CC BY
162УДК 665.642.4
А.А. Волощук
ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ
В статье рассматриваются основные проблемы технологии замедленного коксования нефтяных остатков. Приводятся примеры решения эксплуатационных и технологических проблем.
Ключевые слова: замедленное коксование, нефтепереработка, нефтяные остатки, нефтяной кокс.
Одной из основных проблем современной нефтеперерабатывающей промышленности является увеличение глубины переработки нефти и получение большего количества нефтепродуктов. Это достигается, в частности, за счёт увеличения количества сырья, перерабатываемого во вторичных процессах. Одним из таких процессов является замедленное коксование.
На установках замедленного коксования в качестве сырья используются гудрон, асфальт, экстракт селективной очистки масел, смолы пиролиза, и прочие тяжёлые остатки, которые по сути являются отходами других производств. Из них методом глубокой термической деструкции получают лёгкие нефтепродукты - бензин и дизельное топливо, а также нефтяной кокс, которому находится применение во многих отраслях промышленности.
На установках замедленного коксования имеется ряд эксплуатационных проблем, наиболее существенной из которых является закоксовывание змеевиков трубчатой печи. Кокс имеет низкую теплопроводность. Поэтому по мере роста отложений увеличивается температура стенок труб, что приводит к их перегреву и прогару. Также за счёт отложений уменьшается диаметр труб, что приводит к повышению давления на входе и увеличивает нагрузку на насос.
Из данной проблемы вытекает следующая - необходимость периодической очистки змеевиков. Существует множество способов очистки, но большинство из них связаны с необходимостью отключения секции печи, либо полной остановкой технологической установки.
отслаивание водородная продувка
■ скребковый и отслаиваие
■ паровоздушный
■ скребковый
Рис. 1. Способы раскоксовывания печей змеевиков [1].
© Волощук А.А., 2018.
Научный руководитель: Лобасенко Виктория Сафиулловна - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2018. № 1-3(76)
Наиболее перспективным является метод отслаивания с использованием водяного пара, который основан на разности коэффициентов линейного расширения металла змеевиков и кокса. Поток сырья в трубопроводе одной из секций печи постепенно заменяют на поток пара, затем повышают температуру в печи и выдерживают при данных условиях до окончания чистки. Затем температуру снижают и заменяют поток пара на сырьё. Данный метод позволяет проводить чистку змеевиков без остановки печи, при этом производительность сохраняется на уровне 50-60% от проектной [1].
Самым распространённым способом очистки печных змеевиков является «паровыжиг». Кокс удаляют, пропуская через трубопровод смесь воздуха с водяным паром одновременно нагревая его. Достоинством данного метода является высокая скорость очистки, а также отсутствие выбросов коксовой пыли в окружающую атмосферу. Главным же недостатком паровыжига является опасность перегрева и прогара труб.
Существует способ механической очистки печных труб с помощью специальных устройств - скреперов, которые представляют собой овальные пробки из эластичного пластика с металлическими штырьками. Скреперы прогоняются под высоким напором воды через весь змеевик. Процесс начинают с устройства малого диаметра и увеличивают его по мере очистки. Достоинством этого метода является высокая эффективность очистки. Но вместе с этим использование скреперов требует сооружения устройств для их ввода в змеевик и вывода. Также на время очистки необходимо полностью остановить печь [2].
В процессе коксования протекает множество различных реакций, как экзотермических, так и эндотермических, но суммарно весь процесс протекает с поглощением тепла. Из-за этого верхние слои реакционной массы охлаждаются и их вязкость увеличивается, что мешает прохождению газов, образующихся в результате реакций в нижних слоях. В результате образуется слой пены, высота которого может достигать 3-5 метров. Это создаёт угрозу переброса реакционной массы во фракционирующую колонну и закок-совывание тарелок. Чтобы не допустить переброса коксующегося вещества из реактора уменьшают уровень заполнения его сырьём. Такое решение приводит к уменьшению производительности установки и уменьшает продолжительность цикла. Для решения данной проблемы на многих установках замедленного коксования используют антипенные присадки. В качестве присадки используют полиметилсилоксан, растворённый в лёгком газойле. Вводят раствор антипенной присадки в конце цикла коксования через штуцеры расположенные в верхней чести коксовой камеры.
