Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Основы технологий вторичных процессов переработки нефтяного сырья. Учебное пособие.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
фазе, а жидкое сырье поступает при довольно высокой температуре, эта колонна работает с большим избытком тепла, которое использует­ся в сырьевых теплообменниках.
Образующийся в камере кокс постепенно заполняет ее снизу
вверх из-за накопления в жидком остатке коксообразующих веществ, которые и превращаются в кокс.
Для процесса коксования требуются затраты тепла, поэтому тем-
пература паров на выходе из камер значительно ниже температуры ввода сырья. Перепад температур по высоте камеры составляет 40-60
0
С. Воз­можности нагрева сырья в печи ограничены его склонностью к коксова­нию в трубах. Нарастание кокса на внутренних поверхностях печных труб приводит к ухудшению теплоотдачи, перегреву металла, прогару труб, увеличению расхода топлива, росту давления в змеевике (за счет сужения диаметра), снижению производительности. Для снижения кок­соотложений применяют турбулизатор потока – водяной пар в количе­стве от 3 до 10 % на вторичное сырье. Разбавление сырья водяным паром выше 10 % приводит к увеличению вспенивания в камерах и выносу кок­совых частиц в колонну, что приводит к снижению технико­экономических показателей процесса. Водяной пар, получаемый в трубах конвенционной части печи, подают или в первую трубу подового экрана, или на выкид горячего насоса. С целью уменьшения коксоотложений в печных трубах применяют специальные полиметилсилоксановые при­садки, обладающие антипенным, диспергирующим и моющим действи­ем. Присадки ПМС-500, ПМС-1000А, ПМС-2000, АСКТН-1, ПФМС-4 применяют в виде раствора в керосине (0,001 %), расход присадки со­ставляет 0,0009-0,002 % на сырье. Раствор присадки подают на верх ре­актора 1 за несколько часов до конца цикла коксования (для снижения пенообразования). Лучше присадки подавать с сырьем, в этом случае проявляются их моющие и диспергирующие свойства. При использова­нии присадки производительность установки по сырью увеличивается на 13 %. Для снижения коксообразования в трубах печи можно применять аммиак, оксиды азота, аминофенолы, фенилендиамин, нафталин и другие соединения.
По мере заполнения первой коксовой камеры переключают пода­чу сырья на вторую, при этом включаемую камеру необходимо предва­рительно прогреть. Для этого некоторое количество паров коксования направляют в камеру, подготовленную к включению. Когда поток сырья из печи переключен на пустую прогретую камеру, заполненную камеру
21
подготавливают к выгрузке кокса. Для этой цели ее в течение 30-60 ми-
подача сырья
− 24,0
переключение реактора
− 0,4
пропаривание реактора
− 2,5
охлаждение кокса водой
− 3,0
слив воды
− 2,0
выгрузка кокса
− 5,0
испытания камеры
− 2,0
разогрев
− 7,0
резервное время
− 2,0
ВСЕГО:
48 часов
нут продувают паром, чтобы удалить из коксовой массы нефтяные пары. Эти пары направляются в колонну 3, а к концу продувки через емкость 6 по газоотводной трубе − в атмосферу. После охлаждения верхней части камеры до 200-298
0
С в нее для охлаждения кокса подают воду до тех
пор, пока не прекратится ее испарение, о чем судят по появлению воды в сливной трубе емкости 6. Для выгрузки кокса применяется гидравличе­ский метод очистки камер, заключающийся в использовании режущей силы водяных струй, подаваемых под давлением 10-15 МПа. При этом над камерами устанавливают буровые вышки, служащие для укрепления бурового оборудования. После охлаждения камер открывают верхний и нижний люки и приступают к удалению кокса. Эта операция включает следующие стадии:
– бурение гидродолотом отверстия в толще кокса сверху вниз;
– расширение отверстия для последующего ввода гидрореза- ка № 1, снабженного соплами (ГРУ-2);
– замена гидрорезака и удаление всей основной массы кокса по-
средством перемещения гидрорезака № 2, также снабженного соплами, направляющими сильные струи воды на стенки камеры, покрытые коксом.
