Технол. часть. Современные процессы переработки нефти отличаются большим разнообразием технологических приемов и аппаратурного оформления, а также ассортимента выпускаемой продукции
 Скачать 486.5 Kb.
|
1 2    ВВЕДЕНИЕ Современные процессы переработки нефти отличаются большим разнообразием технологических приемов и аппаратурного оформления, а также ассортимента выпускаемой продукции. Еще в большей степени сказанное относится к нефтехимическим производствам, получившим особенно широкое развитие за последние десять лет. Развитие производства химического и нефтезаводского оборудования находится в прямой связи с развитием химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Когда переработка нефти сводилась главным образом к простейшей перегонке, то соответственно и аппаратурное оформление процессов было очень простым. В качестве нагревателя применялся куб, для ректификации - дефлегматор и т.д. По мере совершенствования и усложнения процессов переработки нефти требовалось соответствующее совершенствование аппаратуры. Развитие нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности на современном этапе характеризуется значительным расширением ассортимента и повышением качества выпускаемой продукции, увеличением глубины переработки нефти, строительством наряду с установками большой единичной мощности модульных малотоннажных установок комплексной переработки нефти, газа и газового конденсата, позволяющих получать широкую гамму нефтепродуктов с учетом потребностей в них нефтегазодобывающих районов. Такие малогабаритные установки должны обеспечить не только первичную переработку путем физического разделения газонефтяного сырья, но и проведение вторичных процессов химической переработки с использованием высокоэффективных катализаторов. За годы независимого развития Казахстан вошел в число ведущих производителей и экспортеров нефти в мире, обладая крупнейшими запасами в Каспийском регионе. Если на заре суверенитета республики перспективы десятилетий связывались с крупными проектами, начатыми в 1980-1990 гг., такими как «Карачаганак», «Тенгиз», то с начала XXI в. в казахстанских ведомствах и институтах снова в разряд актуальных попал вопрос наращивания разведанных запасов и дальнейшего развития отрасли геологоразведки. Новые планы строились на основе разведки и разработки глубоких залежей Прикаспийской низменности, что позже вылилось в проект «Евразия», и освоения морских недр. Карабатан (каз. Қарабатан) — станция в Атырауской области Казахстана. Находится в подчинении городской администрации Атырау. Нефтяная компания Аджип в 2002 году объявил о строительстве завода в местности Карабатан (он же Западный Ескене), в 30 километрах от города Атырау. После очистки товарная нефть пойдет на экспорт за границу. Карабатан, это интегрированный газо-химический комплекса производственной мощностью 550 тысяч тонн пропилена и 500 тысяч тонн полипропилена в год. Ввод в эксплуатацию предприятия планируется в 2015 году. Комплекс сможет покрыть до 10% мировой потребности в полимерной продукции – от упаковок до деталей автомобилей. Общая стоимость проекта 2 млрд 29 млн 800 тыс. долларов. Атырауский нефтеперерабатывающий завод или АНПЗ — один из трёх ведущих нефтеперерабатывающих заводов Казахстана. Построен в годы Великой Отечественной войны в течение двух лет, на базе комплектации оборудования, поставляемого из США по «ленд-лизу», введен в эксплуатацию в сентябре 1945 года. Владельцем нефтеперерабатывающего завода является АО «КазМунайГаз». С 29 марта на Атырауском НПЗ в рамках проведения пусковых операций на установке каталитического крекинга КГПН, производство товарных автомобильных бензинов на АНПЗ выросло в более чем в 2 раза - с 1900 до 4500 тонн в сутки. Данный объект возводится в рамках Плана мероприятий по реализации реконструкции системы водоснабжения и водоотведения завода, разработанного на 2016-2025 годы. Ввод в эксплуатацию новой градирни позволит увеличить коэффициент повторного использования очищенной воды для процесса производства кокса и увеличения сбора нефтепродуктов вокруг нефтеотделителей; уменьшить потери оборотной воды на водоблоке и нагрузку на механические очистные сооружения, а также на установку биологической очистки сточных вод. Первые промышленные установки замедленного коксования были построены