книги / Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья

проведены уникальные обследования ряда промышленных установок, перерабатыва­ ющих различные виды сырья (по оценке качества кокса по высоте камер на различных режимах). Разработана специальная методика отбора проб кокса из реакторов и метод их статистической обработки [53]. Пробы отбирались по высоте и диаметру камеры через каждый метр перемещения резака по высоте и за 3-4 прохода по диаметру камер. В качестве примера проанализируем работу установки замедленного коксо­ вания на Красноводском НПЗ. Режим работы установки представлен в табл. 2.15.

Рисунок 2.23 — Зависимость суммарного теплового эффекта процесса замедленного коксования Q от характеризующего фактора К

В общей сложности на каждом режиме из реактора отбирались по 50-60 проб, каждая проба разделялась на две фракции 0-25 и 25 и более. Анализировалась проба суммарного кокса и двух фракций. Таким образом, анализировалось по 150-180 проб из каждого реактора. На рис. 2.24 и 2.25 представлены результаты статистической обработки результатов в виде интегральных фракций распределения содержания летучих веществ и механической прочности кокса для режимов I и II.

Дифференцированием интегральных функций распределения можно количест­ венно оценить, сколько кокса и какого качества содержится в реакторе. Учитывая, что исходное сырье на режимах I и II одинаковое, различия в качестве кокса обу­ словлены только режимными показателями: температурой, временем коксования, расходом турбулизатора, коэффициентом рециркуляции. Среднее качество кокса (табл. 2.15) отличается существенно. Выход летучих на режиме I — 7,3 %, меха­ ническая прочность 74 кг/см2, на режиме II — 10,3 % и 32 кг/см2 соответственно. В табл. 2.16 представлены результаты дифференцирования интегральных функций распределения (см. рис. 2.24 и 2.25).

Из данных табл. 2.16 следует, что на режиме I кокса с содержанием летучих менее 7 % содержится 49 % на всю массу кокса, с содержанием менее 9 % — 87,5 и более 9 % — 12,5 %. На режиме II кокса с содержанием летучих менее 7 % содержится около 1 % на всю массу кокса, с содержанием менее 9 % — 22,5 и основная масса кокса содержит более 9 % летучих веществ.

101

Таблица 2.15 — Показатели работы установки замедленного коксования

Красноводского НПЗ

102

Таблица 2.16 — Содержание летучих веществ в коксе с установок замедленного коксования

о

LO

венно изменился вид дифференциальных кривых (разброс по качеству стал меньше за счет дококсовывания верхних слоев кокса). Но подача такого количества тепло­ носителя (30 т/час) оказалась неэкономичной, и технология не нашла практического применения.

Рисунок 2.27 — Зависимость механической прочности кокса от содержания летучих веществ:

1 — кокс из гудрона шерванской нефти; 2 — кокс из смеси 6 0 % гудрона и 4 0 % асфальта, полученных из смеси ферганской и туркменской нефтей; 3 — кокс из гудрона котуртепинской нефти

Рисунок 2.28 — Влияние коэффициента рециркуляции на выход летучих веществ (а) и механическую

прочность кокса (6) (УЗК Пермского НПЗ)

Таким образом, можно констатировать, что работа установок с высоким коэф­ фициентом рециркуляции не приводит к значительному снижению выхода летучих

105

веществ и повышению механической прочности кокса. Поэтому одним из самых перспективных направлений повышения эффективности действующих установок является перевод технологии на работу с пониженным коэффициентом рецирку­ ляции.

Режим I — без подачи теплоносителя коэффициент рециркуляции 1,5 (50%);

Режим II — подается теплоноситель после отключения камеры с потока сырья в течение 6 часов, температура 510 °С, коэффициент рециркуляции 1,5 (50%);

Режим III — подача теплоносителя после отключения камеры с потока сырья в течение 6 часов, температура 510 С, коэффициент рециркуляции 1,5 (50%)

Рисунок 2.29 — Влияние обработки кокса высокотемпературным теплоносителем после отключения камеры с потока сырья на механическую прочность (а) и выход летучих (б):

Содержание серы и ванадия в коксе. Содержание серы и ванадия в коксе прак­ тически полностью зависит от их содержания в исходном сырье. Технологически­ ми параметрами — увеличением давления в камерах, повышением коэффициента рециркуляции — можно несколько уменьшить содержание серы и ванадия за счет увеличения выхода кокса на исходное сырье, но снижение не будет значительным. Повышенное содержание серы отрицательно сказывается на экологии при выплавке алюминия, а ванадий повышает электросопротивление алюминия. При использо­ вании нефтяного кокса в электродной промышленности высокое содержание серы приводит к растрескиванию электродов в процессе графитации, поэтому содержание серы и ванадия жестко нормируется при производстве анодов и графитированных электродов.

