Курсовая работа (т): Анализ процесса термоконтактного крекинга на примере установки непрерывного коксования в псевдоожиженном слое

В зависимости от производительности УЗК различаются количеством и размерами коксовых камер, количеством и мощностью нагревательных печей. На современных модернизированных УЗК используются печи объемно-настильного и вертикально-факельного пламени и коксовые камеры большего диаметра (5,5 - 7,0 м; высота - 27 - 30 м). В них предусмотрены высокая степень механизации трудоемких работ и автоматизации процесса.

По технологическому оформлению УЗК всех типов различаются между собой незначительно и преимущественно работают по следующей типовой схеме: первичное сырье -> нагрев в конвекционной секции печи -> нагрев в нижней секции ректификационной колонны теплом продуктов коксования -> нагрев вторичного сырья в радиантной секции печи -> коксовые камеры -> фракционирование.

Технологическая схема установки мощностью 600 тыс. т в год, которая включает реакторный блок, состоящий из четырех коксовых камер, две трубчатые нагревательные печи, блок фракционирования и систему регенерации тепла и охлаждения продуктов (см. приложение №1).

Сырье - гудрон или крекинг-остаток (или их смесь) - подается насосом 1 двумя параллельными потоками в трубы подовых и потолочных экранов печей 2 и 3, где оно нагревается до 350-380 °С. Затем сырье поступает в нижнюю часть колонны 9 на верхнюю каскадную тарелку. Сюда же под нижнюю тарелку поступают горячие газы и пары продуктов коксования, образующиеся в двух параллельно работающих камерах 5 (или 5'). В колонне сырье встречается с восходящим потоком газов и паров и в результате контакта тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем. Таким образом, в нижней части колонны образуется смесь сырья с рециркулятом, обычно называемая вторичным сырьем. Если в сырье содержались легкие фракции, то они в результате контакта с высокотемпературными парами, испаряются и уходят в верхнюю часть колонны 9.

Вторичное сырье с низа колонны 9 забирается насосом 6 и возвращается в змеевики печи 2 и 3, в верхние трубы конвекционной секции и правые подовые и потолочные экраны. Эта часть труб относится к "реакционному" змеевику, здесь вторичное сырье нагревается до 490-510 °С. Во избежание закоксовывания труб этой секции в трубы потолочного экрана подают перегретый водяной пар, так называемый турбулизатор, в количестве 3 % (масс.) на вторичное сырье. За счет подачи турбулизатор а увеличивается скорость прохождения потока через реакционный змеевик. Избыток перегретого} водяного пара может подаваться в отпарные колонны 10 и 11.

Парожидкостная смесь из печей 2 и 3 вводится параллельными потоками через четырехходовые краны 7 в две работающие камеры 5; две другие камеры (5) в это время подготавливают к рабочему периоду цикла. Горячее сырье подается в камеры вниз и постепенно заполняет их. Объем камер достаточно большой (внутренний диаметр 4,6-5,5 м, высота 27-28 м), и время пребывания сырья в них значительно. Здесь в камерах сырье подвергается крекингу. Пары продуктов разложения непрерывно выводятся из камер сверху и поступают в колонну 9, а тяжелый остаток остается. Жидкий остаток постепенно превращается в кокс.

В колонне 9 продукты коксования разделяются. С верха колонны уходят пары бензина и воды, а также газ коксования. Эти продукты проходят аппарат воздушного охлаждения 8, затем водяной холодильник 16 для дополнительного охлаждения и поступают в водогазоотделитель 17, где разделяются на водный конденсат, нестабильный бензин и жирный газ.

Часть нестабильного бензина нагнетается насосом 15 в качестве орошения на верхнюю тарелку колонны 9. Балансовое количество бензина проходит теплообменник 18, где нагревается за счет тепла легкого газойля, и передается в секцию стабилизации. Водный конденсат, отводимый из водогазоотделителя 17, подается насосом 14 через теплообменник 20 в пароперегреватели, расположенные в конвекционных секциях печей 2 и 3.

Легкий и тяжелый газойли, отводимые из отпарных колонн 10 и 11, направляются соответственно насосами 13 и 12 через теплообменники нагрева нестабильного бензина 18, водного конденсата 20 и аппараты воздушного охлаждения 19 и 21 в резервуары.

