3.3.3 Переработка гудрона. Коксование

Термический крекинг тяжелого нефтяного сырья, при кото­ром в качестве одного из конечных продуктов получают твердый остаток — кокс, называется коксованием. Коксование можно осу­ществлять однократно — с пропусканием через реактор только свежего сырья, или с рециркуляцией, т. е. возвратом в реакционную зону части жидких продуктов коксования.

При этом выход газа, кокса и легких дистиллятов в пересчете на свежее сырье возрастает.

Промышленные процессы коксования делятся на три типа: перио­дические, полунепрерывные и непрерывные.

В качестве исходного сырья используют прямогонные остатки (мазуты, гудроны), а также крекинг-остатки.

Сырье подают насосом через серию теплообменников, обычно обогреваемых циркулирующими потоками колонны, а затем нагревают в конвекционной секции и части радиантных труб печи П-01. Нагретый примерно до 350° С поток сырья поступает в нижнюю часть ректификационной колонны К-01 на верхнюю каскадную тарелку. Под нижнюю каскадную тарелку входят горя­чие пары продуктов коксования одной из работающих коксовых камер Р-01-04.

В результате контакта паров (имеющих температуру около 450° С) с менее нагретым сырьем пары частично конденсируются, а сырье подогревается. Тяжелый конденсат продуктов коксования служит, таким образом, рециркулятом, который в смеси с сырьем уходит с низа колонны в виде так называемого вторичного сырья. Вторичное сырье горячим насосом подают во второй змеевик печи, расположенный в радиантной ее части, где оно нагревается до началь­ной температуры коксования (для различных видов сырья она колеб­лется от 480 до 510° С). Затем сырье поступает в одну из двух попе­ременно работающих камер. Реакционная камера представляет собой полый аппарат диаметром 3—6,5 м и высотой 22—30 м. Корпус ее обычно изготавливают из двухслойной стали: 1) основной угле­родистый слой; 2) внутренняя легированная облицовка толщиной 2—3 мм, содержащая 11—13% хрома.

Попадая в нижнюю часть камеры, горячее сырье образует в основном жидкую фазу. В резуль­тате длительного пребывания в камере при высокой температуре эта жидкость постепенно превращается в кокс; продукты разложения — от тяжелых газойлевых фракций до газа — в виде паровой фазы покидают камеру сверху и уходят в колонну 3 на разделение.

Колонна К-01 состоит из двух частей: нижней, снабженной каскад­ными тарелками для улучшения контакта между сырьем и парами продуктов коксования, и верхней, где установлены колпачковые тарелки для разделения бензина, легкого и тяжелого газойлей. Газ и бензин уходят сверху колонны и через конденсатор-холодиль­ник Х-01 поступают в аккумулятор орошения С-01. Частью бензина оро­шают колонну К-01, а балансовое количество бензина, после доохлаждения вместе с газом в холодильнике Х-02 поступает на разделение в газо­сепаратор С-03. Бензиновый дистиллят направляется на стабилизацию, а газ — на газоразделение. Легкий и тяжелый газойли выводят в виде боковых погонов после предварительной отпарки в колонне К-02-03.

Так как продукты коксования входят в колонну в паровой фазе, а жидкое сырье поступает при довольно высокой температуре, колонна К-01 работает с большим избытком тепла, которого хватает не только на сырьевые теплообменники, но и на образование пара в парогенераторах.

Образующийся в камере кокс постепенно заполняет ее снизу вверх. Практика эксплуатации установок замедленного коксования показала, что процесс протекает постадийно. Вначале тепло затрачивается на прогрев камер и испарение выпадающего конден­сата, что замедляет процесс разложения. В этот период, вследствие преобладания процесса испарения над крекингом, образуются дистилляты, более тяжелые по фракционному составу.

В результате постепенного накопления в жидком остатке коксо-образующих веществ остаток превращается в кокс.

Вторая стадия коксования сопровождается равномерным нара­станием коксового слоя и в течение некоторого времени постоянными выходом и качеством продуктов разложения. По мере заполнения камеры коксом свободный реакционный объем уменьшается и одно­временно увеличивается средняя температура коксования, при этом качество дистиллятов снова может колебаться, а коксовый слой получается более плотным и с меньшим содержанием летучих.

Периодическое переключение камеры с процесса коксования на процесс освобождения ее от кокса является наиболее ответственным моментом при эксплуатации установки и неизбежно влечет за собой некоторое нарушение режима.

Когда поток сырья из печи переключен на пустую прогретую камеру, заполненную камеру подготавливают к выгрузке кокса. Для этой цели ее в течение 30—60 мин продувают паром, чтобы из коксовой массы удалить нефтяные пары. Эти пары направляются в колонну К-01, а к концу продувки — через емкость С-04 с газоотводной трубой С-05 в атмосферу. После охлаждения верхней части камеры до 200—250° С в нее для охлаждения кокса подают воду до тех пор, пока не прекратится ее испарение в горячей камере, о чем судят по появлению воды в сливной трубе емкости С-04.

После охлажде­ния камер открывают верхний и нижний люки и приступают к опе­рации удаления кокса, которая состоит из следующих этапов:

1. бурение гидродолотом отверстия в толще кокса сверху вниз;

2. расширение отверстия для последующего ввода гидрорезака №1, снабженного соплами, продолжительность опера­ции от 30 мин до 1,5 ч;

3. замена гидрорезака и удаление всей основной массы кокса посредством перемещения гидрорезака № 2, также снабженного соплами, направляющими сильные струи воды на стенки камеры, покрытые коксом.

Для удаления кокса и воды из-под днища камер предусмотрен железобетонный скат, облицованный листовой сталью и расположен­ный под углом около 30°. На площадке воду дренируют, а кокс погружают в самосвалы или вагонетки и вывозят с территории установки. После отстоя и фильтрации вода может быть использо­вана повторно.

Таким образом, продолжительности рабочей части цикла (подачи сырья) и подготовки установки к работе одинаковы и составляют по 24 ч, т. е. коэффициент использования камеры равен 0,5.

Установки замедленного коксования широко распространены в нефтяной промышленности, так как они достаточно просты по аппаратурному оформлению и в эксплуатации.

Бензин с установки коксования направляется на установку гидроочистки и риформинг.

Легкий газойль с установки коксования направляется на гидроочистку, с получением компонента дизельного топлива.

Тяжелый газойль с установки коксования направляется на гидрокрекинг. Все перечисленные процессы рассмотрены ниже.

Таблица 8

Материальный баланс установки коксования

ПРИХОД			РАСХОД
Наименование потока	% масс. на гудрон	Количество, т/ч	Наименование потока	% масс. на гудрон	Количество, т/ч
Гудрон	100	1011,60	Кокс	26,9	272,12
Водяной пар	3,22	32,57	Водяной пар	3,22	32,57
			Газ	5	50,58
			Бензин	15,1	152,75
			Легкий газойль	24,3	245,82
			Тяжелый газойль	28,7	290,33
Итого	103,22	1044,17	Итого	103,22	1044,17

Рис.7 Т ехнологическая принципиальная схема установки замедленного коксования