МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ КОКСА НЕФТЯНОГО ИГОЛЬЧАТОГО
METHOD FOR PRODUCING OIL NEEDLE COKE

Изобретение относится к области переработки углеводородов, в частности к получению кокса нефтяного игольчатого для электродной промышленности.
Игольчатый кокс - дорогостоящий высокоструктурированный углеродный продукт, используемый для изготовления графитированных электродов высшей марки. Он характеризуется высокой плотностью, электропроводностью, ярко выраженной текстурированностью и низким температурным коэффициентом расширения.
Известен способ получения нефтяного игольчатого кокса (патент РФ №2618820, МПК С10В 55/00, опубликовано 11.05.2017 г. ), включающий смешивание в промежуточной емкости тяжелого газойля каталитического крекинга с рециркулятом с образованием вторичного сырья, нагрев вторичного сырья, подачу его в камеру коксования при температуре коксования и коксование с получением кокса и дистиллята коксования, который подают в нижнюю часть ректификационной колонны на фракционирование. При этом предварительно с тяжелым газойлем каталитического крекинга смешивают экстракт фурфурольной очистки масляного производства в количестве 20-30% от смеси, в качестве рециркулята используют легкий или тяжелый газойль коксования, при этом коэффициент рециркуляции составляет 1,5-2,0. После прекращения подачи вторичного сырья в камеру коксования подают теплоноситель в количестве 10-20 т/час при температуре 500-530°С в течение 6-8 часов, в качестве которого могут быть использованы легкий или тяжелый газойль коксования.
Недостатком данного способа является необходимость наличия предприятия масляного производства методом переработки нефтяных остатков. При этом в настоящее время данное направление переработки практически исключается, отрасль переходит на производство синтетических масел. Кроме того в качестве недостатка можно выделить возможное наличие серосодержащих соединений в экстракте селективной очитки масляного производства, которые могут привести к риску не достижения заявленного результата.
Известен также способ замедленного коксования (патент РФ №2314333, МПК С10В 55/00, опубликовано 10.01.2008 г. ), включающий предварительный нагрев исходного сырья, смешение его с газойлем коксования, подачу смеси в промежуточную емкость, соединенную по парам с ректификационной колонной, нагрев сырьевой смеси из промежуточной емкости в коксовой печи до температуры коксования и коксование в коксовой камере с получением кокса и дистиллята коксования, который подают в нижнюю часть ректификационной колонны, где его разделяют на газ, бензин, легкий, тяжелый и кубовый газойли коксования. Исходное сырье можно смешивать с легким или тяжелым газойлем коксования, взятым в количестве 10-100% на загрузку сырья, а в качестве исходного сырья использовать дистиллятный крекинг-остаток, гудрон малосернистой нефти или тяжелый газойль каталитического крекинга.
Способ позволяет получать одновременно на одной установке малосернистый анодный кокс, игольчатый кокс и сернистый кокс.
Недостатком способа является повышенный выход газообразных продуктов в связи с использованием легкого сырья без предварительной подготовки (дистиллятный крекинг-остаток или тяжелый газойль каталитического крекинга). В случае использования в качестве сырья наиболее массового нефтепродукта в этой отрасли - гудрона нефтяного, недостатком данного способа является невысокий выход игольчатого кокса и повышенные эксплуатационные затраты на его производство.
Наиболее близким к изобретению является способ получения игольчатого кокса замедленным коксованием (патент РФ №2660008, МПК С10В 55/00, опубликовано 04.07.2018 г.), включающий смешивание в промежуточной емкости в качестве исходного сырья тяжелого газойля каталитического крекинга с рециркулятом с образованием вторичного сырья, нагрев вторичного сырья до температуры коксования и заполнение им камеры коксования с получением игольчатого кокса, причем в процессе коксования равномерно увеличивают коэффициент рециркуляции от 1,3-1,6 в начале подачи вторичного сырья в камеру коксования до 1,7-2,2 до заполнения камеры коксования сырьем.
Недостатком данного способа является также повышенный выход газообразных продуктов коксования, в связи с использованием относительно легкого сырья коксования без предварительной обработки.
Задачей изобретения является увеличение удельного выхода игольчатого кокса, повышение скорости коксообразования в коксовых камерах и улучшение качества получаемого игольчатого кокса.
Техническим результатом изобретения является повышение выхода целевого продукта - игольчатого кокса с высокими эксплуатационными свойствами.
Задача решается и технический результат достигается способом получения нефтяного игольчатого кокса, включающим смешивание исходного сырья с газойлем коксования с образованием вторичного сырья, нагрев вторичного сырья, подачу его в камеру коксования при температуре коксования и коксование с получением кокса и дистиллята коксования, который подают в нижнюю часть ректификационной колонны на фракционирование.
