Повышение эффективности процесса грохочения при внутриустановочной обработке кокса на установках замедленного коксования



Научные исследования при совершенствовании технологии обработки кокса для его использования в алюминиевой промышленности, в основном, направлены на определение рациональных параметров и режимов работы исполнительных органов, разработку принципов поддержания оптимальных режимов разрушения, обеспечивающих достижение максимального выхода крупнокусковых фракций кокса и высокую производительность исполнительных механизмов [1].

При получении нефтяного кокса для алюминиевой промышленности важное значение при внутриустановочной обработки нефтяного кокса играет формирование его гранулометрического состава с максимальным содержанием фракций с крупностью выше 8 мм, что в значительной степени зависит от процесса грохочения на установках замедленного коксования.

Выбор основных параметров вибрационных грохотов, соответствующих заданной производительности и эффективности грохочения, обычно представляет большие трудности. На установках замедленного коксования (УЗК) грохочение является самостоятельной операцией. Получаемые фракции кокса, представляющие собой готовую товарную продукцию, отправляют потребителям [2].

Основным требованием, предъявляемым к процессу грохочения нефтяного кокса на УЗК, является разделение его на классы крупности с небольшим содержанием мелких фракций в сортовом коксе. ГОСТ 22898–78 на малосернистый нефтяной кокс допускает содержание мелких фракций в электродном коксе не более 10 %.

При рассеве нефтяного кокса на УЗК приходится иметь дело с рыхлыми смесями зёрен различного размера — от максимальных кусков (250 мм) до мельчайших частиц всего в несколько мм.

Куски обычно имеют неправильную форму, и их величина может быть охарактеризована лишь несколькими размерами. Для практических целей величину отдельного куска характеризуют одним размером. Этот размер обычно называют «диаметр» куска.

При рассеве нефтяного кокса для массовых определений размера зёрен за диаметр зерна принимают размер наименьшего квадратного отверстия, через которое это зерно может проходить.

Величина и частота колебаний, размеры сит и соотношения их длины и ширины, а также размеры отверстий являются основными параметрами грохота. Они определяют производительность и эффективность грохочения, степень засоренности продуктов грохочения зёрнами других фракций, а также самоочищение сит от продолговатых зёрен, забивающих их отверстия.

Существенное влияние на эффективность грохочения кокса оказывает угол наклона грохота. При угле наклона 17–19 эффективность грохочения кокса возрастает, а засоренность надрешетного продукта уменьшается. Как показали промышленные испытания, дальнейшее увеличение угла наклона грохота вызывает снижение эффективности и увеличение содержания мелочи в надрешетном продукте. Увеличение угла наклона также способствует повышению скорости движения материала по ситу. При неизменной подаче кокса на сито (производительность по исходному коксу постоянная) уменьшается высота материала на сите и сокращается время пребывания частиц кокса на просеивающей поверхности.

Уменьшение высоты слоя кокса положительно влияет на качество его рассева. При этом мелкие частицы из верхних слоев быстрее достигают поверхности сита и за оставшееся время успевают пройти через отверстия. Однако при незначительном увеличении скорости движения время пребывания зерен на сите сокращается настолько, что, несмотря на уменьшение высоты слоя, частицы с верхних слоев не успевают пройти слой кокса на сите и просеяться через отверстия. Предельная скорость движения нефтяного кокса по ситу не должна превышать 0,36 м/с. При более высоких скоростях ухудшаются условия прохождения зерен через отверстия сита, в результате чего резко увеличивается засоренность надрешетного продукта и снижается эффективность работы вибрационного грохота.

Увеличение угла наклона грохота влечет за собой уменьшение проекции отверстия сита, что снижает размер зерна, проходящего через отверстия. При этом полезная площадь отверстия уменьшается, что также приводит к снижению эффективности работы вибрационного грохота.

Скорость движения кокса по ситу грохота определяет его производительность как транспортирующего аппарата. Высокие скорости неблагоприятно отражаются на эффективности процесса грохочения. Вследствие сложности явлений, происходящих на сите грохота, оптимальная скорость движения кокса по ситу устанавливается опытным путём при регулировке грохота. Скорость движения кокса регулируется изменением угла наклона короба грохота. Для трудного зерна, близкого по размеру к величине отверстия, можно принять мм/сек.

