Научная статья на тему 'Расширение сырьевой базы процесса замедленного коксования при производстве игольчатого кокса'

Расширение сырьевой базы процесса замедленного коксования при производстве игольчатого кокса Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
11
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
НефтеГазоХимия
ВАК
Область наук
Ключевые слова
замедленное коксование / сырье коксования / нефтяной кокс / анодный кокс / анизотропный кокс / игольчатый кокс / тяжелый газойль каталитического крекинга / гудрон / вакуумные остатки нефтепереработки / смола пиролиза / каменноугольная смола / каменноугольный пек / высокоароматическое сырье / графитированные электроды / Delay coking / coking feedstock / petroleum coke / anode coke / anisotropic coke / needle coke / heavy catalytic cracking gasoil / vacuum refinery residues / pyrolysis resin / coal tar / coal tar pitch / highly aromatic feedstock / graphite electrodes.

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Бородин Евгений Владимирович, Ведерников Олег Сергеевич, Головачев Валерий Александрович, Клейменов Андрей Владимирович, Лаврова Анна Сергеевна

В статье рассматривается теоретическая и практическая возможность использования вакуумных остатков переработки нефти (гудронов) в качестве сырья при производстве игольчатого кокса. По результатам промышленной эксплуатации процессов замедленного коксования гудронов западносибирских нефтей и лабораторных исследований, моделирующих процесс коксования, сформировано представление о достижимости высоких качественных показателей в производстве игольчатого кокса из сырьевых смесей, приготовленных на основе малоценных гудронов. Поставлена под сомнение и подтверждена ограниченная состоятельность теории, исключающей использование гудронов, как сырья при производстве игольчатого кокса. Результаты исследования показали, что микроструктурная организация производимых коксов в малой степени зависит от доли гудрона в сырьевой смеси, а лимитирующим критерием качества игольчатого кокса в рассмотренном случае является присутствие серы. Предложено вести поиск потребителей игольчатого кокса, допускающих варьирование доли серы в интервале 0,2–1,5% с сохранением прочих показателей качества игольчатого кокса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим технологиям , автор научной работы — Бородин Евгений Владимирович, Ведерников Олег Сергеевич, Головачев Валерий Александрович, Клейменов Андрей Владимирович, Лаврова Анна Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EXPANDING THE RAW MATERIAL BASE OF THE RELATED COKING PROCESS IN THE PRODUCTION OF NEEDLE COKE

The article discusses the theoretical and practical possibility of using vacuum residues from oil refining as raw materials in the production of needle coke (NC). Based on the results of industrial operation of delayed coking processes vacuum residues of West Siberian oil and laboratory studies simulating the coking process, an idea has been formed about the achievability of high quality indicators in the production of NC from raw material mixtures prepared on the basis of low-value vacuum residues. The limited validity of the theory excluding the use of vacuum residues as a raw material in the production of NC has been questioned and confirmed. Based on the research results, it was revealed that the microstructural organization of produced cokes depends to an extent on the proportion of vacuum residues in the raw material mixture, and the limiting criterion for the quality of NC in this case is the presence of sulfur. It is proposed to search for NC consumers that allow varying the sulfur content in the range of 0.2–1.5% while maintaining other NC quality indicators.

Текст научной работы на тему «Расширение сырьевой базы процесса замедленного коксования при производстве игольчатого кокса»

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ УДК 665.777.43

https://doi.org/10.24412/2310-8266-2024-2-32-37

Расширение сырьевой базы процесса замедленного коксования при производстве игольчатого кокса

Бородин Е.В.1, Ведерников О.С.2, Головачев В.А.3, Клейменов А.В. 2, Лаврова А.С. 3, Бессонов В.В. 3, Петин А.А.1

1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450064, г. Уфа, Россия

ORCID: https://orcid.org/0009-0001-0427-9104, E-mail: Borodinevgeny@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3765-5209, E-mail: PK_RUS@mail.ru

2 ПАО «Газпром нефть», 190000, Санкт-Петербург, Россия 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

3 Санкт-Петербургский государственный технологический институт, 190013, Санкт-Петербург, Россия

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: annalavrova007@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7200-0083, E-mail: vladbessonov99@gmail.com

