диплом. Интенсификация работы установки висбрекинга гудрона
 Скачать 0.65 Mb.
|
  УДК 665.642.2 ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ВИСБРЕКИНГА ГУДРОНА Выпускная квалификационная работа (бакалаврская работа) УДК 665.642.2 РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа с., таблицы, иллюстраций, 25 источников и 4 приложения. ВИСБРЕКИНГ, МАЗУТ, ГУДРОН, ВИСБРЕКИНГ-ОСТАТОК, КОТЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО, ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ, РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА Объектом исследования является установка висбрекинга гудрона ОАО АНК «Башнефть» «Башнефть УНПЗ». Целью данной работы является модернизация установки висбрекинга путем реконструкции печи П-1/1 (П-1/2) с включением в схему выносной реакционной камеры с восходящим потоком сырья. В результате исследования разработана программа расчета трубчатой печи по алгоритму в среде Pascal ABC, выполнен расчет проектного варианта работы установки с увеличением производительности по сырью. Предложен вариант совершенствования работы печи с включением в схему выносной реакционной камеры. Разработанные рекомендации по реконструкции печи позволят увеличить производительность установки на 28 %. Технико-экономические показатели свидетельствуют о целесообразности модернизации установки висбрекинга, ожидаемый годовой экономический эффект составит 18576,65 тыс. руб. СОДЕРЖАНИЕ Введение 6 1 Литературный обзор 7 1.1 Назначение термических процессов 7 1.2 Назначение процесса висбрекинга и его место в схеме НПЗ 8 1.3 Основы химизма процесса 9 1.4 Факторы, влияющие на процесс 10 1.5 Варианты промышленного оформления процесса 14 1.6 Сырьё процесса и его влияние на результаты 20 1.7 Актуальность работы 22 2 Технологический раздел 23 2.1 Общая характеристика установки висбрекинга гудрона 23 2.2. Описание технологического процесса 25 2.3 Характеристика основного технологического оборудования 28 2.4 Технологическая схема и её описание 31 2.5 Материальный баланс установки висбрекинга гудрона 37 3 Исследовательский раздел 38 3.1 Исходные данные для расчета трубчатой печи висбрекинга 39 3.2 Алгоритм расчета трубчатой печи 41 3.3 Результаты расчета трубчатой печи 47 3.4 Исходные данные для расчета реакционной камеры 48 3.5 Алгоритм расчета реакционной камеры 48 3.6 Результаты расчета реакционной камеры 51 4 Экономический раздел 4.1. Расчет производственной мощности установки и выпуска продукции 4.2 Расчет капитальных затрат 4.3 Расчет численности обслуживающего персонала 4.4 Расчет фонда заработной платы 4.5 Расчет и калькулирование себестоимости нефтепродуктов 4.6 Расчет технико-экономических показателей Заключение Список использованных источников Приложение А Приложение Б Приложение В Приложение Г ВВЕДЕНИЕ Увеличение объема производства нефтепродуктов, улучшение их качества, расширение ассортимента – основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью на сегодняшний день. Решение этих задач требует улучшения технологий переработки нефти. В связи с этим, большое значение приобрели вторичные процессы, такие как гидрокрекинг, гидроочистка, висбрекинг и другие процессы, которые в настоящее время определяют технический уровень нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Процесс висбрекинга получает все более широкое распространение в России, так как это наиболее простой и дешевый способ переработки тяжелых нефтяных остатков. Висбрекинг – эффективный и гибкий процесс переработки мазутов и гудронов. Назначение процесса – снижение вязкости этих остатков, получение дополнительного количества газа и дистиллята; преимущества – выработка товарных котельных топлив пониженной вязкости без разбавления легкими топливными фракциями. Включение висбрекинга в схему заводов особенно актуально в связи с вовлечением в переработку тяжелых нефтей, а также повышением спроса на дистиллятные продукты. Особенно привлекателен этот процесс для нефтеперерабатывающих заводов, имеющих неиспользуемые производственные мощности, так как процесс висбрекинга не требует специального дорогостоящего оборудования, он может проводиться на оборудовании типовых установок термического крекинга. Печь является основным оборудованием в процессе висбрекинга гудрона. В данной бакалаврской работе проводится анализ работы печи П-1/1 (П-1/2) установки висбрекинга гудрона и разработка рекомендаций к ее реконструкции с включением в схему выносной реакционной камеры с целью снижения энергетических затрат и увеличения производительности установки по сырью.
