Жылу крекингі қондырғысының сызбасы

Қызметі – жылу крекингі режиміндегі жұмыс кезінде – мұнайды айыру қалдықтарын жылумен ыдырату арқылы таза мұнай өнімдерінің қосымша мөлшерін алу, висбрекинг режиміндегі жұмыс кезінде – қазандық отынының сапасын жақсарту (тұтқырлығын төмендету). Технологиялық сызба. Жылу крекингі қондырғысының сызбасы процестің қызметіне және пайдаланылатын шикізатқа байланысты болады. Ауыр, қалдық шикізат үшін шығарылатын реакциялық камерасы бар екі сатылы крекинг қондырғысын қолданады. Шикізат Т-1 жылу алмастырғышта қыздырылады және екі ағынға бөлінеді. Ағындардың бірі К-3 ректификациялау бағанының төменгі бөлігіне, ал екіншісі – К-4 төмен қысымды булағыштың жоғарғы бөлігіне беріледі. К-4 ке түсетін ағын ауыр газойль фракцияларымен қанықтырылады да К-3 ке жіберіледі. К-3 төменінен қалдық П-1 ауыр шикізат пешіне түседі. К-3 бағаны «бітеу» тарелкамен екі бөлікке бөлінген. Осы тәрелкеге жиналған сұйықтық П-2 жеңіл шикізат пешіне терең крекингіге беріледі. Крекинг өнімдері П-1 мен П-2 ден біріктіріледі де К-1 шығарылатын реакция камерасына, ал содан кейін К-2 жоғары қысымды булағышына жүреді. К-2 де бу-сұйықтық қоспасынан өздігінен ағумен К-4 төмен қысымды булағышына түсетін крекинг-қалдық бөлінеді. К-4 те крекинг-қалдықтан крекинг-қалдықтан К-4 жоғарынан шығатын керосин-газйоль фракциясының булары бөлінеді. К-2 жоғарғы бөлігінен булар ағыны К-3 ректификациялау бағанына айыруға түседі. К-3 жоғарынан бензин мен газ булары шығады, «бітеу» тәрелкеден – шикізат П-2 жеңіл шикізат пешіне, төменінен – шикізат П-1 ауыр шикізат пешіне шығады. К-2 жоғарғы өнімі ХК-1 конденсатор-тоңазытқышта салқындатылады және Е-1 газ айырғышында тұрақсыз бензин мен газға бөлінеді. Газ газ ажырату қондырғысына (ГАҚ), ал бензин Т-3 жылу алмастырғыш арқылы К-5 тұрақтандырғышына түседі. К-5 те бензиннен жеңіл көмір сутектер алынады да ГАҚ-қа жіберіледі.

№3 Лекция. Ауыр мұнай шикізатын кокстау.

