Медленное коксование

 

3.  Особенности технологии производства игольчатого кокса

 

С целью интенсификации электросталеплавильных процессов  в последние годы широко применяют  высококачественные графитированные  электроды, работающие при высоких удельных токовых нагрузках (30-35 Ом/см²). Зарубежный и отечественный опыт показывает, что получить такие электроды возможно лишь на основе специального малозольного и малосернистого, так называемого игольчатого кокса.  Только игольчатый кокс может обеспечить такие необходимые свойства специальных электродов,  как низкий коэффициент термического расширения и высокая электропроводимость. Потребности металлургии в таких сортах за рубежом и в бывшем СССР непрерывно возрастают.

Игольчатый кокс по своим свойствам  существенно отличается от рядового электродного: ярко выраженной анизотропией волокон, низким содержанием гетеропримесей, высокой удельной плотностью  и хорошей графитируемостью.

Наиболее традиционное сырье для производства игольчатого  кокса – это малосернистые  ароматизированные дистиллятные остатки термического крекинга, газойлей каталитического крекинга, экстрактов масляного производства, тяжелой смолы пиролиз углеводородов, а также каменноугольной смолы. Аппаратурное оформление установки коксования для получения игольчатого кокса такое же, как на обычных УЗК. Температурный режим коксования при производстве кокса примерно такой же, несколько выше кратность рецеркуляции и давление в реакторах. Прокалка игольчатого кокса, по сравнению с рядовым, проводится при более высоких температурах (1400-1500 ⁰С).

Производство игольчатого  кокса требует  обязательного  наличия на НПЗ установки термического крекинга дистиллятного  сырья и  УЗК. Имеющиеся на заводе ароматизированные  остатки пропускаются через термический крекинг под повышенным давлением (6-8 МПа)  с целью дальнейшей ароматизации и повышения коксуемости остатка. Далее дистиллятный крекинг-остаток (ДКО) направляется на УЗК. Из сернистых  гудронов ДКО для производства игольчатого кокса можно получить путем термического  крекирования гудрона, вакуумной перегонки крекинг-остатка и с последующей гидроочисткой тяжелого крекингового вакуумного газойля. Для этой цели можно использовать также процесс  деасфальтизации остатков, в частности, процесс «Добен»: полученный деасфальтизат далее подвергается гидроочистке и термическому крекингу дистиллятного сырья.

 

2  Технологический раздел 

2.1 Выбор метода  производства и места строительства

 

Для углубления переработки  нефти широко используют термический  крекинг, коксование, пиролиз. Образование  кокса при термических процессах весьма нежелательный процесс. Однако если не опасаться образования кокса, не считать его вредным побочным продуктом, то выход светлых дистиллятов можно значительно повысить. Процесс коксования относится к термическим процессам при котором из тяжелого нефтяного сырья наряду с ь пользующимся спросом нефтяным электродным коксом, образуются светлые дистиллятные продукты.

Существуют несколько  модификаций процесса: периодическое  коксование в горизонтальных обогреваемых кубах, замедленное коксование  в  необогреваемых коксовых камерах (полунепрерывный процесс), коксование псевдоожиженном слое порошкообразного коксового  теплоносителя (непрерывный процесс). Основное количество нефтяного кокса в странах СНГ и во всем мире производится на установках замедленного. Процесс замедленного коксования имеет периодический характер по выгрузке и непрерывный по подаче и выделению дистиллятных продуктов. Продуктами коксообразования являются: углеводородный газ, бензин с высоким содержанием непредельных углеводородов и серы, легкий газойль, тяжелый газойль и нефтяной кокс.

Процесс замедленного коксования позволяет перерабатывать самые различные виды ТНО с выработкой продуктов, находящихся достаточно широкое квалифицированное применение в различных отраслях народного хозяйства.

На  выбор  места  строительства нефтеперерабатывающего завода обычно влияют несколько факторов, основным из которых  является потребность  близлежащих районов в нефтепродуктах.  Безусловно, было бы оптимальным,  если вблизи завода имеется источники  сырья нефти.  В недалеком  прошлом  именно наличием нефти  определялось местонахождение  перерабатывающего  завода.  Так возникли, например, районы переработки нефти в странах СНГ (Баку, Грозный, Уфа и т.д.).

В Казахстане существуют всего три НПЗ, и они расположены в разных концах страны поэтому мы посчитали целесообразным расположить установку замедленного коксования  на нефтеперерабатываюшем заводе в городе Шымкент.

Этот выбор  обосновывается  следующими соображениями:

- завод расположенный  в Южном Казахстане имеет свою сырьевую базу, Кумкольское нефтяное месторождение, с проложенным нефтепроводом, гарантирующее в совокупности заводу стабильную работу в области поставки сырья;

- город Шымкент является городом  с достаточно развитой инфраструктурой  и коммуникациями;

- ростом потребности   данного экономического района  в качественных автомобильных  бензинах в связи со значительным  увеличением автотранспорта;

- в Шымкенте есть  подготовленные трудовые кадры  как уже работающие на заводе, так и студенты, будущие работники завода, обучающиеся на соответствующих специальностях как в самом Шымкенте, так и близлежащем городе Алматы.

 

2.   Назначение и краткая характеристика процесса

 

Производство  кокса, дистиллятных продуктов (бензина, газойлей)  из тяжелых  углеводородных остатков. Существует несколько модификаций процесса: периодическое коксование в кубах, замедленное коксование в необогреваемых камерах, коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного.  Здесь  рассматривается  замедленное  коксование.

Коксование представляет собой одну из разновидностей термических процессов, и для него характерны те же химические превращения, которые происходят при термическом крекинге. Аналогично влияют на процесс такие факторы, как температура, давление, продолжительность пребывания в реакционной зоне. При коксовании важное место приобретают вопросы получения кокса с заданными показателями, которые решаются путем подготовки сырья и подбора условий коксования с учетом принципов физико-химической механики   нефтяных  дисперсных   систем.

 

3.  Характеристика сырья готовой продукции и вспомогательных материалов

 

Сырьем установок коксования являются остатки перегонки нефти — мазуты, гудроны, производства масел — асфальты, экстракты, термокаталитических процессов — крекинг-остатки, тяжелая смола пиролиза, тяжелый газойль каталитического крекинга. За рубежом, кроме того, используют каменноугольные и нефтяные пеки, гильсонит, тяжелую нефть и др. Основные требования к качеству сырья определяются назначением процесса и типом установки; в частности, для установок замедленного коксования при производстве электродного кокса содержание компонентов подбирается так, чтобы обеспечить, во-первых, получение кокса заданного качества (ГОСТ 22898—78), во-вторых, достаточную агрегативную устойчивость, позволяющую нагреть сырье до заданной температуры в змеевике печи; в-третьих, повышенную коксуемость для увеличения производительности единицы объема реактора по коксу. Значения показателей качества сырья устанавливают экспериментально, исходя из сырьевых ресурсов конкретного завода.

Нефтяной  кокс — применяется в производстве анодов и графитированных электродов, используемых для электролитического получения алюминия, стали, магния, хлора и т. д., в производстве карбидов, в ядерной энергетике, в авиационной и ракетной технике, в. электро- и радиотехнике, в металлургической промышленности, в производстве цветных металлов в качестве восстановителя и сульфидсодержащего материала.

Газ — по составу  близок к газу термического крекинга. Газ направляют на ГФУ или используют в качестве топлива. При коксовании сернистых остатков газ коксования предварительно очищают от сероводорода.

Бензин — отличается повышенным содержанием непредельных углеводородов, имеет низкую химическую стабильность, после гидроочистки и информирования его применяют как  компонент бензина.

Легкий газойль (фр. 160—350 °С)—используется в качестве компонента дизельного, печного, газотурбинного топлива  непосредственно или после гидроочистки.

Тяжелый газойль (фр. >350 °С) — добавляют в котельное  топливо или подвергают термическому крекингу для получения сажевого сырья и дистиллятного крекинг-остатка последний применяют для производства кокса  «игольчатой» структуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчетный раздел 

3.1 Материальный  баланс процесса

 

Для определения выхода продуктов замедленного коксования  могут быть рекомендованы эмпирические уравнения, полученные на основании обобщения опыта эксплуатации   промышленных   установок.

Выход кокса и газа (пропана и более легких углеводородов) можно определить по формулам;

 

КГ = 5,5+ 1,76;  К = 2,0 + 1.66Л

 

где КГ — выход кокса  и газа при замедленном коксовании, %; К — выход кокса, %; к —  коксуемость сырья по Конрадсону, %.

Эти уравнения дают удовлетворительные результаты для сырья с коксуемостью до 30%.

По опыту работы отечественных установок замедленного коксования выведено уравнение для определения выхода кокса в зависимости от коксуемости сырья:

 

К = 1,5k , (где  k  находится   в  пределах   14—20%).

 

При понижении  коксуемости до 14% коэффициент пропорциональности в формуле повышается до 1,8, а при 10% он равен 2. При коксовании асфальтенов коэффициент пропорциональности в формуле наименьший. В этом случае выход кокса равен коксуемости сырья по Конрадсону.

Предложено уравнение  для определения выхода кокса из тяжелых остаточных продуктов в зависимости от группового химического состава сырья:

К = 6,04 + 0,1 (8,68 [А] + 9,22 [С] + 9,8 [М]) k0

 

где [A], [CJ, |М 1 — содержание асфальтенов, смол и масел в остатке,  доли от единицы; k0 — коксуемость  остатка,   %.

При сопоставлении фактических  данных с расчетными для остатков с коксуемостью 5—20% отклонение не превышает 1,5%.

Выход бензина (40—205 С) при  замедленном коксовании прямогонных  остатков плотностью 0,960—1,000 и при  получении керосино-газойлевой фракции с к. к. 500^о С рекомендуется определять по формуле:

 

= -р/ (ро — 0,940/0.00019)

 

где р0 — плотность  исходного сырья — остатка  — при 20 °С.

Для определения объемного  выхода керосино-газойлевых фракций  с к. к. 510 °С и коксуемостью не более 0,3% предложено следующее уравнение:

 

248/Ро + 202 - Б  212/Ркгф—169

где КГФ — выход  керосино-газойлевой фракции   с  к. к. 510 °С, %;   р-плотность остатка  — сырья коксования при 15 °С: ркгф — плотность получаемой керосино-газойлевой фракции при 15 °С; Б — выход  бензина с к. к. 204 °С и давлением насыщенного пара 517 мм рт. ст., %.

Из формулы видно, что  предельное количество бензина можно  получить при полной рециркуляции керосино-газойлевых фракций, т.е.при крекинге до кокса.

 

Таблица 3.1

                   Материальный баланс процесса

 

Показатели	%масс	т/год	т/сутки	т/час
Поступило:
Гудрон	100	650000	1911,8	45882,4
Всего:	100	650000	1911,8	45882,4
Получено:
Газ	10,5	68250	200,7	4817,6
Бензин	8	52 000	152,9	3670,6
Легкий газойль	24,3	157 950	464,6	11149,4
Тяжелый газойль	27,2	176 800	520,0	12480,0
Кокс	28	182 000	535,3	12 847,1
Потеря	2	13 000	38,2	917,6
Всего:	100	650000	1911,8	45882,4