Резюме: В статье рассматривается теоретическая и практическая возможность использования вакуумных остатков переработки нефти (гудронов) в качестве сырья при производстве игольчатого кокса. По результатам промышленной эксплуатации процессов замедленного коксования гудронов западносибирских нефтей и лабораторных исследований, моделирующих процесс коксования, сформировано представление о достижимости высоких качественных показателей в производстве игольчатого кокса из сырьевых смесей, приготовленных на основе малоценных гудронов. Поставлена под сомнение и подтверждена ограниченная состоятельность теории, исключающей использование гудронов, как сырья при производстве игольчатого кокса. Результаты исследования показали, что микроструктурная организация производимых коксов в малой степени зависит от доли гудрона в сырьевой смеси, а лимитирующим критерием качества игольчатого кокса в рассмотренном случае является присутствие серы. Предложено вести поиск потребителей игольчатого кокса, допускающих варьирование доли серы в интервале 0,2-1,5% с сохранением прочих показателей качества игольчатого кокса. Ключевые слова: замедленное коксование, сырье коксования, нефтяной кокс, анодный кокс, анизотропный кокс, игольчатый кокс, тяжелый газойль каталитического крекинга, гудрон, вакуумные остатки нефтепереработки, смола пиролиза, каменноугольная смола, каменноугольный пек, высокоароматическое сырье, графитированные электроды.

Для цитирования: Бородин Е.В., Ведерников О.С., Головачев В.А., Клейменов А.В., Лаврова А.С., Бессонов В.В., Петин А.А. Расширение сырьевой базы процесса замедленного коксования при производстве игольчатого кокса // НефтеГазоХимия. 2024. № 2. С. 32-37. DOI:10.24412/2310-8266-2024-2-32-37

EXPANDING THE RAW MATERIAL BASE OF THE RELATED COKING PROCESS IN THE PRODUCTION OF NEEDLE COKE

Borodin E.V.1, Vedernikov O.S.2, Golovachev V.A.3, Kleymenov A.V.2, Lavrova A.S.3, Bessonov V.V.3, Petin A.A.1

1 Ufa State Petroleum Technical University, 450064, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0009-0001-0427-9104,

E-mail: Borodin.EV@omsk.gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3765-5209, E-mail: PK_RUS@mail.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

3 Sant-Petersburg State Technological Institute, 190000, St. Petersburg, Russia

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: annalavrova007@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7200-0083, E-mail: vladbessonov99@gmail.com

Abstract: The article discusses the theoretical and practical possibility of using vacuum residues from oil refining as raw materials in the production of needle coke (NC). Based on the results of industrial operation of delayed coking processes vacuum residues of West Siberian oil and laboratory studies simulating the coking process, an idea has been formed about the achievability of high quality indicators in the production of NC from raw material mixtures prepared on the basis of low-value vacuum residues. The limited validity of the theory excluding the use of vacuum residues as a raw material in the production of NC has been questioned and confirmed. Based on the research results, it was revealed that the microstructural organization of produced cokes depends to an extent on the proportion of vacuum residues in the raw material mixture, and the limiting criterion for the quality of NC in this case is the presence of sulfur. It is proposed to search for NC consumers that allow varying the sulfur content in the range of 0.2-1.5% while maintaining other NC quality indicators. Keywords: Delay coking, coking feedstock, petroleum coke, anode coke, anisotropic coke, needle coke, heavy catalytic cracking gasoil, vacuum refinery residues, pyrolysis resin, coal tar, coal tar pitch, highly aromatic feedstock, graphite electrodes. For citation: Borodin E.V., Vedernikov O.S., Golovachev V.A., Kleymenov A.V., Lavrova A.S., Bessonov V.V., Petin A.A. EXPANDING THE RAW MATERIAL BASE OF THE RELATED COKING PROCESS IN THE PRODUCTION OF NEEDLE COKE. Oil & Gas Chemistry. 2024, no. 2, pp. 32-37.

DOI:10.24412/2310-8266-2024-2-32-37

Введение

За десятилетний срок пребывания под санкциями Российская промышленность и экономика показали свою самодостаточность и способность в сжатые сроки решить задачи по замене ряда товаров импортного производства на отечественные аналоги. Курс, взятый на импортозаме-щение, принес свои позитивные результаты: новые проекты, стимулированные, казалось бы, весьма неприятной санкционной политикой, с большей легкостью идут в реализацию и позволяют увереннее говорить о перспективах отечественной промышленности. Однако можно констатировать, что в ряде случаев не обеспечена стратегическая независимость российской экономики от импорта. Так, например, металлургическая промышленность при производстве электростали по-прежнему не в полной мере закрывает собственную потребность по углеродным материалам и графитированным электродам. В настоящее время поставки высокоанизотропных игольчатых коксов (ИК) из Японии, Соединенного Королевства, США, Южной Кореи практически прекращены [1], а собственное производство отсутствует. Вместе с тем китайские производители позволяют справиться со сложившейся ситуацией, но ограниченный список поставщиков игольчатого кокса и графитирован-ных электродов на рынок РФ (Shandong Yida New Material Co. Ltd; Shandong Jingyang; CNPC Jinzhou; SINOPEC Fuel Oil Sales и др.) способствует его монополизации с весьма невыгодными условиями для отечественных потребителей. Формирование такого рынка предполагает невысокое качество, ограниченное количество и завышенную цену на углеродные материалы, по той же причине не исключено образование внутреннего дефицита как на сырье, так и на сами графитированные электроды. За последние пять лет стоимость ИК на мировом рынке в зависимости от сортности находилась в интервале от 1600-4700 долл. США за тонну, а готовые электроды [2] и их импортные аналоги достигали стоимости 10 000 долл. США за тонну и более. Очевидно, что организация собственного производства ИК не только позволила бы обрести независимость от импорта, но и способствовала бы производству продукции (электродов и электростали) с высокой добавленной стоимостью для внутреннего и, возможно, внешнего рынка.