Ауыр мұнай қалдықтарының жылу крекингінің тереңдігі кокстың түзілуімен шектелген. Өте ауыр шикізатты өңдеу кезінде висбрекинг қондырғыларында соңғы өнім газ, бензин мен крекинг-қалдық қана болып табылады, онда стандартты тұтқырлықтағы, яғни крекинг тереңдігі жоғары емес қазандық отынын алу үшін барлық газойль фракцияларын қалдыруға тура келеді. Егер ауыр шикізаттың жылу крекингін бастапқы шикізат көміртегінің біраз бөлігі шоғырланатын кокстың жоғары шығуымен бірге жүргізсе таза өнімнің шығуы едәуір артады, ал ыдырау өнімдерінің (газойль фракциялары, бензин, газ) шығуы ұлғаяды. Егер гудрон мұнайдың 30%-ын құраса, тазалардың мұнайға сәйкес қосымша шығуы 15,4%-ға тең. Осылайша, кокстау мұнай өңдеуді тереңдету жолдарының бірі болып табылады. Мұнай коксын алу үшін кокстау процесі одан да кең таралған. Бұл жағдайда аз күкіртті шикізатты кокстау артығырақ, өйткені кокстағы күкірттің мөлшері нормаланған. Көмірдің негізінде алынатын коксқа қарағанда неғұрлым арзан әрі жоғары сапалы материал ретінде мұнай коксына деген қажеттілік өте жоғары және үздіксіз өсуде. Коксты негізгі тұтынушы – алюминий өнеркәсібі; алюминий кенінен алюминийді балқытқан кезде қалпына келтіргіш (анод массасы) қызметін атқарады. Алюминий өндірісіндегі кокстың үлес шығыны айтарлықтай және 1 тоннаға 550-600 кг құрайды. Коксты қолданатын басқа салалардың ішінен оны болат балқытатын пештер үшін, карбидтер (кальций, кремний) және күкірт сутек алу үшін графиттелген электродтар дайындау үшін шикізат ретінде пайдалануды атауға болады. Кокстың арнайы сұрыбын жемірлі орта жағдайында жұмыс жасайтын химиялық аппарат дайындау үшін құрастыру материалы ретінде қолданады. Кокстаудың өнеркәсіптік процесін үш типтегі қондырғыларда жүзеге асырады: 1) кезеңдік, кокс кубтарында; 2) жартылай үздіксіз, жылытылмайтын кокс камераларында; 3) үздіксіз, кокстың сұйытылған қабатында- жылу тасымалдағышта.

Кубтардағы кезеңдік кокстау: Барлық кезеңдік процестер сияқты кубтарда кокстау аз өнімді, демек, тиімсіз. Алайда бұл процесті әлі де қолданады, әдетте шикізат ресурстары салыстырмалы жоғары емес, мысалы олефинді газды емес, хош иістендірілген шайыр алуға бағытталған пиролиз шайырын кокстау кезінде. Кокс кубы диаметрі 2-4,5 м және ұзындығы 10-13 м цилиндрлі горизонталь аппарат болып келеді. Шикізатты кубке салады және отынды кубтың астындағы оттықта орналасқан бүріккіш арқылы бере отырып, бірте-бірте қыздырады. Шамамен 300ºС кезінде шлем желісі арқылы шығатын және конденсациялау мен салқындату жүйесіне түсетін бу бөліне бастайды. Кубтың қызуына қарай погондардың бөліну қарқындылығы газ фазасында 360-400ºС кезінде ең жоғарғыға жете отырып, күшейеді. Әдетте булардың ең жоғарғы температурасы 450ºС, содан кейін ол погондар бөлінуінің тоқтауы салдарынан төмендейді. Процесті аяқтау үшін кубтың түбінде пайда болған кокс «пирогын» 2-3 сағат бойына айдайды. Айдауды аяқтағаннан кейін оттықтағы температураны бірте-бірте төмендетеді, бүріккішті сөндіреді және алдымен кубтан газ тәрізді көмір сутектер мен буларды шығаратын су буын, ал содан кейін куб ≈ 300ºС дейін салқындағаннан кейін ауа бере отырып, кубты салқындатады. Салқындатылған кубтан тиеу тесігі (люк) арқылы коксты түсіреді. Коксты түсіру мүлдем механикаландырылмаған және 2-ден 4 сағатқа дейін жалғасады. Кезеңдік кокстау үшін ыдырау өнімдерінің реакция аймағынан үздіксіз шығарылатыны тән, ал кубтағы қалдық ауырлай бастайды және бірте-бірте коксқа айналады. Алынған кокстың артықшылығы ұшқыр заттардың төмен мөлшері болып табылады, сондықтан қосымша тесу құрылғысы қажет етілмейді. Қазіргі уақытта бұл процесті негізінен арнайы түрдегі кокстарды- электродтық және конструкциялық алу кезінде қолданады. Екі жағдайда керосин немесе газойль фракцияларының пиролизімен алынатын жоғары хош иістендірілген ауыр шайырды кокстайды. Бұл шайырдың құрамына негізінен полициклды хош иісті көмір сутектер, шайырлармен асфальтендер кіреді, онда карбоидтердің аздаған мөлшері де бар. Пиролизден пайда болатын кокске қажеттіліктің ұлғаюына байланысты пиролиздік шайырларды да жартылай үздіксіз (баяулатылған) кокстаудың жетілдірілген қондырғыларында өңдей бастады. Кезеңдік кокстау басқа тәсілдермен салыстырғанда кокстың мейілінше жоғары шығуын береді. Демек, кокстың көптеп шығуына бұл ретте неғұрлым жеңіл фракциялық құрамы бар дистилляттың аз шығуы сәйкес келеді. Кезеңдік кокстаудың айтып өткен ерекшеліктері процестің салыстырмалы төмен температуралар кезінде жүретінімен түсіндіріледі, бұл реакция аймағынан ыдырау өнімдерін алып тастауды баяулатады және тығыздану реакцияларына қолайлы болады.

