Установка непрерывного коксования в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса (термоконтактного коксования)

В отличие от замедленного коксования термоконтактное коксо­вание (ТКК) является непрерывным, высокопроизводительным, тех­нологически более универсальным процессом, позволяющим пере­рабатывать исключительно разнообразные нефтяные остатки, такие, как мазуты, гудроны, асфальты, природные битумы.

Целевым назначением процесса ТКК является получение из нефтя­ных остатков дистиллятных продуктов, богатых ароматическими углеводородами, направляемых на последу­ющую каталитическую переработку в высококачественные мотор­ные топлива и газа, содержа­щего до 50 % (об.) непредельных углеводородов.

Порошкообразный кокс ТКК является по сравнению с коксом ЗК побочным, малоценным продуктом, не пригодным для изготов­ления анодных и графитированных изделий, что является существен­ным недостатком, ограничивающим более широкое распростране­ние этого процесса в мировой нефтепереработке.

ТКК был разработан в послевоенные годы (1947-1954 гг.) одновременно в США (фирмой «Стандарт Ойл Девелопмент» под названием «Флюидкокинг») и быв­шем СССР (МИНХ и ГП, ВНИИ НП и АзНИИ). В настоящее время в эксплуатации на НПЗ США, Ка­нады, Японии, Мексики, Венесуэ­лы и Голландии находятся около 20 установок «Флюидкокинг». Разра­ботан проект отечественной про­мышленной установки ТКК, одна­ко этот процесс до сих пор не вне­дрен на НПЗ нашей страны.

Установка термоконтактного крекинга состоит из реакторного блока (реактор, коксонагреватель, сепа­ратор-холодильник кокса, воздуходувка и др.) и блока разделения (парциальный конденсатор, ректи­фикационная колонна, отпарная колонна, газосепа­ратор). Технологическая схема установки представ­лена на рис. 10.

Сырье — гудрон, отводимый с низа вакуумной колонны, или мазут с низа атмосферной колонны — подается насосом 14 в реактор 11 через систему распылителей 9 (форсуночного типа) под уровень псевдоожиженного слоя частиц кокса, (диаметром 40-1000 мкм), непре­рывно циркулирующего между реактором и коксонагревателем, выпол­няющего функции теплоносителя и контакта, на поверхности которого отлагается образующийся кокс. Форсунки размещаются обычно по высоте слоя в несколько ярусов, на круп­ных установках их число достигает 100.

Температура псевдоожиженного слоя в реакторе 500-560 °С. При этой температуре даже очень тяжелое сырье имеет низкую вязкость и благодаря интенсивному перемешиванию равномерно покрывает по­верхность микросферического кокса. Физического тепла нагретых в коксонагревателе коксовых частиц достаточно для испарения части сырья и осуществления эндотермических реакций крекинга остального сырья, ос­тающегося в виде жидкой пленки на коксовых микросферах. Летучие продукты реакций коксования удаляются, оставляя на поверхности кок­совых частиц тонкий, всего в несколько микрон слой кокса.

Продукты коксования — газы и пары — по выходе из слоя проходят через систему циклонных сепарато­ров 12 для отделения коксовой пыли и поступают в скруббер — парциальный конденсатор 13, который для уменьшения закоксовывания передаточных ли­ний расположен непосредственно на реакторе 11На верх скруббера в качестве орошения подается охлажденный тяжелый газойль. За счет контакта паров продукта с тяжелым газойлем конденсируются наиболее тяжелые компоненты паров. Сконденсиро­ванная смесь (рециркулят) забирается с низа скруб­бера 13 и направляется насосом 15 в реактор 11.

Частицы кокса-теплоносителя с отложившимся на них тонким слоем образовавшегося в процессе кокса (балансового кокса) опускаются в низ отпарной секции реактора, при этом они продуваются встреч­ным потоком водяного пара. Далее они перемещаются по изогнутому трубопроводу 8 (пневмотранспорт) -в коксонагреватель 5. С помощью воздуходувки 1 под распределительную решетку 6 коксонагревателя подается воздух в объеме, необходимом для нагрева циркулирующего кокса до заданной температуры. Кокс нагревается за счет теплоты сгорания части балансового кокса. Продукты сгорания (дымовые газы) проходят двухступенчатые циклоны 4, где от них отделяются мелкие частицы кокса, и поступают в паровой котел утилизатор (на схеме не показан).