Мировая практика, отечественные исследования и опытно-промышленные испытания подтверждают, что производство ИК технически возможно на установках замедленного коксования (УЗК), запроектированных и построенных для переработки вакуумных остатков (гудронов). В литературе [3-6] и многочисленных патентах [7-11], указывается о достаточности незначительной корректировки технологического режима, но при этом самым первостепенным считается радикальное изменение сырьевой базы, а именно исключение прямогонного гудрона (в связи с высокой долей в них нативных асфальтенов), использование только высокоароматических дистиллятных и остаточных продуктов нефтепереработки, нефте- и коксо- химии (тяжелые газойли каталитического крекинга, смолы пиролиза, каменноугольная смола, каменноугольные пеки, экстракты очистки масел, остатки при производстве полимеров на основе ароматики и пр.).

Одним из важнейших критериев, определяющих качество ИК, является ограничение по массовой доле серы, ее высокое содержание в коксе приводит к растрескиванию электродных заготовок в процессе их графитации [12, 13], соответственно производители электродных коксов будут испытывать потребность в низкосернистых сырьевых компонентах, и этот факт может спровоцировать некоторый дефицит специфичного сырья. Не менее важно

произведенный кокс идентифицировать как анизотропный с микроструктурой [14] не ниже 5,2 балла, поскольку именно игольчатая, слоистая структура кокса определяет его склонность к графитации [15]. Требуется соблюдать и прочие ограничения, так, например, действительная плотность ИК после прокалки [16] не должна быть менее 2,11 г/см3, ограничивается массовая доля металлов, летучих соединений, зольности и пр., каждый из указанных показателей в итоге влияет на качество и технологию производства гра-фитированной продукции.

Более 50 лет УЗК отечественных НПЗ в промышленном объеме производят коксы нефтяные малосернистые [16] из прямогонных гудронов, приоритетом их применения является изготовление неграфитированных электродов (анодов) и анодных блоков для плавки алюминия. Эксплуатация указанных изделий ведется при температурах, не превышающих 1000°С, [17], основным ограничением при производстве анодных коксов (АК) является массовая доля серы до 3,0%, микроструктура [14] для АК не имеет весомого значения, и соответственно товарный продукт по этому показателю не идентифицируется.

Наиболее привлекательными в линейке производимых из нефтяных коксов продуктов являются графитирован-ные электроды для электродуговых печей, самые дорогостоящие сверхмощные электроды марки UHP (Ultra High Power). Благодаря им ведется плавка стали в электропечах до 160 т при высокой токовой нагрузке до 100 кА [18], их конструкционные размеры, как правило, максимальны (диаметр до 750 мм, длина до 2700 мм), а требования к сырью и производству самые жесткие - например, доля серы не более 0,5% масс., а микроструктура - не менее 5,5 балла. Имеются некоторые послабления к сырью при производстве графитированных электродов марок SHP (Super High Power) с токовыми нагрузками 50-75 кА, HP (High Power) -около 40 кА, и RP (Regular Power) - менее 30 кА. Наименее ценными и, соответственно, недорогими считаются аноды и анодные блоки, произведенные из АК.

