Содержание к диссертации
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1. Анализ проблем переработки углеводородного сырья на
установках замедленного коксования 11
Влияние сырья на выход продуктов коксования 13
Влияние технологических параметров на выход и физико-химические характеристики продуктов коксования 16
Физико-химические характеристики кокса и проблемы их улучшения 18
Влияние сырья на качество кокса 20
Термические и термохимические методы удаления серы и металлов из кокса 22
Проблемы определения выхода кокса при коксовании различного сырья 25
Образование в процессе замедленного коксования агрегативно устойчивых эмульсий, проблемы их переработки и методы разрушения 27
Образование водно-топливных эмульсий 27
Применяемые методы разделения водно-топливных эмульсий.... 29
Образование в процессе замедленного коксования эмульсий вода/ловушечный нефтепродукт 32
Применяемые методы разделения эмульсий вода/ловушечный нефтепродукт 33
1.4 Постановка задач исследований 35
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38
2.1. Физико-химические характеристики компонентов сырья, выход
и качество продуктов установки замедленного коксования ОАО
«АНХК» 38
2.2. Исследование возможных факторов воздействия на выход и
качество продуктов УЗК в условиях ОАО «АНХК» 44
Выводы к разделам 2.1.-2.2. 50
2.3. Эмульсии воды в нефтепродуктах, образующиеся в процессе
коксования на УЗК ОАО «АНХК» 52
Выводы к разделу 2.3. 58
2.4. Методы исследования 60
Лабораторная установка и методика по коксованию тяжелых нефтяных остатков 60
Пилотная установка и методика по исследованию процесса разрушения водно-топливных эмульсий на гидрофобных насадках 62
Методы анализа сырья и продуктов процесса замедленного коксования 65
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА КОКСОВАНИЯ 72
Исследование влияния глубины концентрирования прямогонных нефтяных остатков на выход и качество продуктов 72
Оценка влияния высокоароматических компонентов в сырье на эффективность процесса коксования 75
Выход продуктов коксования, потребительские и экологические характеристики кокса 75
Оценка влияния состава сырья на микроструктуру и физико-химические характеристики кокса 82
Проведение процесса коксования углеводородного сырья в присутствии водорода 91
Разработка метода оперативного определения выхода кокса 95
Выводы к главе 3 97
4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ НА УЗК АГРЕ-
ГАТИВНО УСТОЙЧИВЫХ ЭМУЛЬСИЙ И РАЗРАБОТКА
ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ИХ РАЗРУШЕНИЯ 99
Водно-топливные эмульсии 99
Определение причин и факторов образования агрегативно устойчивых водно-топливных эмульсий 99
Исследование механизма разрушения водно-топливных
эмульсий на гидрофобных коалесцирующих насадках 101
Выводы к разделу 4.1. 109
Эмульсии вода/ловушечный нефтепродукт 110
Исследование агрегативной устойчивости эмульсий вода/ ловушечный нефтепродукт 110
Разработка процесса обезвоживания и переработки ловушечного
нефтепродукта 115
Выводы к разделу 4.2. 119
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО АПРОБИРОВАНИЯ РАЗ
РАБОТОК НА УЗК ОАО «АНХК» 120
Подбор оптимального смесевого сырья для установки замедлен
ного коксования 120
Обезвоживание дизельной фракции коксования в аппарате с
гидрофобной коалесцирующей насадкой 130
Процесс переработки ловушечного нефтепродукта коксования... 132
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 133
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЯ 146
Введение к работе
На современном этапе нефтеперерабатывающая промышленность развивается в направлении углубления переработки нефти: увеличения производства светлых нефтепродуктов и снижения выхода остаточных топлив. Интенсивное развитие цветной и черной металлургии, а также неуклонное стремление к получению дистиллятных продуктов из нефтяных остатков ставит перед нефтеперерабатывающей промышленностью задачу получения качественных углеродных материалов и эффективного использования жидких продуктов коксования. Процесс термодеструктивной переработки нефтяных остатков методом замедленного коксования - наиболее экономичный способ получения дистиллятных продуктов. Возможности переработки различного сырья (тяжелые нефтяные остатки, битумы, сланцевые смолы, каменноугольные и нефтяные пеки и др.) на установках замедленного коксования (УЗК) в сочетании со сравнительно невысокими капитальными и эксплуатационными затратами определяет его особое значение при совершенствовании и оптимизации действующих и разработке перспективных схем переработки нефти [1-7]. Начиная с 90-х годов прошлого века, доля объемов производств УЗК к переработке нефти в мире непрерывно увеличивается и составляет в настоящее время 6,1 %. Мировые мощности производств коксования нефтяных остатков составляют 252,9 млн т в год, и за последние 6 лет они возросли на 47,3 млн тонн в год [8], значительно опережая темпы роста мощностей первичной перебработки нефти, каталитического крекинга и лишь немного уступают темпам роста мощностей каталитического гидрокрекинга. Процесс замедленного коксования в составе НПЗ связывает в единый технологический цикл процессы производства автомобильных бензинов и дизельных топлив (гидрогенизационные процессы и компаундирование топлив), каталитического крекинга и гидрокрекинга. Процесс замедленного коксования позволяет решать проблемы производства топочных мазутов с пониженным содержанием серы и требуемой вязкостью.