После заполнения камер коксом, образующимся в процессе, камеры отключают и продувают водяным паром для удаления оставшихся жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают вначале в колонну 9, а затем, когда температура кокса понизится до 400-405°С, поток паров отдувают в приемник 4. Подачу водяного пара продолжают до снижения температуры кокса до 200°С, далее в камеру подают воду до тех пор, пока вновь подаваемые порции воды, пары которой выходят в атмосферу, не перестанут испаряться, т. е. гока в сливной трубе приемника 4 не появится ода.

Кокс из камер выгружается гидравлическим способом - посредством гидрорезаков с использованием воды давлением 10-15 МПа.

Установка замедленного коксования мощностью 1,5 млн. т сырья в год аналогична описанной, но она оборудована шестью коксовыми камерами и тремя трубчатыми печами, каждая из которых обслуживает две камеры; диаметр камер 7 м, высота 30 м.

Таблица № 1

Технологический режим установки

Таблица № 2

Материальные балансы процесса коксования, полученные экспериментально (в лабораторных условиях), для различных видов сырья:

Влияние сырья и технологических параметров на процесс замедленного коксования

Качество сырья. На качество продуктов термолиза наиболее существенное влияние оказывает групповой углеводородный состав сырья, прежде всего содержание полициклических ароматических углеводородов. При термолизе ароматизированного сырья образовавшиеся асфальтены более длительное время находятся в объеме без осаждения в отдельную фазу и претерпевают более глубокие химические превращения (обрыв боковых цепочек, образование крупных блоков поликонденсированных ароматических структур и т.д.). В результате образуются более упорядоченные карбоиды и кокс с лучшей кристаллической структурой.

Нефтяные коксы с высокой упорядоченностью, в частности игольчатые, получаются только из ароматизированных дистиллятных видов сырья с низким содержанием гетеросоединений (дистиллятные крекинг-остатки, смолы пиролиза, тяжелые газойли каталитического крекинга, экстракты масляного производства и др.). В связи с этим в последние годы значительное внимание уделяется как в России, так и за рубежом проблеме предварительной подготорки сырья для процесса коксования и термополиконденсации.

Временную зависимость процесса термолиза при заданных температуре и давлении можно представить следующим образом. При термолизе ТНО в начале процесса в результате радикально-цепных реакций распада и поликонденсации происходит накопление в жидкой фазе полициклических ароматических углеводородов, смол и асфальтенов, в системе промежуточных продуктов уплотнения происходят два фазовых перехода в жидкой среде. Сначала из карбонизирующегося раствора- при достижении пороговой концентрации выделяется фаза асфальтенов, затем в этой среде зарождается фаза анизотропной кристаллической жидкости - мезофаза. Последующая длительная термообработка асфальтенов в растворе в молекулярно-диспергированном состоянии способствует более полному отщеплению боковых заместителей и повышению доли ароматического углеводорода в структуре молекул асфальтенов. Это создает предпосылки к формированию мезофазы с более совершенной структурой, что, в свою очередь, приводит при дальнейшей термообработке к улучшению кристаллической структуры конечного продукта - кокса.

Влияние температуры. Поскольку энергии активации отдельных реакций термолиза различаются между собой весьма существенно, то температура как параметр управления процессом позволяет обеспечить не только требуемую скорость термолиза, а, прежде всего,

.5 Устройство и принцип работы оборудования

коксование углеводород печь термический

1.5.1 На установках, термокрекинга и других производствах продолжают эксплуатироваться конструкции печей шатрового типа. Их широкому распространению способствовали простота устройства, легкость обслуживания и удобство проведения ремонтных работ.

Тепловая мощность шатровых печей от 7…8 до 45…60 МВт.

Печи имеют одну или чаще две радиационные секции со сводом, наклоненным от центра к внешней стене, в которой горизонтально установлены горелки. Трубы в радиационной секции уложены на поду и на своде.

Двухкамерная (двухскатная) печь с наклонным сводом

Печь (рис.1) состоит из двухпоточных камер и одной общей конвекционной камеры с нижним отводом дымовых газов, имеет две радиационные секции со сводом, наклоненным от центра к внешней стене.

Печь работает следующим образом. Мазут или газ сжигается с помощью горелок, расположенных на стенах камеры радиации. Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу Продукт одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика, проходит трубы экранов камеры радиации и, нагретый до необходимой температуры, выходит из печи.

