10.3 Термічні процеси переробки нафти (коксування)

10.3.1 Призначення, і суть процесу

Установка коксування призначена для одержання нафтового коксу і додаткової кількості палива. Існує декілька модифікацій процесу коксування, а саме: коксування в кубах, сповільнене коксування і коксування в «киплячому» шарі коксу. Суть сповільненого коксування полягає в тому, що сировина нагрівається до температури 485-500 °С і закачується в ізольовані камери-реактори. Тут, за рахунок акумульованого сировиною тепла, проходить процес коксування. Він є найбільш жорсткою формою термічного крекінгу і протікає при температурі 490-500 °С і тиску 0,180,4 МПа.

10.3.2 Механізми реакцій

При коксуванні протікають реакції розщеплення високомолекулярних вуглеводнів, які призводять до утворення газоподібних і рідких продуктів та реакції поліконденсації і полімеризації, які призводять до утворення твердого продукту - коксу.

В загальному вигляді, механізм реакцій коксування можна представити наступною схемою:

10.3.3 Сировина і одержувані продукти

Сировиною установки коксування можуть бути наступні речовини: гудрон, тяжкий газойль каталітичного крекінгу, асфальти і екстракти виробництва олив і смола піролізу.

Продуктами установки є:

- нафтовий кокс, який використовується в якості електродів при виробництві алюмінію, магнію, хлору та виплавлені сталі, в ядерній енергетиці, ракетній техніці, електро- і радіотехніці і як відновник;

- вуглеводневий газ С₁-С₄ містить як насичені так і ненасичені вуглеводні; направляються на розділення на ГФУ;

- бензин має низьку хімічну стабільність, невисоке ОЧ, яке знаходиться в межах 60-66 за моторним методом; використовується як компонент низькооктанових бензинів або як сировина установок каталітичного реформінгу і гідроочищення;

- легкий газойль за своїм складом відповідає дизельному паливу. Його етанове число 40-45; використовується як компонент дизельних і газотурбінних палив або як сировина установок гідроочищення і депарафінізації з метою зниження вмісту сірчаних сполук, зниження температури застигання;

- важкий газойль, в якого температура застигання 10-15 °С і використовується як компонент котельного палива або як сировина установок гідроочищення і каталітичного крекінгу.

10.3.4 Технологічна схема установки сповільненого коксування і її опис

Попередньо підігріта в теплообмінниках сировина до температури 170-190 °С подається насосом Н-1 спочатку в конвективну, а потім в радіантні камери трубчатої печі П-1. Тут сировина підігрівається до температури 350 °С. Із печі П-1 сировина поступає в нижню частину колони К-1 на верхню каскадну тарілку. Під нижню каскадну тарілку колони подаються газоподібні продукти коксування із одного з працюючих реакторів Р-1 або Р-2. Їхня температура становить 450 °С. Так як температура парів є вищою за температуру сировини, то частина газоподібних продуктів конденсується і переходить у сировину. Сировина разом з конденсатом утворюють вторинну сировину. Вона виводиться знизу колони К-1 і насосом Н-2 прокачується двома парарлельними потоками через змійовики радіантних камер печі П-1. Для зменшення коксоутворення в трубних змійовиках і збільшення швидкості сировини в трубні змійовики подається водяна пара з температурою 400-450 °С. Вторинна сировина в печі підігрівається до температури 480-510 °С. Підігріта в печі сировина поступає в нижню частину одного із реакторів. За рахунок акумульованого сировиною тепла в реакторі проходить розщеплення високомолекулярних сполук і утворення газоподібних продуктів, починаючи від вуглеводневого газу і закінчуючи важким газойлем.

За рахунок довготривалого перебування сировини в реакторі і температури утворюється твердий продукт - кокс. Газоподібні продукти виводяться зверху реактора Р-1 або Р-2 і направляються в нижню частину колони К-1. Колона К-1 складається з двох частин: верхня частина служить для розділення продуктів коксування на окремі компоненти і в ній розміщені ковпачкові тарілки; нижня частина колони К-1 служить для одержання вторинної сировини і в ній розміщені каскадні тарілки. Продукти коксування підіймаються у верхню частину колони К-1, де розділяються на газо-бензинову суміш, легкий і важкий газойлі. Верхнім продуктом колони К-1 є газо-бензинова суміш, яка частково конденсується і охолоджується в холодильнику-конденсаторі ХК-1, та розділяється в сепараторі С-1. Вуглеводневий газ С₁-С­₄ направляється для розділення на ГФУ. Бензин частково повертається як гостре зрошення на першу тарілку колони К-1, а решта поступає на стабілізацію. В якості бокових фракцій в колоні К-1 відбираються легкий і важкий газойлі. Для відпарювання легких фракцій вони поступають в додаткову колону К-2. Після відпрацювання легких фракцій та охолодження вони виводяться з установки.

Р-1, Р-2 – реактори (ізольовані камери); П-1 – трубчата піч;

К-1 – ректифікаційна колона; К-2 – відпарна колона; С-1 – се-паратор; Н-1, Н-2 – відцентрові насоси; ХК-1 – холодильник- конденсатор.

Рисунок 10.2 – Схема установки сповільненого коксування

Кокс поступово заповнює реактор на протязі 13-18 год при роботі установки на крекінг-залишку і за 24 год при роботі на гудроні. За цей час реактор заповнюється на 80 %, і відключається від подачі сировини. Його пропарюють водяною парою для десорбції важких фракцій, а пізніше охолоджують водою. Для вивантаження коксу відкривають нижню кришку реактора і подають воду спеціальними різаками під тиском 15-20 МПа. Струмені води розрізають кокс кусками. Після вирізки коксу реактор закривають кришкою, пропарюють спочатку водяною парою, а потім газоподібними продуктами із одного працюючого реактора, при цьому температура в реакторі зростає 150-180 °С. Після цього реактор переключають на подачу сировини. Кількість реакторів встановлюється від двох до чотирьох.