Первое в России промышленное производство игольчатого кокса было запущено в прошлом году на Омском нефтеперерабатывающем заводе компании «Газпром нефть». Технологию разработали учёные Уфимского нефтяного — научный коллектив под руководством доцента кафедры «Технология нефти и газа» Виктора Запорина. Это событие — важнейший результат исследований, которые ведутся в УГНТУ уже несколько десятков лет.
Игольчатый кокс: особенности и значение
Игольчатый кокс — это высокоструктурированный углеродный продукт с низким содержанием примесей. Своё название он получил из-за особой структуры — она напоминает спрессованные иголки. Эта структура придаёт материалу особые свойства, в том числе высокие плотность, механическую прочность, электропроводность, термостойкость.
В отличие от рядового нефтяного кокса, игольчатый кокс — дорогостоящая и стратегически важная продукция. Это основное сырьё для производства графитированных электродов, которые широко используются в металлургической, а также в атомной, химической, космической промышленности.
Например, в металлургии графитированные электроды применяют при выплавке стали в электродуговых печах. Это наиболее прогрессивная и экологически чистая технология, позволяющая получать высококачественную сталь. В Западной Европе таким методом выплавляется 70−80% от общего количества стали, в России – примерно треть.
Кроме того, игольчатый кокс в настоящее время активно используют для изготовления литий-ионных аккумуляторов, и спрос на него растёт.
При этом технологией производства игольчатого кокса до недавнего времени обладали всего несколько компаний в развитых странах — США, Великобритании, Японии Южное Корее, Китае. Российские предприятия полностью зависели от импортного сырья. Вот почему так важно наладить промышленное производство игольчатого кокса в нашей стране.
Немного истории
Внедрить производство отечественного игольчатого кокса пытались ещё в Советском Союзе. Этой темой в конце 1960-х – начале 1970-х годов начали заниматься учёные Уфимского нефтяного института и Башкирского НИИ нефтепереработки (Баш НИИ НП) — научные группы под руководством Загидуллы Сюняева и Рагиба Гимаева.
Уже в 1972 году удалось получить первую опытно-промышленную партию игольчатого кокса на Красноводском (ныне Туркменбашинском) нефтеперерабатывающем заводе в Туркмении — одном из немногих НПЗ, которые перерабатывали малосернистые нефти. Планировалось создать там полный технологический цикл по производству игольчатого кокса и даже построить в туркменском Ташаузе (ныне город Дашогуз) электродный завод. Однако по разным причинам проект реализован не был.
Тогда башкирские учёные предложили наладить производство игольчатого кокса на Новоуфимском НПЗ и разработали для этого другую технологию. Состоялось три «опытных пробега» — в 1985, 1989 и 1996 годах. Третья опытно-промышленная партия была самой большой, 15 тысяч тонн, и прошла все проверки. Однако не нашлось энтузиастов, которые бы двигали этот проект дальше. К тому же к этому моменту Советский Союз распался, проблем в стране было много, и о производстве игольчатого кокса надолго забыли.
Интерес к теме вновь возник уже в 21 веке. В 2010 году об этом заговорили на Омском НПЗ — одном из самых мощных и технологичных нефтеперерабатывающих предприятий в стране. На заводе были две установки каталитического крекинга, установка замедленного коксования (УЗК) и установка прокалки — всё необходимое для производства игольчатого кокса. Нужна была технология. И производственники обратились в УГНТУ.
От идеи до внедрения
Стоит отметить, что Уфимский нефтяной в советское время и позднее был ведущим вузом страны, который готовил специалистов в области коксования. Главным направлением научных работ кафедры «Технология нефти и газа» долгое время было замедленное коксование, и первые докторские диссертации по коксу защитили учёные именно нашего университета. Поэтому несмотря на то, что в России исследования в области игольчатого кокса в течение 15 лет после 1996 года практически не велись, фундамент был существенный.
