книги из ГПНТБ / Сюняев З.И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса

для завершения процессов структурирования и обессериваиия предусмотрена выносная изотермическая камера;

при числе ступеней более двух применяется дожит летучих, вы­ деляющихся в процессе прокаливания, и окиси углерода, образую­ щейся в результате реакции воздуха и С 0 2 с коксом на нижней ступени; кокс охлаждается в холодильнике с водяной рубашкой.

253-

На этой установке можно облагораживать мелкие фракции и кус­ ковой кокс или то и другое вместе. Мелкий кокс предварительно нагревают в камере с кипящим слоем, куски (либо его смесь с ме-

.лочью) — в сплошном слое, в шахте над электрической частью.

Одновременно с установками прокаливания и обессеривания ис­ пытывали установку по сушке кокса в кипящем слое с примене­ нием дымовых газов. Такая установка может иметь самостоятель­

Для всех перечисленных установок определены технологические и технико-экономические показатели, полученные при работе на различных режимах. В качестве исходного сырья использовали малосернистые коксы (ФНПЗ и ВНПЗ) и сернистые (НУ Н П З ) .

Подготовка сырья для процесса облагораживания

Требование любого производства, в том числе и облагораживания нефтяного кокса, — постоянное качество сырья. От качества сырья зависят выбор способа облагораживания, условия ведения процес­ са (гидродинамические факторы, температура облагораживания, число ступеней н др.), выход и качество получаемых продуктов.

Важным звеном процесса подготовки сырья следует считать, наряду с выбором оптимального гранулометрического состава кок- ^а, его сушку. Необходимость сушки кокса вызывается:

технологическими предпосылками (равномерная работа верхней •ступени многоступенчатого аппарата, меньшее размельчение кокса, просушенный до равновесной влажности кокс хорошо перемещает­ ся по стоякам и переточным устройствам и т. д.);

экономическими предпосылками (перевозка балласта при транспортировании влажного кокса к потребителю удорожает стои­

скольку в многоступенчатых аппаратах с кипящим слоем облаго­ раживают более крупную фракцию (0—10 мм), такой кокс, с на­ шей точки зрения, целесообразно сушить в отдельных или (после

J254

тщательной отработки многоступенчатого аппарата) в совмещен­

Теплоносителем служили топочные газы из заводской системы (си­ стема «инертного» газа), которые нагревали до заданной темпера­ туры в трубчатом подогревателе. Сушке подвергали мелочь кокса с исходной влажностью 7,2—8,8% с установки замедленного кок­ сования после предварительного отделения фракций выше 10 мм. В процессе проведения опытов были выявлены следующие недо­ статки: при подсосе воздуха происходит загорание кокса, сопро­

учтены при проектировании установок для сушки кокса в про­

0,6 м/с.

Обессеривание кускового кокса в опытном электрокальцинаторе

В ряде случаев, например, в производстве электродов крупного сечения, требуется прокаленный кокс, состоящий из крупных ча­ стиц (до 15—20 мм). Поэтому представляет интерес процесс обла­

в электрокальцинаторе при 1400—1600°С [190]. Электрокальцинатор (см. рис. 2, стр. 20) представляет собой обычную применяе­ мую в карбидной промышленности печь цилиндрической формы высотой 2,0 м, диаметром 0,8 м. Температуру в зоне прокаливания регулировали изменением полюсного расстояния между электро­ дами при помощи лебедки. Электрокальцинатор работал при пор­ ционной подаче и выгрузке кокса.

Средние режимы прокаливания и качество сернистого кокса,

Из-за разницы способов подвода тепла, а также вследствие не­ одинаковых размеров кусков обессеривание кокса в электрокальцинаторах и вращающихся печах происходит неодинаково. Содер­ жание серы в крупных кусках (40 мм) по сравнению с содержа-

255-

Вэ л е к т р о к а л ь ц и и а т о р а х

* Количество кислорода, подаваемого в электрокальцинатор. 20 мЗ/ч.

обессеривании в электрокальцинаторах неравномерное содержание серы наблюдается не только в случае различных размеров кусков,

Такая неравномерность обессеривания объясняется особен­ ностью нагрева углеродистых материалов в электрокальцинаторе (через «нити» проводимости).