Требования к графитированной продукции, эксплуатируемой при температурах около 2500°С, зафиксированы в национальных стандартах [2, 18]. Одним из важнейших показателей качества для электродов и ниппелей к ним считается температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) [19]. Не менее важный показатель качества - удельное электрическое сопротивление углеродных графитированных изделий. Вместе с тем национального стандарта РФ для нефтяного ИК не существует, требования к качеству малых опытных партий систематизируются в технических условиях (ТУ), стандартах организации (СТО) и согласовываются между производителем и потребителем. Корректировка указанных нормативных документов может быть выполнена по согласованию сторон, исходя из потребностей металлургов и пока еще четко не сформированных возможностей нефтяников. При становлении технологии производства ИК НПЗ-производители смогут получать опытные партии ИК и вправе предложить потенциальному потребителю различные по качественным характеристикам углеродные продукты. Так или иначе, но окончательное заключение о пригодности полученного ИК будет формироваться по результатам тестирования изготовленных графитированных электродов непосредственно их производителями.

Представленная выше весьма поверхностная оценка сложившейся ситуации, технологии и экономики в области производства и потребления электродной продукции указывает на ее достаточную вариативность. Именно различия качественных характеристик углеграфитных мате-

2 • 2024

к

-о1

(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ

риалов позволяют рассуждать о некоторой гибкости сырьевой базы при производстве нефтяных коксов. Внимание авторов в первую очередь было направлено на самый доступный и недорогой сырьевой компонент - прямо-гонный гудрон, определение возможности его использования в процессе замедленного коксования при производстве ИК являлось целью проведения лабораторных исследований.

Качественные характеристики гудрона, выбранного для лабораторных коксований, специфично, но не уникально, именно такие низкосернистые гудроны, полученные при переработке западносибирских нефтей, позволяют на УЗК производить АК с долей серы не более 1,5% масс. Четыре крупных НПЗ России - Омский, Волгоградский, Ангарский и Комсомольский - благополучно справляются с такой задачей. Дополнительно проведенная оценка коксов, отгружаемых с указанных НПЗ на предмет структурной организации, выявила широкий разброс от 4,2 до 6,9 балла, в ряде случаев эти производимые углеродные материалы могут квалифицироваться как ИК. Вероятно, этот факт был замечен китайскими потребителями, и на протяжении последних лет наблюдается рост экспорта малосернистого АК в Поднебесную, стоимость которого составляет немногим менее 400 долл. США за тонну [1].

Ход работы

Для идентификации пригодности прямогонных гудронов в производстве ИК в лаборатории кафедры технологии нефтехимических и углехи-мических производств СПбГТИ (ТУ) был поставлен ряд экспериментов по коксованию прямогонного гудрона, низкосернистого тяжелого газойля каталитического крекинга (ТГКК) и их смесей.

Усредненное качество промышленного продукта и фактическое качество продукта, взятого на исследование, представлены в табл. 1 для гудрона, полученного из смеси западносибирских нефтей, и в табл. 2 для ТГКК, полученного в процессе каталитического крекинга гидроочищенного вакуумного газойля (ГВГО).

При проведении лабораторных исследований ставились следующие задачи:

- определить зависимость качественных показателей полученных коксов от состава двухкомпонентной смеси;

- сформировать представление о наиболее эффективном использова-

Таблица 1

Усредненные показатели качества гудрона, полученного при переработке смеси западносибирских нефтей (I) и гудрона, взятого для лабораторных исследований (II)

Показатель качества I II

Плотность при 15 °С, г/см3 1,000±0,004 1,002

Плотность при 20°С, г/см3 0,996±0,004 0,996

Коксуемость, % масс. 13,0±1,5 14,1

Содержание серы, % масс. 1,45±0,05 1,47

Асфальтены, % масс. 8,0±4,0 7,8

Вязкость кинематическая мм2/с (сСт) 1450±150 1490

Таблица 2

Усредненные показатели качества ТГКК промышленной установки каталитического крекинга ГВГО (I) и ТГКК, взятого для лабораторных исследований (II)

Показатель качества I II

Плотность при 15 °С, г/см3 1,020-1,090 1,0657

Плотность при 20°С, г/см3 1,010-1,080 1,0608

Коксуемость, % масс. 2,5-8,5 4,80

Содержание серы, % масс. 0,08-0,30 0,151

Фракционный состав:

н.к. 210-260 228

5% 240-320 267

50% 360-400 374

Групповой состав, % масс.

Парафино-нафтеновые углеводороды 5,0-20,0 13,2

Ароматические углеводороды, в т.ч.: 60,0-90,0 82,6

легкие 0,1-10,0 3,8

средние 15,0-35,0 26,2

тяжелые 35,0-65,0 52,6

Смолы До 8,0 4,2

Асфальтены отс. отс.

Индекс корреляции 100-130 125

Таблица 3

Материальный баланс лабораторного коксования ТГКК, отбор, % масс.

