Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:коксование

Различия

Здесь показаны различия между выбранной ревизией и текущей версией данной страницы.

Ссылка на это сравнение

courses:refining:коксование [19.05.2016 12:20] (текущий)
wikicat создано
Строка 1: Строка 1:
 +====== Уменьшение количества остатка (коксование) ======
  
 +Коксование — это термический крекинг тяжелого нефтяного сырья в более жестких условиях,​ при котором в качестве одного из продуктов получается твердый остаток — кокс.((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +Среди термических процессов наиболее широкое распространение получил процесс замедленного коксования. Другие разновидности процессов коксования — периодическое коксование в кубах и коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса — нашли ограниченное применение. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​установка_коксования_фото.jpg?​400|}} \\
 +//​Установка замедленного коксования КНПЗ// \\
 +
 +Основное целевое назначение установок замедленного коксования — производство крупно-кускового нефтяного кокса. Наиболее массовыми потребителями нефтяного кокса в мире и в нашей стране являются производства анодной массы и обожженных анодов для алюминиевой промышленности и графитированных электродов для электросталеплавления. Широкое применение находит нефтяной кокс при изготовлении конструкционных материалов,​ в производстве цветных металлов,​ кремния,​ абразивных (карбидных) материалов,​ в химической и электротехнической промышленностях,​ космонавтике,​ ядерной энергетике и др. \\
 +
 +Кроме кокса на УЗК получают газы, бензиновую фракцию и коксовые (газойлевые) дистилляты. Газы коксования используют в качестве технологического топлива или направляют на ГФУ для извлечения пропан-бутановой фракции — ценного сырья для нефтехимического синтеза. Получающиеся в процессе коксования бензиновые фракции (5…16 % мас.) характеризуются невысокими октановыми числами (≈ 60 по ММ) и низкой химической стабильностью,​ повышенным содержанием серы (до 0,5 % мас.), и требуется их дополнительное гидрогенизационное и каталитическое облагораживание. Коксовые дистилляты могут быть использованы без или после гидрооблагораживания как компоненты дизельного,​ газотурбинного и судового топлив или в качестве сырья каталитического или гидрокрекинга,​ для производства малозольного электродного кокса, термогазойля и т. д. \\
 +
 +Сырьем установок коксования являются остатки перегонки нефти — мазуты,​ гудроны;​ производства масел — асфальты,​ экстракты;​ термокаталитических процессов — крекинг-остатки,​ тяжелая смола пиролиза,​ тяжелый газойль каталитического крекинга и др. Кроме того, за рубежом используют каменноугольные пеки, сланцевую смолу, тяжелые нефти из битуминозных песков и др.
 +((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) \\
 +
 +После многих лет накопления информации о термическом крекинге стало достаточно ясно, что благодаря высоким температурам и очень высоким скоростям подачи сырья, коксообразования не происходит,​ пока сырье не выходит из узких змеевиков в печах в большой уравнительный резервуар. Если углеводородную смесь задержать в этой изолированной емкости,​ которая называется коксовый барабан,​ то можно провести управляемые процессы глубокого крекинга и коксования. \\
 +
 +Была разработана технология,​ которая позволяет эффективно проводить этот процесс,​ включив его в непрерывный режим крекинга. Хотя идея коксования проще, чем идея крекинга,​ в первом случае требуется более сложное оборудование,​ так как приходится иметь дело с коксом. Поскольку кокс — твердое вещество,​ то возникают дополнительные проблемы. \\
 +
 +Сырье для коксования нагревают приблизительно до 540°С (~1000°F) и подают в нижнюю часть коксового барабана (иначе называется реактором или камерой коксования).((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +Поскольку сырье представляет собой тяжелый остаток,​ богатый смолами и асфальтенами (т. е. коксогенными компонентами),​ имеется большая опасность,​ что при такой высокой температуре оно закоксуется в змеевиках самой печи. Поэтому для обеспечения нормальной работы реакционной печи процесс коксования должен быть «задержан» до тех пор, пока сырье, нагревшись до требуемой температуры,​ не поступит в коксовые камеры (отсюда термин «замедленное коксование»). Это достигается благодаря обеспечению небольшой длительности нагрева сырья в печи (за счет высокой удельной теплонапряженности радиантных труб), высокой скорости движения по трубам печи, специальной ее конструкции,​ подачи турбулизатора и т. д. ((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.)) \\
