диплом Антоненко Юлии Юрьевна ЗХТОВ-302(с). Техникоэкономическое обоснование производства продукции
 Скачать 259 Kb.
|
|
2.2 Теоретические основы химических процессов метода Одним из способов переработки тяжелых нефтяных остатков является коксование. При этом процессе наряду с выработкой нефтяного кокса, необходимого для цветной и черной металлургии, получают также газообразные и жидкие углеводороды. В качестве сырья коксования могут быть использованы остатки прямой перегонки нефти, остатки вторичного происхождения (крекинг - остатки), а также остатки масляного производства (асфальты, экстракты) и их смеси. Нефтяной кокс представляет собой твердый пористый продукт черного цвета с металлическим блеском, плотностью 1,4-1,5. Элементарный состав кокса: 90-97 % углерода, 1,5-8 % водорода, остальные - азот, кислород, сера и металлы (оксиды кремния, железа ванадия и щелочных металлов). Основную массу нефтяного кокса (90 %) составляют карбоиды -продукты глубокого уплотнения нефтяных углеводородов, образующихся в результате действия на эти углеводороды высокой температуры. Карбоиды - сложные соединения, богатые углеродом и очень бедные водородом. Химические превращения углеводородов при действии на них высоких температур весьма разнообразны и сложны, но схематически их можно разделить на две основные группы: 1) Реакции распада, при которых молекулы исходного сырья расщепляются на более мелкие молекулы; 2) Реакции полимеризации и уплотнения, при которых молекулы сырья, получившиеся при первоначальном распаде, соединяются в новые молекулы другого строения. В результате образуются высокомолекулярные продукты бедные водородом (смолы, асфальтены, карбоиды, кокс). При термическом крекинге основными реакциями являются реакции распада, приводящие к образованию целевого продукта - бензина: реакции полимеризации и уплотнения имеют второстепенное значение и нежелательны. В процессе коксования целевым продуктом является кокс, поэтому основными реакциями являются реакции уплотнения, приводящие к образованию карбоидов. Различные углеводороды нефти в условиях высоких температур ведут себя по-разному. Наиболее склонны к реакциям уплотнения и образованию кокса ароматические углеводороды. Парафиновые углеводороды способны только к реакциям распада и не вступают в реакции уплотнения. Нафтены занимают промежуточное положение. Непредельные углеводороды играют значительную роль в процессах коксования, особенно когда они вступают в реакции соединения с ароматическими углеводородами. Процесс образования кокса является целью последовательно протекающих реакций. Конечный продукт - кокс (карбоиды) - получается не сразу, а через ряд промежуточных соединений. Таким промежуточным соединениями и являются продукты конденсации и полимеризации, смолы и асфальтены. Ароматические Предельные (парафиновые) углеводороды углеводороды   Непредельные углеводороды Высокомолекулярные углеводороды  СмолыАсфальтеныКарбоиды (кокс) Рисунок 1 - Схема образования кокса В период заполнения камер на установках замедленного коксования сырьем, температура его значительно снижается (с 460-4700 до 420°С). Тепло расходуется на нагрев сравнительно холодной камеры на испарение тяжелых фракций сырья. Постепенно температура коксуемого остатка повышается за счет поступающего горячего сырья. После накопления 24-26% асфальтенов подвижный битумовозный остаток в короткий срок превращается в твердый карбоидный скелет и наступает вторая стадия - непрерывное наращивание слоя. 2.3 Требования к сырью и материалам. Характеристика промежуточных и поточных продуктов Сырьем для процесса коксования служат тяжелые остатки, получающиеся в результате атмосферной и вакуумной перегонки нефти (мазуты, гудроны), крекинг-остатки от термического крекинга мазутов, гудронов, тяжелых газойлей. Остатки масляного производства: асфальт пропановой деасфальтизации гудрона, экстракты селективной очистки масел, их смеси; тяжелый газойль каталитического крекинга очищенного