Установка замедленного коксования в необогреваемых камерах

Процесс замедленного коксования в необогревае­мых камерах предназначен для получения крупно­кускового нефтяного кокса как основного целевого продукта, а также легкого и тяжелого газойлей, бензина и газа. Сырьем для коксования служат мало­сернистые атмосферные и вакуумные нефтяные остат­ки, сланцевая смола, тяжелые нефти из битуминозных песков, каменноугольный деготь и гильсонит. Эти виды сырья дают губчатый кокс. Для получения высококачественного игольчатого кокса используют более термически стойкое ароматизированное сырье, например смолу пиролиза, крекинг-остатки и катали­тические газойли.

Основными показателями качества сырья явля­ются плотность, коксуемость по Конрадсону и содер­жание серы. Выход кокса определяется коксуемостью сырья и практически линейно изменяется в зависи­мости от этого показателя. При коксовании в необо­греваемых камерах остаточного сырья выход кокса составляет 1,5—1,6 от коксуемости сырья. При коксовании дистиллятного сырья выход кокса не соответствует коксуемости сырья, поэтому состав­лять материальный баланс расчетным методом для такого сырья нельзя. Главным потребителем кокса является алюминие­вая промышленность, где кокс служит восстановите­лем (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд. Кроме того, кокс используют в качестве сырья при изготовлении графитированных электродов для сталеплавильных печей, для по­лучения карбидов (кальция, кремния) и сероугле­рода.

Основными показателями качества кокса явля­ются истинная плотность, содержание серы, золь­ность и микроструктура. Для игольчатого кокса истинная плотность должна быть не ниже 2,09 г/см³, для кокса марки КНПС (пиролизного специального), используемого в качестве конструкционного мате­риала, она находится в пределах 2,04—2,08 г/см³ [15].

Содержание серы в коксе почти всегда больше, чем в остаточном сырье коксования. Из остатков малосернистых нефтей получают малосернистый кокс, содержащий, как правило, до 1,5 % (масс.) серы; кокс из сернистых остатков содержит обычно 2,0— 4,5 % (масс.) серы, а из высокосернистых — более 4,0 % (масс.) [16].

Содержание золы в коксе в значительной мере зависит от глубины обессоливания нефти перед ее перегонкой.

В Советском Союзе проектируются и находятся в эксплуатации установки замедленного коксования мощностью 300, 600 и 1500 тыс. т сырья в год. На рис. III-5 приведена установка мощностью 600 тыс. т в год, которая включает реакторный блок, состоящий из четырех коксовых камер, две трубчатые нагрева­тельные печи, блок фракционирования и систему регенерации тепла и охлаждения продуктов [17].,

Сырье — гудрон или крекинг-остаток (или их смесь) — подается насосом 1 двумя параллельными потоками в трубы подовых и потолочных экранов печей 2 и 3, где оно нагревается до 350—380 °С. Затем сырье поступает в нижнюю часть колонны 9 на верхнюю каскадную тарелку. Сюда же под ниж­нюю тарелку поступают горячие газы и пары про­дуктов коксования, образующиеся в двух парал­лельно работающих камерах 5 (или 5'). В колонне сырье встречается с восходящим потоком газов и паров и в результате контакта тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем. Таким образом, в нижней части колонны образуется смесь сырья с рециркулятом, обычно называемая вторичным сырьем. Если в сырье содержались легкие фракции, то они в результате контакта с высо­котемпературными парами, испаряются и уходят в верхнюю часть колонны 9.

Вторичное сырье с низа колонны 9 забирается насосом 6 и возвращается в змеевики печи 2 и 3, в верхние трубы конвекционной секции и правые подовые и потолочные экраны. Эта часть труб отно­сится к «реакционному» змеевику, здесь вторичное сырье нагревается до 490—510 °С. Во избежание закоксовывания труб этой секции в трубы потолоч­ного экрана подают перегретый водяной пар, так называемый турбулизатор, в количестве 3 % (масс.) на вторичное сырье. За счет подачи турбули­затор а увеличивается скорость прохождения потока через реакционный змеевик. Избыток перегретого} водяного пара может подаваться в отпарные колонны 10 и 11.

 

 

Парожидкостная смесь из печей 2 и 3 вводится параллельными потоками через четырехходовые кра­ны 7 в две работающие камеры 5; две другие камеры (5) в это время подготавливают к рабочему периоду цикла. Горячее сырье подается в камеры вниз и по­степенно заполняет их. Объем камер достаточно большой (внутренний диаметр 4,6—5,5 м, высота 27—28 м), и время пребывания сырья в них значи­тельно. Здесь в камерах сырье подвергается кре­кингу. Пары продуктов разложения непрерывно выводятся из камер сверху и поступают в колонну 9, а тяжелый остаток остается. Жидкий остаток посте­пенно превращается в кокс.

В колонне 9 продукты коксования разделяются. С верха колонны уходят пары бензина и воды, а также газ коксования. Эти продукты проходят аппарат воздушного охлаждения 8, затем водяной холодильник 16 для дополнительного охлаждения и поступают в водогазоотделитель 17, где разделяются на водный конденсат, нестабильный бензин и жирный газ.

