курсовая. Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Томский политехнический техникум
![]()
|
2.2 Технологический процесс получения коксаКоксование - это разложение при высокой температуре без доступа воздуха твердых и жидких горючих ископаемых с образованием летучих веществ и твердого остатка - кокса. Качество сырья оказывает первостепенное влияние на характеристики конечного продукта − нефтяного кокса. Производство кокса в основном осуществляется на установках замедленного коксования (УЗК). Характерной особенностью условий работы УЗК является использование в качестве сырья разнообразных смесей, остающихся на заводах в результате переработки нефти. Сырьем служат тяжелые фракции нефти, образующиеся в результате атмосферной и вакуумной перегонки нефти (мазуты, полугудроны, гудроны), крекинг-остатки от термического крекинга мазутов и гудронов, тяжелые газойли каталитического крекинга, остатки масляного производства (асфальт пропановой деасфальтизации гудрона и др.). Из всех нефтяных остатков, склонных к образованию различных видов структур кокса, наиболее предпочтительными считаются ароматические концентраты (дистиллятный крекинг-остаток) и некоторые другие высокомолекулярные углеводороды. По этой причине дистиллятное сырье относят к перспективным видам сырья. НПЗ имеют разные производственные условия и работают на различных нефтях, поэтому для каждого НПЗ установки замедленного коксования строились с учетом конкретных условий. Среди основных параметров, определяющих качество нефтей, таких как плотность, фракционный и химический состав нефтепродуктов, наиболее значимыми являются плотность и показатель сернистости. Сера − одна из самых нежелательных примесей в составе сырых нефтей и конечного продукта − кокса. В зависимости от массовой доли серы коксы, так же как и нефти, классифицируются на малосернистые, сернистые, высокосернистые. Сернистые коксы отличаются менее благоприятными свойствами, по сравнению с малосернистыми коксами: вызывают коррозию оборудования, повышенное количество трещин в электродных изделиях, разрушение огнеупорной кладки печей прокаливания, вследствие чего их использование ограничено определенными областями. Нефть, поступающая на нефтеперерабатывающие заводы, различается по составу, особенно по содержанию серы. Для России характерна переработка в основном сернистой и высокосернистой нефти. К малосернистым (нефть с содержанием серы менее 0,5%) относят большую часть бакинских, грозненских, сахалинских, туркменских и некоторых украинских нефтей, а также казахстанских нефтей. В настоящее время основным сырьем для получения кокса являются сернистые нефти. С целью обессеривания конечного продукта применяется прокаливание кокса. Еще один путь получения обессеренного нефтяного кокса из высокосернистых марок нефти − это предварительное удаление серы из сырой нефти методом гидрообессеривания, гидрокрекинга, или деасфальтизации. Этот вариант считается более действенным, несмотря на то, что является более сложным и требует дополнительных затрат. Коксование нефтяного сырья − наиболее жесткая форма термического крекинга нефтяных остатков. Осуществляется при низком давлении и температуре 480-560 оС, с целью получения нефтяного кокса, а также углеводородных газов, бензинов и керосино-газойлевых фракций. При коксовании происходит расщепление всех компонентов сырья с образованием жидких дистиллятных фракций и углеводородных газов; деструкция и циклизация углеводородов с интенсивным выделением керосино-газойлевых фракций; конденсация и поликонденсация углеводородов и глубокое уплотнение высокомолекулярных соединений с образованием сплошного коксового остатка. Промышленный процесс коксования осуществляется на установках 3х типов: периодическое коксование в коксовых кубах, замедленное коксование в камерах, непрерывное коксование в псевдоожиженном слое кокса-носителя. Замедленное (полунепрерывное) коксование наиболее широко распространено в мировой практике. Сырье, предварительно нагретое в трубчатых печах до 350-380 оС, непрерывно поступает на каскадные тарелки ректификационной колонны (работающей при атмосферном давлении), стекая по которым, контактирует с поднимающимися навстречу парами, подаваемыми из реакционных аппаратов. В результате тепло- и массообмена часть паров конденсируется, образуя с исходным сырьем