Дошлов О.И.¹, Калапов И.А.²

¹Научный руководитель,член-корр.РАЕН, профессор кафедры химической технологии Иркутского государственного технического университета

²Студент IIIкурса химико-металлургического факультета Иркутского государственного технического университета

Влажность нефтекокса и способы его обезвоживания

Влажность нефтяного кокса зависит от многих факторов: свойств поверхности кокса, его крупности, пористости и порозности, температуры и продолжительности контактирования с водой, условий и способов обезвоживания. Большая пористость способствует высокой влагоемкости, быстрому насыщению кокса водой, в то время как обратный процесс — обезвоживание — более продолжителен.[1] Влагоемкость различных фракций неравнозначна. Основное количество влаги сосредоточено в мелком коксе размером зерен до 25 мм., с уменьшение крупности влажность увеличивается.

Влажность кокса перед отправкой потребителю составляет 7-15% для крупного и 10-20% для мелкого. При таких значениях влажности фракции кокса при низких температурах смерзаются. В табл. 1 приведены значения влажности кокса, при которых отсутствует или имеет место слабое смерзание при низкой температуре.

Таблица 1. Влажность кокса, безопасная для его смерзания

Фракция кокса, мм	Температура, ˚С	Содержание влаги, %
250 – 25	-15	10 – 11,5
250 – 8	-20	8,5 – 9
250 – 0	-30	7 – 8
25 – 0	-30	6 – 6,5
8 - 0	-30	4 – 5

На установках замедленного коксования (УЗК) в настоящее время используют способ удаления влаги из кокса — естественное обезвоживание на прикамерных площадках и складах.[2] Эта мера достаточна для обезвоживания крупных фракций, но добиться удовлетворительных результатов при обезвоживании мелких фракций естественным путем, как правило, не удается. Данные по изучению кинетики обезвоживания суммарного нефтяного кокса на прикамерной площадке (накопителе кокса), через 4 часа в верхнем слое выгруженной из камеры массы кокса влажность достигает значений, не опасных для смерзания, чему способствует фильтрование воды из верхних слоев в нижние и от части испарение. В среднем слое допустимая влажность достигается через 9-10 часов. В нижнем слое вначале имеет место даже некоторое увеличение влажности, и уровень влажности, безопасной для смерзания достигается только через 15-16 часов. В нижних слоях постепенно снижается фильтрующая способность вследствие проникновения в них мелких частиц кокса вместе с водой. Эффект обезвоживания определяется интенсивностью отвода воды после фильтрования с прикамерной площадки.[3]

Рис. 1. Обезвоживание суммарного кокса на прикамерной площадке.

1-3 – верхний, средний и нижний уровни в штабеле кокса соответственно; 4 – предел влажности для фракции 250 – 0 мм, безопасный для смерзания.

Подобного обезвоживания нет на установках, на которых выгружаемый из камер кокс сразу транспортируется в бункеры склада. Влажность кокса при такой схеме достигает 15-32%. При выгрузке из бункеров склада в вагоны попадают нижние, самые влажные слои, которые в пути следования смерзаются.[4] При движении вагонов происходит миграция воды из верхнив слоев кокса в нижние, вследствие чего в зимнее время на дне вагонов образуется смерзшийся слой толщиной 0,2-0,5 м.

Естественное обезвоживание мелких фракций протекает очень медленно, с укрупнением фракции процесс заметно ускоряется. Так для фракции 8-0 мм остаточное содержание влаги 5%, не опасной для смерзания, достигается за 3 суток, а для фракции 25-0 мм – за 1 сутки. Фракция 2,5-0 мм наиболее влагоемкая, следовательно, ее целесообразно предварительно отделить от кокса и автономно доводить влажность в ней до безопасной величины. Это возможно при длительном отстаивании на специальных площадках или при использовании принудительных методов – центрифугирования, термической сушки и т.д.

Рис. 2. Кинетика обезвоживания фракций кокса с изменением нижнего (а) и верхнего (б) пределов крупности:

1 – 5 – фракции 25 – 0,315; 25 – 063; 25 – 1,25; 25 – 2,5 и 25 – 8 мм соответственно. 1 – 4 – фракции 2,5 – 0; 6 – 0; 8 – 0; 25 – 0 мм соответственно; 5 – предел влажности, безопасный для смерзания.

Опыт эксплуатации и исследования показывает, что естественным обезвоживанием пределов несмерзаемости на установках коксования при бункерном хранении можно достичь для коксовой мелочи за 8-10 суток, а для крупных за 3-4 суток. Следовательно, хранение кокса в бункерах следует признать малоэффективным с точки зрения обезвоживания. Более рационально кокс выдерживать на площадках и в открытых складах, защищенных от атмосферных осадков.

Так же существует способ обезвоживания коксовой мелочи с использованием центрифуги. Опыты были проведены на фракциях 2,5-0 и 10-0 мм., и выявлен общий характер протекания процесса в центробежном поле. Так, обезвоживанием в центрифуге за 1-5 мин. можно уменьшить содержание влаги в коксовой мелочи до пределов несмерзаемости.

Так, во фракции 10-0 мм.влага уменьшилась до 1,6-5,6%. При естественном обезвоживании этой фракции влажность 4-6% достигается за 1 сут. Обезвоживание в центробежном поле фракции 2,5-0 мм. проходит менее эффективно, чем фракции 10-0 мм., так как более развитая поверхность фракции 2,5-0 мм.обуславливает большую пленочную влагу, удерживающуюся на поверхности кокса молекулярными силами сцепления.

На установках замедленного коксования, расположенных в климатических зонах с длительными минусовыми температурами, широко применяют промораживание коксовой мелочи. Промораживание мелочи осуществляется на открытых площадках периодическим ворошением ее до погрузки в вагоны при температурах наружного воздуха не выше -5ºС.

Сушку, как один из способов удаления влаги из кокса, на установках коксования не используют.[5] Связано это с заметными дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами на сооружение сушильных агрегатов и систем транспорта.

Литература:

1. Походенко Н.Т., Брондз Б.И. Получение и обработка нефтяного кокса. – М.: Химия, 1986. -312с.

2. С.Н. Колокольцев Углеродные материалы. Свойства, технологии, применения: Уч. пособие: издательство дом «Интеллект», 2012. – 296с.

3. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. - М. Химия. 1980г. 272с

4. Гимаев Р.Н. и др. Нефтяной кокс: Учеб. Пособие для рабочего образования – М.: Хмимя, 1992 - 80 с.

5. О.И. Дошлов, И.О. Дошлов, М.Н. Крылова «Новый углеродистый восстановитель для выплавки химически чистого кремния на основе высокореакционного нефтяного кокса» - Материалы XX международного конгресса «Новые технологии газовой нефтяной промышленности, энергетики и связи» - Москва, 2012 – 220с.