Кокс Фр. 260+,°С Фр. НК-260°С, Газы+ потери Конверсия

32,10 33,75 24,20 9,95 66,25

Таблица 4

Качественные показатели кокса, полученного лабораторно из ТГКК

Наименование показателя Метод испытания Требование для ИК* Фактический показатель

Массовая доля летучих веществ, % ГОСТ 22898 п. 4.9 <9,0 7,6

Зольность, % ГОСТ 22692 <0,20 0,08

Массовая доля серы, % ГОСТ 32465 <0,50 0,14

Действительная плотность после прокалки, г/см3 ГОСТ 22898 п. 4.4 >2,13 2,14

Оценка микроструктуры, балл ГОСТ 26132 >5,5 5,4

* Сформированы на основании данных, предполагающих производство графитированной продукции соответствующей марке иНР

Установка коксования при избыточном давлении: 1 - баллон с инертным газом (азот); 2 - регулятор давления инертного газа (редуктор); 3- ЛАТР (лабораторный авторегулируемый трансформатор); 4 -обогреваемый автоклав; 5- датчик температуры; 6 - датчик давления (манометр); 7 - термостатированный сепаратор; 8 - клапан-регулятор давления «до себя»; 9 - уловитель газа; 10 - вентиль вывода газа

6

Таблица Б

Состав смесей, подвергшихся лабораторным коксованиям, отбор и некоторые качественные показатели полученного кокса

№ смеси

Доля компонента Количественные и качественные показатели полученного

в смеси, % масс. кокса

Г он тгкк Выход, % Микроструктура, Содержание Плотность,

удр масс. балл серы, % масс. г/см3

1 0,0 100,0 32,1 5,4 0,141 >2,13

2 10,0 90,0 33,4 5,5 0,257 >2,13

3 25,0 75,0 34,4 5,7 0,426 >2,13

4 50,0 50,0 35,0 5,6 0,768 >2,13

5 75,0 25,0 34,5 5,6 1,091 >2,13

6 90,0 10,0 33,6 5,4 1,309 >2,13

7 100,0 0,0 33,2 5,2 1,455 2,12

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Зависимость выхода кокса от состава сырья коксования

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

ЗВ 35 ЗА ЗЗ З2 З1 30

гудрон, % масс.

4 5

ТГКК, % масс. —с

6 7

№ исследуемой сырьевой смеси

кокс, % масс.

нии прямогонных гудронов в производстве ИК;

- разработать рецептуры сырьевых смесей, позволяющих организовать промышленное производство ИК с различными показателями качества.

Исследование проводилось с помощью лабораторной установки, со стационарным режимом коксования, представленной на рис. 1.

На первом этапе лабораторного исследования была произведена серия идентичных экспериментов с наработкой ИК из ТГКК, качественные характеристики которого представлены в табл. 1 (II).

Коксования проводились при температуре 475-485°С и давлении 0,35 МПа в соответствии с технологическим режимом промышленных установок, время коксования 5 ч, было принято на основании ранее полученных экспериментальных данных. По окончании процесса давление в автоклаве (4) уравнивалось с атмосферным, а охлаждение автоклава производилось естественным путем с минимальной скоростью (15-20°С/ч в течение первых 2 ч после завершения эксперимента), что позволяло получать кокс с содержанием летучих углеводородов [16] в интервале 5,5-9,0%. Уловленный в термостатированном сепараторе (7) продукт подвергался разделению на легкую часть (фр. НК-260°С) и остаточный тяжелый продукт (фр. 260+). При формировании материального баланса отбор кокса и тяжелого дис-тиллятного продукта фр. 260+ корректировался - в каждом эксперименте содержание летучих углеводородов в коксе арифметически приводилось к значению 8,0% масс. Масса полученных газообразных уловленных углеводородов в уловителе (9) определялась расчетом. Приведение материального баланса, представленного в табл. 3, к 100% заключалось в корректировке отбора газов коксования, погрешность при составлении материального баланса оценивается не более 5,0%. Показатели качества полученного в ходе лабораторного эксперимента кокса представлены в табл. 4.

Результаты лабораторного эксперимента коксования ТГКК с выбранными параметрами (время, температура, давление) в полной мере не позволяют идентифицировать полученный продукт как ИК, пригодный для производства графитированных электродов марки UHP, единственным отклонением является недостижение критерия по микроструктуре 5,4 против необходимых 5,5 балла. Во многих источниках [6, 7, 17, 20] указывается значи-

Рис. 1

Рис. 2

2

З

2 • 2024

-о1

(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ

Зависимость микроструктуры кокса от компонентного состава сырья

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

7

5 6 5, 6

5 5 5

,4 5 4

5 ,2

6,0

5,8

5,6

5,4

5,2

5,0

гудрон, % масс.

