Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологий вторичных процессов переработки нефтяного сырья. Учебное пособие.pdf
X
- •Министерство образования и науки России
- •Федеральное государственное бюджетное
- •образовательное учреждение высшего образования
- •«Казанский национальный исследовательский
- •технологический университет»
- •Водяной пар
- •Вторичное
- •сырье
- •Вод. пар
- •Вода
- •Вода
- •Вод. пар
- •Водяной пар
- •Сырье
- •Закалочное
- •охлаждение
- •LR-Coking (Lurgi, ФРГ) – это непрерывный процесс коксования на основе быстрой передачи тепла сырью в псевдоожиженном слое порошкообразного коксового теплоносителя.
- •1.3. Оценка пригодности нефтяного сырья для производства сажи
- •3. Индекс корреляции:
- •Дымовые газы
- •Продукты реакции
- •Сырье
- •Разбавитель
- •Водяной пар
- •Сырье

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]