Кокс и вода из камеры попадают на железобетонный скат, облицо­ванный листовой сталью, под углом около 30
0
, воду дренируют, а кокс вы-
возят с территории установки.
Цикл работы двухкамерного блока УЗК следующий (в часах):
Продолжительность рабочего цикла и подготовки установки к работе одинаковы (по 24 часа), то есть коэффициент использования камеры равен 0,5.
Несмотря на большое распространение, процесс замедленного коксования имеет ряд существенных недостатков. Как и во всяком
22
полунепрерывном процессе, большое неудобство создает периодиче­ское отключение реактора для чистки, в результате чего неизбежно нарушается режим работы установки. Для выгрузки кокса требуется дорогостоящее оборудование (вышка, бурильный инструмент, водя­ные насосы высокого давления) и большие эксплуатационные затра­ты. Гидравлический способ выгрузки кокса плохо приспособлен для зимнего времени. Стоимость оборудования для гидравлического уда­ления кокса сравнительно мало зависит от мощности установок, по­этому выгоднее иметь установки большой мощности.
Несмотря на то что на УЗК вырабатываются компоненты авто­бензинов и дизельных топлив, основным целевым продуктом является кокс, во-первых, потому, что выход его получается больше, чем в непре­рывных процессах, а во-вторых кокс получается крупнокусковой. По технологии прокалки сырого кокса на электродных заводах в прокалоч­ную печь требуется загружать куски кокса размером не менее 25 мм. Прокалка кокса осуществляется во вращающихся горизонтальных печах. Прокаливание ведут в течение 7 минут при температуре 850
0
С до мак-
симального содержания летучих 7 % для кокса первого сорта и 9 % − для второго сорта. Для приготовления анодной массы и графитированных электродов кокс прокаливают при высокой температуре 1200–1300
0
С,
при этом в нем увеличивается содержание углерода, повышается ис­тинная плотность и электрическое сопротивление. Сейчас чаще ведут прокаливание на заводе-изготовителе кокса.
В настоящее время в мире производится ежегодно 25 млн. т кокса, в том числе в США – 20 млн.т/год, из них – 90 % на УЗК. В США процесс коксования интенсивно развивается не столько для производства электродного кокса, сколько для глубокой переработки нефтяных остатков с выработкой максимально возможного количе­ства топливных дистиллятов. Около 55 % от общей выработки кокса приходится на долю некачественного высокосернистого кокса, ис­пользуемого как топливо, остальные 45 % – на прокаленный элек­тродный кокс (в том числе ~ 10 % игольчатый). Выход кокса на оте­чественных установках УЗК составляет около 20 % (в США 30,7 %). Низкий показатель по выходу кокса обусловлен низкой коксуемостью сырья, так как гудрон поступающий на установки имеет температуру начала кипения ниже 500
0
С из-за неудовлетворительной работы ат-
мосферно-вакуумной трубчатки (АВТ), повышенным коэффициентом рециркуляции, а также длительным временем заполнения камер (24
23
часа и более). Для получения высококачественного кокса, используе­мого в производстве алюминия и тем более в производстве электро­дов, требуется специальная подготовка сырья, позволяющая снизить содержание серы, металлов и других нежелательных компонентов.
Сернистый и высокосернистый кокс может быть использован в качестве восстановителя и сульфидирующего агента при выплавке окисленных медных, никелевых, цинковых, свинцовых руд, в произ­водстве сульфидов бария, натрия и других металлов а также в произ­водстве кремния из кремнезема. Он также является хорошей спекаю­щей добавкой (если он обогащен летучими компонентами) для слабо коксующихся углей,. Основным потребителем кокса является алюми­ниевая промышленность, где он применяется в качестве анодной мас­сы. Для этих целей используют сернистый кокс (содержание S до
3-3,5 %). На каждую тонну выплавленного алюминия расходуется 700-900 кг кокса.
