книги / Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья

За рубежом шиберная система внедряется очень быстрыми темпами в течение последних 4-5 лет фирмой «Delta Valve», изготовлено и поставлено на НПЗ во многих регионах мира более 250 шиберов. Большой интерес к разработке обус­ ловлен целым рядом преимуществ перед существующими системами открытиязакрытия коксовых камер. Благодаря новой передовой технологии, устройство для открытия люков коксовых камер DeltaValve обеспечивает безопасные производс­ твенные условия эксплуатации УЗК. По дизайну DeltaValve представляет собой закрытую систему, которая устраняет риски внешнего воздействия, снижает расхо­ ды на содержание, увеличивает производительность и конкурентоспособность по цене. Кроме того, при использовании устройства для открытия люков DeltaValve отпадает необходимость в замене прокладок, крепежа и других регулировочных устройств. DeltaValve может быть скомпонована так, чтобы дренаж воды из камеры осуществлялся напрямую через задвижку. Эта особенность может значительно уве­ личить производительность путем уменьшения времени цикла и соответствующих эксплуатационных расходов.

3.3. Повышение эффективности использования реакционного объема коксовых камер применением антипенных присадок

Процесс коксования сопровождается вспениванием коксующейся массы в коксо­ вых камерах. Это обстоятельство приводит к снижению эффективности использова­ ния полезного объема камер, снижению производительности по сырью. Кроме того, чрезмерное неконтролируемое пенообразование может привести к перебросу коксую­ щейся массы в основную ректификационную колонну. Поскольку с пеной выносят­ ся не только жидкость, но и частицы кокса, попадание которых на прием печных насосов и далее в реакционные змеевики печи приводит к их быстрому закоксовыванию и преждевременной остановке всей установки, для контроля за уносом пены существует ряд методов с соответствующим приборным оснащением. Разработаны методы, позволяющие следить за уровнем пены от начала до конца цикла, методы, позволяющие следить раздельно за формированием массы кокса, жидкости и пены [58]. Самым простым способом контроля является метод с использованием радиа­ ционных источников, работающих в стационарном режиме на «просвет» (рис. 3.7). Контроль за уровнем пены осуществляется следующим образом. На одной стороне камеры устанавливается источник, на другой — счетчик радиоактивности. Чувстви­ тельность счетчика настраивается по интенсивности излучения: когда уровень пены достигает зоны действия источника, счетчик фиксирует резкое уменьшение интенсив­ ности. Обычно по высоте камеры датчики радиоактивности устанавливаются внизу и вверху камеры на 2-3 уровнях, например, на высотах 17, 19 и 21 м. При достиже­ нии пеной уровня нижней отметки начинается подготовка неработающей камеры к ее подключению на режиме коксования. При достижении пеной уровня верхней отметки производится переключение потока сырья в подготовленную к коксованию камеру.

Например, если уровнемер показал высоту пенного слоя 21 м, а после вскрытия камеры уровень кокса в ней окажется 17 м, то высота пенного слоя составит 4 м. Уровень пены зависит от режимных параметров — линейных скоростей в свободном сечении камеры, температуры верха камеры, качества сырья и т. д. Высота пенного

124

слоя может достигать 5-6 и более метров. Особенно важно следить за уровнем пены в период перевода камеры: если камера, в которую направляется поток сырья, недо­ статочно прогрета, то пена за считанные минуты может достигнуть самых верхних отметок.

Рисунок 3.7 — Расположение датчиков (1) и счетчиков (2) радиоактивности по высоте камеры

Для снижения пенообразования применяются антипенные присадки, в качестве которых используются реагенты с низкой величиной поверхностного натяжения. Процесс пенообразования чрезвычайно сложен из-за совместного влияния многочис­ ленных физико-химических, гидродинамических и других факторов и существенно зависит от условий применения в конкретном технологическом процессе. В настоя­

125

щее время не существует единой теории, полностью количественно объясняющей поведение пены во времени. Тем не менее известно, что:

—устойчивость пенного состояния определяется величиной поверхностного на­ тяжения, поверхностной прочностью, диаметром пузырей элементарной пены;

—поверхностное натяжение зависит от поверхностной активности, концентрации жидких веществ в растворе и от степени гетерогенности поверхностного слоя;

—поверхностная прочность пленки на границе раздела жидкой и газо-паровой фазы зависит от свойств коллоидных веществ в растворе, от степени насыщенности ими поверхностного слоя, наличия и характера механических примесей в жидкости;

—диаметр пузырьков газа не зависит от физико-химических свойств раствора, а определяется главным образом гидродинамическими условиями образования и выделения газа [58].

Наиболее распространенным способом борьбы с пеной является введение спе­ циальных веществ — пеногасителей, подбор которых, как правило, осуществляют эмпирически с учетом целей и условий производства.

Вкачестве количественной оценки пеногашения используют так называемый коэффициент пеногасящей способности, представляющий собой отношение высоты столба пены без добавления антивспенивателя к высоте столба пены после добав­ ления пенной присадки. Эффективность антивспенивателей зависит не только от их физико-химической природы, но и от концентрации, способа введения, от свойств пенообразующего раствора и многих других факторов.

Антипенные присадки должны отвечать следующим основным требованиям:

—обладать высокой эффективностью, т. е. быстро гасить пену в малых концентра­ циях, длительное время препятствовать образованию новой пены;

—не должны изменять свойства продуктов и затруднять их последующую перера­ ботку;

—не оказывать токсического действия;

—не должны изменять свои свойства при хранении и термической обработке.

