РЕФЕРАТ. Разработка математической модели реактора каталитического крекинга
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
5.1 Характеристика опасностей производства Характеристика токсических, пожаро- и взрывоопасных свойств сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства представлена в приложении Г. Технологический процесс установки каталитического крекинга относит- ся к пожаро-взрывоопасному производству, вследствие ведения процесса при высоких давлениях и температурах, наличия горючих взрывоопасных продук- тов. Установка имеет в своем составе блоки I, II и III-ей категорий взрывоопас- ности [49, 50]. Конструктивное оформление технологического процесса, его оснащение системами контроля и управления, наличие необходимых сигнализаций, обес- печение необходимой герметизации оборудования, исключение непосредствен- ного контакта технологического персонала с исходными материалами в про- цессе работы, знание и строгое соблюдение обслуживающим персоналом пра- вил и инструкций промышленной безопасности и охраны труда, пожарной без- опасности, промышленной санитарии гарантируют безопасность работающих и безаварийное ведение технологического процесса. Пожаровзрывобезопасность Для уменьшения количеств выбрасываемых в окружающую среду горю- чих парогазовых и жидких веществ при разгерметизации технологических си- стем и, как следствие, снижения тяжести возможных последствий взрывов и пожаров, технологическая установка разделена на технологические блоки. Количество горючих парогазовых и жидких продуктов, которые могут быть выброшены в окружающую среду (атмосферу, помещение) при аварийном раскрытии оборудования, является основным показателем уровня взрывоопас- ности технологического блока. 92 По установке по полученным расчетным путем определены 10 энергети- ческих блоков. Границами разделения технологической линии на блоке является запор- ная арматура и другие отключающие устройства, установленные на межблоч- ных трубопроводах, как по прямым, так и по обратным потокам горючих мате- риальных сред. Среди организационных и технических мероприятий, осуществляемых для устранения возможности пожара, выделяют следующие меры: - использование только исправного оборудования; - проведение периодических инструктажей по пожарной безопасности; - назначение ответственного за пожарную безопасность помещения; - отключение электрооборудования, освещения и электропитания по окон- чании работ; - курение в строго отведенном месте; - содержание путей и проходов для эвакуации людей в свободном состоя- нии. Для своевременной ликвидации очагов возможных загораний применя- ются первичные средства пожаротушения, в соответствии с [48]. Средства пожаротушения и противопожарный инвентарь в исправном состоянии и окрашен в красный цвет. Электоробезопасность Помещение, в котором проводится работа, не относится к категории по- мещений повышенной опасности, так как в операторной не хранятся и не ис- пользуются горючие вещества. В помещении обеспечиваются следующие условия. Безопасность обслуживающего персонала и посторонних лиц обеспечи- вается выполнением мероприятий. 93 Для предотвращения возникновения зарядов статического электриче- ства, защиты от вторичных проявлений молнии предусмотрены мероприятия [52]. Микроклимат в помещении Микроклимат комнаты поддерживается на оптимальном уровне систе- мой водяного центрального отопления, естественной вентиляцией, а также ис- кусственным кондиционированием и дополнительным прогревом в холодное время года. Помещения оборудованы системами отопления, кондиционирова- ния воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией. Данные работы можно отнести к работам средней тяжести с затратой энергии 175..232 Вт (категория IIа), как связанные с постоянной ходьбой, вы- полняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей (в основное время работы). Допустимые нормы микроклимата в рабочей зоне производ- ственных помещений изложены в [53]. Шум и вибрации в производственных помещениях Шумы и вибрации оказывают негативное влияние на здоровье человека. Для уменьшения уровня шума сделана звукоизоляция с применением материалов с максимальными коэффициентами звукопоглощения в области ча- стот 63-8000 Гц для отделки помещений (разрешенных органами и учреждени- ями Госсанэпиднадзора), подтвержденных специальными акустическими рас- четами [54]. Для снижения уровня шума и вибраций оборудование и приборы уста- навливают на фундаменты и амортизирующие прокладки, описанные в норма- тивных документах. Вибрации оборудования на рабочих местах не превышают допустимых величин, установленных [55]. 