 +
 +Легкокипящие продукты крекинга поднимаются вверх и откачиваются из верхней части барабана. Высококипящие продукты остаются и, поскольку нагревание продолжается,​ разлагаются до кокса, который представляет собой твердое вещество,​ похожее на уголь. Пары из верхней части барабана направляют на ректификацию,​ так же, как и продукты термического крекинга. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​коксование.jpg?​400|}} \\
 +//​Коксование//​
 +
 +//​Удаление кокса//​ из барабана — отдельная проблема,​ так как он представляет собой твердую лепешку. В прежние времена реактор термического крекинга иногда //​закоксовывался//​ в результате какого-либо нарушения технологического режима или аварии. Единственным способом вычистить кокс из реактора было послать туда рабочих в кислородных масках с отбойными молотками. Несомненно,​ что именно это сдерживало разработку производства кокса на нефтеперерабатывающих заводах. \\
 +
 +В настоящее время //​удаление кокса//​ — это ежедневная рутинная процедура,​ которая осуществляется подачей струи воды под давлением (около 2000 psi или 140 атм). \\
 +
 +Сначала в коксовой лепешке,​ находящейся в барабане,​ просверливается отверстие сверху вниз. Затем в отверстие опускают вращающийся стержень,​ в результате чего струя воды направляется в разные стороны. За счет высокого давления лепешка кокса разбивается на куски, которые вываливаются из нижней части колонны и попадают в тележки или вагонетки для подвозки к месту хранения. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​выгрузка_кокса_смидович.jpg?​300|}} \\
 +//​Последовательность операций при выгрузке кокса://​ \\
 +//а - высверливание скважины;​ б - образование скважины;​ в - резка кокса.//​((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\
 +
 +Обычно барабаны работают в режиме 48-часового цикла: 24 часа барабан заполняется коксом,​ а переключение,​ охлаждение и удаление кокса занимают около 22 часов, в течение которых заполняется коксом соседний барабан. \\
 +
 +//​Выходы//​. В целом при термическом крекинге количество остатка уменьшается на 80%. В случае коксования остатка вообще нет, но образуется около 30% кокса, для которого нужен рынок сбыта. В обоих процессах образуются также бензин,​ нафта и газойль,​ но они низкого качества. Нафту часто перерабатывают на установке каталитического риформинга,​ а газойль — на установке гидрокрекинга.((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\
 +
 +**Оборудование установок замедленного коксования** разделяют на три группы.
 +
 +  - Технологическое оборудование,​ с помощью которого проводится процесс коксования. К этой группе относятся трубчатые печи, коксовые камеры,​ колонная аппаратура,​ насосы,​ запорная и переключающая аппаратура,​ теплообменники,​ конденсаторы и др.
 +  - Оборудование для гидравлической выгрузки кокса из камер. Сюда входят гидрорезаки,​ водяные насосы высокого давления,​ шланги,​ вертлюги,​ роторы,​ гибкие резиновые рукава,​ лебедки,​ вышки, а также отстойные сооружения для сбора, очистки и возврата воды при замкнутом цикле водопотребления.
 +  - Оборудование для обработки и транспортирования кокса. Эта группа включает мостовые и козловые грейферные краны, питатели,​ дробилки,​ конвейеры,​ грохоты,​ бункеры,​ склады и др. \\
 +
 +Оборудование первой группы широко применяется на нефтеперерабатывающих заводах,​ оборудование второй и третьей групп является специальным,​ характерным для установок замедленного коксования. \\
 +
 +Подробно рассмотрим основной реакционный агрегат установок замедленного коксования — **коксовые камеры** (или коксовые барабаны,​ как они назывались ранее в статье). \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​монтаж_коксовой_камеры.jpg?​500|}} \\
 +//​Монтаж коксовой камеры//​ \\
 +
 +Конструктивно коксовая камера представляет собой сварной цилиндрический вертикально установленный пустотелый сосуд с верхним и нижним днищами. ​
 +На следующем рисунке показана типовая камера установки замедленного коксования. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​коксовая_камера.jpg?​500|}} \\
 +
