книги / Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья
..pdfРисунок 3.33 — Закрытая система выгрузки кокса с применением шламового насоса:
1 — коксовая камера; 2 — дробилка; 3 — приямок для пульпы; 4 — шламовый насос; 5 — бункер обезвоживающий; 6 — конвейер подачи кокса на склад; 7 — емкость грязной воды; 8 — емкость высоконапорного насоса гидроудаления
Системы транспорта с выгрузкой на прикамерную площадку и прикамерную яму-накопитель имеются как за рубежом, так и на установках СНГ и России.
Ряд установок в СССР был спроектирован с «жесткой» системой транспорта, предусматривающей выгрузку из коксовых камер непосредственно на конвейер ную ленту. Кокс после гидроудаления через дробилку вместе с водой поступает на скребковый конвейер с решетчатым дном, и вода с коксовой мелочью через отверс тие в контейнере поступает по бетонным лоткам в фильтр-отстойник. Крупный кокс скребковым конвейером от коксовой камеры подается в узел пересылки, после ко торого ленточными конвейерами подается на бункерный склад, на верху которого при необходимости производится сортировка кокса по крупности и он загружается в бункеры. Отгрузка кокса производится с низа бункеров в железнодорожные вагоны. Мелкий кокс из фильтров-отстойников козловым грейферным краном загружается системой ленточных конвейеров непосредственно в железнодорожные вагоны [63].
Из-за плохого обезвоживания и низкой производительности на большинстве установок замедленного коксования с «жесткой» связью была проведена реконст рукция с организацией разрыва между гидроудалением и транспортом и выгрузкой кокса на прикамерные площадки (рис. 3.34). Кокс после гидроудаления по коксопри емной рамке поступает на прикамерную площадку. В процессе гидроудаления по мере накопления кокса у края коксоприемной рамки мостовым грейферным краном перемещается на край приемной площадки и после обезвоживания в течение 1 0 - 1 2 ч
161
4 4 0 - 6
подается мостовым грейферным краном на ленточные конвейеры и перемещается на склад кокса [67].
Рисунок 3.34 — Система выгрузки кокса на прикамерную площадку:
1 — коксовая камера; 2 — рампа с прикамерной площадкой; 3 — мостовой грейферный кран;4 — конвейер подачи кокса на склад; 5 — бункерный склад кокса
Наиболее удачным решением системы транспорта кокса является выгрузка в при камерную яму-накопитель (рис. 3.35). После гидроудаления кокс по рамке-желобу попадает в прикамерную яму-накопитель [6 8 ].
1
Рисунок 3.35 — Система выгрузки кокса в прикамерную яму-накопитель:
1 — коксовая камера; 2 — рампа приемная; 3 — заглубленная яма с фильтром-отстойником; 4 — площадка обезвоживания; 5 — мостовой грейферный кран; 6 — конвейер подачи кокса на склад; 7 — бункерный склад кокса
162
Разность высот от нижнего края рампы до основания ямы-накопителя обеспечи вает прием всего выгружаемого из камеры кокса без участия мостового грейферного крана.
В накопителе кокс достаточно хорошо обезвоживается за счет фильтрации воды через неуплотненный суммарный кокс.
После предварительного обезвоживания кокс грейферным краном из ямы-нако пителя перегружается на площадку отстоя, имеющую незначительный уклон в сто рону ямы-накопителя для стока воды.
Основное назначение коксовый ямы или площадки не хранение кокса, а скорее его обезвоживание перед дальнейшей обработкой. Оптимальным временем пребы вания для обезвоживания кокса считается 1 0 - 1 2 ч.
Особенностью обезвоживания кокса на прикамерной площадке является то, что кокс выполняет роль фильтра для грубой очистки воды. После прохождения воды через слой кокса высотой до 4 м в ней остается до 400 мг/л коксовых частиц. Для снижения содержания коксовых частиц вода с площадки направляется в отстойные сооружения.
Наличие ямы-накопителя позволяет совместить выгрузку кокса с фильтром-от стойником. На дне накопителя смонтирован коллектор сбора воды, поверх которого уложен фильтрующий слой из кокса различного фракционного состава.
Яма-накопитель состоит из двух отсеков, один из которых служит для сбора кокса, выгружаемого из камеры и предварительного обезвоживания, а второй — для окончательного обезвоживания перед подачей кокса на склад. В первом отсеке на дне уложен коллектор для сбора воды гидрорезки, поверх которого уложен фильтрующий слой из фракций кокса различной крупности. Размеры приемной части ямы-накопи теля выбираются из расчета удельной гидравлической нагрузки 0,5 м3 /м2 ■ч.
