диплом Антоненко Юлии Юрьевна ЗХТОВ-302(с). Техникоэкономическое обоснование производства продукции
 Скачать 259 Kb.
|
|
Содержание
Введение Назначение процесса коксования - получение нефтяного кокса и дистиллята широкого фракционного состава. В качестве сырья для нефтяного кокса могут быть использованы отбензиненные нефти; остатки первичной переработки - мазуты, полугудроны, гудроны; продукты вторичного происхождения крекинг остатки, тяжелые газойли каталитического крекинга, смолы пиролиза, а также природные асфальты и остатки масляного производства (асфальты, экстракты). Промышленные процессы коксования делятся на три типа: периодические, полунепрерывные и непрерывные. Наибольшее распространение в настоящее время имеет полунепрерывный процесс в установках замедленного коксования. Замедленное коксование нефтяных остатков протекает (в необогреваемых камерах при 505-5150С под давлением 0,2-0,3 МПа). Нагретое в печи сырье (смесь исходного сырья с рециркулирующей тяжелой газойлевой фракцией), поступает в пустотелый цилиндр – коксовую камеру. Продукты распада исходного сырья отводятся сверху камеры на ректификацию, а в камере накапливаются тяжелые жидкие остатки разложения сырья. При достижении пороговой концентрации асфальтенов в камере образуется коксовая масса. Время пребывания в камере различно для паровой и жидкой фаз. Компоненты газовой (паровой) фазы покидают зону высоких температур очень быстро, компоненты жидкой фазы находятся в камере практически до полного разложения на газофазные продукты и кокс. Практика эксплуатации установок замедленного коксования показала, что процесс идет постадийно. Вначале тепло затрачивается на прогрев камер и испарение образующегося конденсата, что замедляет разложение. В этот период вследствие преобладания испарения образуются дистилляты, более тяжелые по фракционному составу. Продолжительность первого периода тем меньше, чем тяжелее и смолистее сырье и чем выше температура его подогрева в печи. Так для полугудрона первый период при 475ºС длится 8-9 часов, а при 500-510ºС всего 4-5 часов. Именно в этот период наблюдаются “перебросы” сырья в колонну, т.к. уровень в камере возрастает, а постепенное повышение концентрации асфальтенов в жидком содержимом камере вызывает вспучивание асфальтенов образовавшимися газами. Вторая стадия коксования сопровождается равномерным нарастанием коксового слоя и постоянным (в течение некоторого времени) выходом и качеством продуктов разложения. По мере заполнения камеры коксом свободный реакционный объем уменьшается и одновременно увеличивается средняя температура коксования, при этом качество дистиллятов снова может колебаться, а коксовый слой получаться более плотным и с меньшим содержанием летучих. В результате коксования кроме нефтяного кокса получают газ, бензин, средние и тяжелые коксовые дистилляты. Выход продуктов и их качество зависят от химического и фракционного состава сырья и условий коксования. Выход кокса из остатков первичной переработки нефти составляет 15-25% (масс.), из вторичных продуктов - 30-35% (масс.). Нефтяной кокс используется в качестве восстановителя в химической технологии, в производстве анодов для выплавки алюминия, графитированных электродов, применяемых при получении электролитической стали, хлора, магния, в производстве ферросплавов, кремния, карбида кальция, в производстве абразивов и огнеупоров, в ядерной энергетике, а также в виде сырья для получения конструкционных углеграфитовых материалов, которые применяются для сооружения и футеровки химической аппаратуры и оборудования. Чистый углерод используется в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах. Вместе с коксом образуется значительное количество ценных жидких и газообразных продуктов. Их суммарный выход достигает 70% (масс.) в расчете на исходное сырье. Коксование тяжелых нефтяных остатков служит одним из наиболее экономичных способов превращения их в дистиллятное сырье. Наибольшая эффективность процесса коксования наблюдается при квалифицированном использовании всех образующихся продуктов. Так при коксовании гудрона сернистой нефти (в камерах) при выходе кокса 24% - образуется 16% бензина (2050С), 26% керосино-газойлевой фракции(205-3500С) и 23% тяжелого газойля (>3500С). Газы замедленного коксования по углеводородному составу близки к газу термического крекинга и могут служить сырьем, для нефтехимического синтеза. Бензин коксования имеет низкое качество [октановое число 60-67 (по моторному методу), содержание серы 1-2%], поэтому перед использованием требуется его предварительное облагораживание. Целесообразно подвергать его гидроочистке с последующим каталитическим реформингом и даёт - 80% масс. (т.