Термоконтактное коксование
В отличие от замедленного коксования термоконтактное коксование (ТКК) является непрерывным, высокопроизводительным, технологически более универсальным процессом, позволяющим перерабатывать исключительно разнообразные нефтяные остатки, такие, как мазуты, гудроны, асфальты, природные битумы (даже угольные суспензии) с плотностью 0,94-1,2 г/см3 и коксуемостью 7-50% масс. Целевым назначением процесса ТКК является получение из нефтяных остатков дистиллятных продуктов, направляемых на последующую каталитическую переработку в высококачественные моторные топлива.
Порошкообразный кокс ТКК является по сравнению с коксом ЗК побочным, малоценным продуктом, не пригодным для изготовления анодных и графитированных изделий, что является существенным недостатком, ограничивающим более широкое распространение этого процесса в мировой нефтепереработке.
Процесс ТКК был разработан в послевоенные годы (1947-1954 гг.) одновременно в США (фирмой «Стандарт Ойл Девелопмент» под названием «Флюидкокинг») и бывшем СССР (МИНХ и ГП, ВНИИ НП и АзНИИ). В настоящее время в эксплуатации на НПЗ США, Канады, Японии, Мексики, Венесуэлы и Голландии находятся около 20 установок «Флюидкокинг». Разработан проект отечественной промышленной установки ТКК, однако этот процесс до сих пор не внедрен на НПЗ нашей страны.
Установка ТКК состоит из реакторного блока и блока разделения газообразных и жидких продуктов коксования.
Реакторный блок установки ТКК (рис. 7.13) включает в себя реактор 1 с парциальным конденсатором 2 (скруббером), коксонагреватель 3 с сепаратором-холодильником 4
Рисунок 7.13. Принципиальная схема установки ТКК: 1 – реактор; 2 – парциальный конденсатор; 3 – коксонагреватель; 4 – сепаратор; I – порошкообразный кокс; II – сырье; III – парообразные продукты реакции; IV – рециркулят; V – воздух; VI – водяной пар; VII – дымовые газы.
Сырье, нагретое до 260-360°С, вводят через систему форсунок в псевдоожиженный слой частиц кокса (диаметром 40-1000 мкм), непрерывно циркулирующего между реактором и коксонагревателем, выполняющего функции теплоносителя и контакта, на поверхности которого отлагается образующийся кокс. Форсунки размещаются по окружности и высоте слоя в несколько ярусов, на крупных установках их число достигает 100. Температура псевдоожиженного слоя в реакторе 500-560°С. При этой температуре даже очень тяжелое сырье имеет низкую вязкость и благодаря интенсивному перемешиванию равномерно покрывает поверхность микросферического кокса. Физического тепла нагретых в коксонагревателе коксовых частиц достаточно для испарения части сырья и осуществления эндотермических реакций крекинга остального сырья, остающегося в виде жидкой пленки на коксовых микросферах. Летучие продукты реакций коксования удаляются, оставляя на поверхности коксовых частиц тонкий, всего в несколько микрон, слой кокса. Цикличность процесса коксообразования и выжига части кокса обуславливает образование порошкообразного кокса слоистой структуры с низкой пористостью и высокой плотностью.
Пары и газы продуктов коксования, покидающие псевдоожиженный слой, проходят через циклонные сепараторы, где улавливается основная часть коксовой пыли, и поступают в скруббер-парциальный конденсатор 2. На верх скруббера в качестве орошения подается охлажденный тяжелый газойль. За счет контакта паров продукта с рециркулятом конденсируются наиболее тяжелые компоненты паров и улавливается коксовая пыль, не задержанная в циклонах, которые в виде шлама возвращаются в реактор. Продукты ТКК далее разделяют на газ, бензиновую фракцию (н.к.-160°С или н.к.-220°С), легкий газойль (с температурой конца кипения 350-370°С) и тяжелый газойль (с концом кипения 500-565°С).
Коксовый теплоноситель выводят через нижнюю отпарную секцию реактора, оборудованную 7-10 рядами отбойных элементов, обеспечивающих равномерное распределение и улучшающих контактирование потоков водяного пара, подаваемого на отпарку, и выводимого кокса. Водяной пар одновременно выполняет функцию псевдоожижающего агента. Транспорт кокса из реактора в коксонагреватель и обратно осуществляют также подачей водяного пара в соответствующие коксопроводы.
Нагрев кокса до заданной температуры (600-620°С) осуществляется в коксонагревателе 3 за счет теплоты сгорания части кокса. Дымовые газы, покидающие псевдоожиженный слой, проходят двухступенчатые циклоны, где от них отделяется и возвращается в слой коксовая пыль, затем поступают в котел-утилизатор (на схеме не показан). Поскольку количество сжигаемого кокса меньше вновь образуемого, то избыток его в виде фракции более крупных частиц непрерывно выводят из системы через сепаратор-холодильник 4, где менее крупные частицы возвращаются в коксонагреватель.
На основании экспериментальных исследований ТКК нефтяных остатков коксуемостью 12-47 % получены (Д.М. Соскиндем) следующие зависимости выхода продуктов (yi) от коксуемости сырья К (при получении тяжелого газойля с к.к. 500°С):
По качеству газы и дистиллятные фракции процесса ТКК близки аналогичным продуктам замедленного коксования. Жидкие продукты ТКК, содержащие значительное количество непредельных соединений, ароматических углеводородов, серы и азота, обычно подвергают гидрогенизационной обработке на установках гидроочистки со стационарным слоем катализатора. Во многих случаях такую обработку осуществляют в смеси с прямогонными фракциями, полученными на том же НПЗ. Бензины ТКК часто в смеси с газойлем используют как сырье каталитического крекинга (тритинг-процесс). Тяжелый газойль после гидроочистки, как правило, направляют вместе с прямогонным вакуумным газойлем на каталитический крекинг.
Кокс ТКК может использоваться как энергетическое топливо или подвергаться газификации с получением низкокалорийного топливного газа или технологических газов (водорода или смеси водорода и оксида углерода). В последние годы за рубежом получают применение процессы ТКК, совмещенные с газификацией (парокислородовоздушной) порошкообразного кокса, получившие название «Флексикокинг».