Тема 6 Коксование нефтяных остатков

Характеристика процесса. Основной целью процесса коксования является получение нефтяного кокса – продукта реакций уплотнения, протекающих под действием высоких температур. Одновременно образуются газ, бензин, легкий и тяжелый газойли, которые могут быть использованы в качестве сырья других процессов. В нефтеперерабатывающей промышленности в основном распространен способ получения кокса в необогреваемых камерах на установках замедленного коксования. Этот процесс осуществляется при температурах 470-490°С и давлениях 0,3-0,5 МПа.

Материальный баланс процесса коксования. При составлении материального баланса обычно возникает необходимость определения выхода продуктов коксования. Для этой цели существует ряд эмпирических формул.

Массовый выход кокса (Хк, %) подсчитывается по формуле

Хк=2+1,66Кс, (4.10)

суммарный массовый выход кокса и газа (Хк.г, %)

Хк.г=5,5+1,76Кс, (4.11)

где Кс – коксуемость сырья, %.

Коксуемость сырья может изменяться в широких пределах от 6,5 до 25%, причем для остатков прямой перегонки (гудронов) она, как правило, меньше, чем для остатков вторичных процессов.

Выход бензина можно определить по формуле З.И.Сюняева

где Хб – массовый выход бензина (40-205°С), %; ρост – относительная плотность исходного остаточного сырья.

У.Нельсон установил, что выходы (в массовых процентах) кокса и газа взаимосвязаны соотношением

Хг=Хкαг, (4.12)

где αг – коэффициент, значения которого приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Значение коэффициента αг

Плотность сырья	αг	Плотность сырья	αг
0,9966	0,185	0,9302	0,415
0,9826	0,210	0,9009	0,610
0,9623	0,265

Выход керосино-газойлевой фракции (Хф, %), т.е. сумму легкого и тяжелого газойлей, легко определить по разности

Хф=100-Хк-Хг-Хб.

Примерные выходы продуктов, получаемых на промышленных установках замедленного коксования, приведены ниже.

	Массовый выход, %
Газ	4-8
Бензин (н.к. – 205оС)	7-16
Легкий газойль (205-350оС)	12-40
Тяжелый газойль (>350оС)	23-35
Кокс	15-35

Расчет геометрических размеров необогреваемых камер.

Непосредственное превращение нагретого сырья в кокс происходит в реакционных необогреваемых камерах – пустотелых вертикальных колоннах

диаметром 4,5-5,5 м и высотой 26-28 м. Реакции уплотнения протекают за счет теплоты, аккумулированной сырьем в печи. Объемная скорость подачи сырья в коксовые камеры составляет для гудрона 0,12-0,13 ч-1, для остатков вторичных процессов 0,08-0,10 ч-1. Коэффициент рециркуляции обычно находится в пределах 0,2-0,6. При расчете размеров и числа коксовых камер придерживаются следующей последовательности.

1. По выходу кокса определяют его массовый (Gк, м³/сут) суточный расход:

; ;

где Gc – расход сырья, поступающего в камеру, кг/сут; ρк – плотность коксового слоя, равная 800-960 кг/м³.

2. Находят общий реакционный объем (Vр, м³)

,

где - объемный расход сырья, м³/ч; w – объемная скорость подачи сырья в камеры, ч^-1.

3. Принимать число камер исходя из того, что камеры работают попарно – в одной осуществляется реакционный цикл продолжительностью 24 ч, вторая находится под выгрузкой кокса. При выборе диаметра необходимо выполнять условие, чтобы высота камеры превышала ее диаметр в 4-5 раз.

Если известны объемный расход паров, проходящих через камеру, и допустимая скорость их движения, можно определить площадь сечения (S,м²) и диаметр (D, м) камеры расчетным путем:

;

4. Находят объем кокса ( , м³), образующегося в течение 1 ч,

(4.13)

и приращение высоты (hк, м) коксового слоя за 1 ч: h_к = /S.

5. Определяют общую высоту коксового слоя (h₁, м) за весь рабочий цикл: h1=hкτ, где τ - продолжительность рабочего цикла, ч.

6. Определяют высоту вспученной массы (h2, м) в камере: h2=kвсhк, где kвс – коэффициент вспучивания.

Коэффициент вспучивания определяется по эмпирической формуле kвс=4,5+0,11(486-t), где t – температура сырья на входе к камеру, °С.

7. Проверяют общую высоту камеры (Н, м): H=h1+h2.

Тепловой баланс процесса коксования. Основная цель составления теплового баланса коксовой камеры заключается в определении температуры уходящих паров. Уравнение теплового баланса записывается в следующем виде:

,

где Qвх – теплота, вносимая сырьем и водяным паром, кДж; Qух – теплота, уносимая из камеры парами и газами, кДж; Qк – теплота, аккумулированная коксом, кДж; - тепловой эффект процесса, кДж; Qпот – потери теплоты в окружающую среду, кДж.

При расчете теплового баланса принимают среднюю теплоемкость: сырье – 2,5 кДж/(кг·К), продуктов реакции – 2,9 кДж/(кг·К), кокса – 1,25 кДж/(кг·К).

Удельный тепловой эффект процесса коксования зависит от характеризующего фактора К:

К 11,0 11,5 12,0

, кДж/кг 105 155 230

Потери теплоты (Qпот) в окружающую среду (в килоджоулях) принимают или подсчитывают по уравнению

Q_пот=3,6аSΔt,

где а -коэффициент теплоотдачи, ориентировочно равный 5,5-16,6 Вт/(м²·К); S -площадь наружной поверхности камеры коксования, м²; Δt -разность температур между наружной поверхностью реактора и окружающей средой, °С.

Температура верха камеры рассчитывается методом подбора.