Реакторы коксования работаю в часто изменяющихся условиях. Длительность одного цикла коксования может составлять до 48 часов и в течение этого времени температура реактора изменяется от 30°С до 500°С и обратно к 30°С, а рабочее давление увеличивается от 0 до 6 кгс/см2 и снижается до 0 кгс/см2 [3]. В связи с этим корпус реактора испытывает постоянные деформации, что приводит к образованию и росту трещин в сварных швах, что может привести к серьёзной аварии.
Другой существенной проблемой является регулирование выхода продуктов коксования тяжёлых нефтяных остатков и их качество. На реакции протекающие в процессе коксования влияет множество факторов, поэтому для получения качественной продукции важно правильно подобрать технологический режим. Одним из главных факторов, оказывающих влияние на процесс является температура. При повышении температуры: 1) увеличивается механическая прочность кокса, но уменьшается его выход, к тому же высокая прочность кокса затрудняет его гидрорезку; 2) увеличивается выход светлых фракций, но снижается их качество; 3) уменьшается пенообразование; 4) возрастает скорость закоксовывания труб печи. При уменьшении температуры снижается качество кокса, но увеличивается его выход. Стоит учитывать, что процесс коксования эндотермический и температура в реакторе поддерживается за счёт поступающего из печи сырья. Исходя из этого оптимальными для процесса коксования являются температуры в интервале 480-520°С.
Другим немаловажным фактором является коэффициент рециркуляции Кр. В качестве рециркулята на установках замедленного коксования используют газойлевые фракции. Разбавление первичного сырья тяжёлым газойлем позволяет снизить закоксовывание змеевиков печи и увеличить выход бензина, лёгкого газойля и кокса. Однако увеличение коэффициента рециркуляции приводит к снижению производительности установки по первичному сырью, а также увеличивает общие эксплуатационные и капитальные затраты. Экономически выгодным является коэффициент рециркуляции равный 1, т.е. отсутствие рецикла. На промышленных установках коэффициент рециркуляции колеблется в пределах 1,1-2.
Из приведённых примеров видно, что процесс замедленного коксования является одним из динамично развивающихся направлений нефтепереработки. Такой интерес к данной технологии обусловлен прежде всего её экономической эффективностью - при небольших затратах на осуществление процесса, получается высокий выход продукции. Также установки замедленного коксования способны перерабатывать сырьё с широким диапазоном свойств, что позволяет быстро адаптироваться к составу перерабатываемой на заводе нефти, а также перерабатывать нефтешламы и другие отходы, образующиеся на НПЗ [4].
Библиографический список
1. Мухамадеев Д.Х., Валявин Г.Г., Запорин В.П. Способы очистки печных труб установок замедленного коксования от коксовых отложений // Нефтегазовое дело: электронный научный журнал. - 2014. - № 2. - С. 166-180.
2. Пертухин И.Е. Новые технологии механической очистки печных змеевиков от коксовых отложений // Химия и технология топлив и масел. - 2007. - №2. - C. 16-17.
3. Самохин Ю.Н., Мельшин А.И. Эксплуатационные проблемы опорного узла реактора коксования установки замедленного коксования и пути их решения // Известия Волгоградского государственного технического университета - 2011. - №4. - С. 78-82.
4. Терентьева Н.А., Хайбунасов Р.Р. Анализ работы установки замедленного коксования ООО «ЛУКОЙЛ— Волгограднефтепереработка» // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - Т. 18. - № 10. - С. 6670.
ВОЛОЩУК АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