94 Освещенность рабочих мест Освещённость на рабочем месте составляет 300…500 лк, для помеще- ний, в которых эксплуатируются персональные компьютеры и видеодисплей- ные терминалы, – 750 лк для работников вычислительных центров. Необходи- мо ограничивать прямую блесткость от источников освещения, при этом яр- кость светящихся поверхностей в поле зрения не превышает 200 кд/м 2 . Яркость бликов на экране видеодисплейных терминалов и персональных компьютеров не превышает 40 кд/м 2 , а яркость потолка, при применении системы отражен- ного освещения, не превышает 200 кд/м 2 Окраска помещений влияет на психологическое состояние трудящегося, поэтому необходимо окрашивать помещение в соответствии с цветом техниче- ских средств. Кроме того, выбор цвета определяется освещенностью помеще- ния: чем выше отражение света стенами и оборудованием, тем выше освещен- ность. Для операторов персональных компьютеров и видеодисплейных терми- налов ограничивают неравномерность распределения яркости в поле зрения, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не превышает 3:1 – 5:1, между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудова- ния 10:1. Для осветительных установок общего освещения коэффициент запаса составляет 1,8 — 2,0. Коэффициент пульсации не превышает 5%. Для обеспе- чения нормируемых значений освещенности в рабочих помещениях проводится чистка стекол оконных рам и светильников два раза в год и своевременная за- мена перегоревших ламп. Требования к освещению рабочих мест зафиксирова- ны [48]. 95 5.2 Методы и средства защиты работающих от производственных опасностей Условия, при которых работает обслуживающий персонал установки, являются допустимыми и относятся ко 2 классу. Согласно [47] оператор еже- годно проходит медицинский осмотр. На применяемые и получаемые вредные нефтепродукты и вещества установлены предельно-допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны [56]. Технологический персонал установки для защиты от воздействия вред- ных производственных факторов применяет специальную одежду и специаль- ную обувь, рукавицы. Для защиты головы от возможных травм используется защитная каска. При выполнении отдельных видов работ дополнительно необходимо применять защитные закрытые очки, перчатки с полимерным покрытием, лич- ные противогазы. Для защиты органов слуха от шума применяются противо- шумовые наушники (с креплением на каску) [57]. Нахождение обслуживающего персонала на рабочем месте без специ- альной одежды и специальной обуви и других средств индивидуальной защиты запрещается. Для защиты органов дыхания от воздействия углеводородных газов, па- ров нефтепродуктов используются противогазы с фильтром ДОТ-600, марки А2В3Е3АХРЗ, защищающие органы дыхания от углеводородов. Фильтрующие противогазы применяются при содержании кислорода в воздухе не менее 18 % об и содержании вредных паров и газов не более 0,5 % об. Индивидуальные фильтрующие противогазы хранятся в специальных шкафах с ячейками. Передача противогаза одним лицом другому запрещается. Кроме того, установка комплектуется: - комплектами шланговых противогазов марки ПШ-1 с комплектом ма- сок, спасательным поясом и сигнально-спасательной веревкой для работы 96 внутри аппаратов и приямках. Шланговые противогазы применяются при со- держании кислорода в воздухе менее 18 % об. и содержании вредных веществ более 0,5 % об.; - аварийным запасом газоспасательных средств: комплектами фильтру- ющих противогазов марки «ДОТ-600» и шланговыми противогазами со спаса- тельным поясам и сигнально-спасательной веревкой и набором шлем-масок всех размеров. Аварийный запас газоспасательных средств должен храниться в специальном опломбированном шкафу; - медицинской производственной аптечкой с необходимым набором ме- дикаментов для оказания первой помощи пострадавшему. Стирка спецодежды производится централизованно в прачечной (хим- чистке) предприятия. Запрещается стирать спецодежду легковоспламеняющи- мися и горючими жидкостями и сушить на территории установки, во избежание отравления и пожара. Всем работникам установки, для нейтрализации воздействия вредных веществ на организм, выдается молоко [58]. Для обеспечения санитарных норм воздушной среды в производствен- ных помещениях используется приточная и вытяжная вентиляция, отопление. Световая и звуковая сигнализация о превышении ПДК вредных веществ выве- дена в зону датчиков и над входными дверями помещений. Контроль за содержанием токсичных веществ в воздухе рабочей зоны осуществляется санитарно-гигиенической лабораторией в соответствии с утвержденным графиком, по утвержденным методикам. Контроль за содержанием в воздухе рабочей зоны и образованием в процессе эксплуатации производства взрывоопасных продуктов осуществляет- ся ГСО, согласно утвержденному графику. С целью исключения накапливания в производственных и технологиче- ских помещениях, вентиляционных системах установки взрывоопасных пылей предусмотрена влажная уборка помещений не реже чем один раз в сутки. 