за рубежом в середине 30-х гг. и предназначались в основном для получения дистиллятных продуктов. Кокс являлся побочным продуктом и использовался в качестве топлива. Однако в связи с развитием электрометаллургии и совершенствованием технологии коксования кокс стал ценным целевым продуктом нефтепереработки. Всевозрастающие потребности в нефтяном коксе обусловили непрерывное увеличение объемов его производства путем строительства новых установок замедленного коксования (УЗК). В нашей стране УЗК эксплуатируются с 1955 г. (УЗК на Ново-Уфимском НПЗ) мощностью 300, 600 и 1500 тыс. т/г по сырью. Средний выход кокса на отечественных УЗК ныне составляем около 20% масс. на сырье (в США = 30,7 % масс.), в то время как на некоторых передовых НПЗ, например на УЗК НУНПЗ, выход кокса значительно выше (30,9 %масс.). Низкий показатель по выходу кокса на многих УЗК обусловливается низкой коксуемостью перерабатываемого сырья, поскольку на коксование направляется преимущественно гудрон с низкой температурой начала кипения (< 5000C), что с вязано с неудовлетворительной работой вакуумных колонн AВT, a также тем, что часто из-за нехватки сырья в переработку вовлекается значительное количество мазута. Кроме УЗК используется установки коксования в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса, например процесс флексикокинг. В состав установки входят следующие основные блоки: • холодная насосная, предназначенная для перекачки нефтепродуктов с температурой до 200 °С; • горячая насосная, предназначенная для перекачки нефтепродуктов с температурой выше 200 °С; • блок колонн, состоящий из ректификационной колонны, отпарных колонн и колонны стабилизации; • блок печей, состоящий из четырех печей, две из которых предназначены для нагрева первичного сырья и две для нагрева вторичного сырья; • реакторный блок, состоящий из четырех реакторов, работающих попарно, и вспомогательного оборудования; • блок котлов-утилизаторов, предназначенный для выработки пара на технологические нужды за счет тепла отходящих дымовых газов печей; • операторная и электроподстанция, предназначенные для обеспечения оборудования электроэнергией и контроля технологическими процессами; • блок транспорта сырого кокса к силосам для его хранения и отгрузки потребителям. 1 Технологическая часть 1.1 Теоретические основы и сущность технологического процесса Коксование - процесс переработки жидкого или твёрдого топлива нагреванием без доступа кислорода. При разложении топлива образуется твёрдый продукт - нефтяной или каменноугольный кокс и летучие продукты. Основное количество кокса получают из каменного угля. Коксование возникло в XVIII веке, когда истребление лесов для получения древесного угля, первоначально шедшего на выплавку чугуна, стало угрожающим и потребовалось заменить этот уголь минеральным топливом. В 1735 году в Великобритании была проведена первая доменная плавка на коксе. Кокс выжигался в кучах, подобно тому как до этого выжигался древесный уголь. В конце XVIII века было освоено коксование полузакрытых, а с 1830 - в закрытых камерах, причём выделяющиеся летучие продукты сжигались. С 70-х гг. XIX века начинают использовать летучие продукты; совершенствуются методы обогрева печей для коксования. К началу ХХ века процесс коксования оформился в современном виде, в дальнейшем происходило лишь его совершенствование. Коксование углей. Широко распространённый технологический процесс, состоящий из следующих стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов. Подготовка включает обогащение (для удаления минеральных примесей) низкосернистых, малозольных, коксующихся углей, измельчение до зёрен размером около 0,3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной шихты. Коксовая печь - технологический агрегат, в котором осуществляется коксование каменного угля (на заводе бездымного топлива, Южный Уэльс) Полукоксование твёрдого топлива Коксование тяжёлых нефтяных остатков является разновидностью глубокого термического крекинга углеводородов с целью получения нефтяного кокса и газойлевых фракций. Осуществляется при 420-560 °C и давлениях до 0,65 МПа. Продолжительность процесса варьирует от десятков минут до десятков часов. Сырьём для процесса служат: тяжёлые фракции перегонки нефти, остатки деасфальтизации, термического и каталитического крекинга, пиролиза