 +Верхняя горловина 2 предназначена для ввода гидрорезака,​ а нижняя 5 — для выхода кокса и воды при гидровыгрузке. Опора 9 представляет собой коническую обечайку высотой 2 м, приваренную по периметру горизонтальным швом к нижнему днищу. Снизу к обечайке приварено опорное кольцо 7, которое,​ в свою очередь,​ опирается на фундаментное кольцо. Снаружи камера покрыта слоем изоляции толщиной 250 мм. \\
 +На действующих установках замедленного коксования реакторный блок включает от двух до четырех камер. Для предотвращения выноса пены из реакционной камеры предусмотрен контроль за максимальной высотой заполнения камер коксом с помощью радиоактивных сигнализаторов уровня. По этой же причине высота заполнения камер равна 14-17 м, что составляет 55-65% от реакционного объема камеры. ((Справочник нефтепереработчика:​ Справочник/​Под ред. Г. А. Ластовкина,​ Е. Д. Радченко и М. Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с.)) \\
 +
 +//​Кокс//​. О коксе полезно сказать несколько слов. Большая часть кокса, который выпускается нефтеперерабатывающим заводом,​ выглядит как губка и потому называется //​губчатый кокс//. Основные области применения такого кокса — это производство электродов,​ получение карбида кальция и графита. Прочность губчатого кокса недостаточна для его использования в доменных печах для выплавки чугуна или в литейном производстве. \\
 +
 +Вторая форма кокса — //​игольчатый кокс//, который так называется из-за своих удлиненных микрокристаллов. Чтобы получить такой кокс, требуется особое сырье и более жесткие условия работы. По своему качеству такой вид кокса предпочтительнее в производстве электродов,​ чем губчатый кокс. В результате,​ игольчатый кокс значительно дороже,​ чем губчатый. \\
 +
 +Кокс содержит некоторые количества воды и жидких углеводородов,​ поэтому перед использованием он должен быть высушен. Измельчение кокса с последующим нагреванием с целью удаления этих примесей называется //​кальцинированием//​. \\
 +
 +Кроме того, кокс можно применять в качестве топлива на нефтеперерабатывающем заводе — точно таким же образом,​ как используется любое другое твердое топливо,​ например,​ каменный уголь.((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).))
 +
 +===== Принципиальная технологическая схема установки замедленного коксования (дополнительная информация) =====
 +
 +На рисунке ниже представлена принципиальная технологическая схема нагревательно-реакционно-фракционирующей секции двухблочной установки замедленного коксования. Сырье — гудрон или крекинг-остаток (или их смесь) нагревают в теплообменниках и конвекционных змеевиках печи и направляют на верхнюю каскадную тарелку колонны К-1. Часть сырья подают на нижнюю каскадную тарелку для регулирования коэффициента рисайкла ((Рисайкл является промежуточным продуктом процесса,​ который обычно применяется для повторного проведения процесса или рециркуляции с целью получения максимального выхода требуемого продукта [[http://​www.himi.oglib.ru/​bgl/​9470/​366.html]])),​ под нижнюю каскадную тарелку этой колонны — горячие газы и пары продуктов коксования из коксовых камер. В результате контакта сырья с восходящим потоком газов и паров продуктов коксования сырье нагревается (до температуры 390…405 °С), при этом низкокипящие его фракции испаряются,​ а тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем,​ образуя так называемое вторичное сырье. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​установка_коксования1.jpg?​500|}} \\
 +//​Принципиальная технологическая схема двухблочной установки замедленного коксования://​ \\
 +//I — сырье; II — стабильный бензин;​ III — легкий газойль;​ IV — тяжелый газойль;​ V — головка стабилизации;​ VI — сухой газ; VII — кокс; VIII — пары отпарки камер; IX — водяной пар// \\
 +
 +Вторичное сырье с низа колонны К-1 забирают печным насосом и направляют в реакционные змеевики печей (их две, работают параллельно),​ расположенные в радиантной их части. В печах вторичное сырье нагревается до 490…510 °С и поступает через четырехходовые краны двумя параллельными потоками в две работающие камеры;​ две другие камеры в это время находятся в цикле подготовки. Входя в низ камер, горячее сырье постепенно заполняет их; так как объем камер большой,​ время пребывания сырья в них также значительно и там происходит крекинг сырья. Пары продуктов коксования непрерывно уходят из камер в колонну К-1, а утяжеленный остаток задерживается в камере. Жидкий остаток постепенно превращается в кокс. \\
 +
