Установка замедленного коксования в необогреваемых камерах

Процесс замедленного коксования в необогревае­мых камерах предназначен для получения крупно­кускового нефтяного кокса как основного целевого продукта, а также легкого и тяжелого газойлей, бензина и газа. Сырьем для коксования служат мало­сернистые атмосферные и вакуумные нефтяные остат­ки, сланцевая смола, тяжелые нефти из битуминозных песков, каменноугольный деготь и гильсонит. Эти виды сырья дают губчатый кокс. Для получения высококачественного игольчатого кокса используют более термически стойкое ароматизированное сырье, например смолу пиролиза, крекинг-остатки и катали­тические газойли.

Основными показателями качества сырья явля­ются плотность, коксуемость по Конрадсону и содер­жание серы. Выход кокса определяется коксуемостью сырья и практически линейно изменяется в зависи­мости от этого показателя. При коксовании в необо­греваемых камерах остаточного сырья выход кокса составляет 1,5—1,6 от коксуемости сырья. При коксовании дистиллятного сырья выход кокса не соответствует коксуемости сырья, поэтому состав­лять материальный баланс расчетным методом для такого сырья нельзя. Главным потребителем кокса является алюминие­вая промышленность, где кокс служит восстановите­лем (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд. Кроме того, кокс используют в качестве сырья при изготовлении графитированных электродов для сталеплавильных печей, для по­лучения карбидов (кальция, кремния) и сероугле­рода.

Основными показателями качества кокса явля­ются истинная плотность, содержание серы, золь­ность и микроструктура. Для игольчатого кокса истинная плотность должна быть не ниже 2,09 г/см³, для кокса марки КНПС (пиролизного специального), используемого в качестве конструкционного мате­риала, она находится в пределах 2,04—2,08 г/см³ [15].

Содержание серы в коксе почти всегда больше, чем в остаточном сырье коксования. Из остатков малосернистых нефтей получают малосернистый кокс, содержащий, как правило, до 1,5 % (масс.) серы; кокс из сернистых остатков содержит обычно 2,0— 4,5 % (масс.) серы, а из высокосернистых — более 4,0 % (масс.) [16].

Содержание золы в коксе в значительной мере зависит от глубины обессоливания нефти перед ее перегонкой.

В Советском Союзе проектируются и находятся в эксплуатации установки замедленного коксования мощностью 300, 600 и 1500 тыс. т сырья в год. На рис. III-5 приведена установка мощностью 600 тыс. т в год, которая включает реакторный блок, состоящий из четырех коксовых камер, две трубчатые нагрева­тельные печи, блок фракционирования и систему регенерации тепла и охлаждения продуктов [17].

Сырье — гудрон или крекинг-остаток (или их смесь) — подается насосом 1 двумя параллельными потоками в трубы подовых и потолочных экранов печей 2 и 3, где оно нагревается до 350—380 °С. Затем сырье поступает в нижнюю часть колонны 9 на верхнюю каскадную тарелку. Сюда же под ниж­нюю тарелку поступают горячие газы и пары про­дуктов коксования, образующиеся в двух парал­лельно работающих камерах 5 (или 5'). В колонне сырье встречается с восходящим потоком газов и паров и в результате контакта тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем. Таким образом, в нижней части колонны образуется смесь сырья с рециркулятом, обычно называемая вторичным сырьем. Если в сырье содержались легкие фракции, то они в результате контакта с высо­котемпературными парами, испаряются и уходят в верхнюю часть колонны 9.

Вторичное сырье с низа колонны 9 забирается насосом 6 и возвращается в змеевики печи 2 и 3, в верхние трубы конвекционной секции и правые подовые и потолочные экраны. Эта часть труб отно­сится к «реакционному» змеевику, здесь вторичное сырье нагревается до 490—510 °С. Во избежание закоксовывания труб этой секции в трубы потолоч­ного экрана подают перегретый водяной пар, так называемый турбулизатор, в количестве 3 % (масс.) на вторичное сырье. За счет подачи турбули­затора увеличивается скорость прохождения потока через реакционный змеевик. Избыток перегретого водяного пара может подаваться в отпарные колонны 10 и 11.

