Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

– канальный – периодический процесс, пламя сгорающего сырья на выходе из горелок сталкивается с охлаждаемым водой металлическим желобом, процесс окисления прекращается с выделением технического углерода, который собирается внутри камеры.

Итак, цель процесса – получение технического углерода путем высокотемпературного крекинга тяжелого остатка нефтепереработки, содержащего большое количество разного рода ароматических соединений, при пониженном давлении.

Один из вариантов установки для получения сажи представлен на рисунке 6. Сырье, предварительно нагретое до 120 °C, поступает в змеевик печи, где его температура повышается до 320 °C. Даже при этих относительно низких для основного процесса температурах начинается неизбежное коксообразование. Чтобы удалить образовавшийся в змеевике кокс, перед реактором установлен фильтр. Очищенное сырье затем подается в циклонный реактор. Стоит отметить, что непосредственно на производстве реакторов несколько, причем большая часть из них находится в резерве.

Рисунок 6. Принципиальная схема получения технического углерода (сажи)

Воздух низкого давления совместно с топливом поддерживает температуру в реакторе, в то время как воздух высокого давления, подаваемый предварительно нагретым, обеспечивает необходимое технологическое давление. Режим работы реактора: температура – 1300–1600 °C, давление – 0,6–0,8 МПа, время пребывания сырья в реакторе – 0,02–0,04 секунды.

Для прекращения реакции происходит впрыск химически очищенной воды. При этом температура снижается в два раза. Далее вся реакционная масса проходит через специальный ороситель для большего охлаждения.

Для улавливания сажи используется многоступенчатая система, состоящая из циклонов и рукавных фильт-ров. В циклонах частицы сажи отделяются от газа под действием центробежной силы: поток, двигаясь по спирали, создает условия, при которых более тяжелые частицы оседают на стенках. Такой же принцип, как и у бытового пылесоса. Рукавные фильтры улавливают мельчайшие частицы сажи в порах специальной ткани. Обычно фильтры работают в паре, чтобы обеспечить непрерывность процесса. Для предотвращения забивания пор и восстановления фильтрующей способности их периодически продувают газом, который выдувает накопившуюся сажу.

Пройдя все стадии производства, технический углерод попадает на упаковочную ленту, где расфасовывается в биг-бэги, бумажные и полиэтиленовые кули, которые формируются в готовые партии и отгружаются конечным потребителям по морскому пути, автомобильным и железным дорогам. Технический углерод – востребованный продукт как в России, так и за рубежом.

До недавнего времени поставки технического углерода осуществлялись по всему миру, включая США и страны Европы. Теперь же, с введением в действие санкций, технический углерод отгружается в основном в страны Азии: Китай, Индию, Турцию, Корею, Казахстан.

Материальный баланс процесса описывается следующей пропорцией: на каждые 100 килограммов перерабатываемого сырья приходится 70 килограммов произведенной сажи. Остальные 30 % являются оксидами и диоксидами углерода, а также метаном.

Применение сажа нашла в различных областях: металлургии, атомной энергетике, строительстве, полиграфии, производстве кабелей, пластмасс, но чаще всего ее используют при производстве шин.

Коксование

Теперь рассмотрим один из наиболее недооцененных процессов глубокой переработки нефти – коксование. Его цель – превращение тяжелых остаточных фракций в ценные продукты: светлые дистилляты и кокс.

Развитие коксохимического производства берет свое начало еще в XVI веке: тогда оно осуществлялось путем переработки древесного и каменного угля. Затем с увеличением потребностей появилась технология доменных печей, первая из которых была построена во Франции в 1785 году. Кокс получали путем длительного обжига (около 12 дней) древесного угля в кучах. Выход кокса составлял 30 % от массы всего загруженного для обжига угля.

Затем начали производить кокс в кучах прямоугольного сечения (от 15 до 20 метров в длину, 1 метр в высоту, 1,2 метра в ширину в нижнем основании и 0,6 мет-ра – в верхнем), выкладывавшихся в виде призм. Для того чтобы придать угольной куче призматическую форму, устраивали специальный каркас из досок, в которых на разных высотах пробивались отверстия. Новым шагом стало набивание влажной угольной загрузки не в формы, а в пространство между двумя длинными стенами. Это решение и легло в основу конструкции стойловых печей. Производительность таких печей выросла в два раза – до 60 % от массы сырья.

Затем появились угольные и пламенные печи. Первая угольная печь была построена в 1836 году во Франции. Время коксования уменьшилось до 24 часов, а выход кокса удалось увеличить только на 10 %. Процесс коксования в угольных печах происходил за счет сжигания летучих продуктов.

К началу 80-х годов XIX века во Франции и Германии начали внедрять печи с улавливанием химических продуктов коксования. Коксовый газ после улавливания (вначале смолы, а позже бензола) сжигали в вертикальных отопительных каналах («вертикалах»), полностью изолированных от камеры коксования. Применение принципа регенерации тепла, предложенное Сименсом и внедренное в конструкции коксовых печей Гофманом (1881 год), значительно снизило расход газа на обогрев коксовых печей. В 1910 году для обогрева коксовых печей начали применять низкокалорийные (бедные) газы – доменный, генераторный – с предварительным их подогревом в регенераторах. После Первой мировой войны уже полноценно были сформированы элементы коксовых печей и стабилизированы их камеры.

Таким образом, можно выделить основные этапы развития коксохимической промышленности: первый этап – производство кокса в кучах в 1735 году, второй этап – появление технологии с полуоткрытыми камерами в 1750 году, третий этап – закрытые камеры с внутренним и внешним обогревом дымовыми газами в 1830 году, четвертый этап – улавливание продуктов сгорания в 1870 году, пятый этап – регенерация тепла в 1872 году, шестой этап – появление комбинированных печей коксования в 1908 году.

В России Первая мировая война положила конец коксовому производству. Но в 1920 году оно стало восстанавливаться. Так, возобновили свою деятельность три завода Донбасса: Енакиевский, Юзовский, Макеевский. Тогда производство кокса с улавливанием летучих продуктов составляло 81 % от всего объема, но несмотря на это, в 1929 году был достигнут исторический максимум получения этого продукта.

К началу Великой Отечественной войны на коксохимических предприятиях производилось свыше 25 млн тонн кокса в год. В этом же году Германия произвела 45 млн тонн, США – 59 млн тонн. Довоенного уровня удалось достичь только в 1949 году. В 1950 году около 47 % кокса было выработано на заводах Востока.

В 1951–1952 годах был построен Московский коксогазовый завод. В 1954–1955 годах введены в эксплуатацию коксохимические цехи Руставского металлургического завода. На территории Украины введены Баглейский, Ясиновский, Авдеевский заводы. Большое развитие получили Коммунарский (бывший Алчевский) и Криворожский коксохимические заводы. В Центре (в Липецке) и на Северо-Западе (в Череповце) были сооружены коксохимические производства в составе металлургических заводов. В Сибири вырос новый гигант черной металлургии – Западно-Сибирский металлургический завод (с 1984 года – комбинат), в составе которого был сооружен коксохимический завод.

Начиная с 1956 года,