№ 4 Лекция. Кокстеу қондырғысының сипаттамасы және негізхгі аппаратура
Қызметі – ауыр қалдықтардан мұнай коксын алу, таза мұнай өнімдерінің қосымша мөлшерін өндіру. Процестің үш модификациясы бар: кубтардағы кезеңдік кокстеу, қыздырылмайтын камераларда баяулатылған кокстеу, ұнтақ тәрізді кокстың сұйытылған қабатында кокс түзілуі.
Технологиялық сызба. П-1, П-2 пештерінде қыздырылған шикізат К-1 ректификациялау бағанының төменгі бөлігіне жоғарғы каскад тәрелкесіне түседі. Төменгі каскад тәрелкенің астынан кокс камераларынан кокстеу өнімдерінің булары беріледі. Рециркулятпен қаныққан және қосымша қыздырылған шикізат К-1 төменінен пештердің реакциялық жылан түтіктеріне, содан кейін кокстеу үшін камераларға түседі. Қондырғыда екі-екіден жұмыс жасайтын төрт камера болады: шикізат П-2 ден Р-1 немесе Р-2 кокс камерасына, ал П-1 ден Р-3 немесе Р-4 ке беріледі. Кокстау режимінде жұмыс жасайтын камералардан шығатын булар К-1 ге жіберіледі. К-1 жоғары бөлігінде кокстау өнімдерін фракцияларға айыру жүреді. К-1 жоғарынан бензиннің газы мен булары шығады, бүйір погондары түрінде газойль фракциялары іріктеледі. К-1 жоғарғы өнімі Е-1 газ айырғышында өз ағынымен газ блогына жіберілетін газ бен бензинге бөлінеді. К-1 бүйір погондары К-2 булау бағанының секциясына түседі, ол жерде жеңіл фракциялары алынып, содан кейін қондырғыдан шығарылады.
Кокстеу қондырғысының сызбасы
Кокстеу қондырғысының сызбасы
Қондырғының реакциялық камералары цикл бойынша жұмыс жасайды: реакция – коксты салқындату – коксты түсіру – камераны қыздыру. Кокс камерадан гидравликалық кескіштің көмегімен – жоғары қысымды су ағысын берумен алынады. Камерадан алынған кокс уатқышқа түседі, ол жерде көлемі 15 мм артық емес кесектерге уатылады. Уатылған кокс құрғатылады және элеватормен екі електі лкен елеке беріледі, оның көмегімен үш фракцияға сұрыпталады: 150-25, 25-6, 6-0 мм.
Кокс түсірілген камераның беріктігін тексереді және жұмыс жасайтын камерадан өткір су буымен және ыстық кокстеу өнімдерімен қыздырады. Содан кейін камера реакция режиміне ауыстырып қосылады.
Кокстеу реакторы құрылымы күрделі және айнымалы кесік аппарат болып келеді. Кокстың сұйытылған қабаты аппараттың конус және цилиндр бөліктерінде орналасқан. Аппараттың төменгі бөлігінің конус пішіні сұйытуға жұмсалатын бу шығынын азайтуға ықпал етеді. Төменінде булау секциясы болады, оған төменнен ұнтақ тәрізді кокс – жылу тасымалдағышты кокстеудің көмір сутекті өнімдерінен булау үшін су буы беріледі. Булау секциясында кокспен булау секциясының өту жолдарын ұлғайтуға арналған сөрелер болады. Шикізатты кокс қабатында бүркіп беруге арналған бүріккішті әдетте қабаттың биіктігі бойымен бірнеше яруста орналастырады. Ірі қондырғылардағы бріккіштер саны 100-ге жетеді. Реактордың жоғарғы бөлігінің тарылған кесігі бар; қабаттың деңгейі өту конустының төменінен жоғарына дейін өзгеруі ммкін. Жоғарғы бөлік кокс бөлшектерінің біраз мөлшері бар кокстеу өнімдерінің буларымен толтырылған. Осы бөліктерді алып тастау үшін циклондар жүйесі қолданылады; айырылған бөлшектер қадауша бойымен