97 5.3 Методы и средства контроля за содержанием взрывоопасных и токсичных веществ в воздухе рабочей зоны На установке предусмотрен контроль воздушной среды производствен- ных помещений: работники ГСО по утвержденному графику проводит анализ на содер- жание углеводородов, делает текущие замеры 1 раз в сутки, организует проведение контроля в случае аварийной ситуации; санитарно-гигиеническая лаборатория по утвержденному графику про- водит анализ на содержание в воздухе рабочей зоны следующих взрыво- опасных и токсичных веществ согласно [56, 57]. 5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях Возможные инциденты аварийные ситуации, способы их предупрежде- ния и устранения Аварийные ситуации так же могут сложиться в результате следующих нарушений: прекращение подачи сырья; остановка газовых нагнетателей; остановка воздушных нагнетателей; прекращение подачи воды; прекращение подачи электроэнергии; прекращение подачи воздуха КИП и А; прекращение подачи топливного газа; прекращение подачи пара; прогар трубы змеевика печи; нарушение герметичности соединений трубопроводов, аппаратов или их разрыв; нарушение санитарно-гигиенического режима; неисправность средств контроля и автоматики. 98 При возникновении аварийной ситуации технологический персонал не- медленно сообщает об аварийной ситуации диспетчеру, начальнику установки и принимает меры по ликвидации аварии, согласно "Плану локализации ава- рийных ситуаций" (ПЛАС). Способы локализации аварий В случае разлива застывающих нефтепродуктов (вакуумного дистилля- та, тяжелого газойля) место разлива посыпается песком. Загрязненный песок вывозится в безопасное место. При разливе бензина или прорыве газа через неплотности фланцевых соединений создается сильная загазованность и возникает опасность взрыва. С целью предотвращения отравления людей на других участках при распростра- нении волны газа, необходимо оповестить соседние установки о происшедшей аварии. Обслуживающий персонал, ликвидирующий разлив, использует сред- ства защиты органов дыхания. Бензин с территории смывается обильным количеством воды через ливнеприемники в промливневую канализацию до исчезновения блесков плен- ки бензина на поверхности стоков. В случае пропуска и распространения газа, принять срочные меры по ликвидации источника пропуска, вплоть до остановки соответствующего блока. Во всех аварийных случаях действовать согласно «Плану локализации и ликвидации аварийных ситуаций» ПЛАС. Рассыпанный по территории при загрузке или ремонте катализатор со- бирается и вывозится с установки. 5.5 Нормы и требования, ограничивающие воздействие процессов производства и выпускаемой продукции на окружающую среду Установка каталитического крекинга имеет следующие выбросы вред- ных веществ в атмосферу: дымовые газы из дымовой трубы регенератора, 99 нагревательной печи, выбросы вытяжной вентиляции, воздушных нагнетате- лей, сброс катализаторной пыли с 5-го выносного циклона, с бункеров, про- дувочная «свеча» на трубопроводе углеводородных паров реакции крекинга из реактора в колонну, утечки не полной герметичности технологического обору- дования на аппаратном дворе. Основными вредными веществами, выбрасываемыми в атмосферу яв- ляются углеводородные газы, катализаторная пыль, метанол, сернистый ангид- рид, окись углерода, окислы азота и сероводород. Обеспечение величин вредных выбросов не более установленных норм является одним из основных критериев качества работы установки. Выбросы через не полную герметичность оборудования определяются условно, процесс ведется в герметически закрытой системе. Содержание нефтепродуктов в сточных водах с установки не превыша- ют допустимых значений [59]. В соответствии с[47] необходимо непрерывно продолжать работу по совершенствованию обязательного социального страхования от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний, формированию страховых тарифов в зависимости от состояния условий и охраны труда на ра- бочих местах. Разработка комплекса мер, направленных на модернизацию производ- ства в целях улучшения условий труда в значительной мере улучшает условия труда работающих. При разработке данных мер, крайне важно учитывать не только отечественные разработки и результаты, но и международный опыт, что позволит осуществить совершенствование нормативной правовой базы Россий- ской Федерации в соответствии с международными нормами. 