В «Переработке нефти» (1960) А. П. Пичугин описывает самостоятельный маршрут: тяжёлый нефтяной остаток разлагается в горизонтальном стальном кубе, непосредственно обогреваемом снизу топкой; пары отводятся на конденсацию, а кокс накапливается внутри куба и удаляется между загрузками. С замедленным коксованием я сопоставляю этот способ прежде всего по подводу тепла: здесь оно проходит через стенку самого коксообразующего аппарата, там приходит с предварительно нагретым потоком в отдельную необогреваемую камеру.
Сырьё, аппарат и граница периодичности
Названы крекинг-остатки, гудроны, пиролизный пек и гидравличная смола. Название последней относится к конкретному тяжёлому продукту пиролизного хозяйства, а не к любой жидкости гидравлической системы. Различие сырья существенно и для продолжительности цикла, и для состава конденсата, и для качества кокса.
Несколько кубов могут образовывать батарею, но каждый работает самостоятельно и имеет собственный конденсатор-холодильник. Часть вспомогательного хозяйства обслуживает всю батарею. Поэтому я не рассматриваю батарею независимых периодических кубов как последовательную многокамерную реакционную систему.
Описанный куб — горизонтальный цилиндр с топкой под днищем. Несущие опоры и кладка топки конструктивно разделены, чтобы тепловое расширение и механические нагрузки куба не передавались кладке как жёсткое перемещение. Отсутствие боковых дымоходов автор связывает с необходимостью быстрее охлаждать аппарат между циклами; обратной стороной называет неполное использование теплоты уходящих дымовых газов. Выигрыш во времени охлаждения приходится оплачивать потерей части теплоты — для периодического аппарата это вполне осязаемый конструктивный компромисс.
От загрузки к газу, дистилляту и коксу
Основная последовательность потоков: тяжёлое сырьё → внешний обогрев куба → испарение лёгких составляющих и термическое разложение остатка → отвод парогазовой смеси → конденсатор-холодильник → разделение жидкого коксового дистиллята и неконденсировавшегося газа. Кокс остаётся в кубе; после завершения цикла аппарат освобождают от твёрдого продукта и используют для следующей загрузки.
Начальное описание прямо говорит о перегонке без применения водяного пара. Пар в последующих стадиях подготовки и охлаждения не следует переносить назад и объявлять весь маршрут паровым крекингом.
В схеме рис. 129 парогазовый поток проходит через погружной змеевиковый конденсатор-холодильник, затем через газоотделитель. Газ отводится отдельно, жидкий дистиллят — в свой приёмник. Последние тяжёлые «хвостовые» погоны имеют иной маршрут: их выводят в отдельную ёмкость, минуя основной конденсатор, поскольку тяжёлая высокоплавкая ароматическая фракция способна его закупоривать. Это не ещё один выход обычного лёгкого бензина.
Автор связывает подачу предварительно нагретого сырья с уменьшением температурной неоднородности. В плохо перемешиваемой тяжёлой жидкости пограничный слой у горячего днища может закоксоваться раньше основной массы. Образовавшийся слой дополнительно затрудняет теплопередачу; над ним ещё остаётся жидкость, тогда как металл днища испытывает перегрев. Поэтому я рассматриваю коксообразование вместе с теплопередачей: один и тот же слой одновременно является продуктом процесса и препятствием для подвода тепла.
В описанной температурной истории появление погонов отнесено примерно к 300 °C, интенсивное выделение газа и дистиллята — к области около 400 °C. При дальнейшем нагреве выше 400 °C автор отмечает замедление выхода дистиллятов и усиление образования кокса; затем температура внутри куба достигает 450–500 °C. Это последовательные стадии переменного режима, а не одна изотермическая выдержка при 450–500 °C. Последующее уменьшение летучих в коксовом «пироге» также относится к отдельной стадии.
Сообщённые выходы и продолжительность
Для кубового коксования источник приводит примерные диапазоны выходов в массовых процентах: кокс 12–28 %, жидкий дистиллят 60–80 %, остаточная тяжёлая фракция 2–5 %, газ и потери совместно 5–12 %. Это набор диапазонов для различного сырья и условий, а не одна строка замкнутого баланса: произвольно складывать выбранные границы или нормировать их до 100 % нельзя. Газ в этом сообщении не отделён количественно от потерь.