қабатқа қайтарылады. Реактордың жоғарғы бөлігінің тарылуы қабат үстіндегі бу жылдамдығының артуына ықпал етеді; бұл біріншіден, екінші реттік ыдырауды барынша азайтуға және екіншіден, буларда бөлшектердің шоғырлануын арттыруға мүмкіндік береді: бөлшектер циклондар сағасына механикалық әсер ете отырып, кокстанудың алдын алады. Бұл сонымен бірге кокс қыздырғыштан циклондар сағасына кокс бөлшектерінің ыстық «ағысын» берумен де жүреді. Булау секциясының төменгі бөлігіне жоғары қысымды бу беру қарастырылған. Жабық қуыс арқылы өтетін бу кеңейген кезде кокстың іріленген бөлшектері уатылады; осылайша айналмалы жылу тасымалдағыштың түйіршікөлшемдік құрамы реттеледі. Реактордың корпусын қарапайым көміртекті болаттан дайындайды және торкрет - бетонмен футерлейді. Қалыңдығы 200 мм футеровка екі қабаттан тұрады, бірі корпустың ішкі қабырғасына жағылатын және содан кейін тормен бекітетін оқшаулағыш қабат және арқаулағыш тордың ұяшықтарын толтыратын қалыңдығы 5 мм отқа төзімді қабат.
Кокс қыздырғыштың – құрылымы барынша қарапайым. Кокс бөлшектерін сұйытуды тарату торы арқылы берілетін ауамен жүзеге асырады. Реактордағы сияқты кокс қыздырғыштың корпусы футерленген. Кокстың ыстық қабатының деңгейін шеті арқылы кокстың артығы аппараттан үздіксіз кететін құю құдығының көмегімен тұрақты ұстап тұрады. Кокс шаңын ұстап қалу үшін кокс қыздырғыштың жоғарғы бөлігінде екі сатылы циклондар болады; түтін газдары циклондардан қазандық-утилизаторға түседі. Іске қосқан кезде жүйені қыздыру үшін кокс қыздырғышқа жақын орналасқан қысымды оттық қолданылады, онда сұйық немесе газ тәрізді отынды жағады. Жүйені алдын ала қыздырғаннан кейін оттықтың көмегімен кокс қыздырғыштың қабырғаларында құрастырылған бүріккіштерді жағады және қыздыруды кокстың өздігінен тұтану температурасына жеткенге дейін жалғастырады, осыдан кейін кокс қыздырғыштағы қабат температурасы шапшаң өсе бастайды және бүріккіштер қажет болмайды. Кокс реактор мен кокс қыздырғыштың арасында пневмотранспорттың U-тәрізді желілерінің бойымен айналады. Тасымалдағыш агент су буы болады; тасымалдауды реттегіш ысырмаларсыз жүзеге асырады. Кокс өткізгіштердің диаметрі айтарлықтай болады.
Сұйытылған қабаттағы кокстеудің үлкен артықшылығы процесті жоғары қуатты қондырғыларда жүргізу мүмкіндігі болып табылады. Қондырғылар күн сайын 1600 тоннаға дейін ұнтақ тәрізді кокс береді. Бұл ретте реактор блогы аппараттарының көлемі қондырғының мұндай зор қуаты үшін үлкен емес – реактордың ішкі диаметрі 8,9 м, ал қыздырғыш – 13,7; қондырғының ең жоғарғы нүктесі жердің деңгейінен 76 м-де орналасқан. Кокс қыздырғыштан шығатын жану өнімдерінің артық жылуын қуатты қазандық – утилизаторда пайдаланады, онда сағатына 200 тоннаға дейін жоғары қысымды (4МПа) бу пайда болады. Қондырғы өндіргенге қарағанда екі есе аз бу жұмсайды, яғни негізгі қызметімен қатар ол қосымша қазандық рөлін атқарады. Кокстеу қондырғысындағы артық жылудың бірқатар ресурстары бұл процесті тік айырумен және жылу шығынын қажет ететін мұнай өңдеудің басқа процестерімен ойдағыдай үйлестіруге мүмкіндік береді.
