Меню Рубрики

Установка прокаливания нефтяного кокса

Анализ работы установки прокаливания кокса Текст научной статьи по специальности « Прочие технологии»

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Корепанова Кристина Геннадьевна, Шевченко Мария Александровна

В работе проведен анализ установки прокаливания нефтяного кокса . Для совершенствования процесса предлагается предварительная сушка сырого кокса, которая приведет к повышению выхода и качества прокаленного кокса , а также к стабилизации технологического режима прокаливания.

Похожие темы научных работ по прочим технологиям , автор научной работы — Корепанова Кристина Геннадьевна, Шевченко Мария Александровна

Текст научной работы на тему «Анализ работы установки прокаливания кокса»

осуществлялся несколькими слоями с последующим виброуплотнением для более равномерного распределения волокон и однородной структуры. Процент волокон составлял 6%. Размер образцов балочек: 40х40х160. После 28-дневного выдерживания образцы балочек распиливали.

2. Образец из гипса: гипс перемешивался с водой. Остальные операции выполнялись, как и в случае 1. Образец выдерживался 7 дней.

3. Образец из цементного камня с добавкой пластификатора ГП1 с соотношением компонентов цемент:вода:пластификатор = 1:0,25:0,05. Процент волокон в данном образце составлял 15%.

Пластификатор ГИПЕРПЛАСТ ГП-1 — добавка к бетонам четвертого поколения -представляет собой натриевую соль поликарбоновых кислот с пришитыми полиэфирными цепочками специально подобранной молекулярной массы и соответствует ТУ У 24. 519401552-007:2010.

1. Building block comprising light transmitting fibres and a method for producing the same: пат.EP13232A1, заявитель А. Losonczi. № 2003244269; заявл. 16.0.2003; опубл. 29.01.2004. [Electronic resource]. URL: http://www.google.com/patents/EP1532325A1?cl=en/ (date of access: 25.11.2017).

АНАЛИЗ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПРОКАЛИВАНИЯ КОКСА

1 2 Корепанова К.Г. , Шевченко М.А.

1Корепанова Кристина Геннадьевна — магистрант;

2Шевченко Мария Александровна — кандидат химических наук, доцент, кафедра технологии органического и нефтехимического синтеза, химико-технологический факультет, Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград

Аннотация: в работе проведен анализ установки прокаливания нефтяного кокса. Для совершенствования процесса предлагается предварительная сушка сырого кокса, которая приведет к повышению выхода и качества прокаленного кокса, а также к стабилизации технологического режима прокаливания.

Ключевые слова: нефтяной кокс, прокаливание кокса, прокаленный кокс, барабанная печь.

Нефтяной кокс, благодаря своей способности приобретать электропроводность при термообработке является наиболее подходящим углеродным наполнителем для производства анодных масс и обожженных анодов. Важное значение имеет стадия прокаливания кокса, значительно повышающая его потребительскую стоимость и соответственно эффективность всего коксового производства. На сегодняшний день масштабы производства кокса недостаточны для обеспечения потребностей страны, поэтому до 500 тыс. тонн прокаленного кокса вынуждены закупать за рубежом. В связи с этим актуальным является решение проблемы получения качественного нефтяного кокса.

Главными показателями качества нефтяного кокса являются содержание гетероатомных соединений, влаги, выход летучих веществ, гранулометрический состав, механическая прочность [1].

Высокое содержание серы в коксе является причиной растрескивания электродов при их производстве и термообработке и загазовыванию производственных помещений. Высокий выход летучих веществ влияет на спекаемость кокса, за счет этого могут образовываться коксовые кольца на стенках печи. При удалении летучих и рекристаллизации вещества

происходит усадка кокса, которая положительно сказывается на его качестве. При прокаливании кокса использование мелких частиц нежелательно, так как это может вызывать спекаемость, увеличение выхода летучих, снижение прочности, угар, унос частиц и др. Немаловажным показателем является содержание влаги, которая критично сказывается на свойствах кокса, т.к. увеличивается угар за счет взаимодействия раскаленного кокса с водяными парами. К тому же для испарения паров нужны затраты на дополнительное тепло.

Таким образом, высокое содержание летучих веществ, отсутствие электропроводности, низкая плотность и механическая прочность делают сырой кокс малопригодным в производстве анодов. Важной стадией производства нефтяных коксов, позволяющей улучшить качество и значительно повысить его товарную стоимость, является прокаливание.

Проведен анализ работы действующей установки прокаливания нефтяного кокса в комплексе переработки тяжелых нефтяных остатков на нефтеперерабатывающем предприятии. На производстве используют прямой способ сушки сырого нефтяного кокса, то есть сушат кокс непосредственно в начальной секции барабанной печи. Такой метод вызывает следующие недостатки: образование паровыделений, снижение температуры прокалки, осложняются условия теплопередачи из-за содержания коксовой пыли, унос и угар пылевидной мелочи, возникновение коксовых колец, уменьшение производительности и качества прокаленного кокса.

