CC BY
69
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
шо-
УДК 665.777.43
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2023-2-5-7
Новый способ получения нефтяного игольчатого кокса с термополиконденсацией сырья
Бородин Е.В.1, Ведерников О.С.2, Головачев В.А.1, Клейменов А.В.2, Лаврова А.С.1, Петин А.А.1
1 ООО ORCID ORCID ORCID ORCID
2 ПАО « ORCID: ORCID:
<Газпромнефть - Промышленные инновации», 197350, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0009-0001-0427-9104, E-mail: Borodin.EV@omsk.gazprom-neft.ru https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: GOLOVACHEV.VA@gazprom-neft.ru https://orcid.org/0000-0001-9327-8420, E-mail: Lavrova.AS@gazprom-neft.ru https://orcid.org/0009-0008-4346-1401, E-mail: Petin.AA@gazprom-neft.ru Газпром нефть», 190000, Санкт-Петербург, Россия
https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: VEDERNIKOV.OS@gazprom-neft.ru https://orcid.org/0000-0003-4071-6874, E-mail: KLEYMENOV.AV@gazprom-neft.ru
Резюме: В статье рассматриваются результаты проведения опытно-промышленных пробегов на установке замедленного коксования 21-10/3М АО «Газпромнефть - ОНПЗ», в ходе которых производился нефтяной игольчатый кокс (ИК) - кокс высокоупорядо-ченной (анизотропной) структуры. Идентифицированы основные технологические и эксплуатационные параметры, влияние на которые позволит оптимизировать процесс замедленного коксования с повышением технико-экономических показателей установки и НПЗ в целом. Предложена возможность стабилизации технологического режима коксования, а также посредством процесса термополиконденсации определен способ подготовки сырья, позволяющий обеспечить его высокую потребность за счет внутренних сырьевых резервов нефтеперерабатывающего предприятия и достичь стабильно высокого качества производимого игольчатого кокса, востребованного при выпуске графитированной продукции.
Ключевые слова: игольчатый кокс, анизотропный кокс, замедленное коксование, тер-мополиконденсация, тяжелый газойль каталитического крекинга, рециркуляция. Для цитирования: Бородин Е.В., Ведерников О.С., Головачев В.А., Клейменов А.В., Лаврова А.С., Петин А.А. Новый способ получения нефтяного игольчатого кокса с тер-мополиконденсацей сырья // НефтеГазоХимия. 2023. № 2. С. 5-7. DOI:10.24412/2310-8266-2023-2-5-7
NEW METHOD FOR OBTAINING PETROLEUM NEEDLE COKE WITH RAW MATERIAL THERMOPOLYCONDENSATION Borodin E.V.1, Vedernikov O.S.2, Golovachev V.A.1, Kleymenov A.V.2, Lavrova A.S.1, Petin A.A.1
1 LLC Gazpromneft-Industrial Innovations, 197350, St. Petersburg, Russia
ORCID: https://orcid.org/0009-0001-0427-9104, E-mail: Borodin.EV@omsk.gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: GOLOVACHEV.VA@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9327-8420, E-mail: Lavrova.AS@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0009-0008-4346-1401, E-mail: Petin.AA@gazprom-neft.ru
2 PJSC Gazprom Neft, 190000, St. Petersburg, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3766-5578, E-mail: VEDERNIKOV.OS@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4071-6874, E-mail: KLEYMENOV.AV@gazprom-neft.ru
Abstract: The article discusses results of a pilot testing performed in the 21-10/3M delayed coking unit located at Omsk refinery. The pilot run resulted in production of petroleum needle coke (NC) with a highly ordered (anisotropic) structure. The main technological and operational parameters were determined during the testing. It was demonstrated that the operational control of the main process parameters allows optimizing the delayed coking process with an increase in the technical and economic indicators of the Unit and the refinery in total. The possibility of stabilizing the coking conditions is considered, and a promising method of raw materials treatment using the thermopolycondensation process proposed. That will allow satisfying the high demand for raw materials using the internal capabilities of the plant, as well as achieving a consistently high quality of needle coke demanded in graphite production. Keywords: needle coke, anisotropic coke, delayed coking, thermopolycondensation, catalytic cracking heavy gas oil, recycling.
For citation: Borodin E.V., Vedernikov O.S., Golovachev V.A., Kleymenov A.V., Lavrova A.S., Petin A.A. NEW METHOD FOR OBTAINING PETROLEUM NEEDLE COKE WITH RAW MATERIAL THERMOPOLYCONDENSATION. Oil & Gas Chemistry. 2023, no. 2, pp. 5-7. DOI:10.24412/2310-8266-2023-2-5-7
Введение
В последние годы в промышленности множество технических, технологических и организационных решений направлено на повышение эффективности производства. Увеличение выпуска продукции с высокой добавленной стоимостью - приоритет, в том числе и нефтеперерабатывающей отрасли. Одним из наиболее маржинальных продуктов нефтепереработки является высокоанизотропный игольчатый кокс, используемый при изготовлении графитированных электродов для металлургических предприятий. Потребность отечественных производителей стали в настоящее время полностью закрывается по импорту и оценивается в объеме до 150 тыс. т/год [1]. С 2015 года в ПАО «Газпромнефть» инициирована проработка возможности производства игольчатого кокса на собственных мощностях, а в 2018 году объявлен старт реконструкции действующей установки замедленного коксования (УЗК) проекта БашНИИ 21-10/3М на Омском НПЗ. Учитывая наличие доступного сырья, УЗК ориентирована на периодический выпуск игольчатого кокса в объеме порядка 30 тыс. т/год [2].
