СПОСОБ ПРОКАЛКИ НЕФТЯНОГО КОКСА
METHOD FOR OIL COKE TEMPERING

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано в технологии прокалки нефтяных коксов.
Известно, что прокаливание является важной стадией производства нефтяных и пековых коксов для их квалифицированного использования в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности. Особенно эта стадия важна для коксов замедленного коксования, в которых содержится много влаги и летучих веществ. Прокаливание улучшает качество кокса и значительно повышает его товарную стоимость: прокаленный кокс в 2-3 раза дороже сырого.
Основными факторами, определяющими выход и качество прокаленного кокса, являются:
- качество сырого нефтяного кокса;
- технологические факторы: температура, продолжительность процесса, скорость нагрева до заданных температур, стадийность, условия теплопередачи к коксу и сжигание летучих веществ, температура воздуха и условие подачи его на сжигание летучих веществ, среды, вид и расход топлива, конструктивная особенность прокалочных печей и др.
Сырой нефтяной кокс характеризуется значительными колебаниями качества:
- гранулометрический состав - от 0 до 50-70 мм;
- содержание мелочи (размер частиц менее 8 мм) 30-60%;
- пылевых частиц (размер менее 1 мм) - 10-40%.
С уменьшением размера частиц в нефтяном коксе увеличивается содержание влаги, летучих веществ, зольных элементов, повышается спекаемость, снижается прочность. Перечисленные показатели качества сырья влияют на эффективность прокаливания. При повышении влажности снижается производительность, увеличивается расход топлива, повышается угар и его потери. Повышение выхода летучих веществ снижает выход прокаленного кокса.
Большое содержание пылевых частиц снижает производительность установок прокаливания из-за ухудшения условий теплопередачи, выход прокаленного кокса снижается вследствие большого уноса и угара пылевых частиц.
Например, потери угара и уноса нефтяного кокса в барабанных печах прокалки Омского, Павлодарского и Волгоградского НПЗ производительностью 140 тыс. т/год составляют от 2,2-3,5 и до 7,1-9,5 тыс. т/год соответственно.
В технологическом процессе большинства прокалочных печей (ПП) нефтяного кокса применяется прямой способ сушки нефтяного сырья, т.е. нагрев сырого кокса влажностью 10-15% мас. происходит в начальной секции ПП при температуре до 600°C.
Недостатком такого способа является резкое образование паровыделения, окислительных реакций, наличие около 40% пылевидной мелочи ухудшают условия теплопередачи при прокаливании кокса, чем больше мелких частиц, тем больше содержание в них влаги и летучих веществ, происходит унос и угар пылевидных частиц, при показателе спекаемости выше 40 ед. по индексу Рога возникают коксовые отложения (припекание) на стенках камерных и скребках подовых печей, а также из-за образования смолистых летучих веществ (при очень высоком содержании летучих в сырье >15% мас.), отлагающихся в виде «коксовых колец» на стенках барабанных печей, что приводит к увеличению сроков ремонта оборудования.
Перечисленные выше факторы снижают производительность печей прокалки, качество нефтяного кокса, увеличивают затраты на ремонт оборудования и обеспечение экологических нормативов по техногенным выбросам.
Известен способ осушки влажного сырого нефтяного кокса по принципу продувки горячим теплоносителем влажного материала, перемещаемого шнеком. При промышленных испытаниях опытной сушки подвергали мелочь нефтяных коксов Ферганского и Красноводского НПЗ, поставляемую для прокалки в камерных печах с целью обеспечения необходимых показателей: производительности, конечной влажности кокса и требований безопасных условий эксплуатации (см. В.Г. Вишнев, А.П. Виноградов и др. «Опытно-промышленная сушка непрокаленных нефтяных коксов», ж-л «Химия и технология топлив и масел», М., №9, 1983).
Однако при реализации данного способа при наличии вышеперечисленных положительных факторов, как технологических, так и экономических в части обеспечения требуемой влажности, снижения угара, повышения производительности печи прокалки за счет исключения нагрева балласта (влаги) имелись и значительные недостатки, например, эффективность пылеулавливания около 80%, затраты на дополнительное оборудование по пылеочистке и др.
Известен способ в коксохимии, разработанный в ФГУП «ВУХИН», подсушки угольной шихты - аналога сырья нефтяного кокса, перед прокалкой с мелкодробленым углем фракции 0-8 мм с осушкой во взвешенном состоянии с применением аппаратов кипящего слоя или высокоскоростной сушки в трубах сушилках с секцией Вентури.
Для подсушки шихты используется утилизируемое тепло дымовых газов коксовых батарей. Процесс позволяет снизить расход тепла коксования на 90-105 МДж/т шихты на 1% влажности, сократить период коксования на 3,75%, повысить плотность шихты в камере коксования на 6,9% и качество металлургического кокса, производительность коксовых батарей на 10-11%.
Способ также совмещает процесс сушки шихты с технологией ее подготовки способом избирательного дробления с пневмомеханической сепарацией (см. А.Я. Еремин, В.Г. Мещихин и др. «Перспективы использования дымовых газов коксовых батарей для сушки угольной шихты перед коксованием». Ж-л «Кокс и химия», М., №3, 2011, с.23-33).
Однако, несмотря на вышеуказанные преимущества, реализуемый способ в полной мере не может обеспечить эффективность процесса, так как в технологии существует определенная зависимость между тепловым ресурсом (расходом) отходящих газов, их температурой и влагосодержанием, в то же время значительно повышаются затраты на реализацию способа.
Известен способ (аналог) непрерывной прокалки нефтяного кокса во вращающихся трубчатых печах (см. авторское свид. SU 239206 A1, от 18.03.1969. А.А. Зверев, В.П. Ляхов и др.).