е 16*0,8=12,8% масс на сырьё коксования) высококачественного бензина с октановым числом не ниже 80. Большое содержание в бензинах коксования непредельных углеводородов (37-60%) делает их весьма ценным сырьем для нефтехимических производств. Керосино - газойлевая фракция после гидроочистки для удаления сернистых соединений и непредельных углеводородов используется в качестве компонентов дизельного, газотурбинного и моторного топлива, сырья для каталитического крекинга. Выход при гидроочистки составляет – 95% масс. (т.е 26*0,95=24,7% масс на сырьё). Тяжёлый газойль может служить компонентом сырья каталитического крекинга или гидрокрекинга. При каталитическом крекинге получается не менее 40-45% (масс.) бензина и 20% (масс.) легкого газойля, т.е. 60-65% (масс.) светлых (или 23*0,60 = 13,8% на сырьё коксования. В итоге продукты коксования после переработки дадут дополнительный выход светлых нефтепродуктов 12,8 + 24,7 + 13,8 = 51,3% (масс.) на сырьё. Схема установки принята двухпоточной по блоку коксовых камер и однопоточной по ректификации, по системе обработки транспорта кокса. Заполнение камер коксом и выгрузка кокса из коксовых камер производится периодически. Установка скомпонована из следующих блоков: 1) Блок печей. В состав блока входят печи, дымовая труба; 2) Блок коксовых камер. В состав блока входят коксовые камеры, резервуары воды для гидрорезки, здание насосной гидрорезки; 3) Блок колонн. В состав блока входят колонные аппараты и теплообменники, связанные с ними технологически, вертикальные емкости для химочищенной воды и технологического воздуха, наружная этажерка, на которой размещена теплообменная и емкостная аппаратура; 4) Блок горячей насосной - состоит из открытой насосной под навесом; 5) Блок холодной насосной. В состав холодной насосной входят здание холодной насосной, перекрытие которой служит постаментом для теплообменной и → емкостной аппаратуры, технологически связанной с насосами холодной насосной, наружная этажерка с теплообменной и емкостной аппаратурой и заглубленные емкости для дренажа светлых и темных нефтепродуктов; 6) Блок теплообменников и холодильников; 7) Блок очистки газа и обезвреживания стоков. В состав блока входят здание насосной МЭА, воды и присадок, насосная пенотушения, наружная установка; 8) Блок компрессорной. В состав блока входят здание компрессорной, КТП, маслохозяйство; 9) Операторная и КТП; 10) Блок внутрицеховой эстакады и коммуникаций; 11) Блок подготовки воды. В состав блока входят яма-накопитель, водяная насосная, приемный резервуар, отстойник, водяной гидронасос; 12) Блок внутриустановочной обработки и транспорта кокса. 1 Технико-экономическое обоснование Выбор оптимального варианта размещения нефтехимического производства обуславливает необходимость проведения соответствующих расчётов экономической эффективности развития отрасли в различных районах. Эти расчёты основываются на количественной оценке влияния всех факторов размещения. При определении эффективности размещения нефтехимической промышленности в расчёт необходимо включать все затраты, начиная от производства той или иной продукции и кончая доведением её до потребителя. Технико-экономическое обоснование размещения нефтехимической промышленности включает в себя вопросы выбора пункта и площадки строительства объекта. Правильное решение задачи выбора пункта строительства оказывает существенное влияние на экономику строительства, определяя его продолжительность и стоимость, а также издержки по эксплуатации после ввода в строй объекта. При обосновании выбора пунктов строительства, влияние различных факторов необходимо учитывать таким образом, чтобы выбранный пункт наиболее полно отвечал их требованиям, т. е. обеспечивал максимальное приближение к сырьевым, энергетическим, водным ресурсам, к местам потребления готовой продукции, наиболее эффективное решение сброса загрязнённых вод, использование наиболее эффективных транспортных средств и энергетических источников, требующих небольших капитальных затрат и другие. Выбор удобных площадок для строительства предприятия служит предметом изучения ещё на стадии выбора пункта строительства. Для выбора площадки строительства завода основными исходными показателями служат: площадь застройки, суточный грузооборот предприятия, максимальный расход воды (в м  /ч), годовой и максимальный часовой расход электрической и тепловой энергии, суточный сброс сточных вод и их характеристика.В данном дипломном проекте местом строительства установки замедленного коксования предложен город Павлодар. Обоснование места строительства: - дополнительный экономический эффект, вследствие переработки - тяжелых нефтяных остатков при включении в состав НПЗ; - наличие потребителей; - мощная водная артерия – река Иртыш; - дешевая электрическая энергия, что является следствием соседства с угольным разрезом города Экибастуз; - мощный железнодорожный узел; - наличие трудовых ресурсов. Наличие в составе НПЗ установки замедленного коксования обоснуется глубокой переработкой тяжелых нефтяных остатков с получением дополнительного количества светлых нефтепродуктов. 