В отличие от прототипа исходное сырье получают смешением тяжелой смолы пиролиза (далее ТСП) и тяжелого газойля каталитического крекинга (далее ТГКК) с содержанием в смеси тяжелого газойля от 10 до 85% масс. Предварительно, смесь ТСП и ТГКК нагревают до 260-340°С при давлении от 0,2 до 0,4 МПа и разделяют на легкую и тяжелую части, при этом отдельно тяжелую, отдельно легкую (в смеси с бензином коксования до 50% на легкую часть) части подвергают термической обработке при различных условиях. Термообработку тяжелой части проводят при температуре 400-500°С и
давлении от 0,5 до 1,5 МПа, а термообработку легкой части проводят при температуре 500-570°С и давлении от 0,9 до 2,5 МПа. При этом время пребывания в зоне термического воздействия для легкой части составляет от 20 до 40 минут, для тяжелой - от 10 до 30 минут. Полученные продукты термообработки совместно направляют в испаритель, где в виде тяжелого остатка формируется термически обработанное подготовленное сырье (далее ТОПС). ТОПС направляется в колонну формирования вторичного сырья, где, в смеси с продуктами коксования, подвергается ректификации и на выходе из колонны смешивается с газойлем коксования (содержание газойля коксования в вторичном сырья может быть установлено в пределах от 10 до 60% масс.) Далее вторичное направляют в печь коксования и камеру коксования, в которой обеспечивают процесс коксования посредством трех реакторов, работающих по параллельной схеме с поочередной загрузкой сырья, коксованием и выгрузкой игольчатого кокса. В печи коксование вторичное сырье нагревается до температуры от 500 до 535°С, рабочее давление составляет от 2,8 до 4,8 МПа. Продукты коксования направляются в основную ректификационную колонну где разделяются на компонент вторичного сырья, газойль коксования, бензин коксования и газы коксования. Полученные в ректификационной колонне пары бензиновой фракции и газообразные продукты термообработки исходного сырья конденсируют и собирают в сборной емкости, откуда часть бензиновой фракции подают на орошение верхней тарелки ректификационной колонны и на рецикл (смешение с легким сырьем), другую часть (балансовый избыток) отводят с установки, а газы из сборной емкости отправляют на блок аминовой очистки стандартного исполнения.
Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой установки для получения нефтяного игольчатого кокса, которая содержит перечень основного оборудования соединенного системой трубопроводов: рекуперативный теплообменник 1, печь сырьевая 2, испаритель 3, камеру термообработки 4, сепаратор продуктов термической обработки 5, ректификационную колонну 6, фракционирующую колонну 8 с ребойлером 7, печь коксования 9, реактора коксования 10/1,2,3, воздушный холодильник 11, водяной холодильник 12, сепаратор трехфазный 13, устройство потокового смешения 14, сепаратор горизонтальный 15, рекуперативный теплообменник 16, водяной холодильник 17, камера термообработки 18, воздушный холодильник 19, водяной холодильник 20. Способ осуществляют следующим образом.
Сырье на переработку (поток 31), получаемое смешением ТСП и ТГКК при содержании ТГКК в сырье от 10 до 85%, подогревается в рекуперативном теплообменнике 1 до температуры 180-250°С и по трубопроводу (поток 32) подается в конвекционную секцию печи 2, где нагревается до температуры 260-340°С и подается (поток 33) в испаритель 3. Тяжелая часть, состоящая преимущественно из углеводородов с началом кипения более 250°С направляется в радиантную секцию печи 2 (поток 34) перед входом в которую смешивается с водяным паром (поток 30) подающимся в качестве турбулизирующего агента в поток сырья. В радиантной секции тяжелая часть сырья разогревается до температуры от 400 до 500°С и далее направляется в камеру термообработки 4 для прохождения реакций ароматизации. Время пребывания в камере 4 от 10 до 30 минут. Далее, продукты термической обработки (поток 35) направляются в испаритель 5, в данном аппарате происходит разделение газообразных продуктов термообработки и жидкой части. В аппарате 5 предусмотрена подача газойля коксования (поток 58) в качестве орошения слоя насадки. Газообразные подукты разделения (поток 37) направляются в дополнительную фракционирующую колонну 8 в качестве испаряющего агента, а жидкая часть сепаратора 5 (поток 36) подается в основную ректификационную колонну на фракционирование.