После фильтра-отстойника очищенную воду можно использовать повторно в сис теме гидроудаления кокса из камер.
Площадка для окончательного обезвоживания позволяет размещать кокс после выгрузки 5-6 камер.
Обезвоживание кокса. Так как установки ЗК являются крупными потребителя ми воды, важной задачей является сокращение использования свежей воды, макси мальное использование воды после локальной очистки.
Применение технологии гидроудаления предопределяет интенсивное насыщение кокса водой, и при неудовлетворительном обезвоживании в зимнее время происхо дит смерзание кокса в ж.-д. вагонах и бункерах склада, увеличиваются затраты на перевозку кокса.
Очистка воды перед повторным использованием в системе гидроудаления осу ществляется в зависимости от применяемой схемы транспорта кокса до склада кокса.
Выгружаемый по рамке на прикамерную площадку кокс (рис. 3.36) играет роль фильтра грубой очистки. Проходящая через выгруженный кокс вода с мелкими фрак циями кокса направляется в секционный отстойник, имеющий стационарный фильт рующий слой из фракций кокса, под которым смонтирован дренажный коллектор для сбора и отвода воды. После фильтрования и отстоя вода поступает в заглубленный резервуар и перекачивается в подпорную емкость насоса гидроудаления для повтор ного использования при гидроизвлечении кокса. Последовательно используемая сек
163
ция фильтра-отстойника в месте перетока из секции в секцию снабжена кассетами, заполненными коксом для дополнительной фильтрации. Предварительная очистка воды при фильтровании через выгруженный на прикамерную площадку кокс с пос ледующей очисткой при отстаивании и фильтрации в секциях фильтра-отстойника обеспечивает содержание мехпримесей в воде гидрорезки мг/л и длительную работу оборудования гидроудаления [69].
Рисунок 3.36 — Система обезвоживания кокса с возвратом очищенной воды:
1 — гидрорезак; 2 — коксовая камера; 3 — рампа с прикамерной площадкой; 4 — отстойник секционный; 5 — заглубленная емкость чистой воды; 6 — подпорная емкость; 7 — высоконапорный насос гидроудаления
Основным недостатком схемы является большая занимаемая площадь.
Более компактная схема очистки воды осуществляется на современных установ ках, где предусматривается совмещение прикамерного заглубленного накопителя выгружаемого кокса с фильтром-отстойником. Вода из камеры вместе с выгружае мым коксом по наклонной рамке попадает в заглубленный накопитель, нижняя часть которого выполняется в виде фильтра-отстойника с дренажной системой для сбора и отвода воды. Фильтрующая загрузка выполнена из кокса: нижнего крупностью
164
25-50 мм, высотой 300 мм, среднего, фильтрующего из фракций 8-25 мм, верхнего фильтрующего крупностью до 8 мм, высотой 500 мм. Дренажный коллектор уложен в нижнем поддерживающем слое [70].
Вода дренируется через выгружаемый кокс, стационарный фильтрующий слой и самотеком по дренажному коллектору перетекает в резервуар очищенной воды, откуда заглубленным насосом перекачивается в подпорную емкость насоса гидроуда ления. Преимущества такой схемы очевидны — сокращается занимаемая площадь, прохождение воды через весь суммарный кокс и фильтрующий слой обеспечивает хорошую степень очистки воды от коксовых частиц и их содержание в очищенной воде на уровне 10-15 мг/л.
3.9. Очистка змеевиков печей установок замедленного коксования от коксоотложений
Межремонтный пробег на установках замедленного коксования (УЗК) определя ется в основном длительностью работы реакционно-нагревательных печей. Высоко температурный нагрев нефтепродуктов в печах УЗК сопровождается закоксовыванием теплопередающей поверхности труб, что и определяет длительность их работы. Средняя продолжительность работы печей отечественных УЗК без остановки на очистку от коксоотложений составляет 6 - 1 2 месяцев.
