Назначение, основные типы, сырье и продукция установок коксования нефтяных остатков

§40. Назначение, основные типы, сырье и продукция установок коксования нефтяных остатков

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. Характерно, что установки термического крекинга в нашей стране не строятся, за рубежом сооружаются в ограниченном количестве, а число новых установок коксования растет из года в год во всех районах мира.

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 ч, 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.

Коксование  в кубах — малопроизводительный процесс, требую щий значительных затрат ручного труда, связанный с большим  расходом металла и топлива. Особенно много металла требуется для  замены нижних листов куба, которые  часто прогорают. Об щий цикл работы куба колеблется от 20 до 35 ч, а максимальный выход из одного куба не превышает 5 т кокса. Следовательно, да лее батарея из 10—12 кубов производит не более 250—300 т кокса в сутки.

Несмотря  на то что по своему техническому уровню периодичс ские коксовые установки  давно устарели, и в нашей стране и за )>у бежом еще эксплуатируется  значительное количество коксовых ку бов и батарей. На кубовых установках получают кокс наиболее мы сокого качества, со сниженным содержанием летучих.

Полунепрерывный процесс коксования пришел на смену куб" вым установкам. Он проводится в необогреваемых коксовых камо pax (замедленное коксование). Этот процесс известен с начала .'Ю * годов. В настоящее время замедленным коксованием получаю! in ибольшее количество нефтяного кокса во многих странах мира

Сырье замедленного коксования нагревается  в трубчатой ш чн до 500 °С и направляется в полый необогреваемый вертикальный цилиндрический аппарат — коксовую камеру (реактор). В кам< |»1 ецрье  находится длительное время и  за счет аккумулированном' им тепла  коксуется. С верха работающей камеры удаляются поп'Ч| 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. В освоенных промышленностью процессах теплоносителем служат частицы кокса.

После вывода из зоны реакции теплоноситель  и отложившийся на нем кокс поступает  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.

Существует  два типа установок непрерывного коксования, которые различаются по типу применяемого теплоносителя и способу вывода его из зоны реакции. Первый тип — установки контактного коксования с применением крупиогранулированного кокса (размер частиц 3—18 мм), второй — установки, где теплоносителем является порошкообразный кокс с размером частиц до 0,3 мм.

Коксование  на порошкообразном коксе происходит в кипяш,ем слое теплоносителя и  обладает рядом достоинств перед  коксованием на гранулированном теплоносителе. Поверхность мелких коксовых частиц больше, чем гранул, следовательно, в реакторе улучшается контакт между сырьем и теплоносителем, происходит более интенсивный¹ теплообмен. 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.

Коксование  в кипящем слое с применением  порошкообразного теплоносителя получило большее распространение, чем контактное коксование на крупногранулированном  теплоносителе.

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.

Процесс коксования в кипящем слое чаще всего  не рассматривается как источник получения товарного кокса. Это нашло отражение и в том, что в отечественной промышленной практике этот процесс обычно называется не коксованием, а термоконтактным крекингом — сокращенно ТКК.

Сырье. Коксованию подвергают высокомолекулярные нефтяные остатки, к числу которых  относятся: мазуты и гудроны установок  первичной перегонки, крекинг-остатки  термического крекинга, ас- фальты и  экстракты установок масляного  производства, смолы пиролиза, тяжелые газойли каталитического крекинга.

От состава  сырья зависят условия ведения  процесса, качество и выход получаемых продуктов, эффективность работы установок. Наивысший выход кокса получают при коксовании остатков с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Установлено, что коксуемость сырья должна быть не ниже 10—20%. В то же время следует учитывать, что если в сырье чрезмерно много смолисто-асфальтеновых веществ и коксуемость превышает 20—25%, то это приводит к быстрому, закоксовыванию печей предварительного подогрева сырья на установках замедленного коксования, а также сказывается на качестве кокса. Кокс из сырья с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ имеет худшую графитируемость * и непригоден для производства графитирован- ных электродов. Однако для получения анодной продукции кокс из высокосмолистого сырья вполне пригоден.

Очень важен такой показатель качества сырья, как содержание в нем серы. Кокс, получаемый из сернистых и  высокосернистых остатков, требуется  перед использованием подвергать очистке  от серы. Поскольку эффективные методы удаления серы из кокса находятся в стадии промышленного освоения, новые установки коксования, предназначенные для получения товарного нефтяного кокса, сооружаются там, где имеется возможность обеспечить их малосернистым сырьем.

Состав  и свойства продуктов. При коксовании, так же как и при термическом  крекинге, получают газ, бензин, газойлевые фракции. Вместо крекинг-остатка, как уже говорилось выше, на установках коксования вырабатывается кокс.

Газ по составу аналогичен газу термического крекинга, однако содержит несколько меньше олефиновых углеводородов. При более жестком режиме коксования (повышенной температуре) содержание непредельных 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. У бензинов коксования в кипящем слое октановое число несколько выше. Из-за низкой антидетонационной стойкости бензин коксования в чистом' виде может вовлекаться только в низкооктановые марки товарных автобензинов А-66 и А-72.

Керосино-газойлевая фракция используется как компонент дизельных и тракторных топлив (после гидроочистки), как сырье для каталитического крекинга и как газотурбинное топливо.

Нефтяной  кокс занял исключительно важное место в различных отраслях народного хозяйства. Потребность в нефтяном коксе с 1967 по 1970 г. выросла в два раза, а в текущей пятилетке увеличится еще в 2,5 раза. '

Наиболее  крупным потребителем кокса становится алюминиевая промышленность, так как при производстве алюминия на каждую тонну металла расходуется до 0,6 т углеродистого материала. Раньше алюминиевая промышленность потребляла в основном пе- ковый кокс каменноугольного происхождения, но ресурсы этого кокса ограниченны. Быстрое развитие алюминиевой промышленности в последние 10—15 лет стало возможным на базе нефтяного кокса. В США, начиная с 1960 г., изготовление анодов для производства алюминия базируется только на нефтяном коксе. Очень важно и то, что нефтяной кокс значительно дешевле пекового.

Нефтяной  кокс используется, кроме того, в  производстве графи- тированных электродов, применяемых при получении электролитической, сверхчистой стали, магния, хлора и других продуктов. Для электродной промышленности требуется меньше кокса, чем для алюминиевой, но она предъявляет к коксу повышенные требования. Нефтяные коксы служат и для других целей — при плавке никелевых руд, в производстве ферросплавов, кремния, карбида кальция.

Кокс, получаемый на установках коксования, неполностью  соответствует требованиям потребителей. Наиболее близок по качеству к электродному кокс, получаемый в кубах, но и он нуждается в дополнительном облагораживании. Кокс замедленного коксования содержит значительно больше летучих веществ, влаги, серы, чем это допустимо. Выход кокса и его характеристика в зависимости от сырья и вида процесса коксования приводятся в табл. П.

Облагораживание кокса проводится путем его термической  прокалки в специальных прокалочных  печах. Температура прокалки составляет 1200—1300°С. При прокалке происходит удаление

Таблица It

Вьдаэд  и характеристика кокса различных  процессов коксования {в Еве. %}