456

№ исследуемой сырьевой смеси

ТГКК, % масс. — — структура, балл

7

Зависимость содержания серы в коксе от компонентного состава сырья

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1, 46

1, 31

1, 09

0, 77

0, 43

6

гудрон, % масс.

4 5 6 7

№ исследуемой сырьевой смеси ТГКК, % масс. сера, % масс.

тельное влияние на улучшение структурной организации при производстве ИК за счет рециркуляции и эффективного газодинамического режима коксования в промышленном процессе. Со ссылкой на указанные источники и ввиду невозможности моделирования в лабораторных условиях технологии, близкой к промышленному процессу замедленного коксования, полученные результаты взяты в качестве эталона. Дальнейшие лабораторные эксперименты проводились аналогично, коксованию подвергались смеси прямогонного гудрона с ТГКК, состав смесей, отбор и некоторые качественные показатели полученного кокса приведены в табл. 5 и рис. 2-4.

Выводы

По результатам проведенных лабораторных экспериментов установлена возможность использования прямо-гонных гудронов в качестве сырья для производства анизотропных игольчатых коксов.

Микроструктура коксов, полученных лабораторно, не имеет ярко выраженной зависимости от состава сырьевой смеси и позволяет предполагать возможность промышленного производства нефтяного кокса со структурой более 5,5 балла как из дистиллятных высокоароматических нефтепродуктов, так и из прямогонных гудронов в различном соотношении (0-100%).

Значимого влияния на показатель действительной плотности нефтяного кокса после прокалки при его производстве из смесей на основе тяжелого газойля каталитического крекинга и прямогонного гудрона не выявлено.

Содержание серы в целевом продукте является основным лимитирующим показателем и имеет прямую зависимость от ее содержания в сырьевой смеси. Массовая доля серы при производстве кокса может быть предварительно определена расчетом по правилу аддитивности и уточнена аналитически.

В ходе лабораторных исследований установлена возможность производства ИК с содержанием серы до 0,5% масс. из смеси ТГКК/гудрон в соотношении 75/25, соотношение 50/50 позволяет получить аналогичный по качеству ИК с массовой долей серы не более 0,8%; производство ИК с массовой долей серы не более 1,0% предполагает вовлечение прямогонных гудронов в количестве не более 60%.

Учитывая ограниченный объем низкосернистого сырья для производства коксов и высокую потребность отечественной металлургии в графитированной продукции, авторы считают целесообразным дополнительно изучить потребность внутреннего рынка и рекомендовать нефтеперерабатывающей отрасли по согласованию с потребителем расширить ассортимент коксов различных марок, в том числе и высокоструктурированных игольчатых.

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Рис. 3

2

3

Рис. 4

2

3

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Обзор рынка игольчатого кокса в России, странах ЕАЭС и мире (Изд. 3-е). Исследовательская группа Инфомайн. 2024. URL: https://www.infomine.ru/ files/catalog/537/file_537_eng.pdf (дата обращения 18.04.2024).

2. ГОСТ Р 57613-2017 Электроды графитированные и ниппели к ним. Технические условия.

3. Валявин Г.Г., Суюнов Р.Р., Ахметов С.А., Валявин К.Г. Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья. СПб.: Недра, 2010. 224 с.

4. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. ИТС 30-2017. Переработка нефти. URL: https://docs.cntd.ru/ document/555664731 (дата обращения 15.05.2024).

5. Мейерс Р.А. и др. Основные процессы нефтепереработки: справ.: пер. с англ. / под ред. О.Ф. Глаголевой, О.П. Лыкова. СПб: Профессия, 2011. 944 с.

6. Гимаев Р.Н., Сюняев З.И., Давыдов Г.Ф. и др. Пути получения высококачественного нефтяного кокса для графитированной продукции // Проблемы

развития производства электродного кокса: сб. науч. тр. БашНИИ НП. Уфа: Башкнигоиздат, 1975. Вып. 13. С. 87-95.

7. Патент РФ № 2618820 МПК С10В 55/00, С10В 57/04 Способ получения нефтяного игольчатого кокса / Валявин Г.Г. Запорин В.П. Сухов С.В. Юрченко Н.Ф. Ылясов А.И. Каримова С.Н. Опубл.: 11.05.2017. Бюл. № 14.

8. Патент РФ № 266008 МПК С10В 55/00, С10В 57/04 Способ получения нефтяного игольчатого кокса замедленным коксованием / Запорин В.П., Сухов С.В., Старухин Д.А. Опубл.: 04.07.2018. Бюл. № 19.