По предлагаемому способу прокалки в печах, работающих по принципу прямотока, предварительный нагрев кокса осуществляют дымовыми газами, образующимися за счет сжигания топлива (газа или мазута), а нагрев кокса до температуры прокалки - за счет сжигания летучих, выделяющихся из кокса.
По мнению авторов по данному способу процесса прокалки нефтяного кокса уменьшается расход топлива на прокалку за счет использования тепла горения летучих, резко сокращается угар кокса при прокалке за счет того, что в начальном периоде нагрева кокс защищается от окисления выделяющимися летучими, а в дальнейшем контактирует только с дымовыми газами, содержание свободного кислорода в которых незначительно.
Авторы также считают, что реализация процесса позволит значительно увеличить ресурсы потребления малозольных коксов мелких фракции (менее 25 мм) для алюминиевой, электродной и других отраслей промышленности.
Однако данный способ прокалки нефтяного кокса также имеет ряд существенных недостатков:
- наличие в исходном сырье различных по фракционному составу коксов 0-25 мм не позволяет при его предварительной осушке дымовыми газами во вращающейся трубчатой печи достичь равномерного остаточного влагосодержания коксов;
- в виду большого содержания пылевидной мелочи 0-<2 мм около 30-40% мас. при прокаливании кокса возможно лишь снизить потери от угара и уноса, техногенные выбросы в окружающую среду.
Эти вышеперечисленные факторы снижают эффективность процесса прокаливания, производительность печи прокалки, качество прокаленного кокса, также повышаются затраты на его реализацию за счет применения специальных пылеочистных устройств вследствие значительного уноса пылевидной мелочи.
Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности прокалочных печей, улучшение качества нефтяных коксов, снижение удельных капитальных затрат, получение товарного продукта для угольной шихты коксохимических и металлургических производств, снижение техногенных выбросов в окружающую среду.
Для решения поставленной задачи предлагается способ прокалки нефтяного кокса, включающий измельчение влажного сырья до фракции 0-25 мм, сушку собственными дымовыми газами с расчетной скоростью 60-90 м/сек и температурой 350-400°C во взвешенном слое с фонтанообразной циркуляцией частиц кокса до влагосодержания 0,5-2% мас., циклонную сепарацию с расчетным коэффициентом улавливания >97% с отсевом пылевидной мелочи фракции 0-<2 мм с обработкой ее обмасливающим агентом с расходом 0,5-1% мас. на 1 тонну кокса с использованием в качестве товарного продукта и отбором фракции >2-25 мм стабилизированного горячего кокса с температурой 60-90°C для прокаливания в ПП.
Предлагаемый способ может быть реализован устройством, схематически представленным на чертеже.
Устройство содержит: подготовительное отделение дробления, грохочения и транспорта сырого кокса 2, накопительные силосы 3, узел обезвоживания и сепарации 4, смеситель 5, узел затаривания 6, печь прокалки 7, холодильник 8, накопительные силоса прокаленного кокса 9, печь дожига 10, котел-утилизатор 11, дымовая труба 12.
Способ осуществляется следующим образом. Исходное сырье 1 - сырой нефтяной кокс установок замедленного коксования фракцией 0-50 мм поступает в подготовительное отделение 2 на дробление, гро-хочение и транспортирование сырого кокса, где происходит разделение кокса на фракции 0-25 мм и >25-50 мм с дальнейшим измельчением фракции >25-50 мм до фракции 0-25 мм, которые затем конвейером направляются в накопительные силосы 3, откуда поступают в узел обезвоживания и сепарации сырья 4 на сушку собственными дымовыми газами T=350-400°C котла-утилизатора 11 и циклонную сепарацию с отсевом подсушенной коксовой мелочи, которая затем поступает с обмасливающим агентом в смеситель 5 для обмасливания и в узел затаривания 6 с дальнейшим использованием в качестве товарного продукта, а фракция >2-25 мм направляется в печь прокалки нефтяного кокса 7, после прокаливания охлаждается в холодильнике 8, затем загружается в накопительные силоса прокаленного кокса 9, а отработанный теплоноситель поступает на обезвреживание в печь дожига 10, затем в котел-утилизатор 11 и оттуда в дымовую трубу 12.
Предлагаемое техническое решение позволяет:
- стабилизировать качество подаваемого в печь прокалки кокса, снизить факторы сегрегации частиц по размерам «при бункеровках» за счет усреднения гранулометрического состава (дробление, грохочение, сушка, отсев мелочи), обеспечением однородности свойств по содержанию влаги, летучих, а также теплотехническим и динамическим характеристикам движущегося в печи кокса;
- произвести равномерную осушку сырого кокса собственными дымовыми газами до 0,5-2% влагосодержания во взвешенном слое с фонтанообразной циркуляцией частиц сырого кокса в потоке сушильного агента (дымовых газов) благодаря оптимальному времени пребывания частиц разной крупности, «автоматически» задерживая крупные частицы, что способствует их прогреву в циркулирующем пристенном вихре внутри аппарата, и быстрому выносу мелких частиц с центральным осевым потоком, что предотвращает их перегрев;
- улучшить технологический режим работы печи прокалки за счет качества стабилизированного просушенного горячего с T=60-90°C кокса, отсева пылевидной мелочи, снижения уноса и угара до 1-1,5% мас. и налипания пылевых частиц на футеровку;
- уменьшить потребление топлива на прокалочный процесс;
- снизить затраты на текущие ремонты;
- снизить техногенные выбросы в окружающую среду за счет до-жига дымовых запыленных газов после сушки и циклонной сепарации;
- производить отсев пылевидной мелочи после осушки и циклонной сепарации с ее обмасливанием и реализацией как товарного продукта (добавки для угольной шихты коксохимических и металлургических производств).