Сделай Сам Свою Работу на 5

Назначение и основные типы установок коксования нефтяных остатков





Лекция 5. Термические процессы переработки нефти

Назначение процесса коксования.Образование кокса при тер­мическом крекинге ограничивает возможности дальнейшего углуб­ления процесса. Выход светлых продуктов при крекинге гудрона или мазута не превышает 35-40%. Если же установка термиче­ского крекинга работает в режиме висбрекинга, то выход светлых продуктов еще меньше.

Выход их можно значительно повысить, если при термическом разложении не опасаться образования кокса, не считать его вред­ным побочным продуктом. Технической формой такого деструктив­ного процесса является коксование — одна из разновидностей термических процессов.

При коксовании твердый углеродистый остаток — кокс явля­ется конечным продуктом разложения и образуется в значитель­ных количествах. Наряду с коксом получают бензин, газойлевые фракции и газ.

Коксование позволяет утилизировать, превращая в светлые нефтепродукты, не только прямогонные остатки, но и такие про­дукты, как асфальты и экстракты масляного производства. То обстоятельство, что при этом получается в качестве товарного продукта кокс, является в настоящее время достоинством про­цесса.



Типы установок. Существуют установки для трех типов про­цессов коксования: периодические, полунепрерывные, непрерыв­ные.

Периодический процесс — наиболее старый из существующих процессов коксования. Коксование проводится в обогреваемых кубах, которые представляют собой горизонтальные аппараты диа­метром 2—4,5 м и длиной 10—13 м. Сырье загружают в куб и по­степенно подогревают его снизу открытым огнем. При 300 °С начи­нается выделение дистиллятных паров, которое усиливается по ме­ре разогревания куба. После того как температура в паровой зоне куба достигнет 445—460 °С, начинается ее снижение.

Понижение температуры говорит о том, что выделение погонов прекратилось и процесс образования коксового «пирога» в основ­ном закончился. Дальнейший подогрев куба необходим для завер­шения процесса коксования, прокалки и подсушки кокса.

После прокалки, которая продолжается 2—3 часа, температуру в топке под кубом постепенно снижают, выключают форсунку и охлаждают куб. Для охлаждения подается сначала водяной пар, а затем воздух. Когда температура кокса понизится до 150—250 °С, приступают к его выгрузке. Выгрузка кокса из кубов почти не механизирована и представляет собой очень тяжелую, трудо­емкую операцию.



По своему техническому уровню периодические кубовые уста­новки давно устарели, однако некоторые коксовые кубы и батареи еще эксплуатируются. На кубовых установках получают кокс вы­сокого качества, с низким содержанием летучих.

Полунепрерывный процесс коксования пришел на смену кубо­вым установкам. Он проводится в необогреваемых коксовых ка­мерах (замедленное коксование). Этот процесс известен с начала 1930-х гг. В настоящее время замедленным коксованием получают наибольшее количество нефтяного кокса во многих странах мира.

Сырье замедленного коксования нагревается в трубчатой печи до 500 °С и направляется в полый необогреваемый вертикальный цилиндрический аппарат — коксовую камеру (реактор). В камере сырье находится длительное время и за счет аккумулированного им тепла коксуется. С верха работающей камеры удаляются по­токи легких дистиллятов. После заполнения реактора коксом на 70—90% поток сырья переключается на другую камеру, а из от­ключенной камеры выгружается кокс.

Процесс замедленного коксования имеет периодический харак­тер по выгрузке кокса и непрерывный — по подаче сырья и выде­лению дистиллятных продуктов.

При непрерывном коксовании нагретое сырье вступает в кон­такт с подвижным, нагретым до более высокой температуры инертным теплоносителем и коксуется на поверхности этого тепло­носителя. Кокс, отложившийся на поверхности теплоносителя, вме­сте с ним выводится из зоны реакции. Затем теплоноситель и отло­жившийся на нем кокс поступают в регенератор, где часть кокса выжигается. За счет тепла, выделившегося при сгорании, проис­ходит подогрев теплоносителя до требуемой температуры. Нагре­тый теплоноситель возвращается в зону реакции.



Поскольку основное количество тепла, необходимого для кок­сования, сообщается за счет контакта сырья с нагретым теплоно­сителем, сырье перед подачей в реактор можно подогревать до более низкой температуры, чем требуется при замедленном коксо­вании. Это облегчает переработку наиболее высоковязких, смоли­стых продуктов, например асфальтов масляного производства, ко­торые быстро коксуются при подогреве в трубчатых печах.

На работающих установках непрерывного коксования тепло­носителем является порошкообразный кокс с размером частиц до 0,3 мм, а коксование происходит в кипящем слое теплоносителя. Порошкообразный кокс легко перемещается внутри установки (из реактора в регенератор и обратно), что позволяет строить уста­новки большой мощности.

Для перемещения коксового теплоносителя используется прин­цип пневмотранспорта. Движущей силой является поток пара или газа, захватывающий коксовые частицы и несущий их. Существуют различные системы пневмотранспорта: в разреженном слое и в плотном слое.

При непрерывном коксовании в кипящем слое происходит одно­временно три процесса: собственно коксование, сопровождающееся образованием продуктов разложения и уплотнения, прокалка кокса, благодаря которой из кокса удаляются летучие, и наконец, вторичные реакции распада и уплотнения продуктов коксования, находящихся в паровой фазе.

Высокая температура коксового теплоносителя способствует испарению продуктов разложения и удалению их с поверхности коксовых частиц. Возможность образования продуктов вторичного происхождения уменьшается. Поэтому выход кокса при непрерыв­ном коксовании меньше, чем при замедленном.