9. Патент РФ № 2720191 Установка для получения нефтяного игольчатого кокса замедленным коксованием / Запорин В.П., Сухов С.В., Федотов К.В., Храпов Д.В., Альт А.В. Опубл.: 27.04.2020. Бюл. № 12.

10.Патент Рф № 2787447 Способ получения игольчатого кокса / Габдулхаков Р.Р., Рудко В.А., Поваров В.Г., Пягай И.Н., Старков М. Опубл.: 09.01.2023. Бюл. № 1.

11.Патент РФ № 2795466 МПК С10В 55/00 Установка для производства игольчатого или анодного кокса замедленным коксованием / Щербатых Е.А.,

Кривко М.В., Смирнов В.В. Опубл.: 23.10.2023. Бюл. № 13.

12.Валявин Г.Г., Запорин В.П., Габбасов Р.Г., Калимуллин Т.И. Процесс замедленного коксования и производство нефтяных коксов, специализированных по применению // Территория НЕФТЕГАЗ. 2011. № 8. С. 44-48.

13.Хайрудинов И.Р., Тихонов А.А., Ахметов М.М. Перспектива расширения сырьевой базы для получения игольчатого кокса // Башкирский хим. журн. 2011. Т. 18. № 3. С. 103-111.

14.ГОСТ 26132-84 Коксы нефтяные и пековые. Метод оценки микроструктуры.

15.Gabdulkhakov R.R., Rudko V.A., Pyagay I.N. Methods for Modifying Needle Coke Raw Materials by Introducing Additives of Various Origin (Review). Fuel.

REFERENCES

1. Obzor rynka igol'chatogo koksa v Rossii, stranakh YEAES i mire (3 izdaniye). Issledovatel'skaya gruppa Infomayn. 2024 (Review of the needle coke market in Russia, the EAEU countries and the world (3rd edition). Infomine Research Group. 2024) Available at: https://www.infomine.ru/files/catalog/537/file_537_ eng.pdf (accessed 18 April 2024).

2. GOSTR 57613-2017. Elektrody grafitirovannyye i nippeliknim. Tekhnicheskiye usloviya [State Standard R 57613-2017. Graphite electrodes and nipples. Specifications].

3. Valyavin G.G., Suyunov R.R., Akhmetov S.A., Valyavin K.G. Sovremennyye i perspektivnyye termoliticheskiye protsessy glubokoy pererabotki neftyanogo syi'ya [Modern and promising thermolytic processes for deep processing of petroleum raw materials]. St. Petersburg, Nedra Publ., 2010. 224 p.

4. Informatsionno-tekhnicheskiy spravochnikpo nailuchshim dostupnym tekhnologiyam. ITS 30-2017. Pererabotka nefti (Information and technical guide to the best available technologies. ITS 30-2017. Oil refining) Available at: https://docs.cntd.ru/document/555664731 (accessed 15 May 2024).

5. Meyers R.A. Osnovnyye protsessy neftepererabotki [Basic processes of oil refining]. St. Petersburg, TSOP «Professiya» Publ., 2011. 944 p.

6. Gimayev R.N., Syunyayev Z.I., Davydov G.F. i dr. Puti polucheniya vysokokachestvennogo neftyanogo koksa dlya grafitirovannoy produktsii [Ways of obtaining high-quality petroleum coke for graphite products]. Trudy BashNII NP. Problemy razvitiya proizvodstva elektrodnogo koksa [Proc. of BashNII NP. Problems of development of electrode coke production]. Ufa, 1975, pp. 87-95.

7. Valyavin G.G. Zaporin V.P. Sukhov S.V. Yurchenko N.F. Ylyasov A.I. Karimova S.N. Sposob polucheniya neftyanogo igol'chatogo koksa [Method for producing petroleum needle coke]. Patent RF, no. 2618820, 2017.

8. Zaporin V.P., Sukhov S.V., Starukhin D.A. Sposob polucheniya neftyanogo igol'chatogo koksa zamedlennym koksovaniyem [Method for producing petroleum needle coke by delayed coking]. Patent RF, no. 266008, 2018.

9. Zaporin V.P., Sukhov S.V., Fedotov K.V., Khrapov D.V., Al't A.V Ustanovka dlya polucheniya neftyanogo igol'chatogo koksa zamedlennym koksovaniyem [Installation for producing petroleum needle coke by delayed coking]. Patent RF, no. 2720191, 2020.

2022. Vol. 310. Part. A. Pp. 1-12.

16.ГОСТ 22898-78 Коксы нефтяные малосернистые. Технические условия.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

17.Ахметов М.М., Карпинская Н.Н., Теляшев Э.Г. Нефтяной кокс: получение, качество, прокаливание, области использования. Уфа: ИНХП, 2018. 584 с.