2 Выбор и обоснование метода производства продукции 2.1 Литературный обзор методов производства продукции Основным назначением процесса непрерывного коксования изначально считалась переработка малоценных и нетранспортабельных тяжелых остатков восточных нефтей: гудрона прямой перегонки, битума деасфальтизации и крекинг-остатков с целью получения более легких продуктов - дистиллятов и газов, которые могут быть использованы как сырье для последующей пере работки, так и пополнение ресурсов автотракторных и котельных топлив. В 1947 году работами ЦИАТИМа было показано, что при коксовании мазута девонской нефти (с выходом 50% на нефть) можно получить более 80% дистиллятов. В 1948 году было установлено, что путем каталитического крекинга фракции 200-3500С, выделенной из дистиллята коксования, вполне возможно получение высококачественного авиационного бензина. В том же году была разработана схема процесса непрерывного коксования тяжелых остатков нефти. Под руководством В.Л.Гурвича в московском нефтяном институте им. И.М.Губкина ученые в течение нескольких лет разрабатывали принципиально новую технологию процесса коксования, понимая под этим такое ведение процесса, при котором все продукты коксования, (газ, жидкие продукты и кокс) непрерывно выводятся из системы. Разработки ученых в этой области были приоритетными в мировой практике нефтепереработки. Исследования этого периода можно обозначить двумя направлениями: исследование тяжелых нефтяных остатков, предполагаемых в качестве сырья процесса непрерывного коксования и разработка технологической схемы процесса с целью промышленного внедрения. Важны технологическим новшеством, предложенным В.Л.Гурвичем в 1947 году явилось введение в схему процесса пустотелой реакционной камеры, где ход продукта и газа предлагался снизу вверх, а выгрузка продуктов, образовавшихся при глубоком распаде сырья - как сверху (газ и пары жидких продуктов), так и снизу (кокс). Помимо этого изучался вопрос о необходимости ведения процесса коксования на той или иной поверхности теплоносителя для получения кокса с таким размером частиц, который может обеспечить отделение кокса от других продуктов в реакционной камере. Исходя из этого, в 1948 году был разработан процесс коксования, в котором в качестве поверхности для коксования использовали размельченный кокс. В процессе В.Л.Гурвича, был применен газовый теплоноситель. Помимо газа в качестве теплоносителя было предложено использовать бензин с противоточной схемой движения сырья и теплоносителя. Однако, работая по схеме Гурвича, невозможно было получать кокс с размером частиц, достаточным для отделения их от общего газового потока в одной реакционной камере. Поэтому, задаваясь вопросом о возможности осуществления разделения жидких и газообразных продуктов от кокса, при непрерывном процессе Ботников Я.А. включает в схему дополнительную камеру. Несмотря на попытки освоения учеными технологии коксования в конце 40-ых годов, основным препятствием для широкого распространения этого производства в промышленности вплоть до 1956 года являлось отсутствие достаточно совершенной и экономически приемлемой технологии процесса. Несмотря на попытки освоения учеными технологии коксования в конце 40-ых годов, основным препятствием для широкого распространения этого производства в промышленности вплоть до 1956 года являлось отсутствие достаточно совершенной и экономически приемлемой технологии процесса. Принципиальная схема процесса коксования, предложенная в 1948 году оказалась довольно сложной для промышленного внедрения и поэтому со временем претерпевала изменения. Так, вместо теплоносителя было предложено использовать топки (коксование в кубах), нагревательные печи и реакторы (замедленное коксование). Было предложено также отказаться от ведения процесса на поверхности теплоносителя с использованием размельченного кокса. Использование в процессе двух полых камер (реакторов) было признано целесообразным, а в проекте первой установки замедленного коксования (У3К) было заложено даже три действующие камеры. Подача сырья и выгрузка кокса, как и в первоначальном варианте - снизу камеры. Таким образом, проект первой У3К предусматривал схему коксования, существенно отличающуюся от первоначальных предложений. Но и этот вариант оказался не идеальным и требующим доработки. Опыт освоения УЗК на Ново-Уфимском нефтеперерабатывающем заводе (НУ НПЗ) в 1956 году позволил выявить как положительные стороны данного производства, так и недостатки, возникающие при коксовании тяжёлых нефтяных остатков, особенно крекинг-остатка, методом