На основании патентно-информационного поиска для решения данных проблем предлагается установка предварительной сушки сырого кокса с непрямым обогревом, использующей дымовые газы котла-утилизатора. В качестве предварительной сушки возможно использовать вертикальную аэрофонтанную цилиндроконическую камеру, в которой кокс циркулирует в потоке сушильного агента. Такая камера позволит более мелким частицам кокса улетучиваться в ходе испарения влаги, и скорость витания более тяжелых частиц будет отличаться, соответственно время пребывания у каждой фракции будет различное, что скажется на хорошем прогреве, быстром выносе мелких частиц.

Читайте также:  Установка баллонов с азотом в помещениях

Также необходимо предусмотреть два пылеулавливающих циклона, расположенных друг за другом. В первом циклоне будут улавливаться частицы >3 -25 мм и направляться через бункер в барабанную печь на прокаливание. Во втором циклоне будут улавливаться мелкие частицы фракцией менее 3 мм, после отправляться в узел обмасливания и узел затаривания [2].

Благодаря нововведению произойдет снижение массовой доли влаги до 0,2-0,4%, зольности до 0,6%, массовой доли серы до 1%, увеличение действительной плотности до 2090 кг/м3, а также стабилизируется технологический режим прокалки, повысится выход и качество прокаленного кокса.

1. Твердохлебов В.П., Храменко С.А., Бурюкин Ф.А., Павлов И.В., Прошкин С.Е. Нефтяной кокс для алюминиевой промышленности. Технология и свойства / В.П. Твердохлебов // Сибирский федеральный университет, 2010. № 4. С. 369-386.

2. Пат. 120419 Р.Ф., МПК С10В1/00. Установка прокалки нефтяного кокса / Суюнов Р.Р.; заявитель и патентообладатель ЗАО «ЦТК-Евро». № 2012109454; заявл. 13.03.2012; опубл. 20.09.2012.

источник

Технология производства нефтяного кокса и используемое в промышленности сырье

Коксование — это разложение при высокой температуре без доступа воздуха твердых и жидких горючих ископаемых с образованием летучих веществ и твердого остатка — кокса.

Коксование — это разложение при высокой температуре без доступа воздуха твердых и жидких горючих ископаемых с образованием летучих веществ и твердого остатка — кокса.

Сырье для получения нефтяного кокса

Качество сырья оказывает первостепенное влияние на характеристики конечного продукта − нефтяного кокса.

Производство кокса в СНГ 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, экстракты фенольной очистки масел 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 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.

Сернистую нефть с содержанием серы 0,5-2,5% добывают в Урало-Поволжском районе (Туймазинское, Ромашинское месторождения и другие), в Западной Сибири (Самотлорское, Нижневартовское, Мегионское и другие).

К высокосернистым (нефть с содержанием серы более 2,5%) относятся месторождения − Арланское, Радаевское, Покровское (Урало-Поволжский район).

В настоящее время основным сырьем для получения кокса являются сернистые нефти.

Применение технологий, позволяющих получать качественный кокс независимо от состава исходной нефти, решает многие проблемы:
обеспечивает электродную промышленность качественным сырьем, позволяет задействовать в производстве более широкий диапазон нефтей, а также углубить процесс переработки нефти на НПЗ.

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.

На российские заводы нефть поставляется, главным образом, по системе магистральных нефтепроводов (МНП) Транснефти, в которой Западно-Сибирская нефть, марки Siberian Light смешивается с более тяжелой и сернистой нефтью марки Urals.

Способы получения сырого и обожженного нефтяного кокса

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.

Читайте также:  Установка лазерного принтера brother

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 3 х 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 о С 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 о С, 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 2 х или 3 х реакторов) нескольких типов.

Компоновка, проектирование установок произведены по проектам институтов Гипронефтезаводы и ВНИПИнефть.

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 о С, его выгружают.

Типичные параметры процесса: температура в паровой фазе 360-400 о С, 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 о С, реакторе 510-540 о С и регенераторе 600-620 о С, 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 о С) → 2-мерное упорядочение структуры (1000-1400 о С) → предкристаллизация (трансформация кристаллитов при 1400 о С и выше) → кристаллизация, или графитированние (2200-2800 о С).

Читайте также:  Установка датчика температуры наружного воздуха логан

— алюминиевая промышленность, в качестве восстановителя (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд (бокситов). Удельный расход кокса 550 — 600 кг/т алюминия.

