливо, полимеры, битум, косметические средства. Для получения из нефти составляющих ее подвергают нагреву: легкие фракции переходят в газообразное состояние, тогда как тяжелые требуют более высокого нагрева.
До настоящего времени зоны этих фракций определялись методом, разработанным еще в XIX столетии, что давало погрешность до 10–15 °C. Зафиксировать температуру начала кипения довольно проблематично, а температуру окончания процесса зачастую не представляется возможным определить вовсе. Поэтому тяжелые компоненты частично оказываются в составе бензина, а легкие дизеля или мазута.
Как результат, предприятия ежегодно большие объемы ресурсов, а автовладельцы сталкиваются с проблемами запуска двигателя в зимнее время и повышением расхода горючего.
По сообщению Пресс-службы ПНИПУ, ученые из России создали математический алгоритм, способный вычислять данные параметры с точностью до 3°C, что позволяет регулировать производственный процесс и обеспечивать выпуск топлива со стабильными характеристиками.
Данные исследования опубликованы в выпуске журнала «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология» за 2026 год.
Нефть как природный конструктор
На предприятиях нефть нагревается в колоссальных колоннах высотой с двадцатиэтажный дом: пары легких фракций поднимаются вверх, а более тяжелые остаются внизу. На первый взгляд технология осуществляется автоматически, но на практике фракции способны смешиваться.
Для борьбы с этим необходимо четко представлять температурные границы начала и конца испарения всех компонентов. Ранее это определялось методом, изобретенным в девятнадцатом веке. Он заключается в нагреве нефтепродукта в лабораторной колбе и фиксации температуры выкипания заданного процента жидкости, например, 10%, 50%, 90%.
Данный подход имеет серьезные недостатки: начало кипения зафиксировать с высокой точностью практически нереально первые пузырьки образуются неравномерно, и оборудование нередко дает сбои. В ряде случаев температуру окончания кипения невозможно определить: легкие фракции, (бензин), испаряются стремительно, до начала замера, а тяжелые, (дизель и мазут), начинают коксование при перегреве, не успевая перейти в пар.
В результате ключевые параметры, устанавливающие зоны получения бензина, керосина и дизеля, являются неточными либо вовсе не определяются. Достоверны только данные середины процесса перегонки. Но если границы между фракциями неизвестны, тяжелые компоненты безусловно проникают в бензин, а легкие оказываются в дизеле или в мазуте.
Для НПЗ это оборачивается потерей сырья сотнями тысяч тонн ежегодно. Страдают и автомобилисты: попадание тяжелых компонентов в бензин ухудшает его испаряемость зимой мотор не заводится, а летом такие примеси не сгорают полностью, оставляя нагар и увеличивая расход топлива.
Лабораторное оборудование. Автор и источник: Пресс-служба ПНИПУ
Алгоритм определения технологических параметров для получения фракций
Специалисты Пермского Политеха в сотрудничестве с ООО «Промышленная кибернетика» создали новый математический подход, позволяющий вычислять температуру начала и конца кипения нефтепродуктов с погрешностью не более 3°C. Это позволяет корректно налаживать технологический процесс и получать топливо более устойчивого качества.
Как пояснил Сергей Кобелев, студент магистратуры кафедры «Автоматизация технологических процессов» ПНИПУ и специалист ООО «Промышленная кибернетика», на заводе точно известны температуры выкипания 10%, 50% и 90% топлива. Разработанная математическая формула позволяет по этим точкам высчитывать температуру начала и конца кипения.
Применив новый метод к реальным образцам керосина и дизеля, ученые впервые сумели определить фактические температуры появления первых паров: для керосина это 144,1°C, для дизеля 202,3°C. Также была вычислена температура конца кипения и полного выкипания топлива.
Асия Кобелева, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ и к.т.н., добавила, что были построены графики, показывающие не только объем выкипевшего топлива, а скорость данного процесса.
Это дало возможность понять степень взаимного проникновения керосина и дизеля в ходе перегонки. Чем больше их пересечение, тем выше количество примесей, переходящих из одной фракции в другую, что свидетельствует о неэффективной работе колонны и снижении качества топлива.
Разработанные формулы позволяют инженерам вычислять температуру начала и конца кипения, опираясь исключительно на надежные данные середины процесса, которые на заводе всегда известны точно.
Дифференциальные кривые показывают, насколько эффективно разделяются различные виды топлива. Если традиционные приборы определяют эти параметры с погрешностью, достигающей 10–15 °C и более, то новый метод обеспечивает точность до 3°C.
Значение и перспективы метода
Новая методика делает подобные потери минимальными. Таким образом, методика дает возможность настраивать процессы нефтепереработки быстро, точно и с минимальным риском получения брака.
Это означает, что технологи на НПЗ имеют возможность точно подбирать режим нагрева колонн, предотвращая потери сырья.
Результаты пермских исследователей открывают перед отраслью не просто возможность снижения погрешности измерений, а принципиально иной уровень управления технологическими потоками. Внедрение математического алгоритма в работу ректификационных колонн позволит перейти от эмпирических настроек, основанных на лабораторных пробах с высокой долей ошибки, к точным цифровым расчетам.
Теперь инженер сможет моделировать поведение сырья еще до его поступления в установку, зная, при каких именно температурах начнут испаряться компоненты конкретной партии нефти, поставленной на завод. Это превращает перегонку из искусства, где многое зависело от опыта технолога, в строгий математически выверенный процесс.
С экономической точки зрения эффект от методики будет ощутим для любого нефтеперерабатывающего предприятия. Устранение размытости границ между фракциями напрямую ведет к увеличению выхода светлых нефтепродуктов — самого дорогого сегмента переработки.
Для конечного потребителя — владельца автомобиля — эта инновация также имеет прямое и ощутимое значение. Топливо, произведенное при помощи точного контроля границ кипения фракций, будет обладать стабильными характеристиками.
Это, в первую очередь, решит проблему сезонности: улучшится испаряемость зимнего бензина при низких температурах, что облегчит запуск двигателя, а летние сорта топлива, лишенные тяжелых примесей, будут сгорать с меньшим образованием нагара и с оптимальной детонационной стойкостью. Водители получат горючее с прогнозируемым расходом, что особенно важно в условиях постоянного роста цен на топливо.
Перспективы применения разработки выходят далеко за пределы нефтепереработки. Сам принцип определения границ распределения компонентов по температурам с помощью математического моделирования универсален.
Уже сейчас очевидно, что алгоритм может быть адаптирован для химической промышленности, где требуется высокая точность разделения реакционных смесей.
В фармацевтике, где чистота веществ критически важна для безопасности лекарств, подобный подход позволит выявлять примеси на уровне, недоступном стандартным методам дистилляции.
Таким образом, работа пермских ученых закладывает фундамент для нового стандарта точности во всей сфере промышленного разделения жидких смесей.
Ученые, аспиранты и студенты ПНИПУ регулярно радуют любителей техники интересными открытиями и изобретениями. Так, недавно мы писали, что в стенах вуза разработан метод передачи энергии по оптоволокну вместо электрокабелей; а еще — о том, что создан состав, позволяющий сократить утечки нефти и газа в скважинах при добыче. А еще ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Сколтеха создали четыре новых полимерных состава для перовскитных батарей: после 1800 часов непрерывной работы устройства на их основе сохраняют до 99% эффективности, тогда как стандартные материалы за аналогичный период теряют более половины мощности.