Установка замедленного коксования¶

Установка замедленного коксования — это технологический комплекс нефтеперерабатывающего завода, предназначенный для получения нефтяного кокса и дополнительных светлых нефтепродуктов из тяжёлых остатков переработки нефти (гудрона, крекинг-остатков, смол пиролиза) методом термического крекинга в условиях длительного пребывания сырья в реакционной зоне при умеренных температурах.

Процесс замедленного коксования относится к группе термических деструктивных процессов и является одним из наиболее распространённых способов углубления переработки нефти. Его основное назначение — максимальное извлечение дистиллятных фракций из тяжёлого сырья и производство твёрдого углеродистого продукта — кокса, который используется в электродной промышленности, металлургии и производстве анодной массы.

¶История и развитие

Первые промышленные установки замедленного коксования появились в США в конце 1920-х — начале 1930-х годов. Технология была разработана как развитие процессов термического крекинга для переработки тяжёлых остатков. В 1930-е годы компания Standard Oil of Indiana внедрила процесс, получивший название «замедленное коксование» (delayed coking), который отличался от ранее известных методов (например, коксование в необогреваемых камерах) использованием нагревательного змеевика и последовательного цикла работы двух коксовых камер.

В Советском Союзе первые установки замедленного коксования были построены в 1950-е годы. К концу XX века технология получила широкое распространение в мире, особенно в США, Канаде, России, Китае и странах Ближнего Востока. Современные установки отличаются высокой производительностью (до 2–3 млн тонн сырья в год) и автоматизированным управлением.

¶Технологическая схема

Типовая установка замедленного коксования включает следующие основные блоки:

• Блок нагрева сырья — трубчатая печь, в которой тяжёлое сырьё нагревается до температуры 490–510 °C. Нагрев осуществляется в две ступени для предотвращения преждевременного коксообразования в змеевике.
• Коксовые камеры — вертикальные цилиндрические аппараты объёмом до 500 м³, работающие попеременно. В камере происходит окончательное разложение сырья с образованием кокса и парогазовой смеси.
• Блок фракционирования — ректификационная колонна, в которой разделяются продукты реакции на газ, бензиновую, лёгкую и тяжёлую газойлевые фракции.
• Система гидровыгрузки кокса — комплекс оборудования для резки кокса струёй воды под высоким давлением (до 15–20 МПа) и его выгрузки из камеры.
• Блок утилизации тепла — теплообменники и котлы-утилизаторы для рекуперации тепла горячих продуктов.

¶Принцип работы

Сырьё (гудрон, асфальтит, крекинг-остатки) подаётся в нижнюю часть фракционирующей колонны, где смешивается с рециркулятом — тяжёлой фракцией, возвращаемой из коксовых камер. Смесь нагревается в конвекционной и радиантной секциях печи до температуры 490–510 °C. Нагретое сырьё поступает в нижнюю часть одной из коксовых камер, где при давлении 0,2–0,5 МПа происходит процесс коксования.

В камере в течение 16–24 часов накапливается кокс, а парогазовая смесь отводится с верха камеры во фракционирующую колонну. После заполнения камеры коксом поток сырья переключается на вторую камеру, а заполненная камера подвергается пропарке, охлаждению и гидровыгрузке. Цикл работы камеры составляет 24–48 часов, включая все стадии.

¶Продукты процесса

Выход и качество продуктов зависят от свойств сырья и режима работы установки. Типичный материальный баланс процесса:

Газ используется как топливо для собственных печей. Бензиновая фракция характеризуется низким октановым числом (60–70) и высоким содержанием непредельных углеводородов, направляется на гидроочистку и риформинг. Газойлевые фракции являются сырьём для каталитического крекинга или гидрокрекинга.

¶Виды нефтяного кокса

В зависимости от качества сырья и назначения получают различные марки кокса:

• Электродный кокс — производится из малосернистого и малоасфальтенового сырья, используется для изготовления графитированных электродов в электродуговых печах.
• Анодный кокс — применяется для производства анодной массы в алюминиевой промышленности, требует низкого содержания серы и металлов.
• Топливный кокс — рядовой кокс, используемый как твёрдое топливо в энергетике и цементной промышленности.
• Игольчатый кокс — высококачественный кокс с фибриллярной структурой, получаемый из специально подготовленного сырья, используется для производства сверхмощных электродов.

¶Преимущества и недостатки

К преимуществам процесса относятся:

• высокая гибкость по сырью — возможность переработки практически любых тяжёлых остатков;
• относительно низкие капитальные затраты по сравнению с процессами гидроконверсии;
• получение ценного твёрдого продукта — кокса;
• значительное углубление переработки нефти (до 85–90 %).

Недостатки процесса:

• низкий выход светлых нефтепродуктов по сравнению с каталитическими процессами;
• высокое содержание серы, металлов и непредельных соединений в дистиллятных продуктах;
• периодичность работы коксовых камер;
• экологические проблемы, связанные с выбросами пыли кокса и сернистых соединений;
• необходимость последующей облагораживания продуктов (гидроочистка, облагораживание кокса).

¶Современное состояние и перспективы

В настоящее время установки замедленного коксования остаются важным элементом схемы углубления переработки нефти на многих НПЗ мира. В России действуют установки на ряде крупных заводов (Омский, Ярославский, Волгоградский НПЗ и др.). Совершенствование технологии направлено на увеличение межремонтного пробега, снижение энергопотребления, улучшение экологических показателей и расширение сырьевой базы.

Перспективным направлением считается сочетание замедленного коксования с процессами гидрооблагораживания кокса для получения более качественных электродных материалов, а также использование кокса в новых областях, например в производстве литий-ионных аккумуляторов.

¶Источники

• Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа. — Уфа: Гилем, 2002.
• Магарил Р. З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. — М.: Химия, 1985.
• Нефтепереработка: практический вводный курс / под ред. П. Лепренса. — М.: Химия, 2004.
• Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2. — М.: Химия, 1980.