— сырье для изготовления электродов, используемых в сталеплавильных печах;

— сырье для получения карбидов (кальция, кремния), которые применяются при получении ацетилена;

— производство шлифовочных, абразивных материалов,

— при изготовлении проводников, огнеупоров и др.

— в качестве восстановителей и сульфидирующих агентов (сернисты1 и высокосернистый),

— для изготовления химической аппаратуры, работающей в условиях агресивных сред, в ракетной технике и тд (конструкционный материал).

источник

Установка прокаливания нефтяного кокса

Необходимым этапом подготовки к использованию товарного нефтяного кокса является процесс его прокаливания. Процесс позволяет упорядочить структуру кокса, что приводит к улучшению качества и значительно повышает его товарную стоимость.

Сырой («зелёный») кусковой кокс для металлургии получают наиболее распространённым методом полунепрерывного (замедленного) коксования. Вследствие особенностей этой технологии кокс получается весьма неоднородным по физико-химическим и механическим свойствам как по высоте, так и по диаметру коксовой камеры. Это обусловлено неоднородностью температурного режима в реакторе, разной продолжительностью нахождения кокса в зоне реакции, коллоидной неустойчивостью исходного сырья коксования (несовместимостью его компонентов) и другими факторами [1].

При нагревании сырого кокса вначале испаряется влага (таблица 3.1.1), затем начинается выделение недококсованных высокомолекулярных продуктов или фрагментов молекул, имеющих слабую связь со скелетом кокса. С нарастанием температуры эти продукты начинают разлагаться, переходя в кокс, дистиллят и газ. Содержание недококсованных продуктов в коксах замедленного коксования может достигать 5 % и более и зависит, главным образом, от температуры коксования и природы сырья. Чем ниже температура коксования, тем больше содержание недококсованных продуктов в коксе и соответственно больше выход летучих веществ.

Газообразная часть летучих веществ представлена, в основном, пропаном, пропиленом, этаном, этиленом, метаном и водородом. С ростом температуры (выше 600°С) и продолжительности термообработки содержание водорода в составе газов увеличивается, а других компонентов (метана, сероводорода, двуокиси углерода) падает.

К основным реакциям процесса прокаливания относятся реакции структурных преобразований коксов, разложения и выделения летучих веществ. К побочным – процесс горения летучих и кокса, газофазные реакции превращения летучих и гетерогенные взаимодействия летучих, компонентов дымовых газов и кокса. Концентрация кислорода вдоль печи от горячей головки в сторону ввода.

В процессе прокаливания большая часть теплоты выделяется за счет горения летучих веществ и кокса (коксовой пыли), однако около 60 % их уносится в печь дожига с дымовыми газами. Это связано с нехваткой кислорода, который расходуется на реакции горения.

Для увеличения количества сжигаемых летучих веществ необходимо повысить концентрацию кислорода в зоне выделения летучих веществ. Обычно это осуществляют вводом вторичного воздуха через горячую головку печи, но такой способ недостаточно эффективен, т.к. большая часть кислорода при движении вдоль печи от горячей головки к вводу сырья помимо на горение летучих веществ и коксовой пыли расходуется на горение кокса, что снижает выход прокаленного кокса. Поэтому большего эффекта можно добиться с помощью принудительного ввода воздуха непосредственно в зону выделения летучих веществ (третичный воздух). При непосредственном вводе кислорода в зону выделения летучих веществ его расходуется больше на горение летучих веществ. Воспламенение газовой фазы летучих веществ происходит примерно в середине печи при 600°С [2].

На основании проведенного ранее структурно-функционального анализа действующей установки прокалки нефтяного кокса[3] и изучении теоретических основ процесса производства было установлено, что подвод дополнительного количества воздуха непосредственно в зону выделения летучих веществ позволит интенсифицировать процесс. Воздух необходимый для сжигания выделяющихся при нагреве нефтяного кокса летучих веществ, не проходит, как прежде, над раскаленным коксом, а поступает через отдельный трубопровод за зону прокаливания, попадая в область не столь высоких температур и взаимодействуя преимущественно с выделяющимися здесь летучими веществами и коксовой пылью, что способствует снижению угара прокаливаемого кокса.

В результате проведенных технико-технологических расчетов было определено, что для подачи воздуха в зону выделения летучих веществ необходима установка двух осевых вентиляторов фирмы Axipal FTDA-056–6–10 суммарной производительностью 16000 м3/ч и трубопровода для них диаметром 450 мм.

Таким образом, подвод воздуха непосредственно в зону выделения летучих веществ приведет к более полному сжиганию летучих веществ и коксовой пыли в пространстве печи прокаливания до 50–60 %, что позволит уменьшить расход топлива на 16 % и повысить годовую производительность печи по прокаленному коксу на более чем 1 тыс. т/г.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector