научная статья по теме КОКСОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ОСТАТКОВ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «КОКСОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ОСТАТКОВ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ»

Таблица 1. Сравнение перспективных требований алюминиевой промышленности (РУСАЛ) с нормами сегодняшних стандартов (ГОСТ 22898-78 и ТУ 58-330-05742746-98 Ангарской нефтехимической компании)

Показатель РУСАЛ ГОСТ 22898-78 ТУ 58-330-05742746-98 Проблемы несоответствия качества кокса нормам

8, мас. % <1.200 <1.500 <1.500 ■ снижение сортности металла ■ коррозия оборудования ■ экологические проблемы

V, мас. % Т1, мас % N1, мас % <0.015 <0.003 <0.016 <0.015 <0.015 ■ снижение сортности металла ■ увеличение расхода электроэнергии ■ увеличение реакционной способности коксов

Ге, мас. % <0.060 <0.080 <0.080

81, мас. % <0.060 <0.080 <0.080

№, мас. % <0.015 - -

Доля мелкой фракции (<8 мм), мас. % <35.00 <10.00 <50.00 ■ увеличение потерь при прокалке кокса ■ проблемы с наработкой фракции 12 мм ■ снижение производительности прокалочных печей

Влага, мас. % <3.000 <3.000 <3.000 ■ смерзание кокса при транспортировке

Летучие вещества, мас. % <9.000 <9.000 <10.00 ■ уменьшение механической прочности ■ повышение пористости ■ увеличение реакционной способности

Зола, мас. % <0.500 <0.600 <0.600 ■ ухудшение качества кокса ■ снижение произ-ти прокалочных печей ■ износ футеровки печей прокаливания

и сырье 8к : 8С. Если при коксовании ароматизированных гудронов в кокс переходит 20-25 отн. % серы сырья, то для парафинистых гудронов, при меньшем выходе кокса, в кокс переходит 26-33 отн. % серы. При одинаковом выходе кокса с увеличением Фп возрастает отношение 8к : 8с. Таким образом, глубина разложения сернистых соединений при коксовании, определяющая величину отношения 8к : 8С, взаимосвязана с характером и глубиной химических превращений всех компонентов исходного сырья при коксовании. Следовательно, существует зависимость перехода сернистых соединений из сырья в кокс от группового углеводородного состава нефтяных остатков.

Самым распространенным сырьем коксования в настоящее время является прямогонный гудрон

от переработки нефти различной природы и с различным содержанием серы [4-6]. Нередко используют бинарные смеси, в которых в качестве первого основного компонента применяют ди-стиллятный крекинг-остаток термического крекинга (ДКО), а в качестве второго - остаточный крекинг-остаток от термокрекинга гудронов, гудрон или тяжелый газойль каталитического крекинга (ТГКК) [4, 7-9]. Использование данных видов сырья позволяет получать малосернистый кокс с пониженным содержанием микроэлементов, малой зольностью, улучшенной микроструктурой. Иногда в сырье коксования вовлекают следующие компоненты: асфальт, экстракты селективной очистки масел (ЭСОМ), тяжелую пи-ролизную смолу (ТПС) и деасфальтизат [3,

Таблица 2. Происхождение и условные обозначения исследованных тяжелых нефтяных остатков, производимых в Ангарской нефтехимической компании и на Ангарском заводе полимеров

№ Сырье коксования Сокращенное название Происхождение сырья

1 Гудрон ЭЛОУ АВТ-6 ГАВТ-6 Установка ЭЛОУ АВТ-6

2 Суммарный вакуумный газойль СВГ

3 4 Гудрон ГК-3 Тяжелый газойль каталитического крекинга ГГК-3 ТГКК Установка вакуумной переработки мазутов ГК-3

5 Деасфальтизат Деасфт Производство масел

6 Асфальт Асфт

7 Экстракт селективной очистки масел ЭСОМ

8 Тяжелая пиролиз-ная смола ТПС Побочный продукт нефтехимии

10-14]. Все вышеперечисленные технологические приемы, однако, основаны почти исключительно на принципе разбавления сырья низкосернистыми добавками.

В литературе накоплен большой материал по методам получения низкосернистых коксов из высокосернистого сырья, однако, в современных условиях предлагаемые ранее методы по большей части неприменимы или нуждаются в глубокой дополнительной разработке. Существующие методы можно разбить на три группы: подготовка сырья коксования, удаление серы в ходе коксования и обессеривание уже готового кокса.

Наиболее радикальным методом подготовки сырья являются предлагаемые рядом международных компаний (Foster Wheeler, ABB Lummus Global Inc. и др.) и ФГУП ИНХП (г. Уфа) [3-5] технологии с использованием гидрообессерива-ния нефтяных остатков, являющихся сырьем коксования, включающие в себя гидроочистку пря-могонного мазута с последующей вакуумной разгонкой и получением остатка для коксования или гидроочистку вакуумного погона с последующим термокрекингом и получением низкосернистого крекинг-остатка для процесса коксования и т.п. Предлагаемая зарубежная технология не нашла промышленного применения на отечественных НПЗ в связи с высокими затратами на подготовку

сырья и несовершенством технологии гидроочистки. Возможно, она найдет свое применение в будущем при реализации одного из двух сценариев: либо как побочный результат реализации гидроочистки тяжелых остатков в интересах производства топлив, либо для производства особо ценных, например, игольчатых коксов.

Прочие методы подготовки сырья являются неподходящими для современных условий (напр., метод щелочных промывок [6, 7], привносящий в кокс слишком много примесей щелочных или щелочноземельных металлов) или требуют дополнительной глубокой разработки (напр., деасфальти-зация сырья [8-11]).