 +Фракционирующая часть УЗК включает основную ректификационную колонну К-1, отпарные колонны К-2 и К-3, фракционирущий абсорбер К-4 для деэтанизации газов коксования и колонну стабилизации бензина К-5. \\
 +
 +Колонну К-1 разделяют полуглухой тарелкой на две части: нижнюю,​ которая является как бы конденсатором смешения,​ а не отгонной секцией колонны;​ и верхнюю,​ выполняющую функцию концентрационной секции ректификационных колонн. В верхней части К-1 осуществляют разделение продуктов коксования на газ, бензин,​ легкий и тяжелые газойли. В колонне К-1 температурный режим регулируется верхним острым ((Холодное или острое орошение создается следующим образом:​ пары ректификата вместе с парами орошения проходят через холодильник. Здесь они охлаждаются и конденсируются. Конденсат поступает в емкость орошения. Часть конденсата циркуляционным насосом возвращается в колонну для орошения,​ а избыточное количество отводится в емкость ректификата.[[http://​www.cozyhomestead.ru/​Voda_1227.html]])) и промежуточным циркуляционными орошениями. Легкий и тяжелый газойли выводят через отпарные колонны соответственно К-2 и К-3. \\
 +
 +Газы и нестабильный бензин из сепаратора С-1 направляют в фракционирующий абсорбер К-4. В верхнюю часть К-4 подают охлажденный стабильный бензин,​ в нижнюю часть подводят тепло посредством кипятильника с паровым пространством. С верха К-4 выводят сухой газ, а снизу — насыщенный нестабильный бензин,​ который подвергают стабилизации в колонне К-5, где от него отгоняют головку,​ состоящую из пропан-бутановой фракции. Стабильный бензин охлаждают,​ очищают от сернистых соединений щелочной промывкой и выводят с установки. \\
 +
 +Коксовые камеры работают по циклическому графику. В них последовательно чередуются циклы: коксование,​ охлаждение кокса, выгрузка его и разогрев камер. Когда камера заполнится примерно на 70…80 % по высоте,​ поток сырья с помощью переключающих кранов переводят в другую камеру. Заполненную коксом камеру продувают водяным паром для удаления жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают вначале в колонну К-1. После того как температура кокса понизится до 400…405 °С, поток паров отключают от колонны и направляют в скруббер (на рисунке не показан). Водяным паром кокс охлаждают до 200 °С, после чего в камеру подают воду. \\
 +
 +После охлаждения кокс из камер выгружают. Для этой операции применяют гидравлический метод. Пласты кокса разрушают струей воды давлением 10…15 МПа. Над каждой камерой устанавливают буровые вышки высотой 40 м, предназначенные для подвешивания бурового оборудования. На вышке закрепляют гидродолото,​ с помощью которого в слое кокса пробуривают центральное отверстие. Затем гидродолото заменяют гидрорезаком,​ снабженным соплами,​ из которых подают сильные струи воды, направляемые к стенкам камеры. Гидрорезак перемещается по камере,​ полностью удаляя со стенок кокс. \\
 +
 +{{:​courses:​refining:​гидродолото_и_гидрорезаки_смидович.jpg?​400|}} \\
 +
 +Далее кокс поступает в отделение внутриустановочной обработки и транспортировки,​ где осуществляется дробление,​ сортировка на три фракции и транспортировка в склады. \\
 +
 +Коксовую камеру,​ из которой выгружен кокс, спрессовывают и прогревают сначала острым водяным паром((Острый (перегретый) пар - это пар, нагретый до температуры,​ превышающей температуру кипения при данном давлении [[https://​ru.wikipedia.org/​wiki/​Перегретый_пар]])),​ затем горячими парами продуктов коксования из работающей камеры до температуры 360…370 °С и после этого переключают в рабочий цикл коксования.((Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов,​ Т. П. Сериков,​ И. Р. Кузеев,​ М. И. Баязитов;​ Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.))
 +
 +{{youtube>​8a93jdNA-xw?​medium}} {{youtube>​NtB_KvjqaR4?​medium}}
 +
 +
 +
 +===== Словарь =====
 +
 +|асфальтен |asphaltene |
 +|гидровыгрузка |hydraulic discharge |
 +|гидродолото |hydraulic drilling bit |
 +|гидрорезак |hydrocutter |
 +|губчатый кокс |sponge coke |
 +|замедленное коксование |delayed coking |
 +|игольчатый кокс |needle coke |
 +|кальцинирование |calcination |
 +|камера коксования |coking chamber |
 +|коксовый барабан |coke drum |
 +|обечайка |shell |
 +|скруббер |scrubber |
 +
 +
 +[[dsp:​blogpage|Назад в блог]]
 +
 +{{tag>​Тема}}
 +
 +~~DISCUSSION|Комментарии переводчиков~~
courses/refining/коксование.txt · Последние изменения: 19.05.2016 12:20 — wikicat