6 В то же время, получаемый на УЗК нефтяной кокс (далее - кокс) является превосходным сырьем для производства анодов в алюминиевой промышленности и электродов для выплавки специальных марок сталей и различных цветных металлов, а также при получении карбидов металлов, конструкционных материалов и др. Процесс замедленного коксования обеспечивает крупнотоннажное производство электродного кокса высокого качества [9]. Это особенно актуально для Восточной Сибири, где сосредоточены крупнейшие предприятия по переработке нефти и производству алюминия и цветных металлов. Наметившиеся тенденции на выпуск продукции мирового уровня требуют интенсификации процесса замедленного коксования в направлении выбора сырья, совершенствования выделения дистиллятных продуктов коксования, а также решения целого ряда экологических проблем.
Целью работы является
Повышение эффективности переработки углеводородного сырья на установках замедленного коксования путем оперативного изменения состава сырья и введения водородсодержащего газа. Снижение коррозионного воздействия воды и растворенных в ней соединений на оборудование, повышение стабильности работы катализаторов гидроочистки и снижение выбросов углеводородов в водоем и атмосферу за счет обезвоживания топливных фракций и ловушечно-го нефтепродукта.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Исследовать влияние глубины концентрирования прямогонных нефтяных остатков на выход продуктов процесса коксования.
Получить уравнения, связывающие выход продуктов коксования с углеводородным фактором прямогонного сырья.
Оценить влияние высокоароматических компонентов в сырье на выход светлых нефтепродуктов, потребительские и экологические характеристики кокса.
Исследовать воздействие водорода на перераспределение выхода продуктов коксования и содержания в них сернистых соединений.
Разработать метод оперативного определения выхода кокса для корректировки состава сырья.
Определить условия образования агрегативно-устойчивых эмульсий при коксовании сырья и ректификации продуктов. Установить закономерности процесса разрушения таких эмульсий и разработать его аппаратурное оформление.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Установлено, что в процессе замедленного коксования происходит перераспределение выхода светлых нефтепродуктов и тяжелого газойля в зависимости от углеводородного фактора прямогонного сырья.
Получены уравнения, адекватно описывающие выход продуктов коксования в зависимости от углеводородного фактора прямогонного сырья.
Научно обоснованы технологические принципы подготовки и использования многокомпонентного сырья в процессе замедленного коксования.
Подобраны оптимальные составы углеводородного сырья, обеспечивающие в процессе замедленного коксования увеличение выхода светлых нефтепродуктов и улучшение качества кокса.
Разработан способ получения жидких продуктов на УЗК с использованием водородсодержащего газа.
Разработан новый метод оперативного определения выхода кокса по содержанию ванадия в компонентах сырья и коксе.
Разработаны способы обезвоживания дизельной фракции и ловушечного нефтепродукта, а также устройства для их осуществления.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ
Разработана и внедрена в ОАО «АНХК» технология введения высокоарома
тических компонентов - тяжелой пиролизной смолы и тяжелого газойля ката-
литического крекинга, в гудрон для увеличения выхода светлых нефтепродуктов и улучшения физико-химических характеристик кокса.
Предложен вариант проведения процесса коксования в присутствии водо-родсодержащего газа, позволяющий увеличить выход дистиллятных продуктов и снизить содержание сернистых соединений в коксе и светлых нефтепродуктах.
Разработан метод определения выхода кокса в процессе замедленного коксования, позволяющий оперативно регулировать состав сырья для достижения оптимальных показателей при различных вариантах работы УЗК.