Под термическими процессами подразумевают процессы химических превращений нефтяного сырья - совокупности реакций крекинга (распада) и уплотнения, осуществляемые термически, то есть без применения катализаторов. Основные параметры термических процессов, влияющих на ассортимент, материальный баланс и качество получаемых продуктов - качество сырья, давление, температура и продолжительность термолиза[1]. В современной нефтепереработке применяются термические процессы, такие как термический крекинг, коксование, пиролиз, процесс получения технического углерода, пекование и др. Термический крекинг высококипящего дистиллятного или остаточного сырья проводится при повышенном давлении (2 - 4 МПа) и температуре 500 – 540 0С с получением газа и жидких продуктов[2]. С начала возникновения и до середины XX в. основным назначением этого процесса было получение из тяжёлых нефтяных остатков дополнительного количества бензинов, обладающих, по сравнению с прямогонными, повышенной детонационной стойкостью (60 - 65 пунктов по ОЧММ - октановое число по моторному методу), но низкой химической стабильностью. В связи с внедрением и развитием более эффективных каталитических процессов, таких как каталитический крекинг, каталитический риформинг, алкилирование и др., процесс термического крекинга остаточного сырья как бензин производящий ныне утратил своё промышленное значение. В настоящее время термический крекинг применяется преимущественно как процесс термоподготовки дистиллятных видов сырья для установок коксования и производства термогазойля. Применительно к тяжёлым нефтяным остаткам промышленное значение в современной нефтепереработке имеет лишь разновидность этого процесса, получивший название висбрекинга - процесс лёгкого крекинга с ограниченной глубиной термолиза, проводимый при пониженных давлениях (1,5 - 3 МПа) и температуре с целевым назначением снижения вязкости котельного топлива[1]. Рационально комбинируя процессы висбрекинга и термокрекинга с подбором схемы, наиболее предпочтительной для конкретного предприятия, можно обеспечивать практически 100 %-ную глубину переработки нефти[3]. 1.2 Назначение процесса висбрекинга и его место в схеме НПЗ Процесс висбрекинга - умеренный термический крекинг тяжелых нефтяных остатков с целью снижения их вязкости и температуры застывания исходного сырья. Типичным сырьём висбрекинга является гудрон – остаток вакуумной перегонки мазута. Помимо целевого продукта получают топливный газ, используемый для собственных нужд, и определенный набор светлых продуктов в зависимости от технологической схемы реализации процесса – например, газойлевую фракцию, стабильный бензин[4]. Получающийся гудрон, особенно в процессе глубоковакуумной перегонки, непосредственно не может быть использован как котельное топливо из-за высокой вязкости. Для получения товарного котельного топлива из таких гудронов без их переработки требуется большой расход дистиллятных разбавителей, что сводит практически на нет достигнутое вакуумной перегонкой углубление переработки нефти. Наиболее простой способ неглубокой переработки гудронов - это висбрекинг с целью снижения вязкости, что уменьшает расход разбавителя на 20 - 25 % масс., а также соответственно общее количество котельного топлива. Обычно сырьем для висбрекинга является гудрон, но возможна и переработка тяжелых нефтей, мазутов, даже асфальтов процессом деасфальтизации. Висбрекинг проводят при менее жестких условиях, чем термокрекинг, вследствие того, что, во-первых, перерабатывают более тяжелое, следовательно, легче крекируемое сырье; во-вторых, допускаемая глубина крекинга ограничивается началом коксообразования (температура 440-500 °С, давление 1,4-3,5 МПа)[5]. Висбрекинг является в настоящее время одним из перспективных процессов глубокой переработки высоковязких нефтяных остатков. Включение его в схему переработки нефти позволяет значительно увеличить отбор вакуумного газойля и получать товарное котельное топливо практически без применения разбавителей[6]. Процесс висбрекинга тяжелых нефтяных остатков в технологической схеме НПЗ играет важную роль, поскольку оказывает очень сильное влияние на глубину переработки нефти и на общие экономические показатели производства нефтепродуктов[7]. 1.3 Основы химизма процесса Детально и точно объяснить технику и химизм термического крекинга не представляется возможным, так как сырьем установки является смесь многих углеводородов сложного строения. При термическом крекинге происходит разложение парафиновых, олефиновых и циклопарафиновых веществ. Кокс образуется в результате вторичных реакций и продуктов их глубокого разложения. Процесс термического распада молекул углеводородов или гетероатомного соединения нефти может быть представлен в виде последовательности радикальных реакций [8]. Различают три стадии существования свободного радикала:
R1 - R2 → R1* - R2* 2 Стадия распада и взаимодействия с нейтральными молекулами R1 - CH2–CH2 → R1* + C2H4 RH + R1* → R1H + R* Разрыв радикалов происходит по β-правилу с образованием непредельного углеводорода и нового радикала: R1–CH2–CH2* → R–CH=CH2 + H* Чем крупнее радикал, тем он менее стабилен и может легко распадаться. Допускается, что свободный радикал C6 или выше перед разложением может изомеризоваться. Пример рекомбинации: C2H5* + C6H14 → C2H6 + C6H13* C6H13* → C5H10 + CH3 C8H17* → C4H8 + C4H8 + H* 3 Стадия третья R1* + R2* → R1–R2 C2H5* + C2H5* → C2H4 + C2H6
