Лекция 1. Коксование — это термический крекинг тяжелого нефтяного сырья в более жестких условиях, при котором в качестве одного из продуктов получается твердый остаток

Коксование — это термический крекинг тяжелого нефтяного сырья в более жестких условиях, при котором в качестве одного из продуктов получается твердый остаток — кокс. 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 уравни

тельный 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 оксования (то же, что и для крекинга) нагревают приблизительно до 540°С (~1000°F) и подают в нижнюю часть коксового барабана. 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. 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 по

падают в тележки или вагонетки для подвозки к месту хранения. 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. Продукты, выходящие с установок коксования и термического крекинга, чувствительны к условиям процесса, к которым прежде всего относятся температура в печах и свойства сырья. Область температур кипения, групповой состав и относительная плотность сырья обычно позволяют предсказать результаты процесса. В качестве примера рассмотрим результаты переработки остатка с установки вакуумной перегонки (полученного из Западно-Техасской сырой нефти) на установке термического крекинга, работающей в режиме максимального производства бензина, и на установке коксования.

Таким образом, 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.

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.

ЛЕГКИЙ КРЕКИНГ (ВИСБРЕКИНГ)

При переработке нефтяных остатков — полугудронов и гудронов— целевым продуктом обычно является котельное топливо, получаемое в результате снижения вязкости

исходного остатка. Такой процесс неглубокого разложения сырья называется легким крекингом или висбрекингом.

Висбрекинг — это термический крекинг для бедных.Установка висбрекинга использует тяжелый остаток от процесса вакуумной перегонки, часть которого подвергается в ней термическому крекингу. Продукт можно снова разделить на фракции, что приводит к уменьшению объема остатка. После этого к остатку добавляют для разбавления некий дистиллятный нефтепродукт (разбавитель), тогда остаток (пек) висбрекинга становится пригодным к применению в качестве остаточного (котельного) топлива. Количество дистиллята, добавляемого для разбавления, меньше, чем количество продуктов крекинга, выходящих с установки — таким образом, в целом, объем остаточного топлива снижается.

В качестве разбавителя можно брать тяжелый крекинг-газойль, рециркулирующий газойль или погон, полученный при разделении продуктов на этой же установке. Висбрекинг напоминает термический крекинг, но отличается от последнего по интенсивности. Оборудование в этом случае проще, и весь процесс дешевле. С другой стороны, только 20—30% тяжелого остатка вакуумной перегонки подвергается трансформации.

Замечание. В нефтепереработке многих стран значительные количества тяжелого прямогонного газойля попадают в кубовый остаток. В США он был бы отделен как головной погон вакуумной перегонки и заменен сверхтяжелым крекинг-газойлем в качестве разбавителя. Учитывая возможные источники остаточного топлива, уменьшение количества остатка может сводиться к вакуумной перегонке в сочетании с каталитическим крекингом, а не к термическому крекингу в сочетании с коксованием. Однако это будет именно уменьшение количества остатка, но не деструкция пека.

Лекция 1