Установка замедленного коксования

Четырехбарабанный агрегат замедленного коксования на нефтеперерабатывающем заводе

Замедленный кокс — это тип коксования , процесс которого заключается в нагревании остаточного нефтяного сырья до температуры его термического крекинга в печи с несколькими параллельными проходами. Это расщепляет тяжелые, длинноцепочечные углеводородные молекулы остаточного масла в газойль коксования и нефтяной кокс . ^{[1] [2] [3]}

Замедленное коксование является одним из процессов, используемых на многих нефтеперерабатывающих заводах . На соседней фотографии изображена установка замедленного коксования с 4 барабанами. Однако более крупные установки имеют тандемные пары барабанов, некоторые с целыми 8 барабанами, каждый из которых может иметь диаметр до 10 метров и общую высоту до 43 метров. ^[4]

Выход кокса из процесса замедленного коксования колеблется от 18 до 30 процентов по весу остаточного масла исходного сырья, в зависимости от состава исходного сырья и рабочих параметров. Многие нефтеперерабатывающие заводы по всему миру производят до 2000–3000 тонн нефтяного кокса в день, а некоторые производят даже больше. ^[5]

Принципиальная схема и описание

Схема потока и описание в этом разделе основаны на блоке замедленного коксования с одной парой коксовых барабанов и одной сырьевой печью. Однако, как упоминалось выше, более крупные блоки могут иметь до 4 пар барабанов (всего 8 барабанов), а также печь для каждой пары коксовых барабанов.

Блок замедленного коксования. Принципиальная схема такого блока, где остаточное масло поступает в процесс слева внизу (см. → ), поступает через насосы в главную ректификационную колонну (высокая колонна справа), остаток которой, показанный зеленым цветом, через печь перекачивается в коксовые камеры (две колонны слева и в центре), где происходит окончательное коксование при высокой температуре и давлении в присутствии пара.

Остаточная нефть из вакуумной перегонной установки (иногда включающая высококипящие масла из других источников в пределах НПЗ) закачивается в нижнюю часть перегонной колонны, называемой главным ректификационным аппаратом. Оттуда она закачивается вместе с некоторым количеством впрыскиваемого пара в топливную печь и нагревается до температуры термического крекинга около 480 °C. Термический крекинг начинается в трубе между печью и первыми коксовыми барабанами и заканчивается в коксовом барабане, который находится в работе. Впрыскиваемый пар помогает минимизировать отложение кокса в трубах печи.

Закачивание входящего остаточного масла в нижнюю часть главного ректификационного аппарата, а не напрямую в печь, предварительно нагревает остаточное масло, контактируя с горячими парами в нижней части ректификационного аппарата. В то же время часть горячих паров конденсируется в высококипящую жидкость, которая возвращается обратно в печь вместе с горячим остаточным маслом.

Поскольку крекинг происходит в барабане, газойль и более легкие компоненты образуются в паровой фазе и отделяются от жидкости и твердых частиц. Выходящий из барабана поток представляет собой пар, за исключением жидкости или твердых частиц, и направляется в главный ректификационный аппарат, где он разделяется на фракции с желаемой температурой кипения.

Твердый кокс осаждается и остается в коксовом барабане в пористой структуре, которая позволяет потоку проходить через поры. В зависимости от общего цикла коксового барабана, который используется, коксовый барабан может заполняться за 16–24 часа.

После того, как первый барабан заполнен затвердевшим коксом, горячая смесь из печи переключается на второй барабан. Пока заполняется второй барабан, заполненный первый барабан пропаривается для снижения содержания углеводородов в нефтяном коксе, а затем охлаждается водой для его охлаждения. Верхняя и нижняя головки полного коксового барабана снимаются, а затем твердый нефтяной кокс отрезается от коксового барабана с помощью водяного сопла высокого давления, откуда он падает в яму, площадку или шлюз для утилизации на хранение.

Состав кокса

В таблице ниже показан широкий диапазон составов сырого нефтяного кокса (называемого зеленым коксом ^[6] ), полученного в установке замедленного коксования, и соответствующие составы после прокалки зеленого кокса при температуре 2375 °F (1302 °C):

История

Нефтяной кокс впервые был получен в 1860-х годах на ранних нефтеперерабатывающих заводах в Пенсильвании, где нефть кипятили в небольших железных перегонных кубах для извлечения керосина , крайне необходимого лампового масла. Кубы нагревались дровяными или угольными кострами, разводимыми под ними, которые перегревали и коксовали нефть у дна. После завершения перегонки кубу давали остыть, и рабочие могли выкопать кокс и смолу. ^[7]

