Процесс непрерывного коксования принято разделять на два вида: Fluidcoking и Flexicoking. Главное отличие заключается в том, что во втором варианте присутствует узел газификации кокса.
Итак, давайте для начала узнаем, что представляет собой непрерывное коксование. Затем рассмотрим два процесса, которые часто сопутствуют коксованию, – газификации и прокаливания кокса. Первая технология – Fluidcoking, была внедрена еще в 1947 году в США; в России по ней не работали. На данный момент только восемь установок работают по технологии Fluidcoking, они расположены на территориях НПЗ Канады и США. Типичное исполнение непрерывного коксования представлено на рисунке 9.
Сырьем, как и для прочих процессов коксования, служит остаток нефтепереработки, а готовым продуктом является стабильный бензин, углеводородный газ, а также кокс.
Сырье, предварительно нагретое до 350 °C, поступает в реактор, в котором уже циркулирует кокс, являющийся теплоносителем в данном процессе. Кокс нагревается в специальном аппарате, из которого его избытки выгружают в качестве готового продукта. Также в реактор поступает пар, обеспечивающий режим псевдоожиженного слоя[8]. Температура в коксонагревателе поддерживается путем подачи воздуха и находится в пределах 600–620 °C.
Рисунок 9. Установка непрерывного коксования: 1 – парциальный конденсатор (скруббер), 2 – реактор, 3 – нагреватель кокса, 4 – топка, 5 – охладитель кокса, 6 – печь-утилизатор, 7 – ректификационная колонна, 8 – отпарная колонна, 9 – стабилизатор, 10 и 13 – холодильник-конденсатор, 11 и 14 – емкость-сепаратор, 12 – компрессор. I – сырье, II – пар, III – рециркулят сырья, IV – тяжелый газойль, V – холодный кокс, VI – товарный кокс, VII – тяжелый газойль, VIII – легкий газойль, IX – газ, X – стабильный бензин, XI – воздух, XII – горячий кокс
Сверху отводится непрореагировавшее сырье в виде легких углеводородов. В скруббере, который входит в состав реактора, и коксонагревателе происходит отделение коксовой пыли от газовой фазы путем прохождения ее через циклоны. Далее очищенный газ поступает на блок ректификации. В нем происходит основное разделение легкого углеводородного газа от бензиновой фракции и газойля.
Выходом данной установки является около 20 % товарного кокса, 17 % газа, 17 % бензина, 30 % тяжелого газойля, 16 % легкого газойля. Разумеется, это только средние значения, многое зависит от изначального состава сырья.
Если говорить о процессе Flexicoking, то эта технология нашла свое применение в Нидерландах, Японии, Венесуэле и США. Конструктивное отличие от «старшей сестры» заключается в оснащении дополнительным блоком газификации кокса.
Газификация кокса – это процесс превращения кокса в синтез-газ и оксиды ценных металлов. Стоит отметить, что синтез-газ является очень важным продуктом. Его целевое назначение – это энергетика, но и в химической промышленности он нашел свое применение: синтез метанола, оксосинтез, синтез Фишера – Тропша.
Коротко обозначим эти реакции:
1. Синтез метанола:
2. Оксосинтез, получение органических кислот:
3. Реакция Фишера – Тропша:
Схема самой газификации довольна проста, ее можно увидеть на рисунке 10. Кокс поступает в газификатор, где происходит его разложение под действием кислорода и водяного пара. В результате получают монооксид углерода СО и водород Н2. Дальше смесь попадает в специальный котел-утилизатор, от которого отводятся остатки водяного пара. Стоит сказать, что процесс является весьма опасным из-за высокого давления реакции. Так, котлы-утилизаторы рассчитаны на нагрузку более 100 МПа. Целевой продукт из котла направляется на очистку от сажи. Сажа поступает на узел фильтрации, где отделяется от остаточного синтез-газа и золы. Синтез-газ поступает в скруббер, где происходит его доочистка.
Рисунок 10. Схема газификации кокса
Но кроме получения синтез-газа кокс подвергается и другому процессу. Если газификация важна для получения спиртов и органических кислот, то для металлургии важны свойства самого кокса, который добавляет новые и улучшает старые свойства металлов. Однако перед этим кокс обязан пройти прокаливание.
Прокаливание кокса – высокотемпературный процесс, протекающий в отсутствие кислорода, целью которого является удаление из кокса других элементов (азот, кислород, водород, сера). Прокаливание кокса упрочняет внутренние связи между углеродом и улучшает его характеристики. В процессе прокаливания за счет удаления влаги и летучих веществ кокс становится легче и меньше по объему по сравнению с сырым веществом.
Прокаливание кокса может происходить в двух режимах:
– 1300 °C и 12–24 часа;
– 1500 °C и 1–2 часа.
В этом технологическом процессе большое внимание уделяется печам. Они существуют трех видов: вращающиеся барабанного типа, роторные печи, электрические печи. Печи барабанного типа представляют собой вращающиеся под наклоном 2–5 °C цилиндрические корпуса, которые облицованы огнеупорным кирпичом. Действие роторной печи аналогично процессу коксования, который происходит на установке периодического коксования, единственным отличием является их вращение для равномерной прокалки. Электрические печи – самые эффективные печи, на них возможно вести процесс в условиях жесткого прокаливания, но они мало распространены из-за своей дороговизны и сложности в обслуживании.
В России используют первый тип печей. Установка получения прокаленного кокса находится в Омске, ее годовая мощность – 140 тысяч тонн; в Волгограде установка имеет производительность 100 тысяч тонн в год. Также по отечественной технологии построена установка в городе Сланцы Ленинградской области. На этом можно завершить наш экскурс в коксохимическое производство и вернуться к термическим процессам нефтепереработки.