Курсовая глубокой переработки нефти. 1. Разработка поточной схемы завода по переработке Ермолинской нефти. 6
 Скачать 316.77 Kb.
|
2. Разработка и описание технологической схемы установки висбрекинга.Все процессы, протекающие на НПЗ при переработке нефтяного сырья в товарные продукты, условно подразделяют на три основные группы: термические, термокаталитические и термогидрокаталитические. К числу термических процессов относится процесс висбрекинга. Висбрекинг – наиболее мягкая форма термокрекинга; назначением данного процесса является снижение вязкости нефтяных остатков с целью получения компонента товарного котельного топлива, т.к. получающийся гудрон на АВТ непосредственно не может быть использован как котельное топливо из-за высокой вязкости, а также получение дополнительных количеств светлых нефтепродуктов термическим разложением остатков от перегонки нефти, в результате чего увеличивается ГПН НПЗ. Применение процесса висбрекинга позволяет снизить вязкость в 25-50 раз; условия проведения данного процесса равны 430-500°С, 1-5 МПа. Процесс висбрекинга востребован на таких НПЗ, где отсутствуют другие установки глубокой переработки гудрона, например, коксование или гидрокрекинг остатков. В настоящее время известно 2 способа проведения процесса висбрекинга – печной и с выносной сокинг-камерой. Опыт работы с реализацией печных вариантов показывает, что они не обеспечивают снижение вязкости тяжелых нефтяных остатков до норм, предъявляемым к товарным котельным топливам, а получаемый крекинг-остаток требует вовлечения дополнительного количества разбавителей. Также особенностями осуществления процесса висбрекинга с выносной реакционной камерой является более мягкий температурный режим, длительное время пребывания сырья в камере за счет чего увеличивается глубина превращения. Поэтому наиболее распространенным на сегодня является реализация процесса висбрекинга с выносной камерой. В данном проекте при разработке НПЗ для переработки Ергачинской нефти использовался процесс висбрекинга с выносной реакционной сокинг-камерой. Преимуществами такой технологии являются: уменьшение энергетических затрат, т.к. скорость закоксовывания апааратов значительно ниже, чем при использовании печи; большая длительность межремонтного пробега; меньшее количество пара от утилизации тепла; большая степень превращения за счет увеличения времени пребывания сырья в выносной камере при заданной температуре. Однако, для такой технологии характерна сложность очистки от кокса реакционной камеры (требуется использование дополнительного оборудования). 2.1.Основы управления и параметры процесса.К основным регулируемым параметрам процесса висбрекинга относятся: сырье, температура, давление и время пребывания сырья в зоне реакции. На практике их величина напрямую зависит от свойств сырья и от разновидности процесса висбрекинга. Сырьем процесса данного курсового проекта является 50% гудрона от общего его количества, полученного на блоке АВТ. Преимущественно гудрон состоит из парафиновых и значительного количества нафтеновых и ароматических соединений, поэтому его термическая стабильность достаточно высока. Температура проведения процесса – 430-500°С, давление –,. Процесс висбрекинга представляет собой совокупность реакций разложения и уплотнения молекул. При уменьшенных температурах 420-450°С преобладают реакции полимеризации и уплотнения, а при более высоких 450-500°С реакции расщепления. С повышением температуры скорость реакции обоего типа возрастает. Однако, скорость реакций разложения увеличивается значительно быстрее, чем реакций уплотнения и эта разница будет тем больше, чем выше температура. Наиболее оптимальной температурой проведения процесса является 430-500°С, при времени протекания реакции 10-15мин. С повышением температуры крекинга выход продуктов уплотнения уменьшается, а продуктов распада (особенно газа и бензина) возрастает. От температуры крекинга зависит вязкость получаемого остатка висбрекинга. Температурный предел 500-510°С считается оптимальным для снижения вязкости остатка висбрекинга. Давление существенного влияния на процесс висбрекинга не оказывает; наиболее оптимальными условиями является давление 1-2,5 МПа.Это позволяет вести процесс в жидкой фазе, быстро выводить из реакционного змеевика первичные продукты распада - газойлевые фракции, не давая им разлагаться на газ и бензин. Повышение давления увеличивает количество продуктов уплотнения. 2.2. Химизм процесса. Механизм протекания основных реакций.Сырье - гудрон, поступающее на висбрекинг, состоит из трех основных классов углеводородов: парафиновых, нафтеновых и ароматических. Превращение углеводородов разных классов при умеренном термическом крекинге происходит с различной трудностью. Легче всего подвергаются крекированию (расщеплению) парафиновые углеводороды, наиболее устойчивые к температурному воздействию ароматические, нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение. Для крекинга парафиновых углеводородов характерны реакции их распада по связи С-С на более низкомолекулярные компоненты с образованием алкена и алкана:   где n = m+q.Место разрыва, а, следовательно, преимущественное образование тех или иных продуктов реакции зависит от температуры и давления. Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи все больше смещается к ее концу и значительно возрастает выход газообразных продуктов. При температуре 400-500 оС разрыв происходит по середине цепи. Полученные предельные молекулы вновь распадаются на алкан и алкен, а низкомолекулярные углеводороды – этан, пропан, бутан – склонны к дегидрированию. Реакции распада алканов имеют цепной характер и подчиняются теории свободных радикалов, согласно которой вначале молекулы С5 и выше под воздействием высокой температуры распадаются на радикалы различной молекулярной массы, например:  Тем самым происходит возникновение (инициирование) цепной реакции. Образовавшиеся радикалы, не обладающие в данных условиях хотя бы минимальной стабильностью, мгновенно снова распадаются на непредельный углеводород и новый радикал, в том числе и водородный атом. Свободные радикалы, сталкиваясь с молекулами исходного сырья, порождают цепную реакцию с образованием новых радикалов: RH + H → R + H2 R1H + R → R1 + RH При достижении равновесия вероятность соударений радикалов между собой увеличивается. Это приводит к образованию стабильных алканов: СН3 + СН3 → С2Н6 В итоге в продуктах реакции накапливаются устойчивые при данной температуре предельные и непредельные углеводороды, а также молекулярный водород. Нафтеновые углеводороды термически стабильны. Однако, при крекинге углеводороды с длинными боковыми цепями ведут себя так же, как парафиновые: с увеличением длины боковой цепи их термическая устойчивость снижается. Для нафтеновых углеводородов наиболее характерны следующие типы превращения при высоких температурах: - деалкилирование или отщепление боковых алкановых цепей;   СН2СН2СН3→ + С3Н8 + Н2  - частичная или полная дециклизация полициклических нафтенов после деалкилирования; → С2Н4 + С3Н6 - распад моноциклических нафтенов на олефины или парафин-диолефины. - дегидрирование кольца с образованием циклоолефинов и ароматических углеводородов; Для всех реакций распада нафтенов характерно образование молекул с числом атомов углерода не ниже С3. Ароматические углеводороды наиболее термически устойчивы. Поэтому они накапливаются в жидких продуктах крекинга тем в больших количествах, чем выше температура процесса. Голоядерные (лишенные боковых цепей) ароматические углеводороды, так же как и алкилированные углеводороды с короткими боковыми цепями, практически не подвергаются распаду. Единственным направлением их превращений является конденсация с выделением водорода. В результате происходит накопление полициклических углеводородов, которые легко адсорбируются на катализаторе и далее крекируются на нем до кокса. В результате конденсации бензола, нафталина и других голоядерных углеводородов образуются дифенил, динафтил и им подобные углеводороды:  2 → + H2Ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями способны деалкилироваться. В сырье для крекинга ненасыщенные углеводороды отсутствуют, но роль их в химии крекинга велика, т.к. они всегда образуются при распаде углеводородов других классов. Олефинами свойственны самые разнообразные реакции. Умеренные температуры (до 500 оС) и высокие давления способствуют протеканию реакций полимеризации олефинов, высокие температуры и низкие давления вызывают реакции распада. Разложение олефинов может протекать в различных направлениях. В обычных услоавиях крекинга (около 500°С, давление до 7 Мпа) олефины, образовавшиеся при паспаде предельных соединений, в основном, претерпевают распад по β-связи: CnH2n → CmH2m + H2 А низкие температуры и высокие давления стимулируют реакции полимеризации: nCnH2n → (CmH2n)n 2.3. Описание технологической схемы установки висбрекинга с выносной реакционной камерой.Производительность установки – 500 тыс.т./год; Число рабочих дней в году – 340; Материальный баланс установки:
Расходные показатели (в расчете на 1 т сырья):
Технологический режим установки:
Технологическая схема установки висбрекинга с выносной камерой представлена в графическом материале. Нагретое до 320°С остаточное сырье – гудрон с установки АВТ насосом 1 прокачивается в печь 2. Трубчатые печи установок термического крекинга предназначены не только для нагревания и частичного или полного нагрева сырья, но и для проведения в них химических реакций. В печи 2 начинаются реакции крекинга; полупродукты, выходящие из печи, из-за высокой температуры уносят много тепла. Это тепло используется для углубления реакций крекинга в реакционной камере 3. Реакционная камера представляет собой полый цилиндрический аппарат диаметром 2-3м и высотой 10-15м. вследствие довольно большого объема камеры, продукт находится в ней достаточно долго (время нахождения сырья в ней 10-15мин), что способствует углублению крекинга. Т.к. реакционная камера не обогревается, а реакция крекинга идет с поглощением тепла, то температура на выходе из камеры на 20-30°С ниже, чем на входе. Газопродуктовая смесь при температуре 433°С поступает в секцию питания фракционирующей колонны 4. Для получения продуктов заданного состава и качества в колонне фракционирования 4 необходимо поддерживать следующий режим: давление близкое к атмосферному, tверха = 166°С, tниза = 350°С. Ректификат колонны, представляющий собой смесь, состоящую из углеводородного газа, паров бензина и водяного пара, после охлаждения в холодильнике 5 и АВО 6 направляется в сепаратор 7, где происходит разделение на жирные газы, подаваемые на ГФУ непредельных газов, конденсат и легкий бензин, балансовая часть которого после откачки насосом возвращается под верхнюю тарелку колонны в качестве орошения, а остальная часть выводится с установки и направляется на блок каталитического риформинга. В качестве бокового отгона из отпарной колонны 8 выводится легкий газойль, подаваемый на установку гидроочистки дизельной фракции; часть его возвращается в колонну в качестве орошения. Кубовый остаток колонны выводится с установки самотеком под давлением системы и используется в качестве котельного топлива. На графическом листе также приведена схема выносной реакционной камеры установки висбрекинга. Нагретое сырье поступает снизу камеры через патрубок входа. Сверху же отбираются продукты реакции. В камере происходит основной термический процесс. 