УСТАНОВКА ПРОКАЛКИ НЕФТЯНОГО КОКСА

Полезная модель относится к области нефтепереработки и может быть использована в установках прокалки нефтяных коксов.
Прокаливание является важной стадией производства нефтяных коксов для их использования в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности. Особенно эта стадия важна для коксов установок замедленного коксования, содержащих много влаги и летучих веществ.
Прокаливание улучшает качество кокса и значительно повышает его товарную стоимость.
Основными факторами, определяющими выход и качество прокаленного кокса, являются:
- качество сырого нефтяного кокса;
- технологические факторы: температура, продолжительность процесса, скорость нагрева, условия теплопередачи к коксу, вид и расход топлива, а также конструкционные особенности прокалочных агрегатов и др.
Прокаливаются нефтяные коксы в различных по конструкции прокалочных агрегатах: в горизонтальных и вертикальных печах (барабанная и подовая), ретортных и камерных печах, электрических кальцинаторах.
Мировой практикой подтверждается, что наиболее эффективными установками прокаливания нефтяного кокса являются барабанные вращающиеся печи [1, 2].
На фиг.1 представлена конструкция барабанной вращающейся печи прокалки нефтяного кокса (ППНК).
Вращающаяся печь имеет цилиндрическую рабочую камеру - барабан (1), выполненный из огнеупорного кирпича и заключенный в стальной корпус, на котором установлены бандажи и зубчатое колесо (2), соединенное с электроприводом (3). Печь снабжена горелкой (5), вентиляторами первичного воздуха (6), вентиляторами охлаждения обреза корпуса печи (7), соединена также с печью дожига (4) и холодильником (8), печь дожига также снабжена вентиляторами первичного воздуха (9).
На фиг.2 представлена схема установки барабанной прокалочной печи нефтяного кокса.
Прокалка кокса проводится в барабанной вращающейся печи L≈60 м, ⌀≈3,6 м, установленной под углом 2-4,2° к горизонту. Время пребывания кокса в печи (1-1,5 ч) определяется скоростью вращения барабана (0,6-1,2 об/мин).
Прокалочная печь работает по принципу противотока - сырой кокс I движется навстречу потоков газов II, образующихся в результате сжигания топлива, летучих продуктов и угара пылевидной коксовой мелочи.
Прокалка кокса осуществляется при Т=950-1300°С. В соответствии с процессом рассматриваемую прокалочную печь (ПП) можно разделить на следующие зоны:
- зона сушки и нагрева сырья до 600°С;
- зона нагрева и выделения летучих до 950°С;
- зона прокалки 950-1300°С.
Границы и длины зон зависят от гранулометрического состава сырья (0-50-70 мм), содержания мелочи (<8 мм - 30-60% масс.), пылевидных частиц (<20-40% масс.), влажности порядка 10-15% масс., содержания летучих порядка 12% масс. Положение зон в печи меняется в зависимости от разряжения, подачи объемов газов и воздуха, качества и количества загружаемого в печь кокса.
В технологическом процессе большинства прокалочных печей, в том числе и рассматриваемой установки, используется прямая сушка нефтяного сырья, т.е. нагрев сырого кокса влажностью ~10-15% масс. происходит в начальной секции ПП при температуре до 600°С.
В процессе сушки непосредственно в камере печи прокалки в связи с повышенной влагой в сыром коксе происходит резкое образование паровыделений, окислительных реакций, снижение температуры прокалки, за счет большого содержания пылевидной мелочи ухудшаются условия теплопередачи при прокалке кокса, происходит унос и угар пылевидных частиц, за счет образования смолистых веществ (при высоком содержании летучих в коксе) на стенках печи происходят отложения в виде коксовых колец - перечисленные выше факторы усложняют ведение технологического процесса прокалки, повышая потери кокса, снижая производительность и качество прокаленного кокса.
Известна установка предварительной осушки нефтяного коксового сырья с непрямым обогревом перед прокалкой кокса в камерных печах непрерывного действия, работающая по принципу продувки горячим теплоносителем влажного материала, перемещаемого шнеком (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 г.)
Установка включает шнековую сушилку, инерционный осадитель, циклон-осадитель, батарейный циклон, пылесборные бункера, шнековый смеситель, дозаторы, ступени газоочистки.
Опытной сушке подвергали мелочь нефтяных коксов установок замедленного коксования (0-25 мм).
Проведенными промышленными испытаниями с предварительной сушкой кокса в шнековой конструкции были получены заданные параметры влагосодержания кокса 2-3% масс., расчетной производительности порядка 25 т/час, безопасные условия эксплуатации оборудования и аппаратуры установки.
Авторами отмечается простота конструкции, легкость управления аппаратами.
Промышленные испытания носили экспериментальный характер, одним из серьезных недостатков были значительные потери за счет уноса пыли, в связи с чем использовалось дополнительное оборудование по пылеосаждению и очистке, в результате чего - увеличение капитальных затрат на установку, но даже при таких условиях был получен экономический эффект за счет использования предварительной сушки горячим теплоносителем в шнековой сушилке перед прокалкой кокса.