бензинов и газойлей. Сущность процесса состоит в последовательном протекании реакций крекинга, дегидрирования, циклизации, ароматизации, поликонденсации и уплотнения с образованием сплошного «коксового пирога». Выделяющиеся летучие продукты подвергают ректификации для выделения целевых фракций и их стабилизации, кубовый остаток возвращают в процесс. Готовый кокс периодически выгружают, подвергают сушке и прокаливанию. По аппаратурному оформлению различают: замедленное коксование в необогреваемых камерах (для получения малозольного кокса), обогреваемых кубах (для получения электродного и специальных видов кокса), коксование в «кипящем слое» порошкообразного кокса (так называемый «термоконтактный крекинг»). При сочетании последнего способа с газификацией кокса в процесс могут быть вовлечены кроме нефтяных остатков природные асфальты и битумы. Сырьем установок коксования являются остатки перегонки нефти -мазуты, гудроны; производства масел - асфальты, экстракты; термокаталитических процессов - крекинг - остатки, тяжелая смола пиролиза, тяжелый газойль каталитического крекинга и др. Кроме того, за рубежом используют каменноугольные пеки, сланцевую смолу, тяжелые нефти из битуминозных песков и др. Основными показателями качества сырья являются плотность, коксуемость по Конрадсону, содержание серы и металлов и групповой химический состав. Коксуемость сырья определяет прежде всего выход кокса, который практически линейно изменяется в зависимости от этого показателя. При замедленном коксовании остаточного сырья выход кокса составляет 1,5…1,6 от коксуемости сырья. В зависимости от назначения к нефтяным коксам предъявляют различные требования. Основными показателями качества коксов являются содержание серы, золы, летучих, гранулометрический состав, пористость, истинная плотность, механическая прочность, микроструктура и др. По содержанию серы коксы делят на малосернистые (до 1 %), среднесернистые (до 1,5 %), сернистые (до 4 %) и высокосернистые (выше4,0 %); по гранулометрическому составу - на кусковой (фракция с размером кусков свыше 25 мм), «орешек» (фракция 8…25 мм) и мелочь (менее 8 мм); по содержанию золы - на малозольные (до 0,5 %), среднезольные (0,5…0,8 %) и высокозольные (более 0,8 %). Содержание серы в коксе зависит почти линейно от содержания ее в сырье коксования. Малосернистые коксы получают из остатков малосернистых нефтей или подвергнутых гидрооблагораживанию. Как правило, содержание серы в коксе всегда больше ее содержания в сырье коксования. Содержание золы в коксе в значительной мере зависит от глубины обессоливания нефти перед ее переработкой. Теоретические основы (химизм, механизм реакций и влияние технологических параметров). Химические превращения углеводородов в процессе замедленного коксования 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 и выделяются в газовую фазу; 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). Реакциями распада в газовой фазе можно пренебречь, так как их вклад не значителен, а продукты отводятся из реактора. Реакций конденсации в процессе коксования огромное количество. Наиболее склонны к реакциям уплотнения и образования кокса ароматические углеводороды. Предельные или парафиновые углеводороды способны только к реакциям распада и не вступают в реакции уплотнения. Нафтены занимают промежуточное положение. Непредельные углеводороды играют значительную роль в процессах коксообразования, особенно когда они вступают в реакции соединения с ароматическими углеводородами. 1.2 Описание технологической схемы установки с КИП и А. Нормы технологического режима работы оборудования Сырье коксования гудрон забирается из промежуточного парка сырьевыми насосами Н-1 (Н–1а), Н-2 (Н–2а) и двумя параллельными потоками прокачивается через теплообменники Т– 1\1 – 3, Т–1а\1 – 3, где нагревается до 190 оС за счет тепла циркуляционного орошения колонны К – 1, затем прокачивается через змеевики печей П–1 и П–4 и с температурой 390-400 оС поступает в колонну К–1 на верхнюю каскадную тарелку. Стекая вниз, навстречу газообразным и парообразным продуктам коксования, поступающим из коксовых камер Р–1, Р–2 (Р–3, Р–4) с температурой 425 оС под нижнюю каскадную тарелку, сырье нагревается до 400 оС. Высококипящие углеводороды, находящиеся в продуктах коксования, в результате