Вкачестве антипенных присадок широко используются кремнийорганические соединения. Они химически инертны, устойчивы и эффективны при высоких тем­ пературах, доступны и дешевы. При применении присадок на действующих УЗК используются растворы в легком или тяжелом газойле коксования. Пионером в раз­ работке технологии применения антипенных присадок был П. С. Седов, который разработал инструментарий для изучения параметров пенообразования, эксперимен­ тально изучил эффективность различных соединений [58]. Им было показано, что вспенивание существенно зависит от физико-химических свойств исходного сырья. На рис. 3.8 показано влияние продолжительности опыта на изменение объема вели­ чины коэффициента вспенивания К, который определяется по соотношению

к- yjyv

где F — текущая высота коксующейся массы; VQ— исходная высота свежего сы­ рья.

На рис. 3.8 приведены результаты экспериментов по вспениванию при коксова­ нии смесей гудрона и асфальта пропановой деасфальтизации.

126

Продолжительность опыта, мин

Рисунок 3.8 — Влияние продолжительности опыта на кратность увеличения объема смеси асфальта и гудрона при нагревании (температурара 440-450 °С):

1 — гудрон; 2 — асфальт деасфальтизации

Рисунок 3.9 — Влияние содержания асфальтенов или коксового числа на кратность увеличения объема прямогонных остатков при нагревании (температура 440-450 °С):

1 — коксовое число по Конрадсону, % мае.; 2 — содержание асфальтенов, % мае.

Из приведенных данных следует, что величина коэффициента вспенивания прак­ тически линейно изменяется в зависимости от содержания асфальтенов, что говорит о существенном их влиянии на пенообразование в процессе коксования. Эффектив­ ность пеногашения увеличивается с повышением молярной массы и вязкости. На рис. ЗЛО показаны результаты по влиянию вида присадок на эффективность пено­ гашения.

127

Время, мин

Рисунок 3.10 — Влияние вида присадки на вспенивание при карбонизации гудрона:

1 — без присадки; 2 — с присадкой ПМС; 3 — с присадкой СКТН; 4 — с присадкой «Софэксил-1165» (концентрация присадок — б %) в легком газойле коксования

Представленные данные однозначно свидетельствуют о предпочтительности ис­ пользования в качестве пеногасителя при коксовании силикона СКТН и «Софэксил», которые по сравнению с присадкой ПМС дают большее снижение высоты пенного слоя.

В лабораторных условиях изучалось влияние концентрации двух видов антипенных присадок отечественного производства в растворе легкого газойля на снижение пенообразования при коксовании гудрона.

Кривые изменения высоты пенного слоя в зависимости от количества добавляе­ мого силикона (его концентрации в растворе) представлены на рис. 3.11. Представ­ ленные кривые показывают, что увеличение концентрации обоих силиконов в рас­ творе, подаваемых непрерывно на слой пены, способствует эффективному снижению высоты слоя пены. Следует отметить, что эффект непогашения СКТН отечественной присадки и импортной «Софэксил» идентичен.

При выборе типа присадки и ее концентрации в растворе необходимо исходить из двух условий: эффективность антивспенивателя и его цены. То есть чем при меньшей концентрации присадки достигается больший эффект пеногашения, тем меньше ее расход и, соответственно, меньше затраты на ее приобретение. Кроме того, немало­ важным фактором выбора типа присадки является ее доступность. Как показал опыт работы УЗК НУНПЗ, расход присадки СКТН составляет 4,5-4,8 кг на одну камеру коксования. С учетом этого нам представляется целесообразным использовать при­ садку отечественного происхождения.

Ввод раствора присадки осуществляется с помощью специальных форсунок, обеспечивающих эффективное разбрызгивание за счет конструкции самой форсунки и организации оптимального перепада давления на форсунке.

На рис. 3.12 приведена схема организации подачи присадки на действующей установке. Схема включает емкость для раствора присадки; циркуляционный насос для приготовления и перемешивания раствора силикона в легком газойле; регулирую­ щие клапаны; расходомер (ротаметр); разбрызгивающие устройства (форсунки) (рис 3.13).

128

Рисунок 3.11 — Влияние концентрации присадки на изменение вспенивания гудрона:

1 — без присадки; 2 — концентрация присадки 2%; 3 — концентрация присадки 6 % ;— СКТН; х — «Софэксил»

Подача раствора присадки (расход — 40 л/ч на одну форсунку) начинается за 4-6 ч (в зависимости от качества используемого сырья и его склонности к вспенива­ нию) до прекращения подачи сырья в заполненную камеру. С целью исключения ве­ роятности переброса пены в колонну из-за возможных колебаний давления, раствор непрерывно подается в заполненную коксовую камеру в период переключения камер и в течение ~30 мин после отключения от потока во время пропарки кокса водяным паром. В остальное время к форсункам подается водяной пар с целью исключения засорения их коксом. Количество пара, подаваемого через форсунки, — одна тонна за цикл.

Рисунок 3.12 — Схема подачи раствора антипенной присадки:

1 — емкость для раствора присадки; циркуляционный насос; 3 — регулирующий клапан; 4 — ротаметр;

5 — форсунки; б — камера коксования

129

4 4 0 - 5