Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

А. И. Насифуллина, сотрудник научного центра «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов», эл. почта: nasifullina.alsu@mail.ru
Р. Р. Габдулхаков, научный сотрудник научного центра «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов», эл. почта: renat18061995@gmail.com
В. А. Рудко, исполнительный директор научного центра «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов», канд. техн. наук, эл. почта: rva1993@mail.ru
И. Н. Пягай, старший научный сотрудник, директор научного центра «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов», докт. техн. наук, эл. почта: igor-pya@yandex.ru

Значительная доля всей массы отходов нефтеперерабатывающей промышленности приходится на тяжелые сернистые нефтяные остатки, и одним из распространенных в мире решений является утилизация данных отходов с получением нефтяных коксов. Однако высокое содержание серы зачастую не позволяет найти квалифицированное применение и рынок сбыта для получаемых сернистых углеродных материалов. В данной работе выполнен обзор научно-технической литературы по промышленному применению нефтяной коксующейся добавки (НКД) — нефтяного кокса с выходом летучих веществ от 15 до 25 %, как частичной замены дефицитных коксующихся углей в шихте при получении металлургического кокса. В результате обзора и анализа научно-технической литературы были установлены показатели, влияющие на формирование спекающих свойств НКД и граничные условия ее применения в составе угольной шихты. Показано, что применение нефтяного кокса с выходом летучих веществ менее 15 % (мас.) ухудшает качество получаемого металлургического кокса, снижая его прочностные характеристики (CSR) и увеличивая его реакционную способность (CRI), а внедрение в угольную шихту от 5 до 50 % (мас.) НКД с содержанием летучих веществ 15–25 % (мас.) обеспечивает улучшение качества получаемого металлургического кокса. Отмечено, что наряду с таким важным показателем, как выход летучих веществ, влияющим на формирование спекающих свойств НКД, не менее определяющую роль занимает ее групповой химический состав, определенный по растворимости в различных растворителях (α-, β- и γ-фракции).

Работа выполнена в рамках Государственного задания Минобрнауки РФ по НИР 0792-2020-0010 «Развитие научных основ инновационных технологий переработки тяжелого углеводородного сырья в экологически чистые моторные топлива и новые углеродные материалы с регулируемой макро- и микроструктурной организацией мезофазы».

1. Litvinenko V., Tsvetkov P., Dvoynikov M., Buslaev G. Barriers to implementation of hydrogen initiatives in the context of global energy sustainable development // Jurnal of Mining Institute. 2020. Vol. 244. P. 421. DOI: 10.31897/pmi.2020.4.421.
2. Welsby D., Price J., Pye S., Ekins P. Unextractable fossil fuels in a 1.5 °C world // Nature. 2021. Vol. 597, No. 7875. P. 230–234. DOI: 10.1038/s41586-021-03821-8.
3. Mardashov D. V., Bondarenko A. V., Raupov I. R. Design procedure of technological parameters of non-Newtonian fluids injection into an oil well during workover operation // Jurnal of Mining Institute. 2022. P. 1–14. DOI: 10.31897/PMI.2022.16.
4. Litvinenko V., Bowbriсk I., Naumov I., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 338. P. 130530. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130530.
5. Ji L., Huang J., Liu Z., Zhu H., Cai Z. The effects of employee training on the relationship between environmental attitude and firms’ performance in sustainable development // The International Journal of Human Resource Management. 2012. Vol. 23. No. 14. P. 2995–3008. DOI: 10.1080/09585192.2011.637072.
6. Бричкин В. Н., Федоров А. Т. Термодинамическое моделирование ионных равновесий при участии гиббсита в системе Na₂O – Al₂O₃ – H₂O // Цветные металлы. 2022. № 3. С. 74–81. DOI: 10.17580/tsm.2022.03.08.
7. Predel H. Petroleum Coke // Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. 2014. Vol. 37. No. 6. P. 1–21. DOI: 10.1002/14356007.a19_235.pub3.