от механических примесей. Основными компонентами тяжелых нефтяных остатков являются масла, смолы и асфальтены. Масла содержат главным образом парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды, а смолы и асфальтены - высокомолекулярные гетероциклические соединения, которые являются основными коксообразующими веществами. Прямогонные остатки (мазуты, гудроны) представляют собой смесь высокомолекулярных углеводородов (масел) и смолисто-асфальтовых веществ; крекинг-остатки содержат еще незначительное количество карбоидов (0,2-4,0 %). Содержание масел, смол и асфальтенов в остатках зависит от происхождения нефти, от температуры и продолжительности процесса, при котором получается остаток. Основными показателями качества сырья для процесса коксования являются: химический состав, коксуемость, плотность, фракционный состав, содержание серы, солей и механических примесей. От этих показателей зависят количественные и качественные показатели процесса. 2.3.1 Коксуемость. Коксуемость сырья (в %) вычисляют по массе твердого остатка, образующегося в тигле после нагревания в нем продукта. Чем больше в сырье смолисто-асфальтовых веществ, тем выше его коксуемость, т.е. основными коксообразующими веществами являются асфальтены и смолы. Коксуемость зависит от плотности сырья. Как правило, остатки сернистых и высокосернистых нефтей характеризуются высокой коксуемостью и плотностью и выход кокса при их коксовании больше, чем при коксовании остатков малосернистых нефтей. 2.3.2 Содержание серы. Содержание серы в сырье коксования зависит от природы исходной нефти. По содержанию серы в получаемом коксе принято различать три вида сырья. Малосернистым называют сырье, из которого получают кокс с содержанием серы не выше 1,5%. Это остатки бакинских, грозненских, туркменских, мангышлакских и некоторых других нефтей. Сернистым сырьем принято считать остатки туймазинских, ромашкинских и западно-сибирских нефтей. Высокосернистое сырье - это остатки из арланской, ишибаевской и других высокосернистых нефтей. Четкой зависимости содержания серы в коксе от содержания серы в сырье не обнаружено. Так, при коксовании сырья, содержащего до 0,25 % серы, в коксе ее становится в два раза больше, а при коксовании сырья с 5% серы содержание серы в коксе такое же. Высокое содержание серы в коксе является причиной растрескивания электродов при их производстве и термообработке а также создается загазованность производственных помещений и окружающей атмосферы. 2.3.3 Соли и механические примеси. При коксовании, соли и механические примеси, содержащиеся в сырье, переходят в кокс и повышают его зольность. Одним из источников образования золы в коксе являются содержащиеся в сырье металлоорганические соединения, которые входят в состав смолисто-асфальтовых веществ что ограничивает применение кокса. Выход и качество продуктов, получаемых наряду с нефтяным коксом при замедленном коксовании тяжелых нефтяных остатков - газа, бензина и керосино-газойлевых фракций - зависит от качества исходного сырья и от условий ведения процесса: коэффициент рециркуляции, температуры и давления в реакционной камере и др. Наибольшее влияние на выход и качество продуктов оказывают плотность и химический состав сырья. Выход продуктов зависит в значительной степени от того, является ли исходное сырье остатком прямой перегонки или остатком термического крекинга. Различные виды сырья при замедленном коксовании можно расположить по уменьшению скорости коксования в следующий ряд:  крекинг - остатки гудроны мазуты.