100 Заключение В результате проведенных исследований были установлены термодина- мические закономерности процесса каталитического крекинга с применением квантово-химических методов. Установлено, что набольшей термодинамиче- ской вероятностью характеризуются реакции крекинга высокомолекулярных парафинов (ΔGср = –74,86 кДж/моль), перераспределения водорода (ΔGср= – 111,76 кДж/моль), дегидрирования нафтенов (ΔGср = –124,63 кДж/моль), деал- килирования ароматических углеводородов (ΔGср = –89,04 кДж/моль) и нафте- нов (ΔGср = –120,4 кДж/моль), а также реакции коксообразования (ΔGср= – 702,67 кДж/моль). На основании проведенного термодинамического анализа составлена формализованная схема превращений, которая включает в себя 12 псевдоком- понентов, участвующих в прямых и обратных реакциях. Разработана квазигомогенная кинетическая модель процесса КК и уста- новлены кинетические параметры реакций процесса каталитического крекинга в ходе решения обратной кинетической задачи. Установлено, что с наибольшей скоростью протекают реакции перераспределения водорода (k пр = 29,72 л∙с - 1 ∙моль -1 ), крекинга парафиновых (k пр = 1,02·10 -1 с -1 ) и олефиновых углеводоро- дов (k пр = 2,16·10 -1 с -1 ), деалкилирования нафтеновых (k пр 5,82·10 -1 с -1 ) и арома- тических углеводородов (k пр = 2,16·10 -1 с -1 ), а также реакции поликонденсации ароматических углеводородов (k пр = 4.68·10 -1 л∙с -1 ∙моль -1 ) и коксообразования (k пр = 5.3·10 -1 с -1 ). Наименее интенсивными реакциями при технологических условиях процесса являются реакции изомеризации (k пр =2,90·10 -4 с -1 ) и крекин- га низкомолекулярных парафиновых углеводородов (k пр = 5,96·10 -3 с -1 ), а так же реакции циклизации олефинов (k пр =5,79·10 -2 л∙с -1 ∙моль -1 ). По результатам проведенных расчетов обоснован выбор в качестве мо- дели реактора модель идеального вытеснения. Составлено уравнение теплово- го баланса реактора КК, учитывающее теплообмен между газосырьевой смесью и катализатором процесса. 101 Разработана адекватная модель реактора КК, которая включает в себя уравнения материального и теплового баланса с учетом гидродинамического режима движения реакционной смеси. Модель позволяет проводить прогноз- ный расчет выхода и состава продуктов КК с учетом состава сырья и техноло- гических параметров процесса. Программная реализация осуществлена в среде программирования Delphi 7. Разработана адекватная модель колонны разделения продуктов катали- тического крекинга в HYSYS, позволяющая проводить расчеты, направленные на определение технологических параметров процесса ректификации продук- тов КК. В качестве исходных данных для расчета на модели колонны разделе- ния служит групповой состав, рассчитанный на модели реактора каталитиче- ского крекинга. Применение модели колонны разделения продуктов КК сов- местно с моделью реактора процесса при прогнозировании выходов продуктов КК с установки КТ-1/1 позволяет комплексно рассматривать технологию ката- литического крекинга и учитывать влияние не только технологических пара- метров работы лифт-реактора, но и режим работы колонны ректификации на количественный и качественный состав продуктов. Проведение расчетов с применением математической модели процесса позволяет осуществлять корректировку технологического режима (кратность циркуляции катализатора, температура и расход сырья, температура регенери- рованного катализатора, расход шлама, расход водяного пара на распыл сырья и в зону десорбции углеводородов с поверхности катализатора, расход воздуха на регенерацию и др.) в зависимости от состава перерабатываемого сырья и ко- личества кокса на катализаторе. Так, в результате проведенных исследований были выработаны реко- мендации по организации технологического режима процесса каталитического крекинга, который обеспечивает повышение производительности установки по бензину на 318 т/сут. для сырья с соотношением парафинов к ароматике 2,4 и на 380 т/сут. для сырья с соотношением 1,56. |