контактировали с сырьем конденсируется и возвращаются в смеси с исходным сырьем на коксование. С низа колонны К-1 сырье и циркулирующие продукты коксования с температурой 400 оС поступает через фильтр внутри К-1 на прием печных насосов Н-3,Н-3а, каждый из которых прокачивает эти продукты через змеевик трубчатых печей П-2 и П-3, где вторичное сырье нагревается до температуры 500оС, а затем поступает соответственно из печи П-2 в одну из камер Р-1,Р-2, а из П-3 в одну из камер Р-3,Р-4. Температура на перевале сырьевого змеевика печи П–1 регулируется с коррекцией по температуре выхода продукта из печи П–4, клапан которого установлен, а линии подачи топливного газа в печь П–4. Регулирование расхода сырья через змеевики печей П–1, П–4 производится регулятором с коррекцией по уровню в колонне К–1. Клапаны регулятора установлены на линиях сырья после теплообменников Т–1, Т–1а. Температура низа колонны К–1 регулируется регулятором, клапан которого установлен на линии ввода сырья в колонну. Температура на перевале печи П–3 регулируется регулятором, с коррекцией по температуре продукта на выходе из печи П–3, клапан которого установлен на линии подвода топливного газа в печь П–3. Температура на перевале газойлевого змеевика печи П-4 регулируется регулятором с коррекцией по температуре продукта на выходе из печи П-4. Клапан регклятора установлен на линии подвода топливного газа к печи. Расход тяжелого газойлья через змеевки печей П-1,П-4 поддерживается регуляторами, клапаны которых установлены на выкидной линии насоса Н-6. Переключение потока горячего вторичного сырья и циркулирующего газойля из одной камеры в другую производится посредством 4-х ходовых кранов, конструкция которых обеспечивает непрерывность потока в момент переключения. Загрузка коксовых камер осуществляется через штупер в нижней горловине. Образовавшийся в процессе коксования кокс аккумулируется в камерах, а пары нефтепродуктов направляются в колонну К–1 на ректификацию под нижнюю тарелку. Для прекращения реакции коксования и исключения возможности за коксования коллектора, а шламовые трубы реакторов, подается легкий газойль (фракция 160 – 330 оС) с температурой 60 – 135 оС. Температура в шламовых трубопроводах регулируется регуляторами, клапаны которых установлены на линиях подачи легкого газойля. Подготовка к загрузке освобожденной от кока камеры начинается с опрессовки к камеры водяным паром, причем одновременно происходит разогрев ее до 110-115 оС. Образующийся водяной конденсат дренируется после опрессовки. Освобождение камер от кокса производится с помощью гидр резака. Вода для гидр резака забирается насосом Н–20, Н–20а из емкости Е–14. Из кармана 3-й тарелки колонны К–1 выводится тяжелый газойль в отпорную колонну К–3 с 6-ю S–образными тарелками. С 10-й, 12-й или 14-й тарелок выводится фракция легкого газойля в отпорную колонну К–2 с 6-ю клапанными тарелками. Колонны К-2, К–3 смонтированы в одном корпусе друг над другом. Отборка легкокипящих компонентов от фракции производится перегретым водяным паром. С низа отпорной колонны К–2 легкий газойль забирается насосом Н–4, прокачивается через теплообменник Т–2, где отдает свое тепло для нагрева турбулизатора, теплообменник Т–18, холодильник воздушного охлаждения Х-4 и разделяется на 2 потока: один поток с температурой 60 оС направляется в шламовые трубопроводы коксовых камер, второй поток – балансовое количество легкого газойля доохлаждается в холодильнике Х–5 до температуры 40 оС и отводится с установки. Нестабильный бензин из газа сепаратора Е–1 насосом Н–9 подается в качестве острого орошения в колонну К–1, на стабилизацию через теплообменник Т–4, где нагревается за счет тепла тяжелого газойля. В стабилизаторе К–4 происходит дегуманизация бензина. Пары с верха К–4 поступают в конденсатор стабилизатора КХ–2, откуда парожидкостная смесь с температурой 40 оС перетекает в рефлексную емкость Е–3, де происходит разделение на газ и головку стабилизаций. Головка стабилизации насосом Н–11 (Н–11а) подается на орошения коленце К–4. Уровень в рибойлере Т–3 регулируется регулятором, клапан которого установлен на линии откачки из отстойника Е–16 в парк. Нормы технологического режима процесса замедленного коксования приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 - Нормы технологического режима
1 2 |