8. Vasilyev V. V., Salamatova E. V., Maidanova N. V., Kalinin M. V., Strakhov V. M. Change in properties of roadmaking bitumen on oxidation // Coke and Chemistry. 2020. Vol. 63. No. 6. P. 307–314. DOI: 10.3103/S1068364X20060083.
9. Ivkin A. S., Vasiliev V. V., Salamatova E. V., Povarov V. G., Maidanova N. V., Kalinin M. V., Strakhov V. M. Adhesion of bitumen to minerals // Coke and Chemistry. 2022. Vol. 65. No. 1. P. 24–32. DOI: 10.3103/S1068364X22010033.
10. Vasilenko T., Kirillov A., Islamov A., Doroshkevich A. Study of hierarchical structure of fossil coals by small-angle scattering of thermal neutrons // Fuel. 2021. Vol. 292. P. 120304. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120304.

11. Zhong S., Baitalow F., Reinmöller M., Meyer B. Relationship between the tensile strength of irregularly shaped coal particles and various fuel properties // Fuel. 2019. Vol. 236. P. 92–99. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.08.140.
12. Sharikov Y. V., Sharikov F. Y., Krylov K. A. Mathematical model of optimum control for petroleum coke production in a rotary tube kiln // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2021. Vol. 55. No. 4. P. 711–719. DOI: 10.1134/S0040579521030192.
13. Litvinenko V., Meyer B. Syngas production: status and potential for implementation in russian industry. — Cham : Springer International Publishing, 2018. — 171 p. DOI: 10.1007/978-3-319-70963-5.
14. Tcvetkov P. Climate policy imbalance in the energy sector: time to focus on the value of CO₂ utilization // Energies. 2021. Vol. 14. No. 2. P. 411. DOI: 10.3390/en14020411.
15. Фещенко Р. Ю., Еремин Р. Н., Ерохина О. О., Поваров В. Г. Повышение окислительной стойкости графитированных блоков для электролитического производства магния методом пропитки фосфатными растворами. Часть 2 // Цветные металлы. 2022. № 1. С. 24–29. DOI: 10.17580/tsm.2022.01.02.
16. Veluri P. S., Katchala N., Anandan S., Pramanik M., NarayanSrinivasan K., Ravi B., Rao T. N. Petroleum coke as an efficient single carbon source for high-energy and high-power lithium-ion capacitors // Energy & Fuels. 2021. Vol. 35. No. 10. P. 9010–9016. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c00665.
17. Glazev M. V., Bazhin V. Y. Refractory materials of metallurgical furnaces with the addition of silicon production waste // Non-ferrous Metals. 2022. No. 1. P. 45–58. DOI: 10.17580/nfm.2022.01.05.
18. Mardashov D., Duryagin V., Islamov S. Technology for improving the efficiency of fractured reservoir development using gel-forming compositions // Energies. 2021. Vol. 14. No. 24. P. 8254. DOI: 10.3390/en14248254.
19. Zubkova O., Alexeev A., Polyanskiy A., Karapetyan K., Kononchuk O., Reinmöller M. Complex processing of saponite waste from a diamondmining enterprise // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. No. 14. P. 6615. DOI: 10.3390/app11146615.
20. Yuan M., Tong S., Zhao S., Jia C. Q. Adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons from water using petroleum coke-derived porous carbon // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 181. No. 1–3. P. 1115–1120. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.05.130.
21. Abdellatief T. M. M., Ershov M. A., Kapustin V. M., Abdelkareem M. Ali, Kamil M., Olabi A. G. Recent trends for introducing promising fuel components to enhance the anti-knock quality of gasoline: A systematic review // Fuel. 2021. Vol. 291. P. 120112. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.120112.
22. Cheng J., Lu Z., Zhao X., Chen X., Liu Y. Green needle coke-derived porous carbon for high-performance symmetric supercapacitor // Journal of Power Sources. 2021. Vol. 494. P. 229770. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229770.