— Технологии производства игольчатого кокса зависят от сырья на конкретном заводе. Невозможно разработанную для одного предприятия технологию просто внедрить на другом. Необходимы дополнительные исследования, эксперименты в лабораторных условиях, опытно-промышленные пробеги. Для Омского НПЗ мы первоначально провели комплекс исследований, определили саму возможность производства игольчатого кокса. Только после этого они приняли программу выпуска новой продукции, — рассказывает Виктор Запорин, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Инновационные технологии термодеструктивной переработки тяжелых нефтяных остатков для получения перспективных углеродных материалов» УГНТУ.
Запорин — руководитель научной группы «коксовиков». Выпускник Уфимского нефтяного, с 1972 года он занимался исследованиями в области коксования в Башкирском НИИ нефтепереработки. В 2000 году пришёл работать на технологический факультет УГНТУ и продолжил эту работу в составе научного коллектива Геннадия Валявина.
Первую опытную партию игольчатого кокса на Омском НПЗ получили в 2015 году. Результаты были положительными. Следующие опытно-промышленные партии, произведенные в 2018 и 2020 годах, также успешно прошли испытания. Стоял вопрос о самой технологии замедленного коксования — её необходимо было менять, и этим также занялся коллектив Запорина.
— УГНТУ – родоначальник новой технологии замедленного коксования. По ней в стране было реконструировано несколько УЗК, а на «Уфанефтехим» построена новая. Нашу технологию мы приспособили и для Омского НПЗ — разработали исходные данные на реконструкцию установки, — рассказывает Виктор Павлович.
Реконструкцию УЗК в Омске завершили в 2023 году. В 2024-м на заводе получили еще одну опытную партию игольчатого кокса и запустили его промышленное производство — первое в России. Благодаря этому компания «Газпром нефть» не только существенно снизит зависимость российской промышленности от зарубежных поставок данной продукции, но и получит возможность выхода на экспортные рынки.
Не только «иголки»
Игольчатый кокс не единственная сфера научных интересов группы Запорина. На том же Омском НПЗ, например, они занимались усовершенствованием технологии производства рядового нефтяного кокса, необходимого для выплавки алюминия. Совместно с коксохимиками разработали технологию получения коксующей добавки, которая помогает решать проблему реализации высокосернистого кокса. Разработали технологию производства изотропного кокса из тяжёлой смолы пиролиза. На установках замедленного коксования пытаются получать различные углеродные материалы. Но наиболее востребованное направление, приносящее сейчас основной доход, — это разработка исходных данных для проектирования новых и реконструкции действующих установок замедленного коксования.
По словам Виктора Запорина, реконструкция УЗК позволяет нефтеперерабатывающим заводам решать разные задачи: поднять производительность, увеличить глубину переработки нефти, перевести установку на новое сырьё. Поэтому за помощью к учёным обращаются постоянно.
— Проектировщикам УЗК необходимы исходные данные: характеристики сырья, технологического оборудования, расчет того, что собой представляет установка и т.д. Если возникает необходимость сделать реконструкцию установки или построить новую — объявляется тендер, мы всегда участвуем, часто выигрываем. Так что мы работали и продолжаем работать с нефтеперерабатывающими заводами по всей стране — проводим для них анализ сырья, оценку качества получаемых продуктов, совершенствуем технологические схемы, — рассказывает Виктор Павлович.
Есть, по словам учёного, и направления исследований «на перспективу». Например, утилизация полимерных отходов. Технология замедленного коксования, разработанная в УГНТУ, в принципе позволяет это делать, но необходимо проверить – что будет с продуктами коксования, насколько они изменятся.
Ещё одно направление на будущее — производство нефтяных пеков. По словам Запорина, библиография по этой теме даже больше, чем по игольчатому коксу, но как таковой технологии пока нет. Необходимо её разрабатывать, поэтому задач для учёных достаточно.
Подпишитесь на наш канал, чтобы узнавать о Нефтяном и его людях больше!