Выбор той или иной модификации процесса коксования для строительства на НПЗ зависит от того, какая цель при этом пре­следуется. Экономические показатели (себестоимость продукции, стоимость строительства, численность обслуживающего персонала) установок замедленного коксования и коксования в кипящем слое приблизительно одинаковы.

Достоинством замедленного коксования является больший выход кокса. При переработке, одного и того же сырья замедленным коксованием можно получить в 1,5—1,6 раза больше кокса, чем при коксовании в кипящем слое. Освоенная технология прокалки кокса приспособлена только для переработки кускового кокса.

Установки замедленного коксования строятся в тех случаях, когда необходимо удовлетворить потребность в нефтяном коксе, а установки коксования в кипящем слое — для увеличения выработки светлых нефтепродуктов переработкой остатков.

Сырье коксования. Коксованию подвергаются высокомолекулярные нефтяные остатки: гудроны, крекинг-остатки термического крекинга, асфальты и экстракты с установок масляного производства, смолы пиролиза. Основными показателями качества сырья являются коксуемость, содержание серы и золы, вязкость.

Остатки, являющиеся сырьем коксования, состоят из высокомолекулярных углеводородов, смолисто-асфальтеновых веществ, карбенов и карбоидов. Соотношение между составляющими сырья зависит от происхождения нефти, температуры и продолжительности процесса, при котором был получен остаток. Коксуемость и, следовательно, выход кокса при коксовании тем выше, чем больше в сырье смолисто-асфальтеновых веществ. Как, правило, коксуемость крекинг-остатка выше, чем гудрона. Экономически целесообразно, чтобы коксуемость сырья была не менее 10%. Однако если в сырье слишком много смолисто-асфальтеновых веществ и коксуемость превышает 20%, то это приводит к быстрому закоксовыванию печей нагрева сырья, а значит и частым остановкам установки.

Для производства кокса, используемого в специальных целях, необходимо особенно тщательно подбирать сырье, используя для коксования крекинг-остатки, полученные термическим крекингом дистиллятных продуктов, смолы пиролиза.

Основные потребители нефтяного кокса нуждаются, прежде всего, в малосернистом коксе, поэтому на коксование следует направлять остатки, содержащие не более 0,5—0,8% серы. В коксе содержится, как правило, в 1,5 раза больше серы, чем в сырье. Поскольку промышленно освоенных процессов очистки кокса от серы еще не существует, установки коксования сооружаются в настоящее время там, где имеется возможность обеспечить их малосернистым сырьем.

Состав и свойства продуктов. Газ по составу аналогичен газу термического крекинга, однако содержит несколько меньше олефиновых углеводородов. При более жестком режиме коксования (повышенной температуре) содержание непредельных углеводородов в газе растет. Так, повышение температуры коксования в кипящем слое с 520 до 540 °С приводит к увеличению выхода непредельных углеводородов с 45 до 52%.

Бензин содержит много непредельных углеводородов, что делает его недостаточно химически стабильным. Октановое число бензинов замедленного коксования составляет 68—72 пункта.

Керосино-газойлевые фракции (180—350 °С, 350—450 °С) используются как компоненты газотурбинного топлива и сырье каталитического крекинга. Фракция 180—350 °С может быть направлена в дизельное топливо.

Тяжелый газойль (фракция выше 450 °С) используется как компонент котельного топлива.

Нефтяной кокс широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. Он используется для производства электродов, абразивных материалов, карбидов, углеграфитовых материалов, ферросплавов. Расход кокса при производстве различных продуктов составляет: алюминия — 0,6 т кокса на 1 т продукции; карбида кремния—1,4 т/т; карбида кальция —0,7 т/т; графита —1,25 т/т.

В зависимости от назначения к нефтяным коксам предъявляют различные требования. Основными показателями качества кокса являются содержание серы, золы, влаги, летучих, гранулометрический состав, реакционная способность, пористость, удельное электрическое сопротивление и др. По содержанию серы коксы делят на малосернистые (до 1,0% S), среднесернистые (до 1,5% S), сернистые (до 4,0% S), высокосернистые (выше 4,0% S); по гранулометрическому составу — на кусковой (фракция с размером кусков выше 25 мм), «орешек» (фракция 6—25 мм), мелочь (менее 6 мм); по содержанию золы — на малозольные (до 0,5% золы), средне- зольные (0,5—0,8%), высокозольные (более 0,8%).

Ниже представлена таблица № 1 Свойства коксов, полученных методом замедленного коксования из различных видов сырья.

 

Таблица 1. Свойства коксов, полученных методом замедленного коксования из различных видов сырья.



Качество кокса, особенно по таким показателям, как содержание серы, летучих, золы, зависит от свойств сырья, что наглядно иллюстрируется данными таблицы 1. Выход и качество кокса зависят, также от процесса его получения. Характеристика коксов, полученных различными процессами коксования, приводится в таблице 2. Кубовый кокс лучше, чем кокс замедленного коксования, так как он содержит меньше летучих веществ, золы и влаги.

 

Таблица 2. Выход и характеристика кокса различных процессов коксования.

 

 

Кокс, используемый в производстве электродов, подвергается дополнительной обработке — прокаливанию в специальных печах при 1200—1300 °С. Прокалка может проводиться сразу же после получения кокса на НПЗ или у потребителя. При прокалке удаляются летучие, снижается электрическое сопротивление, устраняются усадочные явления. Прокалочные печи на алюминиевых и электродных заводах предназначены только для кокса с разме­ром частиц выше 25 мм; коксовую мелочь, а она составляет около 50% кокса замедленного коксования, в этих печах прокаливать нельзя. Для прокалки коксовой мелочи сейчас используют камер­ные печи, ранее применявшиеся для получения искусственного газа из горючих сланцев на сланцеперерабатывающих предприятиях.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.