При промышленном оформлении процесса обессеривания в электрокальцинаторе не всегда следует выводить сернистые со­ единения с верхней его части, так как они в верхних слоях при низких температурах вступают в реакцию с углеродом кокса, и со­ держание серы в нем значительно повышается по сравнению с исходным. Рециркуляция сернистых соединений внутри электрокальцинатора сопровождается тепловыми эффектами, осложняю­ щими технологический процесс обессеривания. Для устранения указанного недостатка рекомендуется осуществлять вывод кон­ центрированных сернистых соединений из промежуточной зоны. Точку вывода этих соединений по высоте аппарата определяют при помощи кривой равновесия содержания серы в коксах в зависимо­ сти от температуры (см. рис. 57, стр. 206). Например, при облаго­ раживании кокса, содержащего около 4,0 вес. % серы, эта точка будет на высоте, соответствующей температуре 1000—1150 °С. С повышением равновесного содержания серы в коксе зона вывода сернистых соединений перемещается в область более низких тем­ ператур.

Недостатки обессеривания нефтяного кокса в электрокальцина­ торе (большой расход электроэнергии, органиченная возможность обессеривания мелочи, неравномерность обессеривания и др.) вызвали необходимость создания более эффективных процессов облагораживания мелочи нефтяного кокса в кипящем слое.

Прокаливание и обессеривание нефтяных коксов в многосекционных противоточных аппаратах

Многочисленные исследования гетерогенных процессов контакти­ рования твердой и газообразной фаз в кипящем слое позволили выявить преимущества кипящего слоя по сравнению с неподвиж­ ным или сплошным движущимся слоем. Применительно к прокали­ ванию углеродистых материалов эти преимущества выражаются в следующем:

257

в процессах с кипящим слоем можно прокаливать мелкие фрак­ ции твердых частиц, что при проведении других процессов затруд­ нительно или невозможно. Кроме того, в случае прокаливания мел­ ких фракций материала упрощается организация непрерывного процесса;

более высокие скорости передачи тепла от газов к кипящему слою и малое диффузионное сопротивление мелгаіх частиц обес­

энергозатраты на подачу газа в систему.

К недостаткам процесса в кипящем слое относятся: повышенные потери (угар) из-за взаимодействия С 0 2 и Н 2 0

с раскаленным коксом; для существенного снижения потерь и обес­ печения противотока газа и частиц необходимы многосекционные аппараты, стоимость которых выше, чем стоимость аппаратов шахтного типа;

в реакторе с кипящим слоем скорость газа зависит от свойств

меняться для высокотемпературного нагрева углеродистых мате­ риалов, в том числе нефтяных коксов.

В заводских условиях были испытаны аппараты с кипящим

со сплошным движущимся слоем, показавший в этих испытаниях наилучшие результаты. Каждая секция (рис. 75) четырехсекционного аппарата представляет собой камеру прямоугольного сечения, суженную в нижней части под углом 60° (угол раскрытия в фон­ танирующих аппаратах) до сечения перетоков. Сечение камеры / для отделения дымовых газов от кокса определялось из условия обеспечения нормальной рабочей скорости псевдоожижения кокса принятого гранулометрического состава. В верхней части камер имеются вертикальные газораспределительные решетки — фур­ мы 2 (на рисунке показана одна из них), предназначенные для выхода газов и создания псевдоожиженного слоя в вышележащей секции. Газы на псевдоожижение подавали в сплошной слой мате­ риала, находящийся в перетоках каждой секции.

Нормальная работа секции псевдоожиженного слоя достигается равномерным распределением газов на выходе из перетока по всему сечению. Равномерное распределение газов зависит от сече-

258

имя перетока выше зоны подачи ожижающего агента, которое рас­ считывалось по принципу работы фонтанирующего слоя (расчет пережима). Высота слоя кокса, расположенного от загрузочного •окна до фурмы, выбирается с учетом гидравлического затвора, обес­ печивающего 'прохождение газов через газораспределительную ре­ шетку; общее сечение решетки должно составлять 3—5% от сече­ ния перетока. Высота псевдоожиженного слоя кокса в камере секции рассчитывалась в зависимости от необходимой длительности вы­ держки в ней кокса; при эксплуатации эта

.величина мало поддается регулированию. В определенной степени производительность аппарата можно регулировать выгрузкой кокса.

Тепло для нагрева кокса до требуемой температуры облагораживания, как и во всех конструкциях многосекционных аппа­ ратов, получали за счет частичного сжига­ ния кокса в нижней ступени и сжигания

.летучих компонентов, выделяющихся при прокаливании во второй секции (считая сверху).

Помимо нагрева в псевдоожнженном слое кокс дополнительно нагревался в пе­ ретоках через стенку дымовыми газами. Такой дополнительный подвод тепла позво­ ляет выравнивать температуру частиц раз­ личной крупности и уменьшить температур­ ный перепад между секциями, что положи­ тельно влияет на структурирование кокса. Поэтому с целью улучшения использования тепла дымовых газов стенку между перето­ ком и камерой кипящего слоя следует вы­ полнять из огнеупорного материала с высо­

кой теплопроводностью, минимальной толщины и с максимально возможной поверхностью.