Образование слоя коксоотложений — сложный процесс, связанный со свойства ми сырья, кинетическими, гидродинамическими, теплотехническими и конструк тивными факторами. Первичным элементом коксоотложений могут быть дефекты внутренней поверхности трубы, прилипшие к трубе пятна вязкого слоя битуминоз ного вещества, расплавленных минеральных веществ и вкрапленных в этот слой частиц кокса, неплавких минеральных веществ. По мере работы змеевика локальные зоны сливаются, прококсовываются с образованием кольцеобразных отложений из механической смеси частиц кокса и минеральных веществ. Скорость образования коксоотложений увеличивается с ростом концентрации коксообразующих компонен тов по мере движения потока и перехода в паровую фазу легких фракций, вследствие испарения и углубления крекинга сырья.
Большое влияние на интенсивность коксоотложений оказывает кальцинирован ная сода, щелочь, вводимые на перегонных установках для нейтрализации кислотных соединений. Кристаллы соды, щелочи, солей отлагаются в печных трубах, увели чивая коксоотложения. В отдельных случаях содержание щелочи в золе коксовых отложений достигает 50 % и больше. Для удлинения межремонтных пробегов ус тановок необходимо глубокое обессоливание и особенно контроль содержания Na, количество которого в сырье не должно превышать 15-20 ppm.
Закоксовывание реакционно-нагревательных змеевиков печей может быть вы звано выбросом коксующейся массы из реакционных камер в ректификационную колонну К-1 с последующим попаданием нестабильной смеси из вторичного сырья и пены в трубы змеевика печей, расслоением ее с выделением битуминозного остат ка на внутреннюю поверхность трубы и формированием из него неподвижного слоя коксоотложений. Мероприятия по предотвращению загрязнения вторичного сырья пеной из реакторов предусматривают стабилизацию параметров технологического
165
режима в пределах норм технологического регламента, приборов непрерывного кон троля уровня пены и кокса в реакторах.
Как отмечалось в § 2.5, при оценке причин закоксовывания и прогара труб печи немаловажное значение имеют гидродинамические и тепловые критерии. С этой точки зрения механизм закоксовывания объясняется переходом дисперснокольце вого режима течения потока в полностью дисперсный, характерный для «кризиса теплообмена второго рода» [40, 39, 56]. При дисперсно-кольцевом режиме течения паровая фаза сплошным потоком движется вдоль оси трубы, в то время как жид кая фаза в виде кольцевой пленки движется вдоль стенки. Поверхность кольцевой пленки взаимодействует с потоком пара, на ней образуются волны, гребни которых срываются и уносятся ядром потока в виде мельчайших капель. Одновременно часть капель вследствие турбулентной диффузии возвращается в пленку. Таким образом, между пленкой и ядром происходит непрерывный массообмен. Толщина жидкой пленки зависит от скорости газа и жидкости, физических свойств обеих фаз, гео метрии змеевика и т. д.
При «кризисе теплообмена второго рода» ухудшение теплосъема сопровождается перегревом стенок трубы, который усиливается при разложении оседающих капелек нефтепродукта до кокса. Для уменьшения скорости закоксовывания змеевика реко мендуется вариант снижения величины объемного газосодержания за счет сокраще ния количества воды на турбулизацию потока при одновременном уменьшении диа метра труб. Не исключено, что при локальных перегревах стенок труб имеют место явления, подобные «кризису теплообмена первого рода» [39,56]. При этом в локаль ной области сухого пятна возможно глубокое разложение остаточного слоя нефтеп родукта с образованием первичного центра коксоотложений на поверхности трубы.
Закоксовывание теплопередающей поверхности трубы вызывает снижение коэф фициента теплопередачи, повышение температуры стенки металла труб, что приво дит к сокращению длительности межремонтного пробега установки.
О закоксовывании реакционно-нагревательных змеевиков обычно судят по по вышению давления на входе в змеевик, которое не должно превышать регламентных величин.
Для предупреждения преждевременного закоксовывания реакционных змеевиков и увеличения межремонтных пробегов на УЗК рекомендуется:
—обеспечить в змеевиках высокую скорость и турбулентность потока сырья, обес печивающих максимальный коэффициент теплопередачи. На практике это дости гается подачей оптимального количества турбулизатора;
—обеспечить минимально необходимое время пребывания сырья в печи, особенно при температурах выше температуры начала разложения сырья;
—обеспечить равномерный и постоянно растущий подъем температуры по длине змеевика. На практике это достигается симметричным расположением труб в ре акционном пространстве печи;
—осуществлять тщательный выбор и квалифицированную подготовку сырья кок сования.
Для очистки печных труб от коксоотложений используется несколько способов. Механический способ очистки с использованием турбинок или шарошек. Дан ный способ требует значительных затрат ручного труда и времени на остановку уста
166