На рис. 2.30 показано влияние содержания серы и ванадия на экономические показатели в производстве алюминия (данные RUSAL).

Из рисунка следует, что, например, повышение в коксе содержания ванадия со 150 до 250 ppm приведет к повышению потерь в технологии электролиза (повышение стоимости алюминия) ~ на 12-13 S, повышение содержания серы в коксе с 1,5 % до 3 % приведет к повышению стоимости алюминия ~ на 27-28 S, в целом на 39-41 S на тонну произведенного алюминия. При стоимости алюминия на мировом рынке по 2000 $ и более за тонну повышение затрат составит не более 2-3 % от цены. В табл. 2.17 сопоставлены требования к коксу для выплавки алюминия в России и США (анодный кокс по зарубежной терминологии).

106

•Потери в технологии электролиза (выход по току и сортность)

■Экологические потери и потери от коррозии (плата за выбросы, ремонт оборудования и др.), $

Рисунок 2.30 — Дополнительные затраты и потери от использования кокса

с повышенным содержанием серы и ванадия

Таблица 2.17 — Сопоставительные требования к качеству сырого анодного кокса в России и США

Если в США для выплавки алюминия используются коксы с содержанием серы до 3 %, то в России до 1,5 %, а по ванадию цифры составляют 150 и 250 ppm соответ­ ственно. Следует отметить, что в России нормы на качество кокса для алюминиевой промышленности (электродный кокс по терминологии, принятой в СССР и сейчас в России) не менялись уже несколько десятилетий. Это обстоятельство является од­

107

ной из причин медленного внедрения процесса замедленного коксования на НПЗ России. До сих пор дефицит в коксе для алюминиевой промышленности составляет 600-700 тыс. т/год. Между тем из нефтей Западной Сибири можно вырабатывать огромное количество кокса с серой до 2,5 % и ванадия на уровень 200 ppm. Проб­ лема получения малосернистого кокса из сернистых нефтей существует уже давно [53]. Но они не находят практического применения из-за их дороговизны, стоимость кокса возрастает в разы, а значит, существенно повысится и стоимость алюминия, так как на выплавку одной тонны алюминия требуется 500-600 кг нефтяного кокса. Учитывая, что в подавляющем большинстве нефтей, добываемых в России, содер­ жится повышенное содержание серы и прямым коксованием остатков получать кокс на уровне 1,5 невозможно, в производстве алюминия целесообразно перейти на кокс с содержанием до 3,0 %. В подтверждение необходимости перехода алюминиевой промышленности на постоянное потребление (без шихтовки) кокса с повышенным содержанием серы приведем статистику по содержанию серы и ванадия, накоплен­ ную в течение нескольких десятилетий.

В табл. 2.18-2.20 показаны результаты коксования остатков нефтей различ­ ного происхождения. При коксовании остатков арланской нефти сера в коксе всегда несколько выше, чем в исходном сырье, при коксовании остатков самотлорской неф­ ти, наоборот, содержание серы в коксе ниже, чем в исходном сырье.

Содержание серы в коксе при коксовании западносибирской нефти соответ­ ствует содержанию в исходном сырье. В табл. 2.21 и 2.22 представлены результаты коксования более 30 нефтей практически всех регионов России и Ближнего Зару­ бежья, а на рис. 2.31 результаты обобщены в виде графической зависимости содер­

108

Таблица 2.19 — Характеристика остатков самотлорской нефти,

материальный баланс коксования и качество коксов

Таблица 2.20 — Характеристика остатков западносибирских нефтей,

материальный баланс коксования и качество коксов

109