2. Коксование нефтяных остатков.

Характеристики процесса. Основной целью процесса коксования является получение нефтяного кокса – продукта реакций уплотнения, протекающих под действием высоких температур. Одновременно образуются газ, бензин, легкий и тяжелый газойль, 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 [3, 4] .

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 (X_к , %) подсчитывается по формуле

X_к = 2 + 1,66 К_с (10),

где К_с - коксуемость сырья, % (может изменяться в широких пределах от 6,5 до 25%).

Выход бензина можно определить по формуле З.И.Сюняева

(11),

где X_σ – массовый выход бензина (40 - 205°С), %;

ρ_ост. – относительная плотность исходного сырья.

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

Массовый выход, %

Газ 4 -8

Бензины (нк - 205°С) 7 – 16

Лёгкий газойль (205 - 350°С) 12 – 40

Тяжёлый газойль (>350°С) 23 – 35

Кокс 15 – 35.

Расчет геометрических размеров необогреваемых камер.

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. Расчет размеров, числа коксовых камер и теплового баланса процесса коксования приведен в [ 5] .

При расчете размеров и числа коксовых камер придерживаются следующей последовательности.

1. По выходу кокса определяют его массовый (G_к, кг/сут.) и объемный (G_к, м³/сут.) суточный расход:

; = G_к / ρ_к (12),

где G_с – расход сырья, поступающего в камеру, кг/сут;

ρ_к – плотность коксового слоя равная 800 – 960 кг/м³.

2. Находят общий реакционный объём (V_р, м³).

V_р = G_с'/W (13),

где G_с' – объёмный расход сырья, м³/ч;

W – объёмная скорость подачи сырья в камеры, ч^-1.

3. Принимают 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 её диаметр в 4 – 5 раз.

Площадь сечения (S, м²) и диаметр (Д, м) камеры можно определить по формулам:

; (14),

где - объемный расход паров (м³/с),

- допустимая линейная скорость паров (м/с).

4. Находят объем кокса ( , м³), образующего в течение 1 часа.

(15).

5. Определяют общую высоту коксового слоя (h₁ , м) за весь рабочий цикл

h₁ = h_к *τ (16),

где τ - продолжительность рабочего цикла, ч;

h_к – приращение высоты коксованного слоя за 1 час: .

6. Определяют высоту полученной массы в камере

h₂ = К_всп.*h_к (17),

где К_всп - коэффициент вспучивания, определяемый по эмпири- ческой формуле К_всп = 4,5 + 0,11(486 – t),

t –температура сырья на входе в камеру, °С.

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

Тепловой баланс процесса коксования.

Основная цель составления теплового баланса коксовой камеры заключается в определении температуры уходящих паров.

Уравнение теплового баланса записывается в виде:

(18),

где - теплота вносимая сырьем и водяным паром, кДж;

- теплота, уносимая из камеры парами и газами, кДж;

- теплота, аккумулированная коксом, кДж;

- тепловой эффект процесса, кДж;

- потери теплоты в окружающую среду, кДж.

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

Удельный тепловой эффект процесса зависит от характеризующего фактора К:

К 11,0 11,5 12,0

, кДж/кг 105 155 230

Потери теплоты ( ) в окружающую среду (кДж) подсчитывают по уравнению

= 3,6 * α * S * t (19),

где α – коэффициент теплоотдачи, ориентировочно равный 5,5 – 16,6 Вт/(м²*К);

S - площадь наружной поверхности камеры коксования, м²;

t - разность температур между наружной поверхностью реактора и окружающей средой, °С.