Основана ректификационная колонна 6 предназначена для фракционирования ТОПС и продуктов коксования с получением вторичного сырья коксования (поток 42). Газообразные продукты колонны 6 (поток 46) поступают последовательно в воздушный 11 и водяной 12 холодильники, и далее в трехфазном сепараторе 13 разделяются на газ (поток 47) углеводородная часть (поток 48) и кислый сток (поток 50). Часть бензиновой фракции с сепаратора 13 отводится (поток 49) в колонну 6 в качестве орошения, другая часть, в качестве рецикла (поток 51) подается в потоковый смеситель 14, где смешивается с легким сырьем полученным в испарителе 3 (поток 55) и охлажденным в рекуперативном теплообменнике 16 и водяном холодильнике 17. Содержание бензина в продукте смесителя 14 может находиться в пределах от 0 до 50%. После смешения в аппарате 14 легкое сырье в смеси с бензином коксования направляется в аппарат 15, где при температуре не выше 40°С стабилизируется и отделяется от легких газов (поток 56). Стабильная часть легкого сырья в смеси с бензином коксования подогревается в рекуперативный теплообменник, где нагревается до 130-180°С и далее (поток 53) направляется в радиантную секцию печи 2, перед входом в которую смешивается с водяным паром (поток 30) подающимся в качестве турбулизирующего агента в поток сырья. В радиантной секции печи 2 легкое сырье нагревается до температуры 500-570°С и, как и в случае с тяжелым сырьем, направляется в камеру термообработки 18 для прохождения реакций ароматизации. Время пребывания в камере 18 от 20 до 40 минут. Далее, продукты термической обработки (поток 54) направляются в испаритель 5.
Для формирования вторичного сырья (поток 42) используется кубовый продукт колонны 6, а также газойль коксования получаемый в колонне 8 (поток 40). Газойль коксования отводится с бокового погона колонны 6 и стабилизируется от легких компонентов в колонне 8 методом отпарки. Отводимый с низа колонны 8 газойль коксования имеет температуру начала кипения более 200°С. Часть полученного газойля коксования направляется на орошение насадки сепаратора 5, часть на смешение с кубовым продуктом колонны 6 и формирование вторичного сырья (содержание газолйя коксования в вторичном сырье находится в пределах от 10 до 60% масс.), а балансовый избыток отводиться с установки отдав свое тепло сырье в
рекуперативном теплообменнике 1, а также охладившись последовательно в воздушном холодильнике 19 и водяном холодильнике 20 (поток 57).
Вторичное сырье (поток 42) с температурой не более 350°С направляется в печь коксования 9. В печи коксование вторичное сырье нагревается до температуры от 500 до 535°С, рабочее давление составляет от 2,8 до 4,8 МПа. Далее (поток 43) горячее вторичное сырье поступает на блок реакторов коксования, в котором обеспечивается получение игольчатого кокса посредством трех реакторов, работающих по параллельной схеме с поочередной загрузкой сырья, коксованием и выгрузкой кокса.
Преимущества предложенного способа получения игольчатого кокса обусловлены следующими факторами.
Основным фактором, обеспечивающим достижение заявленного результата является то, что при подготовке первичного сырья проводится термообработка отдельно легкой, отдельно тяжелой его части с целью повышения ароматичности сырья. При этом раздельная термообработка легкой и тяжелой части сырья проводиться в связи с различными оптимальными режимами ароматизации для легкой и тяжелой частей. Также важным фактором, позволяющим достичь высоких показателей по выходу кокса и его качеству является частичная циркуляция бензиновой части и ее ароматизация при высоком давлении и температуре совместно с легким сырьем. Кроме того предлагаемая схема позволяет использовать основную ректификационную колонну меньшего диаметра благодаря предварительной дегазации (стабилизации) сырья направляющегося в колонну.
С целью получения качественного игольчатого кокса и возможностью регулирования его свойств в технологической схеме организован рецикл газойлевой фракции.
В качестве испаряющего агента в дополнительную фракционирующую колонну вырабатывающую в виде кубового продукта газойль коксования, подается газы стабилизации сырья основной ректификационной колонны.
Изобретение обеспечивает повышенный выход продукта на сырье:
- при содержании ТГКК в смеси (ТГКК+ТСП) 10% - более 22,5% масс.,
- при содержании ТГКК в смеси (ТГКК+ТСП) 85% - более 25,2% масс.
При этом получаемый продукт обладает следующими свойствами:
Представленные данные позволяют судить о том, что получаемый игольчатый кокс обладает хорошими удельными показателями качества, такими как действительная плотность, коэффициент термического расширения, что обеспечивается высокой степенью изотропности получаемого продукта, а также характеризуется низкими показателями содержания массовой доля серы, общей влаги и зольности, при этом выход данного игольчатого кокса превышает выход которого позволяют добиться в настоящее время применяемые и предлагаемые технологии.
Таким образом предложенное изобретение позволяет повысить выход целевого продукта - игольчатого кокса с высокими эксплуатационными свойствами, а также получать дополнительные продукты в виде нестабильных дистиллятов коксования.