От величины и частоты колебаний зависит эффективность грохочения, способность выбрасывания зёрен из отверстий сита и динамические нагрузки на конструкцию грохота.

Наибольшая эффективность грохочения достигается при более коротких прыжках зёрен по ситу, так как при этом зёрна ударяются большее количество раз по ситу и вероятность прохождения через отверстия трудных зёрен увеличивается.

Эффективность грохочения увеличивается с уменьшением частоты колебаний, т. е. с уменьшением скорости подбрасывания зёрен, а стало быть, и длины прыжка зёрен.

Очевидно, что для получения наибольшей эффективности грохочения минимальная длина прыжка зёрен должна равняться величине отверстия сита.

При выборе скорости подбрасывания зёрен требуется однако соблюдение и другого условия: скорость выбрасывания должна обеспечивать выкидывание продолговатых зёрен из отверстий сита. При недостаточной скорости выбрасывания отверстия сита быстро забиваются продолговатыми зёрнами и грохот теряет способность грохочения.

Поэтому при разработке двух- или трёхситового грохота величина и частота колебаний определяются по ситам с наиболее крупными отверстиями, требующими наибольших скоростей для выбрасывания зёрен.

Исследования действующих грохотов на УЗК показали, что скорости, определяющие подбрасывание зёрен на высоту равную 0,3–0,5 размера отверстия сита, обеспечивают выбрасывание продолговатых зёрен из отверстий.

В табл. 1 приведено соотношение скорости, величины и частоты колебаний для сит с отверстиями 8 и 20мм. Большинство способов определения производительности грохочения основано на предположении, что их производительность пропорциональна площади сита.

Таблица 1

Размер отверстия, мм	Скорость (максимальная), м/сек	Ускорение (максимальное), м / сек2	Величина колебаний, мм	Частота колебаний, мин
8	0,28	32,1	4,8	1000
20	0,42	39,8	8,4	900

Для более коротких сит кривая эффективности располагается ниже, а быстрое падение эффективности наступает при меньших производительностях, чем для длинных сит.

Площадь сита выбирается из условий производительности, а соотношение размеров сита — таким образом, чтобы длина его была не меньше вышеуказанных минимальных размеров, обеспечивающих достаточную эффективность грохочения.

Для вибрационных грохотов для рассева нефтяного кокса обычно применяют проволочные тканые сита. По сравнению с решетами, штампованными из листовой стали, применяемыми для барабанных и плоских качающихся грохотов, проволочные тканые сита имеют следующие преимущества:

− площадь отверстий занимает до 70 % всей площади сита, в то время как у штампованных решет площадь отверстий составляет 40 % всей площади;

− скольжение материала по ситу, благодаря неровной поверхности, значительно меньше, чем у штампованных решет, что способствует быстрому движению материала по ситу в горизонтальных грохотах и несколько задерживает движение материала в наклонных грохотах, способствуя этим лучшему качеству грохочения.

Отношение площади живого сечения сита к площади всего сита определяется толщиной проволок. Практикой установлены толщины проволоки в зависимости от размеров отверстий, которые являются экономически наиболее целесообразными с точки зрения износа сит. Для сит с размером ячейки 8х8 толщина проволоки — 6мм, а для сита с размером ячейки 20х20 толщина проволоки — 8мм.

Установлено, что для изготовления производственных сит наиболее износоустойчивой по сравнению с проволоками других марок является марганцовистая проволока из стали 65Г. В практических условиях износоустойчивость сита будет тем больше, чем надёжнее будет обеспечено натяжение сита и чем меньше будет свободная длина сита.

Однако, как показывает практика, срок службы проволочных сит при рассеве нефтяного кокса на вибрационном грохоте существующей конструкции составляет в среднем 1,5 месяца. С целью увеличения срока службы проволочных сит на многих УЗК в верхней части проволочного сита (место скученности загрузки кокса) укладываются ленточные полосы или металлические листы. Однако уменьшение просеивающей поверхности сита при реализации данного технического решения приводит к снижению эффективности грохочения (качества рассева) и, как следствие, к ограничению производительности вибрационного грохота.

