И. Р. Хайрудинов, М. М. Ахметов, Э. Г. Теляшев
В последние годы достаточно регулярно состояние коксового производства в России обсуждается на отраслевых совещаниях и конференциях специалистов нефтеперерабатывающей, алюминиевой и электродной промышленности [1, 2]. Поэтому статистические данные, приводимые различными аналитиками, известны широкому кругу специалистов как нефтеперерабатывающей, так и других отраслей.
В частности, по данным на начало 2002 г. специалистами Минэнерго РФ отмечалось, что при объеме переработки 5,2 млн. т нефтяного сырья производится 984 тыс. т нефтяных коксов и в перспективе к 2005 г. ожидалось достижение уровня выработки кокса 1080 тыс. т/год. Анализ, выполненный в нашем институте, показывает, что уже в 2004 г. отмеченный уровень выработки кокса был перекрыт и для этого потребовалось переработать менее 4 млн. т сырья коксования.
На сегодня в России эксплуатируется восемь установок замедленного коксования различной мощности, суммарная их загрузка сырьем в 2004 г. составила 3906 тыс. т (табл. 1), производство кокса было доведено до 1089 тыс. т, средний выход кокса по заводам составил 27,9%(масс.).
В настоящее время производство нефтяных коксов на предприятиях России характеризуется следующими особенностями.
1. Повсеместно на НПЗ отмечается значительное утяжеление сырья коксования. Заводы отрасли провели модернизацию вакуумных блоков на установках АВТ, в результате этого в их балансе накапливаются значительные объемы тяжелых гудронов с высокой плотностью и коксуемостью.
2. Появился рынок сбыта продукции вторичных каталитических процессов (отходов масляного и топливного производства) — экстрактов селективной очистки, тяжелых газойлей. Они уже не подвергаются термическому крекингу для получения на их основе более низкосернистого крекинг-остатка — желательной добавки к сырью процесса замедленного коксования.
Таблица 1
Показатели переработки сырья коксования на нефтеперерабатывающих заводах России за 2004 г.
| Нефтеперерабатывающие предприятия | Тип установки замедленного коксования | Объем переработки сырья, тыс. т | Объем производства кокса, тыс. т | Выход кокса от сырья, % масс. |
| ООО «ЛУКОЙЛ — Волгограднеф-тепереработка» | 21-10/300 21-10/600 21-10/7 | 259,3 481,9 236,7 | 66,7127,7 62,6 | 25,7 26,5 26,4 |
| ООО «ЛУКОЙЛ-Пермьнефтеорг- | 21-10/ЗМ | 921,4 | 236,8 | 25,7 |
| синтез» | ||||
| ОАО «Ангарская нефтехимиче- | 21-10/ЗМ | 537,4 | 148,4 | 27,6 |
| ская компания» | ||||
| ОАО «Сибнефть-Омский НПЗ» | 21-10/ЗМ | 616,1 | 174,3 | 28,3 |
| ОАО «Ново-Уфимский НПЗ» | 21-10/300 | 415,5 | 136,5 | 32,9 |
| ОАО «Новокуйбышевский НПЗ» | 21-10/5К | 437,8 | 136,0 | 31,1 |
| Всего | 3906,0 | 1089,0 | 27,9 |
Сырье для получения кокса
Рассмотрим специфику обеспечения коксовых установок сырьем.
Сырьем коксования на заводах Новокуйбышевска и Перми являются сернистые гудроны. С 2005 г. ООО «ЛУКОЙЛ-Пермьнефтеоргсинтез» перестал вовлекать в сырье коксования как добавку к гудрону дистиллят-ный крекинг-остаток. На Омском НПЗ в качестве сырья при коксовании используются гудрон, газойль каталитического крекинга и тяжелый газойль. На установках коксования ООО «ЛУКОЙЛ-ВНП» традиционно в качестве сырья используется смесь гудрона, асфальта, экстракта «Дуасол» и дистиллятного крекинг-остатка (ДКО). На ОАО «АНХК» коксованию подвергают смесь гудрона со смолой пиролиза, иногда в нее добавляют газойль каталитического крекинга. На ОАО «НУНПЗ» в коксование вовлекаются гудрон, асфальт, тяжелый газойль каталитического крекинга, дистиллятный и остаточный крекинг-остатки.
Основные показатели работы коксовых установок в России
В табл. 2 представлены усредненные годовые материальные балансы коксовых установок России. Основная задача, решаемая сегодня на заводах, — это утилизация значительных ресурсов тяжелых гудронов. При этом отмечается невысокий выход светлых дистиллятов (бензин, легкий газойль) и высокий выход тяжелого газойля, используемого чаще всего как котельное топливо.
В табл. 3 приведены данные по содержанию серы и ванадия в нефтяных коксах различных производителей.
На сегодня отечественного производства нефтяных коксов с содержанием серы в пределах 0,5—1,0% не существует. Из общего баланса производимого кокса только около половины содержит менее 1,5% серы. Низкосернистый кокс имеет также пониженное содержание ванадия и используется в алюминиевой промышленности, и только небольшая его часть может быть вовлечена в электродное производство как «подшихтовка» к малосернистым коксам, например, пековым. Основная масса кокса с содержанием серы от 2,0 до 2,8% не пригодна для электродной и малопригодна для алюминиевой промышленности.
Перспективы развития производства кокса
Перспективные технические решения для создания отечественных производств электродных коксов, разработаны в ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ». Они предусматривают подготовку малосернистого сырья коксования за счет вовлечения остатков процессов нефтехимии и альтернативных источников сырья; строительство новой крупнотоннажной установки замедленного коксования на Комсомольском НПЗ; организацию коксового производства на малотоннажных коксовых установках из прямогонных мазутов малосернистых нефтей.