Применение печей с двумя радиационными секциями выгодно особенно в тех случаях, когда необходимо нагревать два самостоятельных потока до требуемой температуры

Рис..1. Схема работы печи:

а) конструкция шатровой печи: 1 - камера радиации; 2 - камера конвекции; 3 - дымоход; 4 - змеевик; 5 - футеровка; 6 - горелочные устройства; б) схема потоков в печи: 1 - вход продукта; 2 - выход продукта; 3 - движение дымовых газов

Конструкция двухскатных двухкамерных печей имеет существенные недостатки:

. Габаритные размеры печей очень велики. Так типовая печь тепловой мощностью 18 МВт имеет размеры 20×15×8 м. Большие размеры печи обусловлены сравнительно низкими теплотехническими показателями:)         теплонапряженность топки 60…95кВт/м3;)         теплонапряженность радиантных труб не выше 35кВт/м2

. Одностороннее облучение длинными факелами создает неравномерность нагрева труб по окружности и длине трубчатого змеевика.

. При форсировании режима горения возможны случаи прогара труб.

. КПД печей невысок (0,5…0,7)

.5.2 Для разделения газожидкостной смеси, которая поступает из камер коксования, используют ректификационную колонну тарельчатого типа, с глухой разделительной тарелкой. Конструкция тарелок бывает различной, чаще всего применяют тарелки колпачкового типа.

3. Охрана окружающей среды

На современном этапе развития производства все большее применение находит принцип "от техники безопасности к безопасной технике". Если раньше обеспечение безопасности работающих сводилось к применению предохранительных устройств и защитных приспособлений, то теперь основным направлением охраны труда является создание таких процессов и оборудования, в которых практически исключается возникновение опасностей и вредностей. Энергонасыщенность современных объектов стала огромной. Постоянно интенсифицируются технологии, вследствие этого такие параметры, как температура, давление, содержание опасных веществ, растут и приближаются к критическим. Растут единичные мощности аппаратов, количества находящихся в них веществ. Номенклатура выпуска нефтеперерабатывающего или нефтехимического заводов с передовой технологией, обеспечивающей комплексную переработку сырья, стала состоять из тысяч позиций, причем многие из изготавливаемых продуктов взрыво-, пожароопасные и (или) токсичны. Успешное решение экологических проблем в значительной степени зависит от рационального проектирования и совершенствования таких технологических процессов, как системы факельного хозяйства, каталитического обезвреживания газовых выбросов и очистки производственных сточных вод.

Установки загрязняют окружающую воздушную среду - пыль, пропарка и охлаждение кокса в атмосферу, через скруббер Е-9, водные стоки содержат фенолы, коксовую мелочь, нефтепродукты.

Степень загрязнения атмосферного воздуха зависит также от высоты выброса. При ветровом потоке воздуха, направленном на здание, над крышей и за зданием создаётся область пониженного давления (зона аэродинамической тени). Внутри этой зоны возникает циркуляция воздуха, в результате которой в зону вовлекается пыль и газовые выбросы. Поэтому все организованные выбросы должны направляться выше той зоны. При этом приземные концентрации вредных веществ могут быть уменьшены до 6 раз

Современные установки оснащаются узлами пропарки и охлаждения коксовых камер, сброс предохранительных клапанов осуществляется в колонну К-1, установки работают по замкнутому циклу водоснабжения, потери менее 1%. .

Для уменьшения выбросов углеводородов необходимо постоянно контролировать герметичность аппаратов, резервуаров, фланцевых соединений и т.д. особое внимание необходимо уделить резервуарам для хранения нефтепродуктов.

Плавающие понтоны предназначены для резервуаров со щитовым или сферическим покрытием с целью снижения потерь хранящихся в них легкоиспаряющихся нефтей и нефтепродуктов. Понтон, плавающий на поверхности жидкости, уменьшает площадь испарения по сравнению с обычным резервуаром, благодаря чему резко снижаются (в 4-5 раз) потери от испарения. Понтон представляет собой диск с поплавками, обеспечивающими его плавучесть. Между понтоном и стенкой резервуара оставляется зазор шириной 100-300 мм во избежание заклинивания понтона вследствие неровностей стенки. Зазор перекрывается уплотняющими герметизирующими затворами. Известны несколько конструкций затворов, однако наибольшее применение имеет затвор из прорезиненной ткани, профили которой имеют форму петли с внутренним заполнением затвора (петли) упругим материалом. Герметизирующий затвор является неотъемлемой частью понтона. Без затвора работа понтона мало эффективна.

Таблица 3

Выбросы на установке замедленного коксования