Гудроны имеют низкую коксуемость и следовательно, дают низкий выход кокса. Получаемый из остатков прямой перегонки кокс характеризуется низкой механической прочностью и содержит больше летучих веществ. При коксовании крекинг - остатка получается кокс лучшего качества по механической прочности и содержанию летучих веществ, но переработка такого сырья затруднена. Карбоиды, содержащиеся в крекинг-остатке, приводят к быстрому закоксовыванию труб печей, трансферных линий, переключающих кранов. Поэтому остаток после крекинга мазута перерабатывают в смеси с термостойкими дистиллятными, нефтяными остатками (экстраты селективной очистки масел, остатки от термокрекинга газойлей коксования и каталитического крекинга), которые уменьшают закоксовывание реакционного змеевика печи и удлиняют цикл ее работы. Кроме того, эти остатки образуют при коксовании высококачественный кокс улучшенной структуры. На выход и качество продуктов заметное влияние оказывают режимные параметры процесса замедленного коксования: давление, температура в коксовой камере, коэффициент рециркуляции, объемная скорость, подача турбулизатора . Коэффициент рециркуляции представляет собой отношение общей загрузки печи (вторичного сырья) к содержанию свежего сырья в этой загрузке. При одном и том же сырье и различных коэффициентах рециркуляции выход продуктов неодинаков. При увеличении коэффициента рециркуляции увеличивается выход газа, бензина и кокса, но уменьшается выход тяжелого газойля. С увеличением коэффициента рециркуляции производительность установки по свежему сырью уменьшается. Повышение давления и температуры в системе, также как и коэффициента рециркуляции, приводят к увеличению выхода газа, бензина, легкого газойля, кокса за счет уменьшения выхода тяжелого газойля. По фракционному составу нефтяные коксы делятся на фракции в зависимости от размера кусков: 0-25 мм и 25-250 мм. Эти фракции имеют неодинаковые свойства. Внизу камер кокс, образующийся при сравнительно низких температурах (так как часть тепла тратится на разогрев стенки), получается худшего качества. Верхний слой кокса преимущественно образуется из вспененной массы сырья также при низких температурах. Такой кокс содержит много летучих и имеет низкую механическую прочность. Наиболее качественный кокс получается в средней части камеры. 2.3.4 Зольность нефтяных коксов зависит от содержания в сырье механических примесей и растворимых солей. В состав золы входят еще металлы: ванадий, никель и др., они концентрируются в асфальто-смолистых веществах сырья и при коксовании полностью переходят в кокс. При использовании кокса в производстве алюминия все минеральные примеси переходят в состав алюминия и ухудшают его электропроводимость. 2.3.5 Летучие вещества. В нефтяных коксах содержатся (в зависимости от качества сырья и режима коксования) 7-15 % летучих веществ - не дококсованных остатков сырья. Содержание летучих в коксе зависит от длительности заполнения камеры сырьем. С увеличением длительности заполнения содержание летучих снижается и наоборот. 2.3.6 Влажность кокса. Влажность кокса не является браковочным показателем, однако надо стремиться к тому, чтобы товарный кокс содержал как можно меньше влаги, т.к. кокс с влажностью выше 8 % при транспортировании в зимнее время смерзается, что затрудняет его выгрузку из вагонов. Таблица 2.2 - Характеристика промежуточных и поточных продуктов
Окончание таблицы 2.2
3 Технологическая часть 3.1 Характеристика изменений, внесенных в технологический процесс 3.1.1 Усовершенствование подачи топлива в печи Для пуска установки необходим топливный газ, который берется из общезаводской топливной сети, при отсутствии которого пуск установки невозможен. Данным проектом предусмотрено изменение схемы топливоподачи, обеспечивающее пуск нагревательных печей на жидком топливе (мазут, газойль). В дальнейшем топливный газ вырабатывается в процессе работы, и установка переходит на обычный режим работы, т.е. на собственном топливе. Установка замедленного коксования становится полностью автономной и не зависит от других цехов предприятия, которые вырабатывают топливный газ. Вследствие этого установка замедленного коксования может пуститься в любое время при подаче сырья. Кроме того, в этом проекте занято оборудование, которое уже есть на установке, вследствие чего нет необходимости закупать оборудование, вести строительные и монтажные работы. Нет необходимости менять форсунки в печах, т.