Среди термических процессов наиболее широкое распространение в нашей стране и за рубежом получил процесс замедленного коксования, который позволяет перерабатывать самые различные виды тяжелых нефтяных остатков с выработкой продуктов, находящих достаточно квалифицированное применение в различных отраслях народного хозяйства.
Назначение процесса коксования – получение нефтяного кокса и дистиллята широкого фракционного состава.
Нефтяной кокс используется в качестве восстановителя в химической технологии, для приготовления анодов в металлургии, для получения карбидов Be2C, TiC, в авиационной и ракетной технике, в производстве абразивов и огнеупоров (SiC, B4C, TiC), в ядерной энергетике (B4C, ZrC), а также в виде сырья для получения конструкционных углеграфитовых материалов (для сооружения и футеровки химической аппаратуры и оборудования). Чистый углерод используется в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах.
Нефтяной кокс представляет собой твердое вещество плотностью 1,4-1,5 г/см3 с высоким содержанием углерода. Отношение С:Н в коксе составляет 1,1-4. Значительная часть атомов углерода в коксе находится в конденсированных ареновых структурах.
Сырье коксования – отбензиненные нефти, мазуты, полугудроны, гудроны, крекинг-остатки, тяжелые газойли каталитического крекинга, смолы пиролиза, природные асфальты и остатки масляного производства.
Существует три модификации процесса: периодическое коксование в кубах, замедленное коксование в необогреваемых камерах, коксование в псевдоожижкенном слое порошкообразного кокса.
Полунепрерывный процесс осуществляется на установках замедленного коксования – температура процесса 505-515 оС; давлении 0,2-0,3 МПа.
Получаемые продукты процесса коксования – нефтяной кокс, газ, бензин, средние и тяжелые коксовые дистилляты.
Выход и качество получаемых продуктов зависят от химического и фракционного состава сырья и условий коксования. Выход кокса из остатков первичной переработки нефти 15-25%, из вторичных продуктов 30-35%.
- нефтяной кокс - используется в производстве анодов для выплавки алюминия и графитированных электродов, для получения электролитической стали, хлора, магния и т. д., применяемся в производстве ферросплавов, кремния, карбида кальция. Кокс, получаемый на установках коксования, не полностью соответствует требованиям потребителей, нуждается в облагораживании, которое осуществляется путем термической прокалки в специальных печах:
Основные требования, предъявляемые к качеству сырья: коксуемость - 10-20%, содержание серы при получении электродного кокса - не выше 1,5 %.
- газ - по составу аналогичен газу термического крекинга, но содержит меньше олефинов;
- бензин - содержит до 60% непредельных углеводородов, недостаточно химически стабилен, октановое число 60-66 (по моторному методу), используется как компонент низкосортных автомобильных бензинов, подвергается глубокой гидроочистке, после чего может использоваться как сырье каталитического риформинга;
- керосино-газойлевые фракции - служат компонентами дизельного, печного и газотурбинного топлив, а также сырьем установок гидроочистки и каталитического крекинга.
Описание технологической схемы. Нагретое в печах П-1, П-2 сырье поступает в нижнюю частьректификационной колонны К-1 на верхнюю каскадную тарелку. Под нижнюю каскадную тарелку подаются продукты коксования из коксовых камер. Обогащенное рециркулятом и дополнительно нагретое сырье с низа К-1 поступает в реакционные змеевики печей, а затем в камеры на коксование. На установке имеются четыре камеры, работающие попарно: сырье из П-2 подается в коксовую камеру Р-1 или Р-2, а из П-1 – в Р-3 или Р-4. Пары продуктов из камер, работающих в режиме коксования, направляются в К-1, в верхней части которой происходит разделение продуктов коксования на фракции. С верха К-1 уходят газ и пары бензина, в виде боковых погонов отбираются газойлевые фракции. Верхний продукт К-1 в газосепараторе Е-1 разделяется на газ и бензин которые самостоятельными потоками направляется в газовый блок.
Боковые погоны К-1 поступают в секции отпарной колонны К-2, где из них удаляются легкие фракции, а затем выводятся с установки.
Реакционные камеры установки работают по циклу: реакция - охлаждение кокса – выгрузка кокса – разогрев камеры. Кокс из камеры удаляется при помощи гидравлической резки – подачей струи воды под высоким давлением. Удаленный из камеры кокс попадает в дробилку, где измельчается на куски размером не более 150 мм. Раздробленный кокс обезвоживается и элеватором подается на двухситовой грохот, с помощью которого сортируется на три фракции: 150 – 25, 25 – 6 и 6 – 0 мм.
Камеру, из которой выгружен кокс, опрессовывают и прогревают острым водяным паром и горячими продуктами коксования из работающей камеры. Затем камера переключается на режим реакции.
I – сырье; II – углеводородный газ; III – головка стабилизации; IV – стабильный бензин; V – керосино-газойлевая фракция; VI – легкий газойль; VII – тяжелый газойль; VIII – пар водяной; IX – вода
Рисунок 1.5 – Схема установки замедленного коксования
Продолжительность операции, ч: подача сырья – 24, переключение камер, пропаривание камер водяным паром и охлаждение кокса водой – 9, бурение отверстий в коксе, удаление кокса гидрорезаком – 6, испытание и разогрев камеры – 9.
Технологический режим:
Температура, оС:
сырья на входе в К-1………………………………………….. 370-375
смеси сырья и рециркулята на выходе из К-1………………. 380-400
сырья на входе в Р-1-Р-4……………………………………… 480-520
продуктов коксования на выходе из Р-1-Р-4………………... 420-430
Давление, кгс/см2:
в коксовых камерах…………………………………………... 1,7 – 6,1
воды, подаваемой на резку кокса…………………………… 150
Материальный баланс. Материальный баланс установки коксования гудрона (I) и крекинг-остатка (II) приводится ниже:
| I | II | |
| Поступило | ||
| Сырье | 100,0 | 100,0 |
| Получено | ||
| Углеводородный газ | 5,9 | 5,0 |
| Головка стабилизации | 2,7 | 2,2 |
| Бензин | 13,0 | 5,5 |
| Керосино-газойлевая фракция | ||
| Легкий газойль | 28,5 | 25,8 |
| тяжелый газойль | 25,9 | 28,5 |
| Кокс | 24,0 | 33,0 |
| В том числе | ||
| фракция выше 25 мм | (10,0) | (11,8) |
| фракция ниже 25 мм | (14,0) | (21,2) |
| Всего | 100,0 | 100,0 |
Расходные показатели ( на 1 т сырья):
| Пар водяной, Гкал | 0,5-0,6 |
| Электроэнергия, кВт·ч | 15-20 |
| Вода оборотная, м3 | 10-12 |
| Топливо, кг | 45-50 |