Из угольной коксохимии известны установки для осушки угольной шихты дымовыми газами коксовых батарей (ДГКБ).
Осуществляют сушку угольной шихты ДГКБ в отделителях с кипящим слоем, используют также барабанные вращающиеся сушилки, трубы-сушилки, эксплуатируемые на обогатительных фабриках.
Однако эффективность данных установок сушки угольной шихты дымовыми газами зависит от ряда факторов:
- определяется тепловым ресурсом газов;
- исходной влажностью угольной шихты;
- требуемой производительностью;
- включением таких установок в процесс производства на конкретных коксохимических предприятиях (свободных от застройки мест и близости расположения сушилки к технологическим трактам) осложняется значительными затратами и представляется более перспективным при новом строительстве (см. А.Я.Еремин, В.Г.Мещихин и др. «Перспективы использования дымовых газов коксовых батарей для осушки угольной шихты перед коксованием», ж-л «Коксохимия», М., №3, с.23-33, 2011).
Наиболее близким техническим решением является установка прокалки нефтяного кокса (аналог), разработанная фирмой Крупп-Копперс GmbH, Германия (техническая информация «Получение прокалочного нефтяного кокса из сырого коксового сырья» Altendorfer Str. 120, D-4300 Essen 1, 1994), которая дополнена предварительной сушкой сырого кокса с непрямым обогревом, использующей дымовые газы котла-утилизатора, благодаря чему стабилизируется технологический режим прокалки, повышается выход и качество прокаленного кокса.
Конструктивно предварительная сушилка представляет собой цилиндрический барабан, выполненный из огнеупорного металлического корпуса размерами L≈15 м, ⌀≈3 м, на котором установлены бандажи и зубчатое колесо, снабженные электроприводом для вращения конструкции, загрузочным и разгрузочным люками-течками соответственно для ввода сырого и вывода прокаленного коксов, а также устройством вывода отработанных дымовых запыленных газов в электростатический осадитель пыли.
Схема установки прокалки, включающая устройство предварительной сушки сырого кокса представлена на фиг.3 - типовом генеральном плане.
Основные аппараты установки: 1 - сушилка сырого кокса, 2 - вращающаяся печь прокалки, 3 - вращающийся холодильник, 4 - замкнутая система охлаждающей воды, 5 - камера сгорания, 6 - котел-утилизатор, 7 - электростатический отстойник, 8 - дымовая труба, 11 - система транспортировки сырого кокса.
По мнению специалистов Крупп-Копперс благодаря использованию предварительной сушки сырого нефтяного кокса:
- нагрев сырого кокса - снижение содержания влаги в нем происходит постепенно во избежание его растрескивания и измельчения. Одновременно это снижает пористость кокса и повышает его истинную плотность. Благодаря этим особенностям можно прокаливать и получать кокс высокого качества;
- использование собственного топливного (дымового) газа с низкой теплотворной способностью обеспечивает нагрев влажного кокса в предварительной сушилке, что позволяет снизить энергозатраты;
- благодаря загрузке предварительно нагретого и подсушенного кокса во вращающуюся печь прокалки снижается опасность его налипания на футеровку.
Однако, несмотря на ряд перечисленных выше преимуществ использования предварительной сушки нефтяного кокса собственными дымовыми газами в барабанной вращающейся сушилке, имеются и определенные недостатки:
- неравномерное остаточное влагосодержание в подсушенном коксе в виду большого количества пылевидной мелочи;
- потери за счет уноса пылевидных частиц с отработанными дымовыми газами;
- увеличение капитальных затрат на пылеочистное оборудование. Целью полезной модели является создания установки прокалки нефтяного кокса, позволяющей исключить вышеперечисленные недостатки, повысить производительность прокалочных печей, улучшить качество прокаленных нефтяных коксов, снизить удельные капитальные затраты на оборудование, получить товарный продукт для коксохимических и металлургических производств, обеспечить снижение техногенных выбросов в окружающую среду.
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.
- улучшить технологический режим работы печи прокалки за счет качества стабилизированного просушенного горячего с Т=60-90°C кокса, отсева пылевидной мелочи, снижения уноса и угара до 1-1,5% масс. и налипания пылевых частиц на футеровку;
- снизить время прокалки кокса в прокалочной печи;
- улучшить качество кокса;
- уменьшить потребление топлива на прокалочный процесс;
- снизить затраты на текущие ремонты и оборудование;
- увеличить производительность печи прокалки;
- снизить техногенные выбросы в окружающую среду за счет дожига дымовых запыленных газов после сушки и циклонной сепарации;
- производить отсев пылевидной мелочи после сушки и циклонной сепарации с ее обмасливанием и реализацией как товарного продукта.
Поставленная задача достигается следующим образом. В качестве установки предварительной сушки непрямого обогрева предлагается аэрофонтанная сушилка. Сушка осуществляется дымовыми газами с Т=350-400°C котла-утилизатора установки прокалки.
