– заместитель генерального директора по новой технике и технологии, МЕНЕДЖМЕНТ». Президент, Ассоциация производителей углеграфитовой продукции, к. т.н.
Соавтор:
тема выступления: «Проблемы обеспечения сырьём производства графитированных электродов для сверхмощных электрометаллургических печей и мелкозернистых графитов, применяемых в специальных отраслях промышленности России».
Бурное развитее электрометаллургии в России и связанное с этим внедрение сверхмощных электропечей для выплавки стали, поставило задачу обеспечения металлургических предприятий высококачественными графитированными электродами марки UHP, обладающими высокой термостойкостью и низким расходом на одну тонну выплавляемой стали. Производство электродов марки UHP, возможно только при использовании коксов имеющих игольчатую структуру, произведённых на основе нефтяных декантойлов или мягкого каменноугольного пека.
Производство игольчатого кокса, в западных странах, было освоено в середине 60-х годов прошлого века и явилось революционным прорывом в области производства графитированных электродов. В России производство игольчатого кокса не освоено до сегодняшнего времени.
В связи с данным обстоятельством производство электродов марки UHP, которые являются стратегическим продуктом, выпуск которых освоен на предприятиях нашей страны уже более сорока лет, и на протяжении всего этого срока Российские электродчики вынуждены приобретать игольчатые кокса в Соединённых штатах Америки, Великобритании и Японии.
В настоящее время в мире производится свыше 100 млн. тн. нефтяных коксов различного качества, в том числе около 880 тыс. тн. игольчатого кокса (за исключением КНР). В таблице 1 приведены производственные мощности фирм-производителей игольчатых коксов, в том числе и из каменноугольной смолы.
Таблица 1. Мировые мощности по производству игольчатого кокса.
Производитель/тип кокса | Мощность, тыс. тн. | Примечание |
ConocoPhillips Limited, Англия, США / нефтяной игольчатый кокс | 410 | Нефтяной |
Seadrift Coke L. P., США / нефтяной игольчатый кокс | 150 | Нефтяной |
КОА, Япония / нефтяной игольчатый кокс | 80 | Нефтяной |
C-Chem Со Ltd., Япония / пековый игольчатый кокс | 90 | Из каменноугольной смолы |
Petrocoke (J0M0), Япония / нефтяной игольчатый кокс | 80 | Нефтяной |
Mitsubishi Corp., Япония / пековый игольчатый кокс | 70 | Из каменноугольной смолы |
ВСЕГО: | 880 |
Из таблицы 1 видно, что производство игольчатых коксов было создано в странах с высокоразвитой экономикой, имеющих мощную металлургическую, электронную, атомную и оборонную промышленность. Правительства этих стран придают огромное стратегическое значение выработке данного вида кокса как сырья для производства материалов, не имеющих по своим характеристикам ни одного конкурента из всех элементов, существующих в природе. Ежегодно правительство США выделяет десятки миллионов долларов в виде грандов, направленных на создание и внедрение в производство новых материалов на основе углерода.
В последние несколько лет произошло резкое увеличение потребления игольчатого кокса производителями Китая и Индии, что привело к его дефициту на мировом рынке. Данное обстоятельство, в свою очередь, вызвало резкий подъём цен на этот вид продукции в период гг., что в итоге привело к значительному увеличению затрат на производство углеродной продукции, а по отдельным продуктам - к убыткам.
В настоящее время производители электродов в России, а так же и металлургические комбинаты всецело зависят от поставок по импорту. Такая ситуация создает очень опасную обстановку как для электродчиков так и металлургов, так как даёт возможность в любой момент зарубежным фирмам или запросить неприемлемые цены, как на игольчатый кокс, так и электроды поставляемые в страну или вообще прекратить поставки, что приведёт к серьёзным последствиям.
Для того, чтобы избежать подобной ситуации давно назрел вопрос создания в Российской Федерации собственного производства игольчатого кокса.
