книги / Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья

Рисунок 3.33 — Закрытая система выгрузки кокса с применением шламового насоса:

1 — коксовая камера; 2 — дробилка; 3 — приямок для пульпы; 4 — шламовый насос; 5 — бункер обезвоживающий; 6 — конвейер подачи кокса на склад; 7 — емкость грязной воды; 8 — емкость высоконапорного насоса гидроудаления

Системы транспорта с выгрузкой на прикамерную площадку и прикамерную яму-накопитель имеются как за рубежом, так и на установках СНГ и России.

Ряд установок в СССР был спроектирован с «жесткой» системой транспорта, предусматривающей выгрузку из коксовых камер непосредственно на конвейер­ ную ленту. Кокс после гидроудаления через дробилку вместе с водой поступает на скребковый конвейер с решетчатым дном, и вода с коксовой мелочью через отверс­ тие в контейнере поступает по бетонным лоткам в фильтр-отстойник. Крупный кокс скребковым конвейером от коксовой камеры подается в узел пересылки, после ко­ торого ленточными конвейерами подается на бункерный склад, на верху которого при необходимости производится сортировка кокса по крупности и он загружается в бункеры. Отгрузка кокса производится с низа бункеров в железнодорожные вагоны. Мелкий кокс из фильтров-отстойников козловым грейферным краном загружается системой ленточных конвейеров непосредственно в железнодорожные вагоны [63].

Из-за плохого обезвоживания и низкой производительности на большинстве установок замедленного коксования с «жесткой» связью была проведена реконст­ рукция с организацией разрыва между гидроудалением и транспортом и выгрузкой кокса на прикамерные площадки (рис. 3.34). Кокс после гидроудаления по коксопри­ емной рамке поступает на прикамерную площадку. В процессе гидроудаления по мере накопления кокса у края коксоприемной рамки мостовым грейферным краном перемещается на край приемной площадки и после обезвоживания в течение 1 0 - 1 2 ч

161

4 4 0 - 6

подается мостовым грейферным краном на ленточные конвейеры и перемещается на склад кокса [67].

Рисунок 3.34 — Система выгрузки кокса на прикамерную площадку:

1 — коксовая камера; 2 — рампа с прикамерной площадкой; 3 — мостовой грейферный кран;4 — конвейер подачи кокса на склад; 5 — бункерный склад кокса

Наиболее удачным решением системы транспорта кокса является выгрузка в при­ камерную яму-накопитель (рис. 3.35). После гидроудаления кокс по рамке-желобу попадает в прикамерную яму-накопитель [6 8 ].

1

Рисунок 3.35 — Система выгрузки кокса в прикамерную яму-накопитель:

1 — коксовая камера; 2 — рампа приемная; 3 — заглубленная яма с фильтром-отстойником; 4 — площадка обезвоживания; 5 — мостовой грейферный кран; 6 — конвейер подачи кокса на склад; 7 — бункерный склад кокса

162

Разность высот от нижнего края рампы до основания ямы-накопителя обеспечи­ вает прием всего выгружаемого из камеры кокса без участия мостового грейферного крана.

В накопителе кокс достаточно хорошо обезвоживается за счет фильтрации воды через неуплотненный суммарный кокс.

После предварительного обезвоживания кокс грейферным краном из ямы-нако­ пителя перегружается на площадку отстоя, имеющую незначительный уклон в сто­ рону ямы-накопителя для стока воды.

Основное назначение коксовый ямы или площадки не хранение кокса, а скорее его обезвоживание перед дальнейшей обработкой. Оптимальным временем пребы­ вания для обезвоживания кокса считается 1 0 - 1 2 ч.

Особенностью обезвоживания кокса на прикамерной площадке является то, что кокс выполняет роль фильтра для грубой очистки воды. После прохождения воды через слой кокса высотой до 4 м в ней остается до 400 мг/л коксовых частиц. Для снижения содержания коксовых частиц вода с площадки направляется в отстойные сооружения.

Наличие ямы-накопителя позволяет совместить выгрузку кокса с фильтром-от­ стойником. На дне накопителя смонтирован коллектор сбора воды, поверх которого уложен фильтрующий слой из кокса различного фракционного состава.

Яма-накопитель состоит из двух отсеков, один из которых служит для сбора кокса, выгружаемого из камеры и предварительного обезвоживания, а второй — для окончательного обезвоживания перед подачей кокса на склад. В первом отсеке на дне уложен коллектор для сбора воды гидрорезки, поверх которого уложен фильтрующий слой из фракций кокса различной крупности. Размеры приемной части ямы-накопи­ теля выбираются из расчета удельной гидравлической нагрузки 0,5 м3 /м2 ■ч.

