Специалисты приоритетного направления «Эконефть» Казанского федерального университета исследуют твердый остаток переработки нефти - нефтяной кокс. Перед собой они ставят задачу - научиться максимально эффективно и экологически безопасно его перерабатывать.

В современном мире, ввиду повсеместно ведущейся энергетической политики, одной из приоритетных задач любого государства является повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и создание необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития. Отвечая данной тенденции, все большее внимание специалисты приоритетного направления «Эконефть» уделяют нефтяному коксу, являющемуся отходом нефтеперерабатывающих предприятий и по своим качественным характеристикам превосходящему многие природные топливные ресурсы.

Эпоха, когда конечным этапом переработки нефти являлся мазут, используемый в качестве топлива морских судов и энергетических котлов, подошла к своему логическому завершению. Сегодня мазут перерабатывают целесообразнее, «выжимая» его до последнего углеводорода, оставляя лишь твердый остаток – нефтяной кокс. Теперь перед учеными стоит задача – создать технологию, которая позволила бы максимально эффективно и экологически безопасно его перерабатывать. А пока что нефтяной кокс в возрастающем количестве хранится под землей и на ее поверхности, а также на многочисленных полигонах. Сжечь нефтяной кокс крайне сложно.

«Нефтяной кокс плохо поддается сжиганию, в том числе из-за его графитоподобной структуры. Сам графит горит от 700 °С. Температура воспламенения нефтяного кокса, в зависимости от его состава, может начинаться от 450 °С. Добиться такой температуры сложно и экономически не выгодно. Для снижения температуры его воспламенения необходимо применение катализаторов», – объяснил научный сотрудник НИЛ «Реологические и термохимические исследования» Эмиль Сайфуллин.

В одном из последних исследований ученые КФУ рассмотрели кинетику горения и окисления нефтяного кокса в присутствии металлических катализаторов. Чтобы оценить влияние катализатора на температуру воспламенения, ученые предложили новый подход работы с неподвижным псевдоожиженным слоем. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Omega.

«Также сложно добиться полного сгорания нефтяного кокса. Для сжигания такого вида твердых частиц обычно используют технологию сжигания в псевдоожиженном слое. В традиционном виде псевдоожиженный слой – это способ создания максимально подходящих условий для химической реакции, в данном случае для реакции горения. Технология заключается в том, чтобы заставить каждую отдельную частичку летать прямо в воздухе. Для примера, если мы возьмем мелкое сито и высыплем на него порошок угля, подадим воздух через сито снизу, то кусочки порошка взлетят и разделятся на тысячи частиц. Главная цель – организовать наибольший контакт воздуха с веществом, чтобы процесс горения проходил лучше», – пояснил суть работы псевдоожиженного слоя ученый.

Для веществ, которые трудно поддаются сжиганию, например нефтяной кокс, данная методика является эффективным решением, считает исследователь.

Вторая проблема утилизации нефтяного кокса заключается в его уникальном составе: он содержит все металлы, которые содержались в нефти. «Черное золото» является уникальным ископаемым, представляя собой почти всю таблицу Менделеева. Следовательно, нефтяной кокс – это концентрация всего, что было в нефти, в том числе металлов, непредсказуемо влияющих на процесс горения.

Применение технологии псевдоожиженного слоя активно используется в промышленности зарубежных стран, но для российской энергетики по-прежнему является новинкой. Ученые КФУ рассмотрели данную технологию как перспективный метод сжигания нефтяного кокса, но для качественного сравнения катализаторов горения псевдоожиженный слой необходимо «заморозить». Для этого исследователи разделили частицы нефтяного кокса, смешав их с кварцевым песком. В таком «замороженном» режиме ученые могут точно и наиболее близко к реальным условиям исследовать кинетику горения нефтяного кокса и влияние катализаторов на температуру воспламенения.

Итогом проведенных экспериментов является создание нового метода исследования горения нефтяного кокса и нахождение эффективных катализаторов, которые позволят добиться положительных для энергетики результатов.