15-20 лет назад нефтехимики делали попытку организовать производство игольчатого кокса, из малосернистых высокоароматизированных остатков термодеструктивного происхождения – это дистилятные крекинг – остатки от крекирования малосернистых газойлевых фракций прямогонного или вторичного происхождения, так называемые декантойли освобождённые от катализаторной пыли, тяжёлые газойли каталитического крекинга и тяжёлые смолы пиролиза от производства моноолефинов. Были выпущены опытные партии нефтяных игольчатых коксов на Красноводском, Ново-Уфимском и Павлодарском НПЗ. Изготовленные из них опытные партии графитированных электродов показали, что этот игольчатый кокс по качеству можно отнести к промежуточному между рядовым и игольчатым, то есть технология его получения требовала некоторой доработки. Это совпало с началом перестройки в России – Красноводский и Павлодарский НПЗ оказались в странах СНГ, на Ново-Уфимском заводе была выпущена ещё одна опытная партия и все работы в этом направлении нефтепереработчики прекратили. Это можно объяснить тем, что возможности и масштабы производства игольчатого кокса с экономической точки зрения не сопоставимы с масштабами производства бензина и дизельного топлива. Кроме того нефтехимиков захлестнула волна возникших проблем, связанных с доработкой технологии получения бензинов и дизтоплива по Европейским стандартам, для чего требуется расширение мощностей по каталитической гидроочистке исходного сырья от серы. Кроме того, организация производства игольчатого кокса на конкретных НПЗ, вызывает необходимость внесения изменений в уже сложившуюся технологическую схему переработки нефти, влекущих дополнительные затраты на переработку и доведение до необходимых нормативных требований побочных продуктов. Ещё одним из препятствий внедрения технологии производства игольчатого кокса на конкретных НПЗ является нестыковка ресурсов исходного сырья коксования с мощностями имеющихся установок замедленного коксования.
Российских производителей высокотехнологичной и чрезвычайно сложной в производстве углеродной продукции настораживает тот факт, что в стране, имеющей огромные запасы нефти, мощную нефтеперерабатывающую промышленность, в настоящее время не делаются даже попытки создания собственного производства игольчатого кокса. На протяжении многих лет попытки договориться с нефтепереработчиками о возможности производства игольчатого кокса не имели продолжения.
В тоже время по данным ряда публикаций руководителей нефтеперерабатывающей отрасли [1, 2] в период с 2009 по 2020 гг. на НПЗ РФ планируется внедрение большого числа установок замедленного коксования с увеличением объёма выработки нефтяного кокса с содержанием серы менее 2,7% до 2,7 млн. тн. и содержанием серы выше 2,7% до 1,2 млн. тн.. Предполагается, что реализация этих планов может обеспечить потребности алюминиевой отрасли РФ. При этом хотелось бы отметить, что при производстве алюминия качество анода (самообжигающийся или обожжённый) напрямую зависит от качества применяемого кокса. Как показывает общемировая практика, это нефтяной кокс с содержанием серы в пределах до 1,5%, и как исключение до 1,8%. Высокое содержание серы в коксе оказывает негативное воздействие на окружающую среду, а сопутствующие металлы ведут к снижению качества первичного алюминия. Интенсивно внедряются высокосернистые коксы в энергетике - в качестве топлива и в коксохимии в качестве добавки в шихту.
Задача повышения глубины переработки нефти сама по себе очень важна, однако крупнейшие российские нефтяные компании выбирают самый простой и лёгкий путь, направленный на выпуск рядовых высокосернистых коксов, которые по своим характеристикам (а это в первую очередь их структура, высокое содержание серы и металлов) не могут удовлетворить потребности компаний, занятых производством высокотехнологичных продуктов, к которым относятся производители углеграфитовой промышленности, производители абразивов и алюминия. При этом необходимо заметить, что на территории РФ только три НПЗ (Волгоградский, Омский и Ангарский) выпускают кокс (суммарный объём чуть более 500 тыс. тн./год) с показателями, удовлетворяющими требования только алюминиевой и абразивной промышленности.
Хотелось бы акцентировать внимание отечественных нефтяных компаний на том, что в России существует «углеграфитовая отрасль», которая занята производством таких видов продукции как:
· графитированные электроды для сверхмощных металлургических печей, производство которых возможно только из игольчатых коксов (данное производство кокса, как указано выше в РФ отсутствует);
· электроды для установок «печь-ковш» и электропечей малой и средней мощности: для их производства требуются нефтяные коксы с содержанием серы не более 0,8-1%;
· изделия из мелкозернистого графита, которые используются в высоких технологиях: в радиоэлектронике, производстве особо чистого кремния, в атомной энергетике, ракетной технике, авиастроении, а так же других важных отраслях промышленности.
Для этого производства требуются малосернистые коксы с изотропной (типа КНПС) структурой.