23. Cheng J., Lu Z., Zhao X., Chen X., Zhu Y., Chu H. Electrochemical performance of porous carbons derived from needle coke with different textures for supercapacitor electrode materials // Carbon Letters. 2021. Vol. 31. No. 1. P. 57–65. DOI: 10.1007/s42823-020-00149-7.
24. Mitani S., Lee S.-I., Saito K., Yoon S.-H., Korai Y., Mochida I. Activation of coal tar derived needle coke with K₂CO₃ into an active carbon of low surface area and its performance as unique electrode of electric double-layer capacitor // Carbon. 2005. Vol. 43. No. 14. P. 2960–2967. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.05.047.
25. Wu J., Montes V., Virla L. D., Hill J. M. Impacts of amount of chemical agent and addition of steam for activation of petroleum coke with KOH or NaOH // Fuel Processing Technology. 2018. Vol. 181. P. 53–60. DOI: 10.1016/j.fuproc.2018.09.018.
26. Toebes M. L., Van Dillen J. A., De Jong K. P. Synthesis of supported palladium catalysts // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2001. Vol. 173. No. 1-2. P. 75–98. DOI: 10.1016/S1381-1169(01)00146-7.
27. Nazarenko M. Yu., Kondrasheva N. K., Saltykova S. N. Surface reactivity of fuel shales from the Baltic basin // Coke and Chemistry. 2016. Vol. 59. No. 5. P. 196–199. DOI: 10.3103/S1068364X16050045.
28. Cheremisina O., Sergeev V., Ponomareva M., Ilina A., Fedorov A. Kinetics study of solvent and solid-phase extraction of rare earth metals with di-2-ethylhexylphosphoric acid // Metals. 2020. Vol. 10. No. 5. P. 687. DOI: 10.3390/met10050687.
29. Gorlanov E. S., Bazhin V. Yu., Vlasov A. A. Electrochemical borating of titanium-containing carbographite materials // Russian Metallurgy (Metally). 2017. P. 489–493. DOI: 10.1134/S003602951706009X.
30. Polyakov A. A., Gorlanov E. S., Mushihin E. A. Analytical modeling of current and potential distribution over carbon and low-consumable anodes during aluminum reduction process // Journal of The Electrochemical Society. 2022. Vol. 169. No. 5. P. 053502. DOI: 10.1149/1945-7111/ac6a16.
31. Tverdov A. A., Zhura A. V., Nikishichev S. B. A problems and prospects for the development of the coal industry of Russia // Ugol’. 2012. Vol. 1037. No. 8. P. 86–90.
32. Kondratyev V. B., Popov V. V., Kedrova G. V. Global coal market: current situation and perspectives // Mining Industry Journal (Gornay Promishlennost). 2019. Vol. 144. No. 2. P. 6–12. DOI: 10.30686/1609-9192-2019-2-144-6-12.
33. Мансуров А. А. Анализ развития рынка углей в странах АТР и РФ // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 2. C. 175–180.
34. Menéndez J. A., Pis J. J., Alvarez R., Barriocanal C., Fuente E., Díez M. A. Characterization of petroleum coke as an additive in metallurgical cokemaking. Modification of thermoplastic properties of coal // Energy & Fuels. 1996. Vol. 10. No. 6. P. 1262–1268. DOI: 10.1021/ef960091e.
35. Menéndez J. A., Pis J. J., Alvarez R., Barriocanal C., Canga C. S., Díez M. A. Characterization of petroleum coke as an additive in metallurgical cokemaking. Influence on metallurgical coke quality // Energy & Fuels. 1997. Vol. 11. No. 2. P. 379–384. DOI: 10.1021/ef960124q.
36. Gagarin S. G. Correlation between the Roga index and the free-swelling index of coal // Coke and Chemisty. 2009. Vol. 52. No. 11. P. 473–476. DOI: 10.3103/S1068364X09110027.
37. Zubkova V. V. The effect of coal charge density, heating velocity and petroleum coke on the structure of cokes heated to 1800°C // Fuel. 1999. Vol. 78. No. 11. P. 1327–1332. DOI: 10.1016/S0016-2361(99)00060-5.