2.4. Основные тенденции развития процесса висбрекинга.Увеличение глубины переработки нефти напрямую зависит от вторичных процессов. Актуальность развития глубокой переработки нефти в России очевидна, учитывая то, что в структуре производства нефтепродуктов преобладают тяжелые остаточные нефтепродукты, растет удельный вес месторождений высоковязких и трудноизвлекаемых нефтей в структуре нефтяных запасов Российской Федерации. В этой связи особый интерес представляет процесс висбрекинга, основным назначением которого является снижение вязкости тяжелых нефтей и тяжелых нефтяных остатков. Гибкость и достаточно мягкие условия висбрекинга, по сравнению с термическим крекингом, позволяют перерабатывать более тяжелое, но при этом легче крекируемое сырье. Процесс висбрекинга по мощности переработки в России стоит на четвертом месте среди процессов глубокой переработки нефти. Наличие установок висбрекинга на НПЗ дает возможность экономить значительную часть вакуумного газойля (20- 25 % масс), который нередко используется в качестве разбавителя для приготовления котельного топлива, а также значительно сокращает общее количество котельного топлива. Несмотря на то что процесс висбрекинга дает самую низкую глубину переработки нефти, наибольшее количество построенных установок по вторичным процессам за период 2003 -2010 гг. приходится на процесс висбрекинга, т.к. на заводах производится много высоковязких гудронов и медленно внедряются процессы коксования и гидропереработки остатков нефти. Простота технологического и аппаратурного оформления и низкие капитальные и энергетические затраты процесса висбрекинга, который претерпел в последние годы значительные изменения и получил новые потенциальные возможности, делает его привлекательным для нефтепереработки России. Несмотря на очевидные экономические преимущества, этот процесс имеет и ряд недостатков, основной из которых - сложность очистки печи и сокерной камеры от кокса. Эта очистка проводится реже, чем на установке со змеевиковой печью, однако для нее требуется более сложное оборудование. Обычно кокс из сокера удаляют путем резки водой под высоким давлением. В результате образуется значительное количество воды, загрязненной частицами кокса, которую необходимо удалять, фильтровать и возвращать для повторного использования. На сегодняшний день разработано и применяется большое количество новых вариантов процесса висбрекинга нефтяных остатков, которые направлены на интенсификацию и уменьшение скорости отложения кокса в аппаратуре. К ним относятся химический и физический методы (воздействия турбулизацией водяным паром, ультразвуком, магнитным полем и др.) Дальнейшее развитие технологии и аппаратурного оформления процесса висбрекинга требует фундаментальных исследований в области химизма, механизма и кинетики процессов термолиза нефтяного сырья. Заключение.В результате проделанной работы разработан проект по топливному варианту с глубокой переработкой Ермолинской нефти производительностью 8 млн.т./год. В качестве целевых продуктов могут быть получены: автомобильный бензин марки АИ-92; авиакеросин; летнее дизельное топливо; зимнее дизельное топливо; котельное топливо; В схему включены наиболее современные установки каталитического крекинга, каталитического риформинга, установка сернокислого алкилирования, позволяющие повысить качество товарного бензина при оптимизации затрат на его производство. Побочными продуктами производства будут являться: комовая сера; серная кислота; жидкий парафин; кокс; сжиженные газы. Все необходимые расчеты изложены в пояснительной записке, а чертежи - на графических листах. Список использованной литературы.Сборник «Нефти СССР», тт.1 1971г. Технология переработки. Часть 1. Первичная переработки нефти . под реакцией О.Ф.Глаголевой, В.М.Капустина. 2014г. Капустин В.М., ГуреевА.А. технология переработки нефти в 4ч. Ч.2. физико-химические процессы: Учебное пособие –М.: Химия, 2015 – 400с. Капустин В.М., Рудин М.Г., Кудинов А.М. основы проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприяий. –М.: Химия, 2012. – 440с. Смидович Е.В. Технология перерабокт нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов. –М.: Альянс, 2011. - 328с. Мановян А.К. технология первичной переработки нефти и природного газа. Учебное пособие для вузов. -2-е издание. –М.: химия, 2001г.- 568с. Ахметов С.А. технология глубокой переработки нефти и газа. 2002. Матвеева Н.К., Клокова Т.П. методические указания к курсовому проектированию по курсу «Технология переработки нефти», 1986. ГОСТ 11954–66, ГОСТ 38.1197-80, ГОСТ Р 51858-2002, ГОСТ 10227-2013, ГОСТ 32513-2013. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||