18.ГОСТ Р 56973-2016 Графитированные электроды для электродуговых печей. Эксплуатация.

19.ГОСТ Р 54253-2010 Материалы углеродные. Метод определения температурного коэффициента линейного расширения.

20.Ахметов М.М. К вопросу о механизме формирования структуры игольчатых коксов // Мир нефтепродуктов. 2015. № 4. С. 23-34.

10. Gabdulkhakov R.R., Rudko V.A., Povarov V.G., Pyagay I.N., Starkov M. Sposob polucheniya igol'chatogo koksa [Method for producing needle coke]. Patent RF, no. 2787447, 2023.

11. Shcherbatykh YE.A., Krivko M.V., Smirnov V.V. Ustanovka dlya proizvodstva igol'chatogo ili anodnogo koksa zamedlennym koksovaniyem [Installation for the production of needle or anode coke by delayed coking]. Patent RF, no. 2795466, 2023.

12. Valyavin G.G., Zaporin V.P., Gabbasov R.G., Kalimullin T.I. Delayed coking process and production of petroleum cokes, specialized in application. Territoriya NEFTEGAZ, 2011, no. 8, pp. 44-48 (In Russian).

13. Khayrudinov I.R., Tikhonov A.A., Akhmetov M.M. Prospects for expanding the raw material base for producing needle coke. Bashkirskiy khimicheskiy zhurnal, 2011, vol. 18, no. 3, pp. 103-111 (In Russian).

14. GOST26132-84. Koksy neftyanyye ipekovyye. Metod otsenki mikrostruktury [State Standard 26132-84. Petroleum and pitch cokes. Microstructure evaluation method].

15. Gabdulkhakov R.R., Rudko V.A., Pyagay I.N. Methods for modifying needle coke raw materials by introducing additives of various origin (review). Fuel, 2022, vol. 310, pp. 1-12.

16. GOST 22898-78. Koksy neftyanyye malosernistyye. Tekhnicheskiye usloviya [State Standard 22898-78. Low-sulphur petroleum cokes. Specifications].

17. Akhmetov M.M., Karpinskaya N.N., Telyashev E.G. Neftyanoy koks: polucheniye, kachestvo, prokalivaniye, oblastiispol'zovaniya [Petroleum coke: production, quality, calcination, areas of use]. Ufa, INKHP Publ., 2018. 584 p.

18. GOSTR 56973-2016. Grafitirovannyye elektrody dlya elektrodugovykh pechey. Ekspluatatsiya [State Standard R 56973-2016. Graphite electrodes for electric arc furnaces. Exploitation].

19. GOSTR 54253-2010. Materialy uglerodnyye. Metod opredeleniya temperaturnogo koeffitsiyenta lineynogo rasshireniya [State Standard R 542532010. Carbon materials. Test method for linear thermal expansion coefficient].

20. Akhmetov M.M. On the question of the formation mechanism of the needle cokes structure. Mirnefteproduktov, 2015, no. 4, pp. 23-34 (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Бородин Евгений Владимирович, соискатель ученой степени кандидата наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Ведерников Олег Сергеевич, к.т.н., заместитель начальника департамента по переработке нефти и газа ПАО «Газпром нефть».

Головачев Валерий Александрович, м.н.с., Санкт-Петербургский государственный технологический институт.

Клейменов Андрей Владимирович, д.т.н., начальник отдела инновационного развития и интеллектуальной собственности, ПАО «Газпром нефть». Лаврова Анна Сергеевна, м.н.с., Санкт-Петербургский государственный технологический институт.

Бессонов Владислав Витальевич, инженер, Санкт-Петербургский государственный технологический институт.

Петин Андрей Александрович, соискатель ученой степени кандидата наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Evgeniy V. Borodin, PhD student, Ufa State Petroleum Technical University. Oleg S. Vedernikov, Cand. Sci. (Tech.), Deputy Head of the Oil and Gas Refining Department, PJSC Gazprom Neft.

Valeriy A. Golovachev, Junior Research, Saint-Petersburg State Institute of Technology.

Andrey V. Kleymenov, Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of Innovative Development and Intellectual Property, PJSC Gazprom Neft. Anna S. Lavrova, Junior Research, Saint-Petersburg State Institute of Technology. Vladislav V. Bessonov, Engineer, Saint-Petersburg State Institute of Technology. Andrey A. Petin, PhD student, Ufa State Petroleum Technical University.

2•2024

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.