Проведенные опытно-промышленные пробеги в период с 2015 по 2021 год подтвердили возможность производства игольчатого кокса с удовлетворительными эксплуатационными показателями, высоко оцененными потенциальным потребителем ПАО «Энергопром», кроме того получена высокая оценка качества произведенного игольчатого кокса при тестировании лабораторией R&D Carbon (Швейцария) [3].
Основным недостатком, идентифицированным в ходе эксплуатации УЗК при производстве игольчатого кокса, выявлена ограниченность объемов доступного сырья - низкосернистого тяжелого каталитического газойля и как следствие недозагруженность УЗК. Отмечена нестабильная работа ос-
2 • 2023
НефтеГазоХимия 5
-о1
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
новной ректификации с трудноуправляемым температурным профилем на точке вывода тяжелого газойля и несколько завышенной температурой (>340 °С), что спровоцировало вывод части потенциального сырья в составе газойлевых фракций коксования.
Объект исследования
На базе Санкт-Петербургского Технологического института и ООО «Газ-промнефть - Промышленные инновации» произведены работы по оценке доступной сырьевой базы, позволяющей производить игольчатый кокс.
Основной целью работы являлась оценка возможности производства дополнительного объема сырья, соответствующего показателям, приведенным в табл. 1. А также моделирование промышленного процесса коксования, ориентированного на производство игольчатого кокса с качественными показателями, соответствующими требованиям производителей графитиро-ванной продукции.
Исследованию подвергались низкосернистые высокоароматические дистиллятные продукты вторичных процессов нефтепереработки, коксохимии, тяжелые дизельные фракции процесса каталитического крекинга, а также малоароматические гидроочищенные вакуумные дистилляты и остатки производства масел ООО «Газпромнефть - Смазочные материалы». В ходе лабораторных экспериментов определена целесообразность термической обработки (термополиконденсации) сырьевых компонентов со значительно отличающимся режимом термообработки.
Так, например, для компонентов, содержащихся в составе высокоароматического декантойля каталитического крекинга и выкипающих при температуре выше 330 °С, термообработка целесообразна в мягком температурном режиме 380-410 °С и минимальным временем выдержки 5-30 минут. Напротив, для смеси высокоароматических фракций, выкипающих до 330 °С, необходим наиболее жесткий режим - температура до 480 °С и временем выдержки реакционной смеси около 60 минут. Наилучшие результаты были достигнуты при совместной термообработке легких высокоароматических фракций (тяжелый дизель каталитического крекинга) с вакуумными газойлями (ВГО) и остатками производства масел (экстракты, гачи, петролатумы). Отдельным предметом исследования стал тяжелый газойль коксования -
Таблица 1
Основные показатели качества типичного сырья для производства игольчатого кокса
Показатель Параметр
Плотность при 20°С, г/см3 1,030+1,080
Содержание серы, % масс. 0,08+0,30
Зольность, % масс. 0,02+0,06
Коксуемость, % 2,5+8,5
Фракционный состав:
- начало кипения, °С 220+250
- 50% выкипает, °С 340+380
- конец кипения, °С 560
Суммарное содержание ароматических углеводородов, % масс 60,0+90,0
Таблица 2
Рабочие параметры процесса термополиконденсации и коксования
Рабочие условия Параметр
Температура процесса термополиконденсации, °С 410+500
Температура процесса коксования, °С 450+500
Давление процесса термополиконденсации, МПа (изб.) 1,2+2,5
Давление процесса коксования, МПа (изб.) 0,3+0,5
Кратность циркуляции вторичное/свежее, т/т 1,8+3,0
Цикл коксования для 1 коксовой камеры, час 32+48
Принципиальная технологическая схема интегрированных процессов термпополиконденсации и замедленного коксования
VII
1 Теплообменное оборудование (подогреватель)
2 Печь сырья термополиконденсации
3 Реактор термополиконденсации I
4 Основная ректификационная колонна II
5 Печь сырья коксования III
6 Коксовые камеры (реакторы коксования) IV
7 Теплообменное оборудование (холодильник) V
8 Аккумулятор тяжелого газойля VI
9 Аккумулятор легкого газойля VII
Первичное сырье Вторичное сырье коксования Кокс
Газы коксования Бензин коксования (нафта) Легкий газойль Тяжелый газойль
Рис. 1
6 НефтеГазоХимия
2•2023
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
ОМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
фракция, выкипающая при температуре 300 °С и выше, получаемая в ходе производства игольчатого кокса. Его сравнительно мягкая термообработка при температуре 410 °С и времени выдержки 15 минут показала значительный рост плотности до 1,072 г/л и коксуемости по Конрадсону более 10,0.