Для выплавки стали в электропечах в последние годы широко применяют высококачественные крупногабаритные графитированные электроды, работающие при высоких удельных токовых нагрузках
(30-35 Ом/см
2
). Такие электроды можно получить лишь на основе специ-
ального малозольного, малосернистого, так называемого игольчатого кокса. Только игольчатый кокс может обеспечить такие необходимые свойства специальных электродов, как низкий коэффициент термическо­го расширения и высокая электропроводимость. Потребность металлур­гии в таких сортах коксов за рубежом и в России непрерывно растет. Мировое производство игольчатого кокса в настоящее время составляет более 2 млн. т/год. Наиболее крупные производители игольчатого кокса – США, Япония, Англия и Нидерланды. Он отличается по качеству и технологии производства от рядового кокса и его стоимость примерно в 10 раз выше.
Доминирующую роль при производстве игольчатого кокса иг­рает подбор сырья – оно должно иметь высокую плотность, повышенное содержание конденсированных ароматических углеводородов, низкое содержание асфальтосмолистых веществ, ограниченное содержание се­ры, металлов, низкую молекулярную массу и умеренную коксуемость. Малосернистые остатки обычно имеют низкую коксуемость, поэтому для увеличения выхода кокса процесс коксования следует проводить под повышенным давлением до 0,6 МПа, при этом прирост выхода кокса составляет 6-12 %. Однако на УЗК реакционные камеры рассчитаны на
24
более низкое давление. Увеличение выхода кокса можно достигнуть, ис­пользуя в качестве сырья остатки, подвергнутые предварительной термо­поликонденсации. Для этого установки замедленного коксования следует дооборудовать дополнительным реактором термополиконденсации или использовать для этой цели одну из камер трехреакторных установок. Предварительная термополиконденсация дает возможность увеличить выход кокса на 5-6 % на исходное сырье, а из дистиллятного крекинг­остатка на 10-11 %. В разработке технологии процесса замедленного коксования заметную роль играет фирма ABB Lummus Crest Jnc, ко­торая имеет более 45 установок, действующих в различных регионах и позволяющих в зависимости от сырья и условий процесса получать анодный или игольчатый кокс, а также газ, нафту, газойли, котельное топливо.
Для получения максимального количества дистиллятов ис­пользуются непрерывные процессы коксования. Наиболее отработан процесс коксования флюид (в кипящем слое теплоносителя). Процесс идет более интенсивно, так как большая поверхность порошкообраз­ного теплоносителя создает улучшенный контакт фаз. Хорошая теку­честь такого теплоносителя создает возможность перемещения боль­ших его масс по стоякам, а также позволяет строить установки боль­шой мощности (1,8-3,0 млн.т/год по сырью). Высокотемпературные варианты процесса могут быть применены для выработки олефинов из тяжелого остаточного сырья. Так, например, из мазута можно полу­чить 58 % газа, содержащего до 70 % непредельных углеводородов,
31 % жидкой фракции с концом кипения 200
0
С и 10 % кокса. Основные особенности процесса коксования флюид: – более высокий выход жидких продуктов и меньший выход
кокса по сравнению с замедленным коксованием;
– гибкость в отношении качества сырья; – относительная легкость эксплуатации и большая продолжи-
тельность межремонтных пробегов;
– возможность сочетания процесса с установками атмосфер-
ной трубчатки, каталитического крекинга, производством энергии;
– отсутствие печи для нагрева сырья; – экономия, достигаемая вследствие большой мощности уста-
новок.
Теплоноситель, в качестве которого обычно применяют кокс
(рис. 1.7), представляет собой порошок из частиц округлой формы диа-
25
метром 0,075÷0,3 мм. Он непрерывно циркулирует через систему реак-
Стабильный
бензин
5
Рециркулят
Флегма на орошение
Воздух
Пар на отпарку
12 Газы
8
10
1
Тяжелый газойль
9
Легкий газойль
Сырье
6
3
1
Вода
2
Дымовые газы Дымовые газы
Товарный кокс
Флегма на
орошение в
парциальный
конденсатор
1
Водяной пар
тор 1 – коксонагреватель 2. Оба аппарата работают в режиме «кипяще­го» слоя.