Жылытылмайтын кокс камераларында жартылай үздіксіз кокстеу: кокстеудің бұл өндірістік процесі мейілінше кең таралды. Кокс кесек түрінде алынады және оны көлемі бойына сұрыптау қолданыстағы құрылымдағы пештерде кейін қыздыру үшін жарамды фракцияны оңай таңдауға мүмкіндік береді. Қондырғының сызбасы өте қарапайым; онда сұйық өнімдердің ауыр бөліктерін қайта айналдыру қарастырылған. Кокстың шығуы үздіксіз процеске қарағанда жоғары. Коксты түсіру толықтай механикаландырылған. Қондырғының қуаты шикізат бойынша жылына 1,5 млн. тоннаға жетеді және қазіргі МӨЗ масштабтарына сәйкес келеді. Қондырғының төрт кокс камералары және екі құбырлы қыздыру пештері бар. Бастапқы шикізат сорғылар арқылы екі параллель ағындармен пештердің қалың және төбелік экрандарының тұрбаларына беріледі, ол жерде 350-380°С-қа дейін қыздырылады және ректификациялау бағанының төменгі бөлігіне жіберіледі. Бұл секцияда шикізат екі параллель жұмыс жасайтын камералардан шығатын кокстаудың бу тәрізді өнімдерінің ағынымен кездеседі. Осы араласудың нәтижесінде булардың неғұрлым ауыр бөлігі конденсацияланады және шикізатпен араласады; бағанның төменгі бөлігінде осылайша рециркуляты бар шикізаттың әдетте екінші реттік шикізат деп аталатын қоспасы пайда болады. Егер шикізат бірқатар жеңіл фракциялардан тұрса олар камералардан шығатын булармен араласу нәтижесінде буланады және ректификациялау бағанының жоғарғы бөлігіне кетеді. Екінші реттік шикізатты бағанның төменінен сорғылармен пештерге – конвекциялау тұрбасының жоғарғы бөлігіне және оң жақтағы қалың және төбелік экрандарға қайтарады. Тұрбаның бұл бөлігі «реакциялық» жылан түтікке жатады, екінші реттік шикізат ол жерде 490-510°С-қа дейін қыздырылады. Бұл секция тұрбаларының кокстануын болдырмау үшін төбелік экранның тұрбаларына реакциялық жылан түтік арқылы ағынның өту жылдамдығын арттыратын қыздырылған су буы – турбулизатор беріледі. Бу-сұйықтық қоспасы төрт қозғалғыш кран арқылы екі жұмыс жасайтын камераға енгізіледі, қалған екі камераны бұл кезеңде циклдың жұмыс бөлігіне дайындайды. Камераның төменіне енген ыстық шикізат оны бірте-бірте толтырады; өйткені камераның көлемі үлкен, онда шикізаттың болуы уақыты да айтарлықтай, әрі ол жерде шикізаттың крекингі жүреді. Ыдырау өнімдерінің булары камерадан бағанға үздіксіз ағады, ал ауырлатылған қалдық камерада қалады. Баяулатын кокстау қондырғыларын пайдалану практикасы процестің сатылы өтетінін көрсетті. Бастапқыда жылу камераларды қыздыруға және пайда болатын конденсатты буландыруға жұмсалады, бұл ыдырауды кідіртеді. Бұл кезеңде буланудың өзгеруі салдарынан крекинг үстінде фракциялық құрамы бойынша мейілінше ауыр дистилляттар пайда болады. Бірінші кезеңнің ұзақтығы қаншалықты аз болса, шикізат соншалықты ауыр әрі шайырлы және пеште оны