Конструктивно сушилка представляет собой вертикальную цилиндроконическую камеру, состоящую из нескольких частей:
- верхней конической, сужающейся горловиной для выхода сушильного агента и кокса;
- верхней цилиндрической, в которой происходит фонтанирование и сушка частиц кокса;
- средней конической, расширяющейся снизу-вверх разгонным соплом, расчетная скорость газов в котором составляет 65-90 м/сек, чтобы исключить провал сырого кокса в бункер;
- нижней цилиндрической части, состоящей из входного патрубка для ввода сушильного агента и бункера - провала для приема крупного кокса, случайных предметов, возможном провале при прекращении дутья.
Конфигурация камеры сушилки обеспечивает фонтанообразную циркуляцию частиц сырого кокса в потоке сушильного агента. В результате испарения влаги более мелкие частицы кокса становятся достаточно легкими и выносятся сушильным агентом через расположенное вверху отверстие. В связи с разным гранулометрическим составом кокса, разных по размеру и весу частиц, скорости их витания, время пребывания в сушилке будет различное. Процесс сушки будет продолжаться до достижения требуемых параметров всех частиц.
Аэрофонтанный аппарат обладает более широкими возможностями по созданию оптимального времени пребывания частиц разной крупности в аппарате, «автоматически» задерживая крупные частицы, что способствует их прогреву в циркулирующем пристенном вихре внутри аппарата и способствуя быстрому выносу мелких частиц с центральным осевым потоком, что предотвращает их перегрев (с учетом необходимых условий - обеспечения оптимальной скорости восходящего потока; устойчивой, равномерной загрузке аппарата по твердой фазе).
Из аэрофонтанной сушилки пылевидные частицы вместе с сушильным агентом поступают на циклонную сепарацию.
Классификация коксового просушенного сырья обеспечивается двухступенчатой системой последовательно расположенных циклонов, улавливающих пылевидные фракции кокса из сушильного агента (дымовых газов).
Сепарация частиц кокса в циклонах осуществляется на основе использования центробежной силы. Конструктивно циклоны представляют удлиненную цилиндрическую конструкцию корпуса и выполняются на базе циклонов ЦН-24 и ЦН-11 и обеспечивают улавливание пылевидных частиц с Ку>97%.
На фиг.4 представлено аппаратурное оформление установки прокалки нефтяного кокса: 1 - ленточный конвейер, 2 - грохот, 3 - бункер-накопитель, 4 - питатель, 5 - весы-дозатор, 6 - шнек сырого кокса, 7 - аэрофонтанная сушилка, 8 - регулирующие клапана, 9 - циклон I ст., 10 - бункер крупного кокса, 11 - печь прокалки, 12 - печь дожига, 13 - циклон II ст., 14 - мигалки, 15 - бункер мелочи кокса, 16 - узел обмасливания, 17 - узел затаривания, 18 - дымосос, 19 - холодильник, 20 - котел утилизатор, I - дымовые газы котла-утилизатора.
Сырой кокс с ленточного конвейера 1 поступает на грохот 2 с разделением на вибросите на два потока фракции 0-25 мм и >25 мм. Поток сырого кокса 0-25 мм направляется в бункер-накопитель 3, затем питателем 4 на весы-дозатор 5 и далее шнеком 6 в аэрофонтанную сушилку 7, в которую также подается сушильный агент (дымовые газы) с Т=350-40СРС из котла-утилизатора 20. Поток сырого кокса фракцией>25 мм направляется на дробление до фракции 0-25 мм и возвращается в цикл.
В конусной части сушилки частицы сырого кокса разгоняются потоком дымовых газов до скорости V=60-90 м/сек, образуя взвешенный (аэрофонтанный) слой, подогреваются и высушиваются до влажности 0,5-2% масс. Газовзвесь, состоящая из частиц просушенного кокса, испаренной влаги и отработанного сушильного агента направляется в систему циклонов, состоящую из 2-х последовательно соединенных циклонов, циклона I ступени 9 и циклона II ступени 13. В циклоне 9 улавливаются крупные частицы подсушенного кокса >3-25 мм, затем направляются в бункер крупного кокса 10 и далее в печь прокалки 11. В циклоне 13 улавливаются пылевидные частицы <3 мм., далее направляются в узел обмасливания 16 и узел затаривания 17. На линии утилизации отходящих газов между циклоном 13 и печью дожига 12 и котлом-утилизатором 20 последовательно установлены дымосос 18 и регулирующие клапана 8. Отходящие газы после циклонов 9, 13 либо направляются в печь дожига 12, либо в котел-утилизатор 20. Пылеспускные патрубки циклонов 9, 13 снабжены отсекающими устройствами (мигалками 14), препятствующими проникновению дымовых газов и уловленной пыли в бункер крупного кокса 10 и бункер мелочи кокса 15.
Информационные источники:
1. B.C.Загайнов, P.P.Суюнов и др. «Особенности прокаливания нефтяного и пекового кокса в печах разной конструкцию. Конф. «Нефтекокс-2011», М.
2. М.М.Ахметов «Внедрение процесса прокаливания нефтяных коксов на нефтеперерабатывающих заводах», ж-л «Мир нефтепродуктов», M, №3, 2011.