1 – реактор; 2 – коксонагреватель; 3 – парциальный конденсатор (скруббер);
исходит за счет подачи в низ аппарата водяного пара, а также паров и газов, образующихся в процессе коксования. В коксонагревателе 2 псевдоожижение достигается подачей воздуха, при этом часть кокса сгорает, а остальная его масса нагревается до 600-620 печь для подогрева сырья на установке отсутствует, и сырье в реактор
Рис. 1.7. Принципиальная схема установки непрерывного
коксования с псевдоожиженным слоем кокса
4 – ректификационная колонна; 5 – холодильник-классификатор кокса;
6 – отпарная колонна; 7 – рефлюксная емкость; 8 – газосепаратор;
9 – стабилизатор; 10 – конденсатор; 11 – холодильник; 12 – компрессор;
13 – топка; 14 – котел-утилизатор
Псевдоожижение слоя кокса – теплоносителя в реакторе – про-
0
С. Трубчатаяй
26
поступает при умеренной температуре (300-350 0С) непосредственно с
Реактор кок-
Рис. 1.8. Реактор коксования
6 – циклоны; 7 – скруббер
А
Пары продуктов коксования
Водяной пар высокого давления на дробление кокса
Кокс-теплоноситель
Водяной пар на отпарку
Кокс-теплоноситель
Сырье
7
6 1 4
3 5 2
вакуумной установки или после нагрева в теплообменниках. Сырье в зону реакции подается через систему распылителей под уровень кипя­щего слоя. Пары и газы коксования проходят через систему циклонных сепараторов для отделения коксовой пыли и поступают в скруббер 3 (парциальный конденсатор), который для уменьшения возможности закоксовывания передаточных линий расположен непосредственно на реакторе. За счет циркуляционного орошения в низу скруббера конден­сируется наиболее тяжелая часть дистиллята коксования, которая в ви­де рециркулята возвращается в реактор. Дальнейшее погоноразделение на газобензиновую фракцию и газойлевые дистилляты происходит в ректификационной колонне 4, а балансовый избыток кокса непрерывно выводится из нагревателя через холодильник-классификатор 5.
с порошкообразным коксом
А-А – границы уровня слоя;
1 – зона паровой фазы; 2 – переходный конус;
3, 4 – зона кипящего слоя; 5 – отпарная секция;
сования представляет собой аппарат слож­ной конструкции с переменным сечени­ем (рис. 1.8).
Псевдоожижен­ный слой кокса раз­мещается в кониче­ской 4 и цилиндриче­ской 3 частях аппа­рата. Нижняя кони­ческая часть аппара­та служит для уменьшения расхода пара на псевдоожи­жение слоя. Внизу аппарата имеется от­парная секция 5, куда подается водяной пар для отпарки от кокса углеводородов. В отпарной секции для увеличения пути про-
27
хождения кокса располагаются полки. Сужение верхней части реакто-
Псевдоожижен-
стемы с помощью топ-
Рис. 1.9. Коксонагреватель
Нагретый Дымовые газы
Воздух
3
1
2
6 4 5
ра обеспечивает увеличение скорости паров над слоем, что позволяет снизить реакции вторичного разложения паров, повысить концентра­цию кокса в парах, который механически воздействует на устья цик­лонов и предотвращает их закоксовывание. Реактор изнутри футеро­ван торкретбетоном толщиной 200 мм. Коксопроводы установки име­ют диаметр примерно 1 м, для предохранения от эрозии их подобно аппаратам реакторного блока футеруют изнутри торкретбетоном. Для улавливания коксовой пыли на верху реактора устанавливаются двух­ступенчатые циклонные сепараторы, откуда пары реакции поступают в скруббер 7.
Коксонагреватель проще по конструкции (рис. 1.9).