Примерная производительность одного куба за цикл — 3–5 т кокса. Полный цикл указан в пределах 18–35 ч; отдельно для крекинг-остатков названы 18–23 ч, для гидравличной смолы 30–35 ч. Это время оборота аппарата с различными технологическими стадиями, а не время пребывания паров и не длительность единственной реакции. Оценки отдельных стадий в книге не вполне согласуются с общим временем оборота; эту разницу я сохраняю в примечании к источнику.
В числе ориентировочных расходов указаны прямое топливо до 8 % на коксуемое сырьё, условный пар около 20 кг на 1 т сырья при принятом автором теплосодержании 640 ккал/кг и электроэнергия около 0,4–0,7 кВт·ч на 1 т сырья. Я не складываю эти разные показатели в готовый энергетический баланс. Расход воды в печатном источнике — до 7 м³ на 1 т сырья.
Почему кокс внутри одного куба неоднороден
По авторскому описанию, нижние и боковые слои прокаливаются сильнее верхних. Для летучих названы 1–4 % в нижних и боковых слоях, 3–7 % в верхнем слое и более 7 % возле выгрузочного люка; среднее содержание летучих в кубовом коксе отдельно дано как 2–7 %. Я читаю эти числа как пространственные характеристики разных частей продукта, а не последовательные измерения одного образца.
Зольность связана не только с золой исходного сырья. Вблизи днища к коксу может присоединяться окалина; сверху возможно попадание ржавчины, а после выгрузки — пыли и материала площадки. Поэтому авторский тезис о переходе золы сырья в кокс не является полным балансом всех источников неорганической примеси. Термин «беззольный кокс», употребляемый в историческом описании, не означает доказанное нулевое содержание золы.
Механическая прочность нижнего слоя названа в 2–3 раза большей, чем верхнего. Автор также сообщает меньшую прочность после водяного охлаждения по сравнению с паровым и связывает её с высотой коксового слоя и продолжительностью прокалки. Метод испытания для отношения прочности в 2–3 раза не указан. Оно характеризует неоднородность слоёв одного кубового продукта, а не превосходство кубового кокса над коксом другого способа.
Жидкие продукты зависят от происхождения остатка
Дистилляты гудронов и части крекинг-остатков автор рассматривает как широкую фракцию для последующего крекинга. В отдельном сообщении о фракционировании указаны выходы на исходное сырьё: бензиновый дистиллят 3–12 %, керосиновый 18–27 %, соляровый 6–15 %, остаток выше 350 °C — 27–50 %. Это другой уровень разделения и другой набор диапазонов; его нельзя механически совместить с верхними пределами общего выхода жидкого дистиллята.
Для пиролизного пека и гидравличной смолы описан иной результат: дистиллят — зелёное масло с содержанием ароматических углеводородов до 70 %, а тяжёлые хвосты — антраценовая смола с высокой температурой застывания. Автор отдельно считает такое зелёное масло непригодным для крекинга. Эти характеристики не переносятся на дистиллят любого нефтяного остатка; базис указанного содержания ароматических компонентов в этом абзаце не раскрыт.
Что определяет пригодность продукта
Автор выделяет низкое содержание летучих как преимущество кубового способа, одновременно отмечая периодичность, топливные затраты, износ огневых листов, неоднородность кокса и трудоёмкость удаления твёрдого продукта. Возможность изготовления электродов связана с характеристиками сырья и полученного кокса, а не следует автоматически из самого названия процесса.
Приведённые в книге марки КНПЭ, КНКЭ и КН относятся к ГОСТ 3278-48. Это исторический контекст, не действующее подтверждение соответствия продукта; отдельная таблица стандарта не переносится сюда как современный паспорт. Для конкретного потребителя важны свойства полученного кокса, а не само название способа.
Связанные материалы
Для сравнения: замедленное коксование
Источники и материалы
Источники и литература
Источник: А. П. Пичугин. «Переработка нефти: прямая перегонка, термический крекинг, коксование». 1960. Глава XIV, §119, печатные с. 310–318 (PDF 311–319), рис. 127–129.
Приведённые длительности отдельных операций в сумме дают 21,5–38 ч, тогда как общий оборот указан как 18–35 ч. Источник не объясняет согласование этих оценок; предполагаемое перекрытие операций не добавлено. Для процентов летучих не заданы влажностная база и аналитическая методика; для расхода топлива массовая база отдельно не повторена. Температура 1300 °C и выдержка 5 ч в табл. 20 относятся к подготовке образца при определении истинного удельного веса, а не к производственному режиму куба.
Самостоятельная SVG создана по словесному различению раздельных путей дистиллята, хвостов и аварийного отвода, не копирует книжный рисунок. Публикация, импорт и авторское утверждение не выполнялись.