2014-02-09
2397
Характеристика процесса. Основной целью процесса коксования является получение нефтяного кокса – продукта реакций уплотнения, протекающих под действием высоких температур. Одновременно образуются газ, бензин, легкий и тяжелый газойли, которые могут быть использованы в качестве сырья других процессов. В нефтеперерабатывающей промышленности в основном распространен способ получения кокса в необогреваемых камерах на установках замедленного коксования. Этот процесс осуществляется при температурах 470-490°С и давлениях 0,3-0,5 МПа.
Материальный баланс процесса коксования. При составлении материального баланса обычно возникает необходимость определения выхода продуктов коксования. Для этой цели существует ряд эмпирических формул.
Массовый выход кокса (Хк, %) подсчитывается по формуле
Хк=2+1,66Кс, (4.10)
суммарный массовый выход кокса и газа (Хк.г, %)
Хк.г=5,5+1,76Кс, (4.11)
где Кс – коксуемость сырья, %.
Коксуемость сырья может изменяться в широких пределах от 6,5 до 25%, причем для остатков прямой перегонки (гудронов) она, как правило, меньше, чем для остатков вторичных процессов.
Выход бензина можно определить по формуле З.И.Сюняева
где Хб – массовый выход бензина (40-205°С), %; ρ ост – относительная плотность исходного остаточного сырья.
У.Нельсон установил, что выходы (в массовых процентах) кокса и газа взаимосвязаны соотношением
Хг=Хкαг, (4.12)
где α г – коэффициент, значения которого приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Значение коэффициента αг
| Плотность сырья | αг | Плотность сырья | αг |
| 0,9966 | 0,185 | 0,9302 | 0,415 |
| 0,9826 | 0,210 | 0,9009 | 0,610 |
| 0,9623 | 0,265 |
Выход керосино-газойлевой фракции (Хф, %), т.е. сумму легкого и тяжелого газойлей, легко определить по разности
Хф=100-Хк-Хг-Хб.
Примерные выходы продуктов, получаемых на промышленных установках замедленного коксования, приведены ниже.
| Массовый выход, % | |
| Газ | 4-8 |
| Бензин (н.к. – 205оС) | 7-16 |
| Легкий газойль (205-350оС) | 12-40 |
| Тяжелый газойль (>350оС) | 23-35 |
| Кокс | 15-35 |
Расчет геометрических размеров необогреваемых камер.
Непосредственное превращение нагретого сырья в кокс происходит в реакционных необогреваемых камерах – пустотелых вертикальных колоннах
диаметром 4,5-5,5 м и высотой 26-28 м. Реакции уплотнения протекают за счет теплоты, аккумулированной сырьем в печи. Объемная скорость подачи сырья в коксовые камеры составляет для гудрона 0,12-0,13 ч-1, для остатков вторичных процессов 0,08-0,10 ч-1. Коэффициент рециркуляции обычно находится в пределах 0,2-0,6. При расчете размеров и числа коксовых камер придерживаются следующей последовательности.
1. По выходу кокса определяют его массовый (Gк, м3/сут) суточный расход:
;;
где Gc – расход сырья, поступающего в камеру, кг/сут; ρ к – плотность коксового слоя, равная 800-960 кг/м3.
2. Находят общий реакционный объем (Vр, м3)
,
где - объемный расход сырья, м3/ч; w – объемная скорость подачи сырья в камеры, ч-1.
3. Принимать число камер исходя из того, что камеры работают попарно – в одной осуществляется реакционный цикл продолжительностью 24 ч, вторая находится под выгрузкой кокса. При выборе диаметра необходимо выполнять условие, чтобы высота камеры превышала ее диаметр в 4-5 раз.
Если известны объемный расход паров, проходящих через камеру, и допустимая скорость их движения, можно определить площадь сечения (S,м2) и диаметр (D, м) камеры расчетным путем:
;
4. Находят объем кокса (, м3), образующегося в течение 1 ч,
(4.13)
и приращение высоты (hк, м) коксового слоя за 1 ч: hк =/S.
5. Определяют общую высоту коксового слоя (h1, м) за весь рабочий цикл: h1=hк τ, где τ - продолжительность рабочего цикла, ч.
6. Определяют высоту вспученной массы (h2, м) в камере: h2=kвсhк, где kвс – коэффициент вспучивания.
Коэффициент вспучивания определяется по эмпирической формуле kвс=4,5+0,11(486-t), где t – температура сырья на входе к камеру, °С.
7. Проверяют общую высоту камеры (Н, м): H=h1+h2.
Тепловой баланс процесса коксования. Основная цель составления теплового баланса коксовой камеры заключается в определении температуры уходящих паров. Уравнение теплового баланса записывается в следующем виде:
,
где Qвх – теплота, вносимая сырьем и водяным паром, кДж; Qух – теплота, уносимая из камеры парами и газами, кДж; Qк – теплота, аккумулированная коксом, кДж; - тепловой эффект процесса, кДж; Qпот – потери теплоты в окружающую среду, кДж.
При расчете теплового баланса принимают среднюю теплоемкость: сырье – 2,5 кДж/(кг·К), продуктов реакции – 2,9 кДж/(кг·К), кокса – 1,25 кДж/(кг·К).
Удельный тепловой эффект процесса коксования зависит от характеризующего фактора К:
К 11,0 11,5 12,0
, кДж/кг 105 155 230
Потери теплоты (Qпот) в окружающую среду (в килоджоулях) принимают или подсчитывают по уравнению
Qпот=3,6аS Δ t,
где а - коэффициент теплоотдачи, ориентировочно равный 5,5-16,6 Вт/(м2·К); S -площадь наружной поверхности камеры коксования, м2; Δ t - разность температур между наружной поверхностью реактора и окружающей средой, °С.
Температура верха камеры рассчитывается методом подбора.