После фильтра-отстойника очищенную воду можно использовать повторно в сис­ теме гидроудаления кокса из камер.

Площадка для окончательного обезвоживания позволяет размещать кокс после выгрузки 5-6 камер.

Обезвоживание кокса. Так как установки ЗК являются крупными потребителя­ ми воды, важной задачей является сокращение использования свежей воды, макси­ мальное использование воды после локальной очистки.

Применение технологии гидроудаления предопределяет интенсивное насыщение кокса водой, и при неудовлетворительном обезвоживании в зимнее время происхо­ дит смерзание кокса в ж.-д. вагонах и бункерах склада, увеличиваются затраты на перевозку кокса.

Очистка воды перед повторным использованием в системе гидроудаления осу­ ществляется в зависимости от применяемой схемы транспорта кокса до склада кокса.

Выгружаемый по рамке на прикамерную площадку кокс (рис. 3.36) играет роль фильтра грубой очистки. Проходящая через выгруженный кокс вода с мелкими фрак­ циями кокса направляется в секционный отстойник, имеющий стационарный фильт­ рующий слой из фракций кокса, под которым смонтирован дренажный коллектор для сбора и отвода воды. После фильтрования и отстоя вода поступает в заглубленный резервуар и перекачивается в подпорную емкость насоса гидроудаления для повтор­ ного использования при гидроизвлечении кокса. Последовательно используемая сек­

163

ция фильтра-отстойника в месте перетока из секции в секцию снабжена кассетами, заполненными коксом для дополнительной фильтрации. Предварительная очистка воды при фильтровании через выгруженный на прикамерную площадку кокс с пос­ ледующей очисткой при отстаивании и фильтрации в секциях фильтра-отстойника обеспечивает содержание мехпримесей в воде гидрорезки мг/л и длительную работу оборудования гидроудаления [69].

Рисунок 3.36 — Система обезвоживания кокса с возвратом очищенной воды:

1 — гидрорезак; 2 — коксовая камера; 3 — рампа с прикамерной площадкой; 4 — отстойник секционный; 5 — заглубленная емкость чистой воды; 6 — подпорная емкость; 7 — высоконапорный насос гидроудаления

Основным недостатком схемы является большая занимаемая площадь.

Более компактная схема очистки воды осуществляется на современных установ­ ках, где предусматривается совмещение прикамерного заглубленного накопителя выгружаемого кокса с фильтром-отстойником. Вода из камеры вместе с выгружае­ мым коксом по наклонной рамке попадает в заглубленный накопитель, нижняя часть которого выполняется в виде фильтра-отстойника с дренажной системой для сбора и отвода воды. Фильтрующая загрузка выполнена из кокса: нижнего крупностью

164

25-50 мм, высотой 300 мм, среднего, фильтрующего из фракций 8-25 мм, верхнего фильтрующего крупностью до 8 мм, высотой 500 мм. Дренажный коллектор уложен в нижнем поддерживающем слое [70].

Вода дренируется через выгружаемый кокс, стационарный фильтрующий слой и самотеком по дренажному коллектору перетекает в резервуар очищенной воды, откуда заглубленным насосом перекачивается в подпорную емкость насоса гидроуда­ ления. Преимущества такой схемы очевидны — сокращается занимаемая площадь, прохождение воды через весь суммарный кокс и фильтрующий слой обеспечивает хорошую степень очистки воды от коксовых частиц и их содержание в очищенной воде на уровне 10-15 мг/л.

3.9. Очистка змеевиков печей установок замедленного коксования от коксоотложений

Межремонтный пробег на установках замедленного коксования (УЗК) определя­ ется в основном длительностью работы реакционно-нагревательных печей. Высоко­ температурный нагрев нефтепродуктов в печах УЗК сопровождается закоксовыванием теплопередающей поверхности труб, что и определяет длительность их работы. Средняя продолжительность работы печей отечественных УЗК без остановки на очистку от коксоотложений составляет 6 - 1 2 месяцев.

Образование слоя коксоотложений — сложный процесс, связанный со свойства­ ми сырья, кинетическими, гидродинамическими, теплотехническими и конструк­ тивными факторами. Первичным элементом коксоотложений могут быть дефекты внутренней поверхности трубы, прилипшие к трубе пятна вязкого слоя битуминоз­ ного вещества, расплавленных минеральных веществ и вкрапленных в этот слой частиц кокса, неплавких минеральных веществ. По мере работы змеевика локальные зоны сливаются, прококсовываются с образованием кольцеобразных отложений из механической смеси частиц кокса и минеральных веществ. Скорость образования коксоотложений увеличивается с ростом концентрации коксообразующих компонен­ тов по мере движения потока и перехода в паровую фазу легких фракций, вследствие испарения и углубления крекинга сырья.

Большое влияние на интенсивность коксоотложений оказывает кальцинирован­ ная сода, щелочь, вводимые на перегонных установках для нейтрализации кислотных соединений. Кристаллы соды, щелочи, солей отлагаются в печных трубах, увели­ чивая коксоотложения. В отдельных случаях содержание щелочи в золе коксовых отложений достигает 50 % и больше. Для удлинения межремонтных пробегов ус­ тановок необходимо глубокое обессоливание и особенно контроль содержания Na, количество которого в сырье не должно превышать 15-20 ppm.

Закоксовывание реакционно-нагревательных змеевиков печей может быть вы­ звано выбросом коксующейся массы из реакционных камер в ректификационную колонну К-1 с последующим попаданием нестабильной смеси из вторичного сырья и пены в трубы змеевика печей, расслоением ее с выделением битуминозного остат­ ка на внутреннюю поверхность трубы и формированием из него неподвижного слоя коксоотложений. Мероприятия по предотвращению загрязнения вторичного сырья пеной из реакторов предусматривают стабилизацию параметров технологического

165

режима в пределах норм технологического регламента, приборов непрерывного кон­ троля уровня пены и кокса в реакторах.

Как отмечалось в § 2.5, при оценке причин закоксовывания и прогара труб печи немаловажное значение имеют гидродинамические и тепловые критерии. С этой точки зрения механизм закоксовывания объясняется переходом дисперснокольце­ вого режима течения потока в полностью дисперсный, характерный для «кризиса теплообмена второго рода» [40, 39, 56]. При дисперсно-кольцевом режиме течения паровая фаза сплошным потоком движется вдоль оси трубы, в то время как жид­ кая фаза в виде кольцевой пленки движется вдоль стенки. Поверхность кольцевой пленки взаимодействует с потоком пара, на ней образуются волны, гребни которых срываются и уносятся ядром потока в виде мельчайших капель. Одновременно часть капель вследствие турбулентной диффузии возвращается в пленку. Таким образом, между пленкой и ядром происходит непрерывный массообмен. Толщина жидкой пленки зависит от скорости газа и жидкости, физических свойств обеих фаз, гео­ метрии змеевика и т. д.

При «кризисе теплообмена второго рода» ухудшение теплосъема сопровождается перегревом стенок трубы, который усиливается при разложении оседающих капелек нефтепродукта до кокса. Для уменьшения скорости закоксовывания змеевика реко­ мендуется вариант снижения величины объемного газосодержания за счет сокраще­ ния количества воды на турбулизацию потока при одновременном уменьшении диа­ метра труб. Не исключено, что при локальных перегревах стенок труб имеют место явления, подобные «кризису теплообмена первого рода» [39,56]. При этом в локаль­ ной области сухого пятна возможно глубокое разложение остаточного слоя нефтеп­ родукта с образованием первичного центра коксоотложений на поверхности трубы.

Закоксовывание теплопередающей поверхности трубы вызывает снижение коэф­ фициента теплопередачи, повышение температуры стенки металла труб, что приво­ дит к сокращению длительности межремонтного пробега установки.

О закоксовывании реакционно-нагревательных змеевиков обычно судят по по­ вышению давления на входе в змеевик, которое не должно превышать регламентных величин.

Для предупреждения преждевременного закоксовывания реакционных змеевиков и увеличения межремонтных пробегов на УЗК рекомендуется:

—обеспечить в змеевиках высокую скорость и турбулентность потока сырья, обес­ печивающих максимальный коэффициент теплопередачи. На практике это дости­ гается подачей оптимального количества турбулизатора;

—обеспечить минимально необходимое время пребывания сырья в печи, особенно при температурах выше температуры начала разложения сырья;

—обеспечить равномерный и постоянно растущий подъем температуры по длине змеевика. На практике это достигается симметричным расположением труб в ре­ акционном пространстве печи;

—осуществлять тщательный выбор и квалифицированную подготовку сырья кок­ сования.

Для очистки печных труб от коксоотложений используется несколько способов. Механический способ очистки с использованием турбинок или шарошек. Дан­ ный способ требует значительных затрат ручного труда и времени на остановку уста­

166