Материалдық баланс және өнімдердің сапасы: Кокстеу процесінде кокстың шығуы негізінен шикізаттың кокстелуімен анықталады және осы көрсеткішке байланысты желілік өзгереді. Осы шикізаттан кокстың барынша мүмкін шығуына барлық пайда болатын газойль фракцияларын қайталама кокстеуге рециркулят ретінде қайтарған жағдайда қол жеткізіледі. Кокстеудің бұл түрі кокске дейін крекинг деп аталады; соңғы өнімдер – газ, бензин және кокс. Бұл процесс өнеркәсіптік қолданысқа ие емес, өйткені ауқымды газойль фракциясын неғұрлым жоғары сапалы өнімдер ала отырып, катализдік немесе жылу крекингі үшін пайдаланған тиімдірек. Баяулатылған кокстеудің материалдық балансы ерекшеленеді. Үздіксіз кокстеу кезінде кокстың шығуы шикізаттың кокстелуіне жуықтайды және осы шамадан орта есеппен 110-115% құрайды. Кокс шығуындағы айырмашылық үздіксіз кокстеу кезінде жылу тасымалдағыштың жоғары температурасының салдарынан пайда болатын ыдырау өнімдері оның бетінен шапшаң алынатынымен байланысты. Бастапқы ыдыраудың ауыр өнімдерінің бір бөлігі неғұрлым жеңіл фракцияларға ыдырауға да, жылу тасымалдағыштың бөлшектерінде қосымша шайырлы-кокс шөгіндісін түзуге де үлгермейді және реакция аймағынан ыдыраудың басқа өнімдерімен бірге бу түрінде шығарылады. Сондықтан үздіксіз кокстеудің сұйық өнімдері фракциялық құрамы бойынша кезеңдік және баяулатылған кокстеу өнімдеріне қарағанда ауырлау. Кокстеу блогының материалдық және жылу балансы тығыздығы 1000 кг/м3 гудрон өндірген кезде кокстың жиынтық шығуына қарағанда шамамен төрт есе аз екенін көрсетеді. Осылайша, кокстеу қондырғысы кокстың шығуынсыз – жүйенің ішінде оның барлық баланстық мөлшерін толық жағумен жұмыс жасай алады.
Ұнтақ түріндегі коксты пайдалану: Күкіртті ұнтақ түріндегі коксты негізінен отын ретінде тұтынады және электр-жылу процестері үшін пайдаланбайды. Кейбір шетелдік зауыттарда бұл коксты шаң түріндегі күйге дейін ұнтақтайды және мұнайды тік айыру үшін оттықтарда, қазандықтарда және т.б. жағады. Ұнтақ түріндегі кокста жану өнімдерінде SO2 едәуір мөлшерінің түзілуін тудыратын күкірттің жоғары мөлшерін ескере отырып, бұл коксты газдандыру ұсынылды. Бұл мақсат үшін кокс қыздырғыштан коксты газдандыру реакторына жібереді, онда жоғары температура кезінде коксты ауамен (оттегі) және су буымен өңдейді және сутегі, оксид пен көміртек диоксиді, күкірт сутегі және су буы қоспасынан тұратын кокс газына айналдырады. Кокс газын H2S-ден тазартады және оның жану жылуы жоғары болмаса да - бар болғаны 3800-4800 кДж/м3, отын ретінде пайдаланады. Сұйытылған қабаттағы кокстеу икемділігі процесті түрлі нұсқаларда пайдалануға мүмкіндік береді. Шикізатты тұрба пештерінде қыздыру мүмкіндігі кокстеу шикізаты ретінде тығыздығы 1000 кг/м3 жоғары битумдар типіндегі қалдықтарды да пайдалануға мүмкіндік береді. Сұйытылған қабаттағы кокстеуді негізінен жоғары күкіртті қалдық шикізатқа қатысты пайдаланады. Бұл жағдайда коксте ауыр металдар мен шикізатта болатын 30-40%-ға дейін күкірт шоғырланады. Пайда болған дистилляттарды мұнай қалдықтарын тікелей өңдеуге қарағанда пайдалану шығындары аз катализдік өңдеуге (КӨ) болады.
