4.3.2. Коксование в слое теплоносителя

Процессы коксования в слое теплоносителя имеют существен­ное преимущество перед процессом замедленного коксования: сырье до заданной температуры нагревается при контактировании с частицами теплоносителя — обычно кокса. Температурный уро­вень процесса может быть в этом случае значительно выше. Применяют псевдоожиженный слой коксовых частиц (коксование в кипящем слое) и движущийся слой гранулированного (размер частиц 5—10 мм) кокса (контактное коксование). ­

Механизм обра­зования кокса в этих процессах такой же, как и при замедленном коксовании. Отличие состоит в том, что жидкое сырье распреде­ляется по широкоразвитой поверхности теплоносителя. Это приво­дит к резкому увеличению поверхности раздела жидкость — газ и в результате — к ускоренному переходу продуктов распада ис­ходного сырья в газовую фазу. Повышенные (относительно замед­ленного коксования) температуры деструкции сырья и значительно более благоприятные условия испарения продуктов реакции при­водят к снижению выхода кокса и соответствующему увеличению выхода газообразных и жидких продуктов разложения.

Температура жидкой фазы, распределенной на поверхности теплоносителя, изменяется во времени от температуры ввода сырья (обычно 350—500°С) до заданной, определяемой темпера­турами ввода в реактор сырья, теплоносителя и соотношением теп­лоноситель:сырье. Так как скорость нагрева сырья пропорцио­нальна поверхности теплоносителя, высокотемпературное коксо­вание с высоким выходом низших алкенов целесообразно прово­дить в псевдоожиженном слое: увеличение скорости нагрева по­вышает среднюю температуру разложения сырья и в результа­те — выход легких продуктов.

При коксовании в слое теплоносителя соотношение теплоноси­тель : сырье для данных сырья и условий процесса должно с целью предотвращения сращивания образующимся коксом частиц теп­лоносителя превышать некоторое минимально допустимое значе­ние. На различных установках применяют соотношение теплоноси­тель : сырье = 6÷15. На установках контактного коксования ми­нимально допустимое соотношение теплоноситель : сырье (крат­ность циркуляции теплоносителя) выше, чем при коксовании в ки­пящем слое, так как удельная поверхность — суммарная поверх­ность частиц, масса которых равна единице, — значительно ниже. При прочих равных условиях средняя толщина слоя коксующегося сырья на поверхности частиц теплоносителя меньшей удельной поверхности больше: слипание и последующее сращение при кок­совании частиц теплоносителя более вероятны.

4.3.3. Термический крекинг

Термический крекинг тяжелых остатков переработки нефти проводится с целью получения компонента автомобильного бен­зина, высокоароматизованного газойля — сырья для производ­ства сажи и для снижения вязкости топочного мазута.

Основные технологические трудности в проведении процесса связаны с отложением кокса в трубах печей. Так как кокс имеет низкий коэффициент теплопередачи, для достижения заданной

температуры выхода продуктов из печи при отложении кокса по­вышается температура стенки трубы, что ускоряет разрушение металла. Кроме того, отложения кокса уменьшают сечение трубы, в результате повышается гидравлическое сопротивление змеевика печи.

Термический крекинг мазутов и полугудронов, когда основным целевым продуктом является бензин, проводится по схеме, приве­денной на рис. 4.3.

Фракция 200—350 °С подвергается крекингу в газовой фазе, жидкая фаза в реакционных трубах отсутствует, так как темпе­ратура для этой фракции выше критической. Поэтому в трубах печи легкого сырья (если в сырье не попадают тяжелые остаточ­ные фракции) выделяется только пироуглерод, образование кокса не происходит (в практике этот пироуглерод также называют коксом).

В реакционных трубах печи тяжелого сырья сосуществуют жидкая и газовая фазы. В большей части реакционного змеевика давление несколько выше критического для продуктов, находящих­ся в газовой фазе: 5—5,5 МПа на входе в печь и 2,2—2,8 МПа на выходе из печи. Поэтому в газовой фазе растворяются наибо­лее легкие фракции, что повышает растворяющую способность жидкой фазы относительно асфальтенов. Концентрация асфальте­нов в жидкости увеличивается с углублением крекинга и увели­чением соотношения газовая фаза : жидкая фаза. В результате облегчения фракционного состава тяжелого сырья ­

(в печи, называе­мой также печью легкого крекинга) и углубления крекинга (на­пример, в результате снижения производительности печи по сырью, что соответственно увеличивает продолжительность крекинга) кон­центрация асфальтенов в жидкой фазе может повыситься до по­роговой; в этом случае трубы печи закоксовываются очень быстро.

С утяжелением сырья образование легких фракций снижается, содержание жидкой фазы в реакционной зоне увеличивается и по­роговая концентрация асфальтенов может достигаться только при очень большой глубине крекинга. Чтобы установка термического крекинга работала нормально, глубина крекинга в печи тяжелого сырья должна быть ниже той, при которой достигается пороговая концентрация асфальтенов в жидкой фазе. При этом условии кокс практически не образуется, а стенки труб печи медленно покры­ваются слоем пироуглерода, образующегося так же, как и из га­зовой фазы. Если нарушений технологического режима нет, то отложения пироуглерода соответствуют массовому выходу его ≈0,001 % (на сырье) для печи легкого сырья и 0,0005 % для печи тяжелого сырья.

Роль необогреваемой реакционной камеры при крекинге на бензин состоит в том, что продукты из печи тяжелого сырья до­полнительно крекируются под действием тепла продуктов печи легкого сырья (температура верха реакционной камеры ≈500, а низа 460—470 °С). В реакционной камере выход продуктов, на­ходящихся в жидкой фазе, несколько увеличивается, что позво­ляет углубить крекинг, не достигая пороговой концентрации ас­фальтенов в жидкой фазе; в результате крекинга в реакционной камере образуется 20—30 % от суммарного выхода бензина.

Относительно высокие давления, применяемые при крекинге на бензин, вызваны стремлением уменьшить реакционный объем, необходимый для крекинга в печи легкого сырья, и выход газа.

При крекинге тяжелых остатков переработки нефти с целью снижения их вязкости выход легких фракций мал, и повторный крекинг легкого газойля не проводят. В этом случае давление в реакционном змеевике целесообразно снизить.