ный слой создается пода­чей воздуха (в период пуска нагретого в топке под давлением) под рас­пределительную решетку
1. Во время разогрева кокс непрерывно цирку­лирует между коксо­нагревателем и реакто­ром через линии пнев­мотранспорта для того, чтобы желаемую темпе­ратуру приобрела вся масса кокса. Для сокра­щения продолжительно­сти разогрева кокса слу­жат форсунки для жидко­го топлива, размещенные изнутри по окружности аппарата. После предва­рительного разогрева си-
1 – распределительная решетка;
2 – сливной колодец; 3 – циклон;
4 – линия ввода кокса; 5 – сборная камера
и вывод дымовых газов;
6 – кипящий слой
ки под давлением зажигают эти форсунки и разогрев продолжают до тех пор, пока не будет достигнута температура самовоспламенения кокса. После этого температура слоя в коксонагревателе начнет быст-
28
ро возрастать, и расход топлива со стороны станет излишним. При
сухой газ
9,0
жирный газ
6,4
фр. н.к.-205 0С (автобензин)
14,8
фр. 205-350 0С (дизельное топливо)
22,2
фр. 350-500 0С
23,9
кокс товарный
15,9
кокс сжигаемый
5,3
потери
2,3
сгорании кокса наряду с СО
– СО. В условиях коксонагревателя возможно догорание его в СО
образуется продукт неполного окисления
2
2
сопровождающееся значительным выделением тепла. Для снижения температуры на верху коксонагревателя предусмотрена подача пара, а также впрыск парового конденсата. Кокс циркулирует между реакто-
ром и коксонагревателем по -образным линиям пневмотранспорта. Транспортирующим агентом служит водяной пар. Для улавливания коксовой пыли используют двухступенчатые циклоны 3, после кото­рых дымовые газы поступают в котел-утилизатор.
Средние выходы продуктов коксования флюид при использо-
вании сернистого гудрона или крекинг-остатка составляют, % мас.:
С 1954 года 20 установок процесса Fluid Coking фирмы Exxon Mobil (США) – коксование в псевдоожиженном (кипящем) слое – ра­ботают на тяжелых нефтяных остатках и две – на природных битумах.
Ассортимент продуктов:
– газ до С
11-13 % (после фракционирования на алкилирова-
4
ние);
– нафта 15-20 % (на гидроочистку и риформинг);
– лёгкий газойль 12-14 % (гидроочистка, компонент дизельно- го топлива или на каталитический крекинг);
– тяжёлый газойль 35-36 % (на каталитический крекинг);
– кокс 24-33 %.

LR-Coking (Lurgi, ФРГ) – это непрерывный процесс коксования на основе быстрой передачи тепла сырью в псевдоожиженном слое порошкообразного коксового теплоносителя.

Основной особенностью процесса является трубчатый гори­зонтальный реактор (рис. 1.10), снабженный шнеком, в котором про­исходит интенсивное перемешивание сырья с нагретым коксовым
,
29
теплоносителем и коксование при температуре 500-600 0С. Время
Жидкие и газообраз-
та,
Рис. 1.10 – Реакторный блок
пребывания смеси в реакторе не превышает нескольких секунд. Обра­зующийся в процессе кокс оседает на частицах кокса-теплоносителя. Из реактора масса поступает в сборный бункер, где реакции коксова­ния завершаются.
ные продукты коксования отсасываются из конечной части реактора и направля­ются на фракционирование. Часть кокса из сборного бункера выводится в каче­стве конечного продукта на реализацию, а другая в кон­тролируемых объёмах направляется в лифт-трубу. При подъёме кокса по этой трубе потоком сжатого воз­духа одновременно прохо­дит его нагрев за счёт ча­стичного сгорания. Дымо­вые газы отделяются в бун­кере-сепараторе, а нагретый кокс поступает в трубчатый реактор в качестве теплоно­сителя. Процесс позволяет перерабатывать не только жидкие, но и полутвёрдые нефтяные остатки. Внедре­но 13 установок. Продукты:
процесса коксования LR-Coking
1 – реактор; 2 – сборный бункер;
3 – лифт-труба; 4 – бункер-сепаратор
углеводородные газы, наф-
кокс. Разработанный в ОАО «ВНИИ НП» высокотемпературный ва­риант (600–615 сурсов нефтехимического сырья.
Процесс Черри II – процесс термического крекинга, в котором
во избежание закоксовывания стенок реактора гудрон предварительно смешивается с углем (центры коксообразования), после чего суспен-
0
С) процесса флюид перспективен для увеличения ре-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]