38. Rzychoń M., Żogała A., Róg L. Experimental study and extreme gradient boosting (XGBoost) based prediction of caking ability of coal blends // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2021. Vol. 156. P. 105020. DOI: 10.1016/j.jaap.2021.105020.
39. Pis J., Menéndez J., Parra J., Álvarez R. Relation between texture and reactivity in metallurgical cokes obtained from coal using petroleum coke as additive // Fuel Processing Technology. 2002. Vol. 77-78. P. 199–205. DOI: 10.1016/S0378-3820(02)00076-0.
40. Alvarez R., Pis J., Dıez M., Barriocanal C., Canga C., Menéndez J. A semiindustrial scale study of petroleum coke as an additive in cokemaking // Fuel Processing Technology. 1998. Vol. 55. No. 2. P. 129–141. DOI: 10.1016/S0378-3820(97)00078-7.
41. Malaquias B., Flores I. V., Bagatini M. Effect of high petroleum coke additions on metallurgical coke quality and optical texture // REM - International Engineering Journal. 2020. Vol. 73. No. 2. P. 189–195. DOI: 10.1590/0370-44672019730097.
42. Guerrero A., Diez M. A., Borrego A. G. Influence of charcoal fines on the thermoplastic properties of coking coals and the optical properties of the semicoke // International Journal of Coal Geology. 2015. Vol. 147–148. P. 105–114. DOI: 10.1016/j.coal.2015.06.013.
43. Gendler S. G., Fazylov I. R. Application efficiency of closed gathering system toward microclimate normalization in operating galleries in oil mines // Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021. No. 9. P. 65–78. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_9_0_65.
44. ТУ 0258-229-0019437–2008. Добавка коксующая. — Введ. 17.07.2009. — М. : Издательство стандартов, 2009.
45. ИСО 5068-1:2007. Угли бурые и лигниты. — Введ. 10.01.2007. — М. : Издательство стандартов, 2007.
46. ГОСТ 22692–77. Материалы углеродные. Метод определения зольности. — Введ. 01.07.1978. — М. : Издательство стандартов, 1977.
47. ГОСТ 1437–75. Нефтепродукты темные. Ускоренный метод определения серы. — Введ. 01.01.1977. — М. : Издательство стандартов, 1975.
48. ГОСТ 8606–2015. Топливо твердое минеральное. Определение общей серы. Методика Эшка. — Введ. 01.04.2017. — М. : Издательство стандартов, 2015.
49. ГОСТ 22898–78. Коксы нефтяные малосернистые. Технические условия. — Введ. 01.01.1979. — М. : Издательство стандартов, 1978.
50. ГОСТ 9318–91. Уголь каменный. Метод определения спекающей способности по Рога. — Введ. 01.01.1993. — М. : Издательство стандартов, 1991.
51. Duntsev D. Y., Zublev D. G., Tristan V. M., Sizov A. V., Zubov N. S., Bondar O. V., Staheev S. G. Petroleum additives for coking batch // Coke and Chemistry. 2014. Vol. 57. No. 8. P. 314–316. DOI: 10.3103/S1068364X14080043.

52. Mel’nikov I. I., Kryachuk V. M., Mezin D. A., Gorbunov A. A., Voloshchuk T. G. Influence of petroleum coking additive on the quality of coal batch, coke, and tar // Coke and Chemistry. 2011. Vol. 54. No. 12. P. 447–449. DOI: 10.3103/S1068364X11120118.
53. Zorin M. V., Stakheev S. G. Influence of a coking additive from oil refining on coke properties (CRI and CSR) // Coke and Chemistry. 2015. Vol. 58. No. 9. P. 342–344. DOI: 10.3103/S1068364X15090082.
54. Xing X., Rogers H., Zulli P., Hockings K., Ostrovski O. Effect of coal properties on the strength of coke under simulated blast furnace conditions // Fuel. 2019. Vol. 237. P. 775–785. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.10.069.
55. Jiao H., Wang M., Kong J., Yan D., Guo J., Chang L. Contribution of single coal property to the changes of structure and reactivity of chars from blending coking // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2018. Vol. 134. P. 114–121. DOI: 10.1016/j.jaap.2018.05.016.