қыздыру уақыты соншалықты жоғары болады. Мысалы, полугудрон үшін бірінші кезең 475° кезінде 8-9 сағатқа, ал 500-510° кезінде бар болғаны 5,4 сағатқа созылады; асфальтендерге бай крекинг-қалдықтар үшін ол сәйкесінше 5 және 2 сағатты құрайды. Дәл осы кезеңде шикізатты бағанға «жіберулер» байқалады, өйткені камерадағы деңгей артады, ал газдармен пайда болатын асфальтендердің бірте-бірте шоғырлануы жүреді. Кокс түзетін заттардың бірте-бірте жинақталуы нәтижесінде сұйық қалдықта ол коксқа айналады. Кокстаудың екінші сатысы кокс қабатының бірқалыпты ұлғаюымен және тұрақты, біраз уақыт ішінде ыдырау өнімдерінің шығуымен және сапасымен қатар жүреді. Камераның кокспен толтырылуына қарай бос реакциялық көлем төмендейді және сонымен бір мезгілде кокстаудың орташа температурасы артады, бұл ретте дистилляттардың сапасы қайтадан өзгеруі мүмкін, ал кокс қабаты неғұрлым тығыз және ұшпа заттардың мөлшері аз болады. Бұдан пеште шикізатты қыздыру температурасы қаншалықты жоғары болса, қалдықты камерадан бағанға «жіберу» қауіптілігі соншалықты аз және онда ұшпа заттардың төмендеуі салдарынан алынатын кокстың сапасы соншалықты жақсы болатыны шығады. Кокстеуге тән жартылай конденсациялау процестері жылу бөлумен бірге жүреді, алайда кокстеу ыдырау реакцияларымен де қатар жүретіндіктен жалпы жылу әсері қайшы; жиынтығында камерадан шығатын булардың температурасы шикізатты камераға енгізу температурасына қарағанда 30-50°С төмен болады. Булар камерадан бағанға өтеді; бағанда айыру секциясы болмайды, төменгі бөлік араластыру және үстіңгі бөліктен мойыны бар жиналмалы тәрелкемен бөлу конденсаторы ретінде жұмыс жасайды. Үш бүйір погондарды іріктеу көзделген. S – тәрізді элементтері бар тәрелкелер. Ректификациялау нәтижесінде бағанның үстінен бензин мен судың булары және кокстеу газы шығады, олар конденсатор-тоңазытқыштан кейін су-газ айырғышта жинауышқа ағатын су конденсатына, сорғымен айдалатын тұрақсыз бензин мен майлы газға бөлінеді. Тұрақсыз бензин ішінара сорғымен бағанды суармалауға беріледі, баланстық мөлшер майлы газ сияқты фракциялауыш абсорберге түседі, ол жерде құрғақ газды бөлу, яғни бензинді ішінара тұрақтандыру жүреді. Бензин абсорбердің төменінен тұрақтандыру бағанына тұрақтандыруға жіберіледі, оның жоғарынан тұрақтандыру айырмасы (бутан-бутиленді және ішінара пропан-пропиленді фракция), ал төменінен –кокстеудің тұрақты бензині шығарылады. Бүйір погондары ректификациялау бағанынан булау бағанының секциялары арқылы шығады, осы секциялардың төменінен сорғылармен сәйкесінше кокстеу дистиллятының фракциялары – керосин, жеңіл және ауыр газойлдер айдалады. Шығатын ағындардың жылуын жылу алмастырғыштарда және фракциялауыш абсорбердің рибойлерінде пайдаланады. Сыйымдылықтағы су конденсатын пештердің конвекциялық