Для проверки описанного выше способа прокаливания кокса была построена опытная установка производительностью по сыро­ му коксу до 5,0 т/сут [171]. На этой установке после отработки технологии были получены опытные партии облагороженного кок­ са. Качество кокса после облагораживания в течение 1,5 ч при 1400—1500 °С в многосекционном противоточном аппарате с вынос­ ным десульфуризатором приведено в табл. 28.

Расход воздуха при испытании был от 24 до 120 м3 /ч (при нор­ мальных условиях). С увеличением расхода воздуха общие потери кокса увеличивались за счет большего угара и выноса мелких фракций. Наилучший режим (минимальные потери и удовлетво­ рительное качество кипящего слоя) был достигнут при расходе воздуха 24—40 м3 /ч.

259

Т а б л и ц а 28. Качество кокса, облагороженного в многосекционном противоточном аппарате с выносным десульгрурнзатором

В процессе испытания установки выявились следующие ее осо­ бенности и недостатки:

при сравнительно небольшой скорости псевдоожижения (20— 25 м3 /ч) наблюдалась агломерация кокса в загрузочном стояке верхней секции;

снижение расхода воздуха до 20 м3 /ч приводило к прекращению кипения слоя, но нагрев кокса в секциях был достаточно интенси­ вен за счет фильтрации газа через слоіг кокса. Следовательно, предлагаемый и испытанный аппарат может работать как на режи­ ме псевдоожижения, так и на режиме фильтрации. Принципиально в таких аппаратах можно облагораживать материал широкого гра­ нулометрического состава (0—25 мм), причем прокалку мелких

том была получена опытная партия прокаленного ферганского ма­ лосернистого кокса, которую затем испытывали в производстве анодной массы. '

Прокаливание и обессеривание нефтяных коксов при комбинированых способах нагрева

При облагораживании нефтяных коксов в кипящем слое в каче­ стве ожижающего агента и теплоносителя используются дымовые газы, активные составляющие которых способствуют интенсивному угару кокса. Как показывают теоретические расчеты и опыты на полупромышленных установках, в зависимости от числа секций и условий проведения процессов суммарные потери кокса могут

260

ка. В связи с этим представляет интерес комбинированный способ нагрева углеродистых веществ до оптимальной температуры непо­ средственным контактом горячих газов с коксом, а затем нагрев в нейтральной среде, с применением для этой цели пли электро-

кокса с дымовыми газами достигается в кипящем слое. Поэтому необходимо обосновать температуру в кипящем слое.

При низкой температуре предварительного нагрева увеличивает­ ся требуемая поверхность излучающих стенок камеры пли наблю­

Ниже описываются результаты расчета угара и кратности ды­ мовых газов при различных температурах нагрева кокса. При расчете приняты следующие допущения: кокс нагревается дымо­

в дымовых газах. Глубина этих реакций определяется температу­

где g™ — энтальпия кокса; t — температура его нагрева.

На рис. 76 приведены значения угара кокса при непосредствен­ ном контакте его с дымовыми газами в кипящем слое в зависимо­ сти от температуры нагрева. Из кривой рис. 76 следует, что опти­ мальной температурой нагрева кокса является 1000—1050 °С, кото­ рой соответствует угар 1,0—2,0%. Кратность дымовых газов в этом случае составляет 1,5—1,6 кг/кг. С учетом этих данных при расче-

261

те кипящего слоя комбинированных аппаратов температура приня­ та равной 1000 °С.

В нижних частях комбинированных аппаратов кокс переме­ щается в движущемся слое, который можно представить как си­ стему из коксовых частиц, разделенных газовыми прослойками. Теплопередача в движущемся коксовом слое обусловливается кон­ векцией, контактной теплопроводностью, передачей тепла через га­ зовую прослойку и радиацией.

Естественная конвекция газов возникает из-за наличия темпе­ ратурного градиента по высоте слоя. Роль конвекции в осуществле­

Тепло, передаваемое радиацией, начинает становиться замет­ ным при температурах выше 900 °С. Для расчета коэффициента теплопередачи радиацией А р а д [в ккал/(м-ч-°С)] предложена [192] формула:

коэффициента теплопроводности КЭф, который по предварительным

и испытана опытная установка по прокаливанию и обессериванию нефтяного кокса в комбинированном аппарате (кипящий слой и из­ лучающие стенки), изображенная на рис. 74 [196]. На установке были проверены режимы прокаливания малосернистого кокса Фер­ ганского НПЗ при 1000—1400 °С и обессеривания сернистого кокса Ново-Уфимского НПЗ при 1450—1500 °С. Основные показатели процесса прокаливания и обессеривания «окса в аппарате с

262