Таблица 2
Материальные балансы коксования*
| Продукты коксования | Нефтеперерабатывающие заводы в городах | |||||
| Волгоград | Пермь | Ангарск | Омск | Уфа | Новокуйбышевск | |
| Газы | 10,7 | 8,7 | 12,5 | 8,3 | 8,0 | 11,4 |
| Бензин | 11,7 | 16,3 | 15,0 | 8,6 | 3,8 | 10,2 |
| Легкий газойль | 30,7 | 22,9 | 27,2 | 18,3 | 19,3 | 31,1 |
| Тяжелый газойль | 19,9 | 25,5 | 16,3 | 34,1 | 35,0 | 14,6 |
| Кокс суммарный | 26,3 | 25,7 | 26,8 | 28,3 | 32,9 | 31,1 |
| Потери | 0,7 | 0,9 | 2,2 | 2,4 | 1,0 | 1,6 |
| Всего | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Выходы продуктов указаны в массовых единицах на 100 массовых единиц исходного сырья
Показатели качества нефтяных коксов, произведенных в России
Таблица 3
| Предприятие | Массовая доля, | % |
| серы | ванадия | |
| ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» | 1,47-1,48 | 0,015 |
| ООО «ЛУКОЙЛ-Пермьнефтеоргсинтез» | 2,60-2,70 | до 0,025 |
| ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» | 1,45-1,50 | 0,015 |
| ОАО «Сибнефть-Омский НПЗ» | 1,45-1,50 | 0,015 |
| ОАО «Ново-Уфимский НПЗ» | 2,00-2,50 | до 0,030 |
| ОАО «Новокуйбышевский НПЗ» | 2,80 | до 0,040 |
Состав сырья и качество получаемых коксов
| Показатели | Смесь малосернистого ДКО и смолы Смесь сернистого ДКО и смолы | ||
| I образец | II образец | III образец | |
| Выход летучих веществ, %(масс.) | 4,6 | 4,1 | 3,9 |
| Содержание серы, %(масс.) | 0,32 | 0,34 | 0,43 |
| Действительная плотность, кг/м3 | 2130 | 2120 | 2116 |
| Микроструктура, баллы | 5,4 | 5,3 | 5,1 |
| Выход кокса на сырьевую смесь, %(масс.) | 29,5 | 29,6 | 31,0 |
Рассмотрим эти предложения более подробно. Специалистами Института проведены пилотные испытания процесса коксования смесей смолы пиролиза этиленового производства и дистиллятного крекинг-остатка (ДКО). В результате подбора состава сырья определены пределы изменения качества получаемых коксов (табл. 4) и найдены условия получения вполне качественного игольчатого кокса.
По результатам этих исследований еще в 2004 г. ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ» подготовлены и переданы предложения по реализации такого процесса коксования на Волгоградском НПЗ.
Нефтяная компания «Лукойл» располагает значительными ресурсами смолы пиролиза, которые могут быть переданы Волгоградскому НПЗ по внутренним связям компании. Нужна заинтересованность самой компании в организации отечественного производства игольчатого кокса с указанными в табл. 4 показателями качества.
К сожалению, складывающаяся в России ценовая политика по сырью для производства сажи может помешать реализации этой технологии.
Еще в 1995 г. по договору с Братским алюминиевым заводом ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ» разработал технологический регламент для проектирования установки замедленного коксования с привязкой к Комсомольскому НПЗ. Исследования показали, что при существующем сырьевом обеспечении завода есть возможность производства малосернистого кокса из гудрона (табл. 5).
В 2001 г. нефтяная компания «Роснефть» организовала проведение тендера по выбору исполнителя
Таблица 5
Выход и качество кокса из гудрона ОАО «Комсомольский НПЗ»
| Показатели | Значения |
| Выход летучих веществ, %(масс.) | 5,5 |
| Содержание серы, %(масс.) | 0,69 |
| Содержание золы, %(масс.) | 0,11 |
| Действительная плотность, кг/м3 | 2093 |
| Выход на сырье, %(масс.) | 22,0 |
проекта строительства на Комсомольском НПЗ коксовой установки мощностью 1 млн. т/год по сырью. Но, к сожалению, решение данного вопроса было перенесено на более поздние сроки.
В 2003 г. Институтом был разработан технологический регламент для проектирования установки коксования каменноугольной смолы, включающий стадию экстракции исходной смолы и последующую стадию коксования экстракта. Такое техническое решение позволяет с этой установки выводить в виде рафината каменноугольный пек, а в виде продукта коксования — малосернистый кокс (табл. 6).
Таблица 6 Выход и качество кокса из каменноугольной смолы
| Показатели | Значения |
| Выход летучих веществ, %(масс.) | 1,7 |
| Содержание серы, %(масс.) | 0,26 |
| Содержание золы, %(масс.) | 0,18 |
| Действительная плотность, кг/м3 | 2130 |
| Микроструктура, баллы | 5,2-5,4 |
| Выход кокса на сырье, %(масс.) | 14,8 |
| Выход пека на сырье, %(масс.) | 19,6 |
Данный проект был разработан применительно к сырьевой базе ОАО «Алтай-кокс» и пока находится в стадии рассмотрения у заказчика. Его отличительной особенностью является комплектование установки малогабаритными аппаратами. Полагаем, что для выпуска коксов специального назначения целесообразно, исходя из потребности в них, строительство именно установок малой мощности 100—150 тыс. т по сырью.