тұрбаларының төменгі бөлігінде су буын өндіру үшін пайдаланады. Кокс камераларының сыртқы түрі – бұл 0,18-ден 0,6 МПа дейінгі қысымға есептелінген цилиндр тік аппараттар. Олардың ішкі диаметрі 4,6-5,5 м және биіктігі 27-28 м. Камера цилиндр корпустан және екі түптен – сфералық және мойынмен және щтуцерлермен жабдықталған төменгі конус түптен тұрады. Камераларды кокспен жұптап 4/5 биіктікте толтырады; толтыру ұзақтығы бастапқы шикізаттың кокстелуіне байланысты және 24-тен 36 сағатқа дейін құрайды. Кокспен толтырғаннан кейін екі жұмыс жасайтын камераны жүйеден шикізат ағынын пештерден оның үздіксіздігін бұзбай ауыстырып қосуға мүмкіндік беретін төрт жүрісті көтергіштермен ажыратады. Бұл ретте кокспен толтырылған камераны босатуға дайындайды: оны 30-60 минут бойына кокс массасынан мұнай буын алып тастау үшін бумен үрлейді. Бұл буларды бағанға жібереді, ал үрлеу соңында газ шығаратын тұрбасы бар сыйымдылықты атмосфераға шығарады. Камераның жоғарғы бөлігі 200-250°С-қа дейін салқындағаннан кейін оған коксты салқындату үшін қыздырылған камерада судың булануы тоқтағанға дейін су береді. Коксты түсіру үшін 10-15 МПа қысыммен берілетін су ағынының кескіш күшін пайдаланудан тұратын гидравликалық әдіс қолданылады. Бұл үшін камералардың үстінде бұрғылау жабдығын бекіту үшін биіктігі ≈40 м бұрғылау мұнарасы орнатылған. Камера салқындағаннан кейін жоғарғы және төменгі люктерді ашады және коксты алуға кіріседі: 1) гидродолотпен орталық ұңғыманы кокс қабатында бұрғылап теседі және содан кейін оны гидрокескіштің оңай өтуі үшін кеңейтеді; 2) камерада гидрокескішті ауыстыра отырып кокстың негізгі массасын алады. Гидрокескіш – бұл камералардың кокспен жабылған қабырғаларына судың күшті ағынын бағыттайтын тұмсықшалармен жабдықталған құрылғы. Процестің негізгі факторлары: Камераның екі бағытта жұмыс жасау мүмкіндігі қарастырылған: ≈0,4 МПа аз шайырлы шикізатты өңдеу кезінде және ≈0,18 МПа кезінде жоғары шайырлы шикізат болған жағдайда. Аз шайырлы шикізат коксты аз және ыдырау өнімдерін көп береді, сондықтан булардың өте жоғары жылдамдығын және камераның ішіндегінің бір бөлігін жіберуді болдырмау үшін бағанда неғұрлым жоғары қысымды ұстайды. Кокстың сапасы пеште шикізатты қыздыру температурасына байланысты. Камераға кіретін жердегі температура қаншалықты жоғары болса, кокстағы ұшпалардың мөлшері соншалықты аз және оның механикалық беріктілігі соншалықты жоғары. Кокстың шығуына және сапасына шикізаттың қайта айналу коэффициенті үлкен әсер етеді. Ол 0,2-ден 0,6 дейін құрайды. Кокстеу өнімдерінің сапасы: ЗК кезінде алынған бензиннің жоғары емес октанды саны, шексіздердің жоғары мөлшері және күкіртті шикізат үшін - күкірті болады. Оны пайдаланудың неғұрлым ұтымды жолы – кейін катализдік риформингілеумен терең гидротазалау.