Рис.10. Аппаратно-технологическая схема термоконтактного крекинга в псевдоожиженном слое кокса:

1 – воздуходувка; 2 – топка; 3 – сепаратор-холодильник; 4,12 – циклоны; 5 – коксонагреватель; 6 – распределительная решётка; 7,18 – линии пневмотранспорта; 9 – распределитель сырья; 10 – линия подачи «горячей струи»; 11 – реактор; 13 – парциальный конденсатор (скруббер); 14-16; 20, 29 – насосы; 17, 22, 26, 28 – аппараты воздушного охлаждения; 18 – ректификационная колонна; 19отпарная колонна; 23 – холодильник; 24 – водонагреватель; 27 – паронагреватель.

Нагретый в коксонагревателе 5 кокс возвращается по изогнутому трубопроводу 7 (пневмотранспорт) в реактор 11. Транспортирующей средой также является водяной пар. Поскольку количество сжи­гаемого кокса меньше вновь образующегося, то избыток его в виде фракции более крупных частиц непрерывно выводится из системы через сепаратор-холодильник 3. Менее крупные частицы возвраща­ются из сепаратора-холодильника в коксонагре-ватель 5. Отделение мелких частиц кокса от крупных обеспечивается с помощью водяного пара, подавае­мого в низ сепаратора. Выходящий с низа сепаратора 3 кокс транспортируется водяным паром в приемник (на схеме не показан). Размеры частиц кокса, цирку­лирующего в реакторном блоке колеблются в преде­лах от 0,075 до 0,300 мм, а частиц балансового кокса — от 0,4 мм и выше.

Из коксонагревателя 5 к верхнему днищу реак­тора 11 по линии 10 подается «горячая струя» частиц кокса. Таким образом здесь повышается концентра­ция частиц кокса в парах: частицы, механически воздействуя на устья циклонов 12, предотвращают их закоксовывание.

Пары бензина и воды, а также газ коксования, выходящие с верха колонны 18, охлаждаются в аппа­рате воздушного охлаждения 22 и холодильнике 23 и поступают в водогазоотделитель 24. Здесь про­исходит разделение продуктов на жирный газ, неста­бильный бензин и водный конденсат. Бензин насосом 29 частично подается как орошение на верхнюю та­релку колонны 18, а балансовое его количество после теплообменника 25 направляется на стабилизацию.

С низа отпарной колонны 19 насосом 21 выводится легкий газойль. Обычно он используется как тепло­носитель в теплообменнике 25 для нагрева нестабильного бензина (этот бензин передается в блок физи­ческой стабилизации, который на схеме не показан) утилизатор (на схеме не показан). Далее легкий газойль доохлаждаеться в холодильнике воздушного охлаждения 26 и выводится с установки. Тяжелый газойль выводится с низа колонны 18, насосом 20 прокачивается через парогенератор 27 и аппарат воздушного охлаждения 28. Частично тяжелый газойль используется как орошение в скруб­бере 13, а балансовое его количество отводится с установки.

Избыток тепла отводится из колонны 18 промежу­точным циркуляционным орошением (насос 16 и аппарат воздушного охлаждения 17). Топка 2 под давлением служит для разогрева системы при пуске.

По качеству газы и дистиллятные фракции процесса ТКК близки аналогичным продуктам замедленного коксования. Жидкие продук­ты ТКК, содержащие значительное количество непредельных соеди­нений, ароматических углеводородов, серы и азота, обычно подверга­ют гидрогенизационной обработке на установках гидроочистки со ста­ционарным слоем катализатора. Во многих случаях такую обработку осуществляют в смеси с прямогонными фракциями, полученными на том же НПЗ. Бензины ТКК часто в смеси с газойлем используют как сырье каталитического крекинга (тритинг-процесс). Тяжелый газойль после гидроочистки, как правило, направляют вместе с прямогонным вакуумным газойлем на каталитический крекинг.

Кокс ТКК может использоваться как энергетическое топливо или подвергаться газификации с получением низкокалорийного топливно­го газа или технологических газов (водорода или смеси водорода и ок­сида углерода). В последние годы за. рубежом получают применение процессы ТКК, совмещенные с газификацией (парокислородовоздуш-ной) порошкообразного кокса, получившие название «Флексикокинг».