Полученные в ходе термополикон-денсации сырьевые смеси подвергались коксованию, моделирующему промышленные условия. Произведенный игольчатый кокс полностью соответствовал требованиям ГОСТ Р70540-2022 к коксам электродным, с достижением высокой структурированности выше 5,5 баллов, определяемой по ГОСТ 26132-84.
Некоторые данные о параметрах испытаний (экспериментов) указаны в табл. 2.
На основании проведенных лабораторных исследований и практических работ по моделированию процессов разработана технологическая схема интегрированных процессов замедленного коксования и термополиконденсации, представленная на рис. 1.
В технологической схеме учтена возможность регулирования процесса термополиконденсации, осуществляется управляемый процесс рециркуляции смесевого тяжелого газойля (VII), полученного при фракционировании сырья, продуктов термополиконденсации и коксования.
По материалам исследовательской и практической работы оформлен патент «Способ производства нефтяного игольчатого кокса замедленным коксованием и установка для реализации такого способа» [4].
Заключение
Предложенная технология термообработки различных видов тяжелого дистиллятного сырья процессов нефтепереработки, пиролиза и коксохимии позволит увеличить объем специфичного сырья, требуемого для производства игольчатого кокса. Промышленная организация процесса термополиконденсации при температуре в интервале 440-480 °С, времени выдержки 30^90 минут, давлении 1,2^2,5 МПа с реализацией схемы рециркуляции позволит эффективно управлять качественными характеристиками промежуточных продуктов и конечного игольчатого кокса, исключить неэффективное использование сырьевых ресурсов и увеличить объем производства целевой продукции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Перспективы развития топливно-энергетического комплекса и современное состояние нефтегазового инженерного образования в России / Матер. Всероссийской науч.-практ. конф. Грозный: Изд-во ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова, 2018. 450 с.
2. Анализ рынка нефтяного кокса в России в 2017-2021 гг., прогноз на 20222026 гг. Перспективы рынка в условиях санкций. URL: https://businesstat. ru/ (дата обращения 06.04.2023).
3. Нефтегазовый журнал «ИнфоТЭК». URL: https://www.citekmag.ru/ (дата обращения: 10.04.2023).
4. Патент РФ № 2785501, С1. Способ производства нефтяного игольчатого кокса замедленным коксованием и установка для реализации такого способа / Бородин Е.В., Петин А.А., Головачев В.А., Ведерников О.С. Опубл. 08.12.2022. Бюл. № 34.
REFERENCES
Perspektivy razvitiya toplivno-energeticheskogo kompleksa i sovremennoye sostoyaniye neftegazovogo inzhenernogo obrazovaniya v Rossii [Prospects for the development of the fuel and energy complex and the current state of oil and gas engineering education in Russia]. Trudy Vserossiyskoy nauch.-prakt. konf. [Proc. of All-Russian scientific and practical. conf.]. Grozny, 2018. 450 p. Analiz rynka neftyanogo koksa v Rossii v 2017-2021 gg., prognoz na 20222026 gg. Perspektivy rynka v usloviyakh sanktsiy (Analysis of the petroleum coke market in Russia in 2017-2021, forecast for 2022-2026 Market prospects
under sanctions) Available at: https://businesstat.ru/ (accessed 6 April 2023). Neftegazovyyzhurnal «InfoTEK» (Oil and gas journal InfoTEK) Available at: https://www.citekmag.ru/ (accessed 10 April 2023). Borodin YE.V., Petin A.A., Golovachev V.A., Vedernikov O.S. Sposob proizvodstva neftyanogo igol'chatogo koksa zamedlennym koksovaniyem i ustanovka dlyarealizatsii takogo sposoba [A method for the production of petroleum needle coke by delayed coking and an installation for implementing such a method]. Patent RF, no. 2785501, 2022.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Бородин Евгений Владимирович, н.с., ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Ведерников Олег Сергеевич, директор Дирекции переработки нефти и газа, ПАО «Газпром нефть».
Головачев Валерий Александрович, старший научный сотрудник ООО «Газ-промнефть - Промышленные инновации».
Клейменов Андрей Владимирович, д.т.н., начальник Управления инновационного развития и интеллектуальной собственности, ПАО «Газпром нефть». Лаврова Анна Сергеевна, с.н.с., ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Петин Андрей Александрович, руководитель проектов ООО «Газпромнефть -Промышленные инновации».
Evgeniy V. Borodin, Research officer,LLC Gazpromneft-Industrial Innovations. Oleg S. Vedernikov, Director of the Directorate of Oil and Gas Refining, PJSC Gazprom Neft.
Valeriy A. Golovachev, Senior Research Fellow, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Andrey V. Kleymenov, Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of Innovative Development and Intellectual Property, PJSC Gazprom Neft. Anna S. Lavrova, Senior Research Fellow, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations. Andrey A. Petin, Project manager, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
2•2023
НефтеГазоХимия 7