• В 1913 году Уильям Мерриам Бертон , работавший химиком на нефтеперерабатывающем заводе Standard Oil of Indiana в Уайтинге, штат Индиана , получил патент ^[8] на разработанный им процесс термического крекинга Бертона. Позднее он стал президентом Standard Oil of Indiana, прежде чем вышел на пенсию.
• В 1929 году на основе процесса термического крекинга Бертона компания Standard Oil of Indiana построила первую установку замедленного коксования. Она требовала очень трудоемкого ручного коксоудаления. ^[7]
• В конце 1930-х годов Shell Oil разработала гидравлическое коксоудаление с использованием воды под высоким давлением на своем нефтеперерабатывающем заводе в Вуд-Ривер, штат Иллинойс . Это позволило, имея два коксовых барабана, сделать замедленное коксоудаление полунепрерывным процессом. ^[7]
• Начиная с 1955 года темпы применения замедленного коксования увеличились.
• По состоянию на 2002 год в мире насчитывалось 130 нефтеперерабатывающих заводов, производящих 172 000 тонн нефтяного кокса в день. ^{[9] Согласно этим мировым данным, в} Соединенных Штатах работало около 59 коксовых установок , производящих 114 000 тонн кокса в день. ^[9]

Использование нефтяного кокса

Кокс, получаемый в процессе замедленного коксования, имеет множество коммерческих применений и сфер применения. ^{[7] [10] [11]} Наибольшее применение он получает в качестве топлива.

Зеленый кокс применяется в следующих областях:

• В качестве топлива для обогревателей помещений , крупных промышленных парогенераторов , установок сжигания в кипящем слое , установок комбинированного цикла комплексной газификации (IGCC) и цементных печей.
• В литейных цехах карбида кремния
• Для производства доменного кокса

Области применения прокаленного кокса:

• В качестве анодов при производстве алюминия
• В производстве диоксида титана
• В качестве ускорителя роста углерода при производстве чугуна и стали .
• Производство графитовых электродов и других графитовых изделий, таких как графитовые щетки, используемые в электрооборудовании.
• В углеродных конструкционных материалах

Другие процессы производства нефтяного кокса

Существуют и другие процессы переработки нефти для производства нефтяного кокса, а именно процессы Fluid Coking и Flexicoking ^{[12] [13],} оба из которых были разработаны и лицензированы ExxonMobil Research and Engineering. Первая коммерческая установка была введена в эксплуатацию в 1955 году. Сорок три года спустя, по состоянию на 1998 год, во всем мире работало 18 таких установок ^[14] , из которых 6 находились в Соединенных Штатах.

Существуют и другие подобные процессы коксования, но они не производят нефтяной кокс. Например, Lurgi-VZK Flash Coker, который производит кокс путем пиролиза биомассы. ^[15]

Ссылки

1. Гэри, Дж. Х.; Хандверк, Дж. Э. (1984). Технология и экономика нефтепереработки (2-е изд.). Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-7150-8.
2. Леффлер, У. Л. (1985). Нефтепереработка для нетехнического специалиста (2-е изд.). PennWell Books. ISBN 0-87814-280-0.
3. Глоссарий нефтяного кокса
4. "Инновации в области отложенного коксования и новые тенденции в дизайне" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2023-05-30 . Получено 2012-03-01 .
5. Сотрудники (ноябрь 2002 г.). «Процессы переработки 2002 г.». Переработка углеводородов : 85–147. ISSN  0887-0284.
6. Нефтяной кокс на сайте IUPAC Compendium of Chemical Terminology
7. Учебное пособие: Основы замедленного коксования. Архивировано 13 августа 2012 г. на Wayback Machine (автор Пол Эллис и Кристофер Пол из Great Lakes Carbon Corporation)
8. "United States Patent Number 0149667". Архивировано из оригинала 2020-11-09 . Получено 2012-03-01 .
9. Staff (31 декабря 2002 г.). «Обзор мировой нефтепереработки 2002 г.». Oil and Gas Journal : 68–111. ISSN  0030-1388.
10. Замедленное коксование — привлекательная альтернатива (Франц Б. Эрхардт, компания Conoco Oil на конференции по нефти и газу Ближнего Востока в Бахрейне )
11. Использование нефтяного кокса для обжига цементной печи , Э. Каплан и Н. Неддер, Nesher Israel Cement Enterprises Ltd., представлено на Технической конференции по цементной промышленности, IEEE-IAS/PCA, в Ванкувере, Британская Колумбия , Канада , апрель–май 2001 г.
12. Джон К. Маккетта, ред. (1994). Энциклопедия химической обработки и проектирования (том 48) . CRC. ISBN 0-8247-2498-4.
13. Жан-Франсуа Ле Паж; Сами Чатила; Майкл Дэвидсон (1992). Переработка остатков и тяжелой нефти . Издания Технип. ISBN 2-7108-0621-5.
14. Сотрудники (ноябрь 1998 г.). «Процессы переработки 1998 г.». Переработка углеводородов : 53–112. ISSN  0887-0284.
15. Стратегия Lurgi по переработке биомассы в жидкость (BTL) ^{[ постоянная неработающая ссылка ]} Доктор Людольф Пласс, доктор Армин Гюнтер и Пьетро Ди Занно, Конгресс по переработке биомассы в жидкость (BTL), Берлин (Прокрутите вниз до страницы 9 из 21 страниц PDF)

Внешние ссылки

• Глоссарий по коксу и смежным темам