Научный задел. Данное исследование проводится в рамках утвержденного Научного направления «Переработка углеродных ресурсов» Научного центра «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов» Санкт-Петербургского горного университета.

Текущее состояние. Коксохимические предприятия часто испытывают дефицит углей особо ценных марок - коксующихся углей. В данной работе изучается возможность получения нефтяных коксующих добавок, полученных при переработке тяжелых нефтяных остатков процессом замедленного коксования. Эксперименты по получению углеродного материала проводились с использованием трех видов тяжелых нефтяных остатков нефтеперерабатывающего завода ООО «КИНЕФ»: вакуумного остатка от установок атмосферной и вакуумной дистилляции сырой нефти (VR1), вакуумного остатка от установки гидрокрекинга вакуумной дистилляции (VR2) и остатка висбрекинга от установки висбрекинга (VR3). Нефтяная коксующаяся добавка, полученная вместо обычного нефтяного кокса при более мягком температурном режиме, имела требуемые показатели качества, в частности выход летучих веществ в диапазоне от 15 до 25 мас.%, для использования в металлургическом производстве для частичной замены коксующихся углей в шихте для получения металлургического кокса.

Решаемая проблема. Несмотря на то, что Россия занимает третье место в мире по добыче коксующегося угля производства (более 80,0 млн. тонн) после Китая и Австралии, коксохимические предприятия страдают от нехватки углей особо ценных марок: коксовый (К), коксующегося отощенного (КО), и отощенного слабоспекающегося угля (ОС). Следует отметить, что спрос на коксующиеся угли этих марок будет сохраняться в долгосрочной перспективе, как основного потребителя при производстве чугуна и стали в мире. Отсутствие на рынке необходимых ценных марок угля по выгодной цене заставляет коксохимические компании искать приемлемую замену. Такой частичной заменой в производстве шихты может стать коксующаяся добавка, получаемая из сырой нефти.

Методы исследования. Для получения нефтяной коксующей добавки из тяжелых нефтяных остатков ООО "КИНЕФ" использовали лабораторную установку замедленного коксования Санкт-Петербургского горного университета, состоящую из реакционного блока и блока сбора дистиллятных продуктов. Для полученного углеродного материала были определены показатели качества, проведены рентгеноструктурный, термогравиметрический и дифференциально-термический анализы.

Результаты исследования. В ходе экспериментальных исследований из тяжелых нефтяных остатков ООО «КИНЕФ» были прококсованы вакуумный остаток и остаток висбрекинга с содержанием серы от 2,81 до 3,15%; помимо большого количества полученных дистиллятов (46,83–51,97%) был получен также углеродный материал с выходом летучих веществ от 16,15 до 19,07% в количествах 33,86–39,29%. Это аморфный углерод с характерными пиками (002) и (110) рентгеноструктурного анализа и термограммой, который является нефтяной коксующейся добавкой, и может быть использован для частичной замены коксующихся углей в шихте при производстве металлургического кокса.

Детали исследования. Максимальный выход нефтяной коксующей добавки был получен в процессе коксования остатка висбрекинга VR3 и составил 39,29%. Это связано с наличием большего количества реакционноспособных молекул в висбрекинговом остатке по сравнению с вакуумными остатками. Выход нефтяной коксующей добавки при коксовании вакуумных остатков составил 33,86% для VR1 и 34,82% для VR2. Выход дистиллята снижается в обратном направлении с 51,97% для VR1 до 46,83% для VR3. Полученные дистилляты, подвергнутые гидроочистке от серосодержащих соединений, могут быть использованы в качестве компонентов моторного топлива.

Наименьший выход летучих веществ (16,15%) из образцов полученных в ходе экспериментов характерен для нефтяной коксующей добавки VR3, так как нефтяное сырье перед его получением подвергается мягкому термическому крекингу. Действительная плотность и кажущаяся плотность для VR1 и VR2 коррелируют с выходом летучих веществ. Низкая пористость образца VR3 по сравнению с образцами VR1 и VR2 устанавливает более высокое значение плотности. Содержание серы в полученных образцах колеблется от 2,81 до 3,46%.

Заключение. Получение нефтяной коксующей добавки в качестве частичной замены коксующихся углей (для получения шихты в производстве металлургического кокса) может осуществляться в установках замедленного коксования нефтеперерабатывающих заводов как альтернатива получению крупнокускового нефтяного кокса.

Нефтяной кокс в основном используется в качестве сырья для производства электродов и анодной массы, а также для приготовления графитизированных углеродистых материалов на металлургических предприятиях. К содержанию серы в них предъявляются строгие требования: 0,5–1,0 мас.%. При использовании сернистых тяжелых нефтяных остатков невозможно получить малосернистый нефтяной кокс только замедленным коксованием, необходимо использовать дополнительные процессы обессеривания, которые не всегда экономически целесообразны.

Нефтяная коксующаяся добавка, полученная вместо обычного нефтяного кокса при более мягком температурном режиме, имела требуемые показатели качества, в частности выход летучих веществ в диапазоне от 15 до 25 мас.%, для использования в металлургическом производстве для частичной замены коксующихся углей в шихте для получения металлургического кокса.