Коксты қыздыру: Баяулатылған кокстеудің кейбір қондырғылары кокстан ұшпалардың негізгі бөлігін алып тастауға арналған қыздыру агрегаттарымен жабдықталған. Ұшпалардың шығуы қыздыру және коксты белгілі бір стандартты жағдайларда ұстау кезінде бөлінетін бу мен газдың мөлшерімен анықталады. Ұшпалардың ең жоғарғы мүмкін мөлшері 1-сұрыпты кокс үшін 7% (масса) және 2-сұрыпты кокс үлесі 9% (масса). Баяулатылған кокстеу коксы салыстырмалы төмен температуралар кезінде камераларда қалдырылатындықтан, ұшпалардың көрсетілген мөлшерін барлық уақытта ұстауға қол жеткізілмейді. Ұшпалардың ішінара (1-1,5%-ға) төмендеуіне камераны кокспен толтырғаннан кейін газойлдың ыстық (500°С және одан жоғары) су буы-турбулизатормен араласқан буын бере отырып, қол жеткізуге болады. Алайда коксты кейін анод массасын немесе графиттелген электродтар өндіруде пайдалануға дайындау үшін оны 1200-1300°С кезінде қыздыру қажет. Қыздыру нәтижесінде кокстағы көміртектің салыстырмалы мөлшері артады, оның нақты тығыздығы ұлғаяды және электр кедергісі төмендейді. Кейде қыздыруды электрондық өнімді дайындаушы-зауытта жүргізеді, алайда соңғы жылдары МӨЗ-де – кокстеу қондырғыларында қыздыру пештерін барынша кең қолдана бастады. Бұл ретте МӨЗ-ден тасымалданатын кокстың мөлшерін 5-10%-ға төмендетуге және оны алға қарай пайдалануды жеңілдетуге болады, өйткені ұшпалардың мөлшері жоғары болған кезде оларды өнім өндіру орнында жағуға тура келеді, бұл технологияны қиындатады және қыздыру пештерінің газдануын ұлғайтады. Қыздыру агрегаттарын МӨЗ-де ашық ауада орналастырады. Айналмалы горизонталь қыздыру пештері өте кең таралған. Пештің кокстың тоңазытқышқа отын жанған кезде пайда болатын және пеште ұшпа болып бөлінетін өнімдерге противотокпен құюға мүмкіндік беретін шағын көлбеуі болады. Шикі кокс бункерлерден мөлшерлегіш құрылғы арқылы қыздыру пешіне түседі, одан өтіп, пештің айналасында орналасқан екі желдеткішпен және суармалау тоңазытқышында салқындатылып 2-ші бункерге шығарылады. Ол жерден таспалы конвейермен қыздырылған кокс сыйымдылығына беріледі.2-ші бункер мен жинауыштан кейін кокс тозаңын (жану өнімдерімен ұстап қалынған және қайтадан пешке қайтарылған ыстық және салқын) ұстап қалу қарастырылған. Газдар бұл сыйымдылықтардан желдеткішпен түтін тұрбасына сорылады. Жану өнімдері камерада тозаңын жаққаннан кейін басты түтін тұрбасына кетеді. Пештер өте қолайсыз үлкен, мысалы, жылына 100 мың тонна қыздырылған кокс беретін пештің ұзындығы 60 м және ішкі диаметрі 4,3 м. Пеш отқа төзімді материалмен футерленген және кокстың қозғалысын және қыздыру уақытын реттеуге арналған арнайы ішкі құрылғысы болады. Сондай-ақ көлбеу айналмалы оттығы бар вертикаль пештер пайдаланылады.