Парожидкостная смесь из печей 2 и 3 вводится параллельными потоками через четырехходовые кра­ны 7 в две работающие камеры 5; две другие камеры (5) в это время подготавливают к рабочему периоду цикла. Горячее сырье подается в камеры вниз и по­степенно заполняет их. Объем камер достаточно большой (внутренний диаметр 4,6—5,5 м, высота 27—28 м), и время пребывания сырья в них значи­тельно. Здесь в камерах сырье подвергается кре­кингу. Пары продуктов разложения непрерывно выводятся из камер сверху и поступают в колонну 9, а тяжелый остаток остается. Жидкий остаток посте­пенно превращается в кокс.

В колонне 9 продукты коксования разделяются. С верха колонны уходят пары бензина и воды, а также газ коксования. Эти продукты проходят аппарат воздушного охлаждения 8, затем водяной холодильник 16 для дополнительного охлаждения и поступают в водогазоотделитель 17, где разделяются на водный конденсат, нестабильный бензин и жирный газ.

Часть нестабильного бензина нагнетается насосом 15 в качестве орошения на верхнюю тарелку колонны 9. Балансовое количество бензина проходит тепло­обменник 18, где нагревается за счет тепла легкого газойля, и передается в секцию стабилизации. Вод­ный конденсат, отводимый из водогазоотделителя 17, подается насосом 14 через теплообменник 20 в паро­перегреватели, расположенные в конвекционных секциях печей 2 и 3.

Легкий и тяжелый газойли, отводимые из отпарных колонн 10 и 11, направляются соответственно насосами 13 и 12 через теплообменники нагрева нестабильного бензина 18, водного конденсата 20 и аппараты воздушного охлаждения 19 и 21 в резер­вуары.

После заполнения камер коксом, образующимся в процессе, камеры отключают и продувают водяным паром для удаления оставшихся жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают вначале в колонну 9, а затем, когда температура кокса понизится до 400—405°С, поток паров отду­вают в приемник 4. Подачу водяного пара продол­жают до снижения температуры кокса до 200°С, далее в камеру подают воду до тех пор, пока вновь подаваемые порции воды, пары которой выходят в атмосферу, не перестанут испаряться, т. е. пока в сливной трубе приемника 4 не появится вода.

Кокс из камер выгружается гидравлическим спо­собом — посредством гидрорезаков с использованием воды давлением 10—15 МПа.

Установка замедленного коксования мощностью 1,5 млн. т сырья в год аналогична описанной, но она оборудована шестью коксовыми камерами и тремя трубчатыми печами, каждая из которых обслуживает две камеры; диаметр камер 7 м, высота 30 м.

Технологический режим установки:

Температура, °С входа сырья в камеры выхода паров из камеры Давление в камерах, МПа Кратность циркуляции (на сырьё) Время заполнения камеры коксом, ч

490-510 440-460 0,18-0,60 0,1-1,1 24

Ниже приведены материальные балансы процесса коксования, полученные экспериментально (в лабо­раторных условиях), для различных видов сырья:

Показатели	Гудрон туймазинской нефти	Крекинг-остаток туймазинской нефти	Гудрон туркменской нефти	Смола пиролиза
Характеристика сырья Плотность при 20 °С, кг/м3 Коксуемость, % (масс.) Содержание серы, % (масс.)	990 16,0 2,80	1024 23,0 3,30	968 12,0 0,50	1083 8,6 0,56
Материальный баланс Взято, % (масс.) Сырьё	100,0	100,0	100,0	100,0
Итого	100,0	100,0	100,0	100,0
Получено, % (масс.) Газ Бензин Лёгкий газойль Тяжёлый газойль Кокс	11,0 16,0 49,0 24,0	11,0 7,0 47,0 35,0	14,4 16,8 20,6 32,8 15,4	18,1 0,9 21,1 - 59,9
Итого	100,0	100,0	100,0	100,0

На рис. III-6 приведены материальные балансы процесса замедленного коксования прямогонного остатка и крекинг-остатка; выходы даны в зависи­мости от плотности сырья (при 20° С) коксования.