замедленного коксования. В период освоения УЗК НУ НПЗ выявились некоторые дефекты в проекте установки и в аппаратурном решении. Поэтому, после 1956 года все усилия в отрасли были направлены на доработку технологии процесса. Первая УЗК являлась промышленно-эксперементальной, так как её использование способствовало накоплению бесценного практического опыта. Эксплуатация этой установки позволила учёным и производственникам отрегулировать огромное количество параметров определяющих работу установки. Конец 50-ых годов явился периодом накопления информации о закономерностях работы установки замедленного коксования. Этот период положил начало серьезных научных исследований, поскольку с освоением У3К в 1956 году, возникло множество проблем, связанных с качеством кокса, используемого сырья, системы гидровыгрузки кокса из камер, режима процесса, технологической схемы и т.п. Большое количество проблем при освоении технологии коксового производства, можно объяснить отсутствием в те годы серьезных научных проработок по этой теме. Поэтому в начале 60-ых годов проводились серьезные исследовательские работы. Помимо вопросов технической и технологической модернизации установок детально изучались вопросы качества кокса и используемого сырья, в частности, сернистого. Проблема сернистого сырья явилась одной из самых серьезных для процесса коксования и остается актуальной по сегодняшний день. Это объясняется тем, что большое количество нефтей восточного региона являются сернистыми. Исходным сырьем коксования при проведении исследований 1947-1948 гг. служил мазут туймазинской девонской нефти (удельный вес- 0,9407; содержание серы - 2,38%), а также гудрон той же нефти (удельный вес 1,03; содержание серы 2,72%). Как выяснилось позже, при конструировании установки не были учтены особенности, характерные для высокосернистого сырья. Технология процесса, разработанная на мазуте, учитывала использование разных видов сырья (с различием в выходе и качестве полученных продуктов), но не предполагала возникновения острой проблемы переработки сернистых нефтей. Следует отметить, что мазут не являлся перспективным сырьем, и на нем проводились только первые пусковые пробеги установки. Впоследствии коксовали проектное сырье - гудрон и остаток термического крекинга гудрона той же нефти. Крекинг-остаток НУ НПЗ был исследован в 1953 году в качестве сырья для получения дистиллятных фракций. До этого момента крекинг-остаток термического крекинга использовался главным образом в качестве котельного топлива и частично в качестве сырья для процесса коксования. Мазут, поступавший на термический крекинг, имел тяжелый фракционный состав: содержание фракций до 3500С по ИТК не превышало 15%, содержание акцизных смол составляло 80% . Дистилляты и остатки вакуумной перегонки крекинг-остатка тщательно изучались и подвергались коксованию. Крекинг-остаток был признан перспективным видом сырья коксования. В таблице приведены сравнительные характеристики продуктов коксования крекинг-остатка и гудрона туймазинской девонской нефти (по данным БашНИИНП ныне ИП НХП АН РБ). Из-за высокого содержания летучих веществ (5-23%), коксовой мелочи, образовавшейся при выгрузке из реакторов (20-40%) и серы 3,8-4,0%), первый кокс, полученный на УЗК, не мог быть использован как электродный в алюминиевом или химическом производстве. Необходимо отметить, что на низкое качество уфимского кокса в большей степени повлияло использование не подходящей для коксования нефти, и в меньшей - технологические недоработки. В 60-ые годы, малосернистого нефтяного кокса, получаемого в кубах из тяжелых остатков бакинских и грозненских нефтей, уже было недостаточно для удовлетворения потребности электродной промышленности. Сернистый же нефтяной кокс, производимый НУ НПЗ, применялся в электрометаллургии только в смеси с малосернистым в количестве не более 15% на смесь. Поэтому возникла необходимость в разработке способа получения малосернистого кокса из сернистого сырья. В 1960 году упор делается на совершенствование и разработку методов производства и применение нефтяного кокса из сернистых нефтей. Была осуществлена попытка промышленного внедрения сернистого нефтяного кокса на алюминиевых, ферросплавных и электродных заводах. В 1963 году так же ведётся работа по освоению технологии производства малосернистого нефтяного кокса из сернистых и высокосернистых остатков с целью увеличения ресурсов сырья. Таким образом, интенсивная исследовательская работа учёных была начата в 60-ых годах. Глубинный анализ проблемы коксования постепенно открывал новые знания, а значит и возможности для дальнейшего освоения процесса и строительства большого количества установок коксования в различных регионах бывшего СССР. Таблица 2.1 –сравнительная характеристика продуктов коксования
|