Проведенные промышленные исследования на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» показали, что при влажности исходного суммарного кокса 8-10 % производительность существующей конструкции вибрационного грохота ГИЛ-52 не превышает 80 т/час.

Вынужденное ограничение производительности существующей конструкции вибрационного грохота для сохранения его эффективности грохочения при получении фракции выше 20мм, приводило к снижению производительности отгрузки кокса с приреакторной площадки в бункерные силоса. Другой важный фактор, вызывающий пониженную производительность, был связан с тем, что с увеличением производительности происходил быстрый износ проволочных сит.

Результаты лабораторного ситового анализа суммарного кокса (усредненные данные) существующей конструкции вибрационного грохота приведены табл. 2. Вычисляли суммарные выхода, представляющие сумму выходов всех классов крупнее (суммарный выход по плюсу) и мельче (суммарный выход по минусу) отверстий данного сита.

Таблица 2

Результаты ситового анализа (усредненные данные)

Классы, мм	Выход
	классов		Суммарный по плюсу,%	Суммарный по минусу,%
	кг	%
Выше 20 мм	254.2	34	34	100
От 20 до 8мм	134,6	18	52	66
Ниже 8мм	358,8	48	100	48
Итого	747,6	100	-	-

Как видно из табл.2, выход фракции крупнее 20 мм находится на уровне 34 %. Проведенный ситовой анализ крупнокускового кокса (фракция крупнее 20 мм) после вибрационного грохота показал, что при производительности 80 т/час засоренность надрешетного кокса подрешетным составляет 10 %.

Была выполнена модернизация существующего вибрационного грохота типа ГИЛ-52, а именно проведена защита рабочей поверхности проволочного сита колосниковой дробящей плитой с расположенными в ней веерообразными колосниками в сторону наклона просеивающей поверхности сита [3]. Данное техническое решение обеспечило повышение эффективности грохочения (качество рассева) за счет достаточно равномерного распределения поступающего суммарного кокса по всей поверхности проволочного сита и увеличило срок службы проволочного сита в модернизированном вибрационном грохоте.

В табл. 3 приведены производительность грохота и результаты ситового анализа суммарного кокса (усредненные данные), поступающего на него до модернизации и после.

Таблица 3

Вибрационный грохот	Гранулометрический состав суммарного кокса,%			Производительность, т/час	Содержание внадрешетном продукте подрешетного (засоренность),%
	Фракция, мм
	0–8	8–20	Выше 20
До модернизации	48	18	34	80	10
После модернизации	46	18	36	100	8

Проведенная модернизация существующей конструкции грохота на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» позволила увеличить производительность грохочения в 1,25 раза, повысить отбор крупнокусковых фракций (фр. выше 20 мм.) на 2 % и сократить содержание подрешетного продукта в надрешетном (засоренность) до 8 % [4].

Литература:

1. Тихонов А. А., Хайрудинов И. Р., Теляшев Э. Г., Тихонов И. А. Современные технологии обработки нефтяного кокса // Материалы Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в нефтегазовом комплексе». — Уфа, 23-29 ноября 2014. — С. 139-145, часть II.
2. Походенко Н. Т., Брондз Б. И. Получение и обработка нефтяного кокса. – М. Химия,1986, с. 217–223.
3. Патент РФ № 2275253 «Вибрационный грохот» / Тихонов А. А., Хайрудинов И. Р., Теляшев Э. Г., Головнин А. А., Ведерников О. С., Фоминых Н. П., Фоминых А. Н. / Бюл. № 12 от 27.04.2006
4. Тихонов А. А., Хайрудинов И. Р., Теляшев Э. Г., Головнин А. А., Фоминых А. Н., Нечаев А. Н., Гриневич Д. П. Повышение эффективности процесса грохочения при внутриустановочной обработке кокса. // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний», № 2, 2011. — С. 21–23.