так называемое вторичное сырье, которое нагревается в трубчатых печах до 490-510 оС и поступает в коксовые камеры − полые вертикальные цилиндрические аппараты диаметром 3-7 м и высотой 22-30 м. В камеру реакционная масса непрерывно подается в течение 24-36 часов и благодаря аккумулированной ею теплоте коксуется. После заполнения камеры коксом на 70-90% его удаляют, обычно струей воды под высоким давлением (до 15 МПа). Кокс поступает в дробилку, где измельчается на куски размером не более 150 мм, после чего подается элеватором на грохот, где разделяется на фракции 150-25, 25-6 и 6-0,5 мм. Камеру, из которой выгружен кокс, прогревают острым водяным паром и парами из работающих коксовых камер и снова заполняют коксуемой массой. Летучие продукты коксования, представляющие собой парожидкостную смесь, непрерывно выводятся из действующих камер и последовательно разделяются в ректификационной колонне, водоотделителе, газовом блоке и отпарной колонне на газы, Типичные параметры процесса: температура в камерах 450-480 оС, давление 0,2-0,6 МПа, продолжительность до 48 часов. Достоинства замедленного коксования − высокий выход малозольного кокса. Из одного и того же количества сырья этим методом можно получить в 1,5-1,6 раза больше кокса, чем при непрерывном коксовании. На российских НПЗ эксплуатируются 1-блочные и 2-блочные установки коксования (каждый блок состоит из 2х или 3х реакторов) нескольких типов. Периодическое коксование.Проводят в горизонтальных цилиндрических аппаратах диаметром 2-4 м и длиной 10-13 м. Сырье в кубе постепенно нагревают снизу открытым огнем. Далее обычным способом выделяют дистилляты, кокс подсушивают и прокаливают (2-3 часа). После этого температуру в топке под кубом постепенно снижают и охлаждают куб сначала водяным паром, а затем воздухом. Когда температура кокса понизится до 150-200 оС, его выгружают. Типичные параметры процесса: температура в паровой фазе 360-400 оС, давление атмосферное. Этим способом получают электродный и специальный виды высококачественного кокса с низким содержанием летучих. Однако способ малопроизводителен, требует большого расхода топлива, а также значительных затрат ручного труда и поэтому почти не используется в промышленности. Непрерывное коксование в кипящем слое (термоконтактный крекинг). Сырье, предварительно нагретое в теплообменнике, контактирует в реакторе с нагретым и находящимся во взвешенном состоянии инертным теплоносителем и коксуется на его поверхности в течение 6-12 минут. В качестве теплоносителя используется обычно порошкообразный кокс с размером частиц до 0,3 мм, реже более крупные гранулы. Образовавшийся кокс и теплоноситель выводят из зоны реакции и подают в регенератор (коксонагреватель). Там слой теплоносителя поддерживается во взвешенном состоянии с помощью воздуха, в токе которого выжигается до 40% кокса, а большая его часть направляется потребителю. Благодаря теплоте, выделившейся при выжигании части кокса, теплоноситель нагревается и возвращается в реактор. Для перемещения теплоносителя используется пневмотранспорт частиц кокса, захватываемых потоком пара или газа. Дистиллятные фракции и газы выводят из реактора и разделяют так же, как при замедленном коксовании. Типичные параметры процесса: температура в теплообменнике 300-320 оС, реакторе 510-540 оС и регенераторе 600-620 оС, давление в реакторе и регенераторе 0,14-0,16 и 0,12-0,16 МПа соответственно, теплоноситель - (6,5-8,0) Коксование в кипящем слое используют для увеличения выхода светлых нефтепродуктов. Кроме того, сочетание непрерывного коксования с газификацией образующегося кокса может быть применено для получения дизельных и котельных топлив. Перед использованием нефтяной кокс обычно подвергается облагораживанию, включающему несколько процессов. При прокаливании удаляются летучие вещества и частично гетероатомы (например, сера и ванадий), снижается удельное электрическое сопротивление. При графитировании 2-мерные кристаллиты превращаются в кристаллические образования 3-мерной упорядоченности. В общем виде стадии облагораживания можно представить следующей схемой: Кристаллиты → карбонизация (прокаливание при 500-1000 оС) → 2-мерное упорядочение структуры (1000-1400 оС) → предкристаллизация (трансформация кристаллитов при 1400 оС и выше) → кристаллизация, или графитированние (2200-2800 оС). |