Жеңіл газойль да – күкірттің мөлшерін төмендету үшін де, шексіздерді алып тастау үшін де гидротазалауды қажет етеді, содан кейін оны дизель отыны ретінде пайдалануға болады.

Ауыр газойль күкірттің мөлшері шектеулі болған кезде «инелі» кокс өндіру үшін шикізат немесе шикізат компоненті болуы немесе катализдік өңдеуге (КК, ГК) баруы мүмкін.

Сұйытылған қабатта үздіксіз кокстеу: Кокстеу процесін толықтай жүзеге асыру үшін реактордан пайда болған коксты үздіксіз шығаруға мүмкіндік беретін аппаратуралық дайындау қажет. Коксты үздіксіз шығару идеясы (шағын түйіршіктер түрінде) ұнтақ түрінде шығатын кокстың сұйытылған қабаты бар реактор жасап шығаруға әкелді. Реакторлық блокта жылу тасымалдағыш ретінде кокс бөлшектері айналады, олар шикізатпен араласу нәтижесінде жаңадан пайда болған кокстың жұқа қабатымен жабылады. Бөлшектердің бірнеше қайтара «күшейтіп алу» есебінен мейілінше ірілетілген біраз мөлшерін жүйеден үздіксіз шығарады. Кокстеу кокс жылу тасымалдағыш бөлігінің бетінде жүреді. Бөліктердің ыстық бетімен араласқан шикізат жұқа қабықша болып ағады. Кокстеудің ұшпа өнімдері беттен алынады және кейін ыдыратуға жіберілуі мүмкін, оның тереңдігі ұзақтығына және реакциялық аймақта болу уақытына байланысты. Ұнтақ тәрізді кокстың сұйытылған қабатындағы үздіксіз кокстеу кинетикасын зерттеу бұл процесті үш сатылы ретінде қарау керектігін көрсетті: 1) ыдырау өнімдерінің негізгі массасының пайда болуымен қатар жүретін кокстеу және оның тығыздануы; 2) коксты кептіру немесе қыздыру, соның нәтижесінде ұшпалар алынып тасталады; 3) газ фазасында болатын кокстеу өнімдерінің ыдырауы мен тығыздануының екінші реттік реакциялары. Бірінші сатының жылдамдығы екінші реттік екінші сатының жылдамдығынан едәуір жоғары. Кокс жылу тасымалдағыш бөлшектерінің құрылымы қабатты тығыз болады. Кокс-жылу тасымалдағыштың жоғары температурасы мен бөлшек қабаттарына су буын беру ыдырау өнімдерінің булануына ықпал етеді және екінші реттік тығыздану өнімдерінің пайда болуының алдын ала отырып, бөлшек беттерінен оларды алып тастауды жеделдетеді. Сондықтан үздіксіз кокстеу кезінде кокстың шығуы баяулатылғанға қарағанда аз. Жылу тасымалдағыштың айналуының жоғары еселігі елеулі пайдалану шығындарымен ұштасқан, алайда екінші жағынан, оны қыздырудың жоғары температурасына салыстырмалы жеңіл қол жеткізіледі. Сондықтан айналудың төмен еселігін ұстап тұру тиімділігі шикізатпен араласу кезінде жылу тасымалдағыш бөліктерінің жабысуын болдырмайтындай болуы тиіс. Бұл ретте бөлшектердің үлес беті, яғни масса бірлігіне шаққандағы бет үлкен мәнге ие болады. Сондықтан, ұсақтар болған кезде қалыпты болуы ммкін. Сұйытылған қабатта кокстеу үшін бұл көрсеткіш 7-8 кг/кг аспайды.