Часть нестабильного бензина нагнетается насосом 15 в качестве орошения на верхнюю тарелку колонны 9. Балансовое количество бензина проходит тепло­обменник 18, где нагревается за счет тепла легкого газойля, и передается в секцию стабилизации. Вод­ный конденсат, отводимый из водогазоотделителя 17, подается насосом 14 через теплообменник 20 в паро­перегреватели, расположенные в конвекционных секциях печей 2 и 3.

Легкий и тяжелый газойли, отводимые из отпарных колонн 10 и 11, направляются соответственно насосами 13 и 12 через теплообменники нагрева нестабильного бензина 18, водного конденсата 20 и

аппараты воздушного охлаждения 19 и 21 в резер­вуары.

После заполнения камер коксом, образующимся в процессе, камеры отключают и продувают водяным паром для удаления оставшихся жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают вначале в колонну 9, а затем, когда температура кокса понизится до 400—405°С, поток паров отду­вают в приемник 4. Подачу водяного пара продол­жают до снижения температуры кокса до 200°С, далее в камеру подают воду до тех пор, пока вновь подаваемые порции воды, пары которой выходят в атмосферу, не перестанут испаряться, т. е. гока в сливной трубе приемника 4 не появится ода.

Кокс из камер выгружается гидравлическим спо­собом — посредством гидрорезаков с использованием воды давлением 10—15 МПа.

Установка замедленного коксования мощностью 1,5 млн. т сырья в год аналогична описанной, но она оборудована шестью коксовыми камерами и тремя трубчатыми печами, каждая из которых обслуживает две камеры; диаметр камер 7 м, высота 30 м.

Технологический режим установки:

 

Температура, °С входа сырья в камеры выхода паров из камеры Давление в камерах, Мпа Кратность циркуляции (на сырьё) Время заполнения камеры коксом, ч

490-510 440-460 0,18-0,60 0,1-1,1

 

Ниже приведены материальные балансы процесса коксования, полученные экспериментально (в лабо­раторных условиях), для различных видов сырья:

 

Показатели	Гудрон туймазинской нефти	Крекинг-остаток туймазинской нефти	Гудрон туркменской нефти	Смола пиролиза
Характеристика сырья Плотность при 20 °С, кг/м3 Коксуемость, % (масс.) Содержание серы, % (масс.)	16,0 2,80	23,0 3,30	12,0 0,50	8,6 0,56
Материальный баланс Взято, % (масс.) Сырьё	100,0	100,0	100,0	100,0
Итого	100,0	100,0	100,0	100,0
Получено, % (масс.) Газ Бензин Лёгкий газойль Тяжёлый газойль Кокс	11,0 16,0 49,0   24,0	11,0 7,0 47,0   35,0	14,4 16,8 20,6 32,8 15,4	18,1 0,9 21,1 - 59,9
Итого	100,0	100,0	100,0	100,0

 

На рис. III-6 приведены материальные балансы процесса замедленного коксования прямогонного остатка и крекинг-остатка; выходы даны в зависи­мости от плотности сырья (при 20° С) коксования.

 

Установка непрерывного коксования в псевдоожиженном слое кокса (термоконтактный крекинг)

Назначением процесса термоконтактного крекинга (ТКК) является получение дистиллятов, богатых ароматическими углеводородами, и газа, содержа­щего до 50 % (об.) непредельных углеводородов. В качестве сырья используют высокосернистые неф­тяные остатки — гудрон вакуумной перегонки или мазут атмосферной перегонки.

Процесс может быть направлен на получение сырья для нефтехимии: увеличенного выхода газа, более богатого непредельными углеводородами, жидких продуктов, из которых могут быть выделены бензол, толуол и нафталин. Тяжелые фракции могут являться сырьем для производства технического углерода. В этом случае режим процесса более жест­кий: температура в реакторе 600 °С и коксонагревателе 670—700°С. Газойли коксования используют на некоторых заводах (иногда после гидроочистки) "как компоненты сырья установки каталитического крекинга.

Установка термоконтактного крекинга состоит из реакторного блока (реактор, коксонагреватель, сепа­ратор-холодильник кокса, воздуходувка и др.) и блока разделения (парциальный конденсатор, ректи­фикационная колонна, отпарная колонна, газосепа­ратор). Технологическая схема установки представ­лена на рис. III-7.

Сырье — гудрон, отводимый с низа вакуумной колонны, или мазут с низа атмосферной колонны — подается насосом 14 в реактор 11 через систему распылителей 9 (форсуночного типа) под уровень псевдоожиженного слоя частиц кокса, непрерывно циркулирующих в реакторном блоке и обеспечиваю­щих подвод тепла в реактор. Форсунки размещаются обычно по высоте слоя в несколько ярусов, на круп­ных установках их число достигает 100.