Основные регулируемые параметры висбрекинга - температура, давление, время пребывания сырья в зоне реакции. Увеличение любого из них приводит к ужесточению режима. Для достижения определенной жесткости режима, данные параметры можно изменять в определенных диапазонах. При заданной жесткости, то есть степени конверсии, распределение выходов и качество получаемых продуктов практически постоянны[9]. О глубине превращения сырья можно судить по сумме выхода газа и бензина. Увеличение выходов углеводородных газов и дистиллятов может быть достигнуто ужесточением режима висбрекинга, например, путем повышения температуры на выходе из печи. Ужесточение режима приведет также к сокращению расходов дистиллятов, добавляемых в котельное топливо для достижения его соответствия требованиям спецификации на готовый продукт. Зависимость вязкости от глубины превращения показана на рисунке 1.1[10]. Рисунок 1.1 – Зависимость вязкости остатка от глубины превращения различных видов сырья Рисунок 1.1 – Зависимость вязкости остатка от глубины превращения различных видов сырья 1 – кривая снижения вязкости для тяжелого сырья; 2 – кривая снижения вязкости для утяжеленного сырья; 3 – кривая снижения вязкости для обычного сырья; 4 – максимальная конверсия для получения стабильного топлива. Исходя из графика, можно сделать следующие выводы: - чем выше содержание асфальтенов в исходном сырье, тем меньше допустимая глубина превращения, обеспечивающая достаточную стабильность котельного топлива; - сырье с одинаковым содержанием асфальтенов может иметь одинаковый уровень снижения вязкости при различной глубине превращения исходного сырья. Пунктиром показана максимально допустимая глубина превращения, обеспечивающая необходимый уровень стабильности топлива. Однако большая жесткость режима приводит к крекированию тяжелых дистиллятов в более легкие компоненты, что нежелательно, так как эти дистилляты выполняют функцию растворителей асфальтовых составляющих. В случае крекирования дистилляты сепарируются, образуя коксовые отложения в трубах печи. Осуществление висбрекинга в таком режиме может привести к необходимости преждевременного ремонта установки. Кроме того, существует вероятность получения нестабильного топлива[10]. При разработке технологии висбрекинга тяжелого сырья без быстрого закоксовывания были проведены исследования остатков на пилотных установках при температуре от 450 до 500 °С. Результаты исследований занесены в таблицу 1.1[11]. Из таблицы видно, что с увеличением температуры висбрекинга возрастает выход газа и бензина, а остаток >180 °С снижается. По данным таблицы можно сделать вывод, что оптимальной температурой для данного вида сырья является температура 440 °С, так как при ней вязкость остатка висбрекинга достигает значения вязкости котельного топлива марки 100. Таблица 1.1 – Результаты исследования остатков висбрекинга при температуре от 450 до 500°С
Важным параметром процесса висбрекинга является давление. Оно влияет как на фазовое состояние системы, так и на направление и скорость реакции. Давление при висбрекинге должно обеспечивать жидкое агрегатное состояние крекируемого вещества, так как висбрекинг в жидкой фазе обеспечивает наибольший коэффициент теплоотдачи. Влияние давления изменяется в зависимости от условий процесса. Если висбрекинг идет в жидкой фазе при использовании жидкого сырья и при умеренных температурах (420-470°С), то давление не оказывает практического влияния на скорость распада, однако как только образованные продукты распада или исходное сырье переходят в паровую фазу, роль давления значительно повышается[12]. Как видно из рисунка 1.2, зависимость условной вязкости от продолжительности процесса носит экстремальный характер и имеет оптимальное значение при продолжительности процесса от 2 до 3 минут (для данного вида сырья и условий процесса). Дальнейшее увеличение времени реакции отрицательно сказывается на качестве остатка висбрекинга[9]. Рисунок 1.2 – Зависимость условной вязкости от продолжительности процесса (гудрон западносибирской нефти, температура висбрекинга 440°С) Установлено, что по мере увеличения продолжительности (то есть углубления) крекинга вязкость крекинг - остатка вначале интенсивно снижается, достигает минимума и затем возрастает. Экстремальный характер изменения зависимости вязкости остатка от глубины крекинга можно объяснить следующим образом. В исходном сырье (гудроне) основным носителем вязкости являются нативные асфальтены «рыхлой» структуры. При малых глубинах превращения снижение вязкости обусловливается образованием в результате термодеструктивного распада боковых алифатических структур молекул сырья более компактных подвижных вторичных асфальтенов меньшей молекулярной массы. Последующее возрастание вязкости крекинг - остатка объясняется образованием продуктов уплотнения - карбенов и карбоидов, также являющихся носителями вязкости. Считается, что более интенсивному снижению вязкости крекинг - остатка способствует повышение температуры при соответствующем сокращении продолжительности висбрекинга[9]. | ||||||||||||||||||||||||||||||