к уже установлены универсальные, которые могут работать как на газообразном, так и на жидком топливе. 3.2 Описание технологического процесса и схемы 3.2.1 Описание схемы узла фракционирования Сырье коксования - гудрон поступает на установку из резервуарного парка на прием сырьевых насосов Н-1А, Н-2А (Н-1, Н-2) и далее, двумя потоками прокачивается через теплообменники Т-1/1, 2, 3, Т-1А/1, 2, 3, где нагревается до 170°С за счет тепла циркуляционного орошения колонны К-1, затем прокачивается через змеевик печи П-2, где нагревается до температуры 300-350°С и поступает в колонну К-1 на верхнюю каскадную тарелку (предусмотрена подача сырья для регулирования коэффициента рисайкла на нижнюю каскадную тарелку от Н-41). Смесь сырья и тяжелого газойля, стекая вниз и контактируя с газопарообразными продуктами коксования поступающими с температурой 425-430°С из коксовых камер Р-1, Р-2, Р-3, Р-4 образует вторичное сырье с температурой 360-400°С. Регулирование расхода сырья через змеевики печи П-2 производится регулятором поз.16, с коррекцией по уровню К-1. Клапаны регуляторов установлены на трубопроводах сырья до теплообменников Т-1/1,2,3 и Т-1А/1, температуры на выходе из Т-1/3 и Т-1А/3 регистрируется прибором поз.9, поз.12. В случае работы насосов Н-1 и Н-2, регулирование расхода сырья производится задвижками, которые установлены на линии подвода водяного пара к Н-1 и Н-2. Температура первичного сырья на выходе из печи П-2 контролируется приборами поз.15. Регулирование температуры первичного сырья после печи П-2 осуществляется регулированием расхода топливного газа прибором FFR с коррекцией по температуре выхода из П-2 поз.15. Давление в змеевиках печи П-2 регистрируется прибором PR. Температура дымовых газов на выходе из печи П-2 контролируется прибором TIR, термопара которого установлена в верхней части камеры конвекции печи П-2. Разряжение в камере сгорания печи П-2 измеряется прибором PR. С верха колонны К-1 газ, пары бензина и водяной пар конденсирются и охлаждаются в конденсаторе воздушного охлаждения КХ-11, затем в водяном спаренном доохладителе Х-1 после чего поступают в емкость Е-1, где при температуре 40°С происходит разделение на газ, бензин и воду (технологический конденсат). Жирный газ из Е-1 направляется на очистку от сероводорода и используется как топливо на УЗК. Избыток газа сбрасывается на аварийный газовый узел через клапан-регулятор, который регулирует давление в системе (при неработающем узле компремирования), или после очистки в качестве топлива для УПНК. Нестабильный бензин из газосепаратора Е-1 насосом Н-9,Н-9А направляется на стабилизацию в К-4. Вода из нижней части газосепаратора Е-1 выводится в емкость Е-2. Уровень раздела фаз в газосепараторе Е-1 регулируется регулятором поз.28 клапан которого установлен на линии отвода воды в емкость Е-2. Вода из Е-2 насосом Н-10 (10А) подается как турбулизатор в змеевики печей П-1/1, П1/2, а избыток откачивается в узел обезвреживания cульфидсодержащих стоков. Расход, подаваемого в змеевики печей турбулизатора регулируется поз.29, клапана которых установлены на линиях подачи турбулизатора в змеевики. С 12-й тарелки колонны К-1 выводится легкий газойль (фр.180-300°С) в колонну К-2, с нижнего аккумулятора колонны К-1 выводится тяжелый газойль (фр.>300°С) в колонну К-3. Колонны К-2 и К-3 оборудованы 6-ю тарелками и смонтированы в одном корпусе друг над другом. Уровень в нижнем аккумуляторе колонны К-1 регулируется регулятором поз.21, клапан которого установлен на линии вывода тяжелого газойля (фр.> 300°С) из К-1 в К-3. Легкий газойль из колонны К-2 забирается насосом Н-4(Н-4А), прокачивается через холодильник воздушного охлаждения Х-4 и откачивается с установки. Тяжелый газойль из колонны К-3 забирается насосом Н-5 (Н-5А) прокачивается через кипятильник стабилизатора Т-3 и погружной холодильник Х-2/1 выводится с установки с температурой 90°. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||