56. Stukov M. I., Zagainov V. S., Kukolev Y. B., Andreichikov N. S., Shtark P. V., Vishnyakov A. V., Antonova V. A., Soboleva S. N. Increasing the strength of metallurgical coke by adding modified petroleum coke to the coking batch // Coke and Chemistry. 2009. Vol. 52. No. 8. P. 349–352. DOI: 10.3103/S1068364X09080043.
57. Phani Kiran K. S., Sivalingaraju B., Reddy S., Venkateswarlu Y., Marutiram K., Naha T. K. Use of petroleum coke as an additive in metallurgical coke making // Proceeding of the International Conference on Science and Technology of Ironmaking and Steelmaking. 2013. P. 1–11.
58. Miura Y., Nishi T., Yamaguchi T., Arima T., Okuhara T., Tamaki K., Migitaka W., Tateno M. Effects of manufacturing conditions on the properties of coalderived caking additives // Fuel. 1980. Vol. 59. No. 10. P. 704–710. DOI: 10.1016/0016-2361(80)90024-1.
59. Морозов А. Н., Хайрудинов И. Р., Жирнов Б. С., Фаткуллин М. Р. Методические аспекты исследования процесса получения нефтяной спекающей добавки // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2007. № 1. C. 14–15.
60. ГОСТ 5.1261–72. Кокс доменный из углей Донецкого и Кузнецкого бассейнов и шихты Череповецкого металлургического завода. Требования к качеству аттестационной продукции. Введ. 15.02.1972. — М. : Издательство стандартов, 1974.
61. Kondrasheva N., Kireeva E., Zyryanova O. Development of new compositions for dust control in the mining and mineral transportation industry // Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 248. P. 272–280. DOI: 10.31897/PMI.2021.2.11.
62. Sultanbekov R., Islamov S., Mardashov D., Beloglazov I., Hemmingsen T. Research of the Influence of Marine Residual Fuel Composition on Sedimentation Due to Incompatibility // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9. No. 10. P. 1067. DOI: 10.3390/jmse9101067.
63. Sultanbekov R., Beloglazov I., Islamov S., Ong M. Exploring of the Incompatibility of Marine Residual Fuel: A Case Study Using Machine Learning Methods // Energies. 2021. Vol. 14. No. 24. P. 8422. DOI: 10.3390/en14248422.
64. Yoshikazu N., Takushi N., Kenjiro M., Kouichi I., Daisuke A. Process for producing coking additive for coke production and process for producing coke. US Patent No. 9493708, 2010. 10 P.
65. Shui H., Zheng M., Wang Z., Li X. Effect of coal soluble constituents on caking property of coal // Fuel. 2007. Vol. 86. No. 10-11. P. 1396–1401. DOI: 10.1016/j.fuel.2006.11.027.
66. Ostrovskiy V. S., Starichenko N. S. Coal pitch as a binder // Coke and Chemistry. 2016. Vol. 59. No. 4. P. 149–152. DOI: 10.3103/S1068364X16040049.
67. Запылкина В. В., Жирнов Б. С., Хайрудинов И. Р. Зависимость спекаемости нефтяного пека от его группового химического состава // Нефтегазовое дело. 2012. № 5. C. 507–515.
68. Морозов А. Н. Исследование процесса термополиконденсации гудрона с целью получения нефтяной спекающей добавки : дис. … канд. техн. наук. — Уфа : Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2007. — 120 c.
69. Speight J. G., Moschopedis S. E. On the molecular nature of petroleum asphaltenes. — Canada : Coal Research Department, Alberta Research Council, 1982. — 15 p. DOI: 10.1021/ba-1981-0195.ch001.
70. Назаренко М. Ю., Кондрашева Н. К., Салтыкова С. Н. Влияние термических превращений в горючих сланцах на их свойства // Цветные металлы. 2017. № 7. С. 29–33. DOI: 10.17580/tsm.2017.07.05.