Процесс крекинга осуществляется на поверхности горячих частиц кокса при температуре (600—620 °С). Продукты коксования — газы и пары — по выходе из слоя проходят через систему циклонных сепарато­ров 12 для отделения коксовой пыли и поступают в скруббер — парциальный конденсатор 13, который для уменьшения закоксовывания передаточных ли­ний расположен непосредственно на реакторе 11На верх скруббера в качестве орошения подается охлажденный тяжелый газойль. За счет контакта паров продукта с тяжелым газойлем конденсируются наиболее тяжелые компоненты паров. Сконденсиро­ванная смесь (рециркулят) забирается с низа скруб­бера 13 и направляется насосом 15 в реактор 11.

Частицы кокса-теплоносителя с отложившимся на них тонким слоем образовавшегося в процессе кокса (балансового кокса) опускаются в низ отпарной секции реактора, при этом они продуваются встреч­ным потоком водяного пара. Далее они перемещаются по изогнутому трубопроводу 8 (пневмотранспорт) -в коксонагреватель 5. С помощью воздуходувки 1 под распределительную решетку 6 коксонагревателя подается воздух в объеме, необходимом для нагрева циркулирующего кокса до заданной температуры. Кокс нагревается за счет теплоты сгорания части балансового кокса. Продукты сгорания (дымовые газы) проходят двухступенчатые циклоны 4, где от них отделяются мелкие частицы кокса, и поступают в паровой котел утилизатор (на схеме не показан).

 

 

Нагретый в коксонагревателе 5 кокс возвращается по изогнутому трубопроводу 7 (пневмотранспорт) в реактор 11. Транспортирующей средой также является водяной пар. Поскольку количество сжи­гаемого кокса меньше вновь образующегося, то избыток его в виде фракции более крупных частиц непрерывно выводится из системы через сепаратор-холодильник 3. Менее крупные частицы возвраща­ются из сепаратора-холодильника в коксонагре-ватель 5. Отделение мелких частиц кокса от крупных обеспечивается с помощью водяного пара, подавае­мого в низ сепаратора. Выходящий с низа сепаратора 3 кокс транспортируется водяным паром в приемник (на схеме не показан). Размеры частиц кокса, цирку­лирующего в реакторном блоке колеблются в преде­лах от 0,075 до 0,300 мм, а частиц балансового кокса — от 0,4 мм и выше.

Из коксонагревателя 5 к верхнему днищу реак­тора 11 по линии 10 подается «горячая струя» частиц кокса. Таким образом здесь повышается концентра­ция частиц кокса в парах: частицы, механически воздействуя на устья циклонов 12, предотвращают их закоксовывание.

Пары бензина и воды, а также газ коксования, выходящие с верха колонны 18, охлаждаются в аппа­рате воздушного охлаждения 22 и холодильнике 23 и поступают в водогазоотделитель 24. Здесь про­исходит разделение продуктов на жирный газ, неста­бильный бензин и водный конденсат. Бензин насосом 29 частично подается как орошение на верхнюю та­релку колонны 18, а балансовое его количество после теплообменника 25 направляется на стабилизацию.

С низа отпарной колонны 19 насосом 21 выводится легкий газойль. Обычно он используется как тепло­носитель в теплообменнике 25 для нагрева нестабильного бензина (этот бензин передается в блок физи­ческой стабилизации, который на схеме не показан) утилизатор (на схеме не показан).. Далее легкий газойль доохлаждается в холодильнике воздушного охлаждения 26 и выводится с установки. Тяжелый газойль выводится с низа колонны 18, насосом 20 прокачивается через парогенератор 27 и аппарат воздушного охлаждения 28. Частично тяжелый газойль используется как орошение в скруб­бере 13, а балансовое его количество отводится с установки.

Избыток тепла отводится из колонны 18 промежу­точным циркуляционным орошением (насос 16 и аппарат воздушного охлаждения 17). Топка 2 под давлением служит для разогрева системы при пуске.

Технологический режим реакторного блока:

 

Температура, °С Реактора Коксонагревателя Давление в реакторе и коксонагревателе, Мпа Кратность циркуляции кокс: сырьё Массовая скорость подачи сырья

510-540 600-620 0,14-0,16 7-8 0,6-1,0

 

Ниже приводятся выходы продуктов коксования при переработке мазута и гудрона ромашкинской нефти:

 

Показатели	Мазут	Гудрон
Характеристика сырья Плотность при 20°С, кг/м3 Коксуемость, % (масс.) Содержание серы, % (масс.) Материальный баланс Взято, % (масс.) Сырьё	11,5 2,55     100,0	19,0 3,15     100,0
Итого	100,0	100,0
Получено, % (масс.) Газ Бензин Легкий газойль Тяжелый газойль Кокс в т.ч. товарный	8,4 10,7 9,9 59,5 11,5 6,3	15,7 20,0 19,2 24,6 20,5 11,5
Итого	100,0	100,0

 

Учитывая высокое содержание серы в порошко­образном коксе, вызывающее значительное образо­вание диоксида серы в продуктах сгорания, было предложено этот кокс газифицировать. В зарубеж­ной литературе процесс термоконтактного кре­кинга, совмещенный с газификацией кокса, называют флексикокинг.