Разработана технология обезвоживания светлых нефтепродуктов в аппаратах с гидрофобными коалесцирующими насадками. Аппарат прошел промышленную апробацию при обезвоживании дизельной фракции коксования в ОАО «АНХК».
Разработан и внедрен в ОАО «АНХК» процесс раздельной переработки компонентов ловушечного нефтепродукта, позволяющий увеличить выработку товарных топлив и снизить выбросы углеводородов в водоем и атмосферу.
Экономический эффект от реализации разработок составляет более 9 млн. рублей в год, в т.ч. по патентам РФ, более 2 млн. рублей в год.
Основные результаты докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии», Москва, 2001; VI международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов «Нефтехимия - 2002», Нижнекамск, 2002; Научно-технической конференции ОАО «АНХК» НК ЮКОС «Актуальные проблемы нефтепереработки и нефтехимии», Ангарск, 2003; научно-практической конференции «Современное состояние процессов переработки нефти», ГУП «ИНХП», ОАО «БАШНЕФТЕХИМ», Уфа, 2004 и др.
По результатам исследований опубликованы 11 статей в отраслевых журналах, тезисы 4 докладов, получены 6 патентов РФ.
Диссертационная работа выполнена в Центре технологических исследований и контроля ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» (ОАО «АНХК»).
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений.
Первая глава посвящена обзору литературы по процессу замедленного коксования нефтяных остатков, основным технологическим параметрам, определяющим его экономическую и экологическую целесообразность, и направлениям эффективной переработки продуктов коксования.
Анализ литературных данных показал:
Установки замедленного коксования позволяют перерабатывать самое разнообразное углеводородное сырье (остатки и побочные продукты процессов первичной, вторичной переработки нефти и нефтехимии), получать высокий выход светлых дистиллятных продуктов и нефтяной кокс различных видов, включая электродные коксы упорядоченной структуры.
Регулирование состава сырья и технологических параметров процесса замедленного коксования позволяет обеспечить многовариантность работы УЗК, которая определяется структурой нефтеперерабатывающих предприятий, наличием рынков сбыта топлив и кокса. В то же время существует проблема оперативного определения выхода кокса для оптимизации процесса коксования.
Качество кокса во многом зависит от исходного сырья, в частности от содержания в нем парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов, ас-фальто-смолистых веществ, серы и металлов. Проводятся исследования по улучшению качества кокса путем введения в сырье различных присадок и добавок, либо термохимической обработки полученного кокса.
Существенной проблемой разделения жидких продуктов коксования ректификацией является образование стойких эмульсий воды в нефтепродуктах. Это приводит к обводнению дистиллятных фракций и ловушечного нефтепродукта и, в свою очередь, к серьезным технологическим и экологическим про-
блемам при их дальнейшей переработке. Разработка эффективных методов разрушения таких эмульсий представляет собой важную научно-техническую задачу, связанную с повышением экологической и технологической безопасности производств.
Критический анализ литературных данных позволил сформулировать цель и задачи исследований.
Во второй главе приведено обоснование выбора объектов и методов исследования. Приводятся описания лабораторных и пилотных установок, на которых исследовались кинетика коксообразования, изменение выхода и качества продуктов в условиях коксования различного углеводородного сырья, а также гидродинамика и массоперенос в процессе разрушения агрегативно устойчивых эмульсий, образующихся при коксовании. Приведено описание стандартных и современных аналитических методов исследования сырья и продуктов коксования, программных пакетов для технологических расчетов.
В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований по оценке влияния на процесс замедленного коксования следующих параметров: углеводородного фактора прямогонного сырья F(C/H), введения высокоароматических компонентов, а также гидролитического воздействия водорода. Разработан метод оперативного определения выхода кокса в процессе коксования.
Четвертая глава посвящена определению причин и факторов образования агрегативно-устойчивых эмульсий в процессе коксования и разделении продуктов в условиях ректификации, разработке процессов и аппаратов для их разрушения.
В пятой главе приведены результаты промышленного апробирования разработанных технологий на УЗК ОАО «АНХК».
В приложениях приведены акты внедрения и промышленных испытаний, а также расчеты экономических эффектов от внедрения нового состава сырья на УЗК.
11 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
![Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс]](/i/i/4263/169004.png "Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс] Рябчиков Михаил Юрьевич")