Термические и термохимические методы обес-серивания кокса [7] обычно отягощены большой энергоемкостью, привнесением в кокс большого количества примесей или проблемами утилизации вредных стоков.

Отсюда можно сделать вывод, что необходима разработка новой недорогой технологии, кардинально улучшающей качество кокса, в т.ч. кокса из высокосернистого сырья.

В настоящей работе исследованы возможности управления качеством нефтяного кокса за счет систематического изучения ресурсов потенциального сырья коксования, а также углубленной разработки компаундирования сырья за счет введения в него нефтяных и нефтехимических остатков различного происхождения. Исследования проведены на сырьевых ресурсах Ангарской нефтехимической компании. Важная часть углубленной разработки метода - исследование коллоидной структуры, возникающей при компаундировании тяжелых остатков.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Изучение потенциальных ресурсов сырья коксования выявило ряд тяжелых остатков нефтепереработки и нефтехимии, происхождение и условные наименования которых сведены в табл. 2, а групповой углеводородный состав - в табл. 3.

В экспериментальном коксовании использовали как индивидуальные тяжелые остатки, так и многокомпонентные смеси, вплоть до пятиком-понентных.

Подбор оптимальной рецептуры сырья коксования проводили на модельных лабораторных установках. Для проведения эксперимента разработаны и изготовлены 2 типа модельных лабораторных УЗК - однореакторная и комбинаторная (7 реакторов). Реакторы выполнены из нержавеющей стали с дополнительным внутренним противокоррозионным плакированием и состоят из трех частей: цилиндрического корпуса, верхнего

Рис. 2. Схема лабораторной установки замедленного коксования: 1 - баллон с газом, 2,5 - вентиль, 3 - воллюмометр, 4 - емкость для жидких продуктов коксования, 6 - шаровой кран, 7 - манометр, 8 - обратный клапан, 9 - фильтр, 10 — трубка для отвода газов и паров коксования, 11 - термопары К-типа (хромель-алюмель), 12 - предохранительный клапан, 13 - переходник, 14 - реактор коксования, 15 - электрическая печь, 16 - защитный металлический ящик, 17 — блок управления, 18 - регулятор температуры, 19 - регулятор-измеритель температуры "Термодат", И, И - размыкатели; 20 - холодильник.

и нижнего днища. В нижней и верхней части каждого реактора имеется уплотнение для крепления днищ. Комбинаторный реактор состоит из 7 индивидуальных реакторов. Объем реактора на одно-реакторной установке равен 86 см3, объем каждого из реакторов комбинаторной установки - 33 см3. Преимущество комбинаторной УЗК заключается в том, что она позволяет провести 14 экспериментов в неделю, в то время, как на однореактор-ной установке - только 2. Однако, комбинаторная установка не позволяет вычислять полный материальный баланс коксования, а только данные по выходу кокса, причем масса получаемых образцов кокса заметно меньше.

Условия коксования: температура 500°С и давление 3.5-7.0 кгс/см2, продолжительность процесса 20-40 ч, скорость нагрева реактора - 1 град/мин. Схема установки коксования показана на рис. 2.

Содержание серы в сырье и коксе определяли энерго-дисперсионным рентгено-флюоресцент-ным методом (Oxford Lab X 3500), микроструктуру - на оптическом (Leica QWin) и электронном микроскопах (Phillips SEM 515, EM-430 ST).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение коллоидной структуры сырья коксования показало наличие большого количества частиц сферической формы, размер которых колеблется от субмикронного до десятков микрон. Распределение частиц по размерам у индивиду-

альных остатков, как правило, мономодальное, а смеси, полученные компаундированием трех, четырех или пяти компонентов, обладают коллоид-

Таблица 3. Групповой углеводородный состав исследованных тяжелых нефтяных остатков

Групповой углеводородный состав, мас. %

вание парафино-нафтеновые ароматика смолы асфаль-тены

ГГК-3 12.73 61.95 18.32 7.00

ГАВТ-6 10.07 56.17 24.30 9.46

ТГКК 20.18 68.66 11.17 Отс.

Асфт 2.33 41.49 40.19 15.99

ТПС Отс. 60.91 37.78 1.32

ЭСОМ 8.30 81.45 9.44 0.81

СВГ - 50.1 - -

Деасфт - 53.2 - -

6 3

х 106 частиц/см3

(а)

6 3

х 10 частиц/см 140000

Площадь, цм

\

10 20 30 40 50 60 70 80 90 150 200 250

900 800 700 600 500 400 300 200 100

0

.2

(б)

]}п-гпП пгЛнП

400 800 1200 1600 2000 3765 200 600 1000 1400 1800 3762

2

Площадь, цм

0

Рис. 3. Наиболее характерные типы распределений частиц по размеру, полученные по результатам исследования методом оптической микроскопии при различных увеличениях: а - мономодальное распределение частиц по размерам в образце ГАВТ-6, б - бимодальное распределение частиц по размерам в образце смеси ГГК-3 : ГАВТ-6 : ТПС : ТГКК : : деасфальтизат (51 : 34 : 4 : 5 : 6).

ной структурой, значительно отличающейся от таковой у индивидуальных нефтяных остатков. В некоторых случаях наблюдается тип распределения по размерам (би- и полимодальное), не встречающийся у индивидуальных остатков (рис. 3 а и б). Усредненные характеристики коллоидной структуры индивидуальных остатков и ряда смесей

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком