авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка технологий производства нефтяного углерода для использования в металлургической промышленности

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Габбасов Ришат Гаянович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА

НЕФТЯНОГО УГЛЕРОДА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.17.07

«Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2012

Работа выполнена на кафедре «Технология нефти и газа» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук

Валявин Геннадий Георгиевич.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Андрейков Евгений Иосифович;

кандидат технических наук

Ланин Игорь Петрович.

Ведущая организация ГУП «Башгипронефтехим».

Защита состоится «6» марта 2012 г. В 11:30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «6» февраля 2012 г.

Ученый секретарь совета Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Главной задачей, стоящей перед отечественной нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время, является углубление переработки нефти. Если глубина переработки нефти на НПЗ экономически развитых стран составляет 85-95%, то на НПЗ РФ - всего 72%. В решении задачи по увеличению глубины переработки нефти значимое место отводится процессу замедленного коксования тяжелых нефтяных остатков.

Процесс замедленного коксования является одним из самых динамично развивающихся в мировой нефтепереработке. Мощности коксования нефтяных остатков составляют в настоящее время свыше 290 млн. т/г и за последние шесть лет выросли почти на 50млн. т/г. Это обусловлено тем, что каждый процент увеличения мощности процесса коксования к объему первичной переработки обеспечивает 4-5 % экономии перерабатываемой нефти.

О динамике развития процесса замедленного коксования свидетельствует и рост мирового производства нефтяного кокса: в 1996 г. было выработано 35 млн. т, в 2005 г. – 60 млн. т, в 2010г. – 85 млн. т; и, по прогнозным оценкам, в ближайшие годы выработка кокса превысит 100 млн. т/г.

Широкое распространение процесса замедленного коксования в схемах зарубежных НПЗ обусловлено не стремлением увеличения производства нефтяного кокса для алюминиевой и электродной промышленности (для этих целей используется всего 12-14 млн. т/г), а необходимостью получения максимального количества дистиллятов для последующего производства моторных топлив и, как следствие, углубления переработки нефти.

На Российских НПЗ восемь из девяти эксплуатируемых в настоящее время УЗК, построенных еще в советское время, предназначались в первую очередь для получения крупнокускового электродного кокса для алюминиевой промышленности с содержанием серы до 1,5 % и летучих веществ не более 9,0 %. Однако в настоящее время только на трех НПЗ вырабатывается нефтяной кокс в полном соответствии с нормативными требованиями, тогда как другие производители сталкиваются с трудностями при реализации производимого на их УЗК нефтяного кокса с содержанием серы более 3,0%. В этой связи исследования по поиску альтернативных направлений использования сернистых нефтяных коксов является актуальной проблемой.

Одним из таких направлений квалифицированного использования нефтяного кокса с повышенным серосодержанием считается коксохимическая промышленность, где нефтяной кокс вводится в качестве добавки в шихту коксования углей при получении металлургического кокса.

Цель работы:

а) изучение возможности и подбор технологического режима УЗК для промышленного производства нефтяного кокса с повышенным (15-25 % масс.) содержанием летучих веществ для использования в коксохимической промышленности в качестве добавки коксующей при получении металлургического кокса;

б) изучение качественных характеристик добавки коксующей и технологических свойств металлургического кокса, получаемого при ее введении в шихту коксования углей;

в) оценка возможности полной или частичной нейтрализации влияния повышенного содержания серы при использовании в доменном производстве металлургического кокса, полученного в присутствии высокосернистой добавки коксующей.

Научная новизна:

а) разработана технология получения нового вида нефтяного углерода – «Добавка коксующая»;

б) промышленные испытания добавки коксующей в условиях действующих коксохимических производств показали ее уникальные коксующие и спекающие свойства, значительно превосходящие по технологической ценности все известные отечественные и зарубежные угли;

в) впервые установлено, что при коксовании нефтяных остатков с добавлением соединений Са серосодержание в продуктах коксования не меняется, а наблюдаемое снижение серы в коксе связано с методологией определения.

Практическая ценность работы:

а) на базе технологии замедленного коксования нового поколения разработана и внедрена в промышленных условиях на ОАО «Новойл» и ОАО «Уфанефтехим» технология получения нефтяного кокса с повышенным (15-25% масс.) содержанием летучих веществ для использования в качестве коксующей добавки в шихту коксования углей при производстве металлургического кокса;

б) организация промышленного производства добавки коксующей (ДК) позволила обеспечить объемный рынок сбыта и квалифицированное использование нефтяных коксов с содержанием серы до 5,0 %, что позволило впервые в России в рамках одного НПЗ довести глубину переработки нефти до 95-96% и улучшить состояние сырьевой базы коксохимической промышленности;

в) за период с 2008 по 2011г.г. выработано и отправлено потребителям свыше 1,0 млн. тонн добавки коксующей; экономический эффект составляет свыше 470 руб. с тонны добавки.

Апробация работы

Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы доложены на научных конференциях, в том числе на всероссийской научно-практической конференции «Газ. Нефть. Технологии-2010» (Уфа, 2010), на всероссийской научно-практической конференции «Газ. Нефть. Технологии-2011» (Уфа, 2011).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 7 научных трудов, в том числе 4 статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ; тезисы 3 докладов; получен 1 патент.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, библиографического списка из 119 публикаций. Работа изложена на 101 странице, содержит 22 рисунка и 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решения проблемы переработки тяжелых нефтяных остатков с повышенным содержанием серы, рассмотрены альтернативные направления использования сернистых и высокосернистых нефтяных коксов, определена цель, практическая и стратегическая значимость работы.

В первой главе приведен анализ современного состояния и перспективы развития процесса замедленного коксования. Рассмотрены механизм образования нефтяного углерода в жидкой фазе и особенности технологий и вариантов технологического оформления процесса замедленного коксования, специализированных для получения или высококачественных нефтяных коксов, или для увеличения выработки жидких дистиллятных продуктов и, как следствие, углубления переработки нефти. Рассмотрены направления и возможные области применения нефтяных коксов с высоким содержанием серы, в частности, в коксохимической промышленности в качестве добавок в шихту коксования углей.

Анализ литературных данных свидетельствует, что введение нефтяного кокса в угольную щихту взамен определенных марок углей позволяет иногда не только оптимизировать марочный состав шихт, но и, учитывая физико-химические свойства нефтяного кокса, способствует улучшению некоторых свойств получаемого металлургического кокса.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. Отработка технологии получения нефтяного кокса с повышенным содержанием летучих веществ – добавки коксующей – проводились на промышленной установке замедленного коксования ОАО «Новойл». Принципиальная технологическая схема установки приведена на рисунке 1.

Ранее неоднократно предпринимались попытки получения на УЗК нефтяной спекающей добавки (НСД), предназначенной для использования в шихте коксования углей взамен жирных углей. Однако получение нефтяного кокса с содержанием летучих веществ более 25% масс. на действующих УЗК, работающих по традиционной схеме, чревато серьезным нарушениями в технологии и вероятностью создания аварийных ситуаций.

Кроме того, производство НСД актуально при дефиците жирных коксующих углей, тогда как в реальных шихтах коксохимических предприятий РФ наблюдается их избыток, при одновременном дефиците малолетучих коксующих углей, в первую очередь, определяющих формирование кусковой структуры металлургического кокса и его механическую прочность.

  Принципиальная-0

Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема установки замедленного

коксования ОАО «Новойл»

Основной проблемой при разработке технологии получения добавки коксующей является повышенное пенообразование в камерах коксования, обусловленное более низкими, чем при получении анодного кокса с содержанием летучих веществ 9-11 %, температурами на входе в камеру. Поскольку по новой технологии сырье подается не в основную колонну, а в выносную секцию, в качестве рециркулята используется тяжелый газойль коксования, который выводится не с низа колонны, а с тарелок расположенных выше нижнего глухого аккумулятора. Такая схема позволяет исключить попадание коксовых частичек в змеевики печей и предотвратить их преждевременное закоксовывание. Кроме того, в камеры организована подача антипенной жидкости в несколько точек по периметру камеры. Но эта мера полностью «погасить» пенообразование не смогла и наблюдается повышенный вынос коксовых частиц в низ ректификационной колонны. Чтобы минимизировать влияние этого фактора на работу установки и максимально снизить количество кокса в кубовом остатке, на УЗК ОАО «Уфанефтехим» разработана схема с постоянной фильтрацией продуктов низа куба. На установке ОАО «Уфанефтехим» установлены шиберные системы открытия-закрытия люков камер коксования, что исключает вероятность возникновения травматизма, связанного с самопроизвольным выбросом кокса при открытии нижнего люка.

Только данный вариант технологической схемы установки замедленного коксования позволяет без нарушения норм технологического регламента организовать промышленное производство нефтяного кокса с содержанием летучих веществ 15-25 % масс.

В третьей главе приведены результаты исследований по отработке технологии получения нефтяного кокса с повышенным содержанием летучих веществ (15-25%). Отработка технологии проводилась на одном блоке действующей УЗК ОАО «Новойл» с использованием в качестве сырья смеси гудронов с вакуумным остатком висбрекинга, количество которого поддерживалось постоянным и составляло 30-32м3/ч. Плотность сырья составляла ~ 1,0450 г/см3, коксуемость ~ 25,0% масс. При нормальной эксплуатации УЗК 21-10 ОАО «Новойл» при получении электродного кокса с содержанием летучих веществ в коксе до 11,0% масс. поддерживался следующий технологический режим:

- загрузка по первичному сырью ~ 43,5 м3/ч на поток;

- загрузка по вторичному сырью ~ 47,5 м3/ч на поток;

- температура вторичного сырья на входе в коксовые камеры - 470-472С;

Основными факторами, определяющими содержание летучих веществ в коксе, являются: качество исходного сырья коксования, коэффициент рециркуляции, температура сырья на входе в камеру и время заполнения камеры коксом.

Из технологических параметров, изменение которых способствует повышению содержания летучих веществ в коксе при зафиксированном технологическом режиме, наиболее простым для осуществления явилось снижение температуры на входе в коксовую камеру. То есть, при отработке технологии изменялась только температура на выходе из печи с тем, чтобы обеспечить необходимую температуру на входе в камеру коксования. Учитывая, что низкие температуры коксования обусловливают интенсивное пенообразование с возможным перебросом пены в ректификационную колонну и созданием аварийной ситуации, снижение температуры осуществляли осторожно на 1-2С при коксовании каждой последующей камеры. Кроме того, была организована подача увеличенного количества антипенной присадки.

Последовательно были откоксованы 4 камеры при температурах на входе, соответственно, 468, 465, 463 и 460С. При коксовании фиксировались температуры на входе в коксовую камеру, температура верха и нарастание уровня кокса, замеряемого с помощью нейтронного уровнемера (рисунок 2).

  Изменение температуры на-1

Рисунок 2 – Изменение температуры на входе и верху камеры и уровня

кокса процессе коксования Р-3 Температура на входе 460С:

  1. температура на входе в камеру коксования;
  2. уровень в камере коксования;
  3. температура наверху камеры коксования.

В процессе отработки технологии изучалось изменение содержания летучих веществ в пробах кокса, отобранных с различной высоты камеры (рисунок 3).

 Рисунок 3-Зависимость содержания летучих-2

Рисунок 3-Зависимость содержания летучих веществ в коксе по высоте камеры

при изменении температуры сырья на входе в камеру

Выгруженный из камер кокс неоднороден по содержанию летучих веществ: в нижней части камер содержание летучих веществ составляет ~ 13-14%, в верхней части – 20-25%; выгружаемый кокс мелкий, на 85 % и более состоит из фракций менее 10 мм. Содержание летучих веществ в мелких и крупных фракциях кокса практически не отличается при содержании летучих веществ в средней пробе более 14% (рисунок 4). При снижении температуры на входе в коксовую камеру изменяется содержание летучих веществ и в средней пробе суммарного кокса, выгружаемой из камеры (рисунок 5).

Рисунок 4 - Взаимозависимость содержания летучих веществ в суммарном

коксе и во фракциях:

1 – содержание летучих веществ во фракциях кокса >10 мм;

2 - содержание летучих веществ во фракциях кокса 0-10 мм.

 Зависимость содержания летучих-4

Рисунок 5 - Зависимость содержания летучих веществ в суммарном коксе от

температуры сырья на входе в камеру

При температуре 460 °С содержание летучих веществ в средней пробе кокса по всему объему коксовой камеры составило 15% масс.

Таким образом, в процессе отработки технологии получения добавки коксующей показано, что при снижении температуры на входе в камеру коксования до 460 °С и при условии коксования сырья зафиксированного состава и качества представляется возможным без нарушений норм технологического регламента получить нефтяной кокс с содержанием летучих веществ ~ 15% масс.

Пригодность нефтяного кокса с повышенным содержанием летучих веществ в качестве добавки в шихту коксования углей оценивалась в лабораторных условиях в аппарате Сапожникова по ГОСТу 1186-87. На основе данного метода определяется толщина пластичного слоя (вспучивания) и пластометрической усадки.

Для определения прочности спекания в практике коксохимических производств наиболее распространен стандартный метод индекса Рога (ГОСТ 9318-70).

При содержании летучих в нефтяном коксе более 15% вспучиваемость составляет более 10 мм, а индекс Рога 50% (рисунок 6). При этом температура размягчения составила 200 °С, а температура затвердевания 440 °С, т.е. температурный интервал пластичности для нефтяных коксов с содержанием летучих веществ более 15% составил более 200 °С, что превышает интервал пластичности всех известных отечественных и зарубежных коксующих углей.

 Взаимосвязь содержания летучих-5

Рисунок 6 - Взаимосвязь содержания летучих веществ в нефтяном коксе

с индексом Рога и вспучиваемостью

Учитывая положительные результаты лабораторных исследований, было принято решение о наработке опытной партии нефтяного кокса с содержанием летучих веществ более 15% с последующим испытанием его в промышленных условиях коксохимических производств.

В четвертой главе приведены результаты испытаний наработанной опытной партии добавки коксующей в промышленных условиях коксохимических производств. Наработка опытной партии добавки коксующей проводилась с использованием в качестве сырья смеси вакуумного остатка висбрекинга и гудрона.

Поддерживался достаточно стабильный технологический режим:

- загрузка по первичному сырью ~ 84-87 м3/ч;

- загрузка по вторичному сырью ~ 90-95 м3/ч;

- температура на входе в камеру коксования ~ 458-461 °С;

В процессе наработки опытной партии наблюдались колебания качества исходного сырья коксования:

- плотность, кг/м3 – 1030-1060;

- коксуемость, % масс. – 20-26;

- содержание серы, % масс. - 3,8-4,4.

Всего было наработано 6000 тонн добавки коксующей со средним содержанием летучих веществ ~ 16,7% масс. и содержанием серы – 4,1 % масс.

Для предварительной оценки возможности введения нефтяного кокса с повышенным содержанием летучих веществ в шихту коксования углей был выбран метод «ящичного» коксования, позволяющий провести промышленные испытания с небольшим количеством образца. Основной целью исследований было сопоставить качество металлургического кокса, получаемого из стандартной (производственной) угольной шихты и из шихты с добавкой нефтяного кокса.

Как показали предварительно проведенные исследования, нефтяной кокс с повышенным (более 15%) содержанием летучих веществ обладает одновременно и спекающими и отощающими свойствами, поэтому в опытных шихтах на КХП ООО «Мечел-кокс» по сравнению с традиционной (производственной) при получении доменного кокса, были заменены угли марок ГЖ (газовый жирный) и ОС (отощенный спекающий).

В таблице 1 приведены составы производственной и опытной шихт, а в таблице 2 качество полученного металлургического кокса.

Таблица 1 – Состав и качество производственной и опытной шихт



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.