Российские электродные заводы, такие как Новочеркасский, Новосибирский, Челябинский, находятся под управлением МЕНЕДЖМЕНТ» (г. Москва). Для производства электродов больших диаметров типа UHP они вынуждены закупать игольчатый кокс за пределами Российской Федерации у производителей данного вида продукции на территории Соединённых штатов Америки, Великобритании и Японии. Нефтяные коксы с содержанием серы до 0,8-1,0%, так же не производящиеся в России, закупаются в Азербайджане и Туркмении.
В связи с прекращением производства изотропного кокса (типа КНПС) в РФ, возникла необходимость в изменении технологии производства мелкозернистых графитов с использованием пекового и сланцевого кокса (Эстония), но, учитывая дальнейшее развитие данных материалов на основе углерода, в самых передовых и перспективных наукоёмких производствах его потребление неуклонно увеличивается и будет постоянно иметь тенденцию к росту (малосернистый кокс изотропной структуры). При этом требования к качеству графита возрастает, что вызывает необходимость возобновления производства изотропного кокса марки КНПС.
Тем не менее, эксперименты в лабораторных условиях и их пилотных установках, а также тридцатилетний опыт наработки большого числа опытных партий игольчатого кокса (в объёме от 300 до 16000 тн), разработки методов оценки его физико-химических и мониторинг эксплутационных свойств непосредственно в промышленных условиях в технологии производства графитированных электродов, способствовали не только пониманию собственно химизма и механизма термолиза различных видов сырья при производстве игольчатого кокса, но и наработке теоретических основ формирования анизотропной структуры нефтяных коксов. То есть при наличии доброй воли, ресурсов соответствующих видов нефтяного сырья и мощностей по его коксованию представляется возможным в достаточно короткие сроки с использованием разработок отечественных учёных организовать промышленное производство высококачественного игольчатого кокса.
Из всех известных технологий и технологических схем возможной организации промышленного производства игольчатого кокса на отечественных НПЗ, достаточно легко реализуемой является технология с использованием в качестве исходного сырья декантойлей - тяжёлых газойлей каталитического крекинга с современных установок типа 43-107, имеющие в своём составе блоки предварительной гидроочистки сырья. Уже имеющееся и намечаемое строительство новых мощностей по каталитическому крекированию вакуумных газойлей, позволит не только обеспечить производство высокооктанного бензина и увеличить глубину переработки нефти, но и обеспечить выработку декантойлей качественного сырья для производства игольчатого кокса.
По предварительной оценке специалистов Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ) наиболее благоприятные условия для организации промышленного производства игольчатого кокса имеются на Омском НПЗ, входящего в «Газпромнефть». На заводе уже имеется определённое количество сырья потенциально пригодного для производства игольчатого кокса, имеется установка прокалки, намечается строительство установки гидрокрекинга и замедленного коксования. В целом с учётом перспективы потребность углеродной промышленности в игольчатом коксе в непрокалённом весе составит 150 тыс. тн. в год, малосернистых коксов с серой до 0,8-1% до 100 тыс. тн. в год и изотропного нефтяного кокса типа (КНПС) – около 8-10 тыс. тн. в год.
При определённых условиях можно рассматривать как потенциальных производителей игольчатого кокса – Волгоградский НПЗ, -Уфимский НПЗ.
Уважаемые коллеги! Вопрос производства игольчатого, малосернистого рядового и изотропного коксов для углеродной промышленности является стратегическим для всего государства в целом. Мы ещё раз хотим заострить внимание на том, что выше названные виды коксов являются стратегическими материалами и Россия не имеет права допустить зависимости ведущих отраслей экономики от других стран – производителей данных видов сырья.
Безопасность государства - это важнейший вопрос, от которого не должны отворачиваться руководители бизнеса и правительства.
Электродчики призывают к сотрудничеству Министерство Энергетики, крупные нефтяные компании, Правительство РФ в решении вопроса о начале производства на территории России как нефтяных игольчатых коксов, так и рядовых малосернистых и изотропных коксов с низким содержанием серы и других примесей, что в свою очередь приведёт к сырьевой независимости от западных производителей, предприятия чёрной, цветной, атомной и оборонной промышленности нашей страны.
Список литературы:
1. «основные проблемы развития российской нефтепереработки». - Нефтекокс – 2009. Доклад на конференции Уфа, 2009 г.
2. Материалы XVIII международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2010». Уфамая 2010 г.
3. Материалы заседания межотраслевой рабочей группы «Нефтекокс-2010» по теме: «Перспективы производства различных видов нефтяных коксов, направления совершенствования технологии и оборудования, эффективность их использования в различных отраслях промышленности».
