Меню Рубрики

Установка замедленного коксования задвижки

Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье

Установки замедленного коксования являются наиболее распространенным аппаратным решением для переработки тяжелой нефти. Их устройство включает в себя 2 основных модуля – реакторный, где происходит нагрев сырья и его коксование, и механической обработки. Проектирование установок производится поэтапно и включает в себя расчет и выбор технологического оборудования, определение технико-экономических показателей.

Назначение

Технологический процесс коксования является одним из способов переработки нефти. Его основной целью служит получение крупнокускового нефтяного кокса. В промышленности применяют 3 метода коксования:

  1. Периодический, в кубах. Сырье загружается в горизонтальный аппарат, нагревается с помощью топки под ним, затем в течение 2-3 ч. прокаливается. После чего печь охлаждают и выгружают готовый продукт. Этот способ является наиболее простым и малопроизводительным.
  2. Непрерывный. Данный способ еще находится на стадии промышленного освоения.
  3. Полунепрерывный, получивший в настоящее время наибольшее распространение.

Установки замедленного коксования УЗК относятся к последнему типу технологического оборудования. В них сырье предварительно подогревают в печи, а затем передают в необогреваемые реакционные камеры, имеющие слой теплоизоляции для сохранения необходимой температуры. Количество и размер реакторов, мощность печей влияют на производительность всей установки.

Эксплуатация первой УЗК в России была начата в 1965 г. в «Уфанефтехиме». Установка замедленного коксования этого предприятия работает и по сей день. После реконструкции в 2007 г. ее производительность составляет порядка 700-750 тыс. т/год по массе перерабатываемого сырья.

Конечные продукты

На УЗК, кроме кокса, получают следующие вещества:

  • газы коксования (применяют как технологическое топливо или перерабатывают для получения пропан-бутановой фракции);
  • бензин;
  • коксовые дистилляты (топливо, сырье для крекинга).

На отечественных УЗК выход кокса составляет 20-30% по массе. Этот показатель зависит в первую очередь от качества сырья. Наибольшую потребность в данном продукте испытывает металлургическая промышленность (производство анодов и электродов, алюминия, абразивов, карбидов, углеграфитовых материалов, ферросплавов). Кроме первой уфимской УЗК, в России построены и другие установки замедленного коксования: на Омском НПЗ, Новокуйбышевском НПЗ, в ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», в «Ангарской нефтехимической компании», ОАО «НОВОЙЛ» (Уфа), ПАО «ТАНЕКО» (Нижнекамск).

Сырье

Исходные материалы для коксования разделяют на 2 группы: продукты первичной и вторичной переработки. В качестве сырья в установках замедленного коксования применяют следующие вещества:

  • мазут;
  • полугудрон;
  • гудрон;
  • пек каменноугольный;
  • асфальты и другие продукты производства технических масел;
  • жидкие угольные остатки;
  • тяжелая пиролизная и сланцевая смола;
  • остатки термического крекинга;
  • нефтяные битумы и тяжелые нефти.

Наиболее распространенным сырьем в настоящее время являются высокоароматизированные нефтяные остатки.

Влияние на технологические параметры

От свойств исходных материалов зависят следующие параметры установки коксования:

  • эффективность работы реакционной камеры;
  • качество получаемых продуктов;
  • выход кокса;
  • условия проведения процесса.

Наиболее важными параметрами сырья являются:

  • Коксуемость, зависящая от содержания асфальтосмолистых веществ. Значение коксуемости должно находиться в пределах 10-20%. При меньшей величине снижается выход кокса, а при большей – скапливаются отложения внутри змеевиков в печах. Коксуемость определяют по массе твердого остатка в тигле после нагрева в нем образца нефтепродукта.
  • Плотность.
  • Химический состав. Из вредных примесей, оказывающих наибольшее влияние на качество кокса, выделяют серу (ее должно быть не более 1,5% по массе). В зависимости от назначения кокса в технологическом процессе предпочтительнее использовать разные виды сырья. Так, для получения волокнистой структуры конечного продукта применяют материалы с парафиновым основанием.

Выход кокса пропорционален плотности сырья и содержанию в нем асфальтенов.

Этапы коксования

Технологический процесс в установках замедленного коксования является длительным и непрерывным, от подачи сырья до выгрузки готового продукта. Условно его разделяют на 3 стадии:

  1. Реакции распада, образование дистиллятных фракций, промежуточных соединений, конденсация.
  2. Значительное уменьшение содержания в газах непредельных углеводородов, увеличение молекулярного веса компонентов остатка, реакции циклизации.
  3. Рост содержания асфальтенов в остатке до 26%, уменьшение количества смол и масел. Превращение жидкого остатка в твердый кокс.

Классификация

Различают 2 основных вида установок замедленного коксования по их компоновке: одноблочные и двухблочные.

Среди двухблочных установок выделяют 4 типа, для которых характерны следующие конструктивные и технологические особенности:

  1. Внутренний диаметр камер коксования – 4,6 м. Шатровые нагревательные печи, четыре попарно работающие камеры. Полученные в процессе коксования керосин и газойль используют для нагрева.
  2. Коксовые камеры Ø 5,5 м. Исходное сырье – прямогонные мазуты с введением высокоароматизированных углеводородов, которые способствуют увеличению выхода качественного продукта.
  3. Реакторы из легированной стали Ø 5,5 м, высотой 27,6 м, трубчатые печи с объемно-настильным факелом, проходные краны увеличенного сечения, радиоактивные уровнемеры, позволяющие регистрировать расположение раздела фаз «кокс – пена». Последнее новшество помогает лучше использовать полезный объем реактора. Подача турбулизаторов с моющими присадками для снижения коксования змеевиков, охлажденного газойля в шлемовые трубы.
  4. Реакционные камеры Ø 7 м, высотой 29,3 м. Аксиальный ввод сырьевого материала в реакторы, гидравлическая система для выгрузки кокса с дистанционным управлением, электроприводные краны, склады с напольным типом хранения.
Читайте также:  Установка бачка унитаза сантек лига

Применяемое оборудование

Оборудование, которым укомплектовываются установки данного типа, разделяют на следующие группы в зависимости от назначения:

  1. Технологическое, участвующее непосредственно в процессе коксования (печи, аппаратура колонн, теплообменники, камеры-реакторы, кубы, холодильники, насосы, трубопроводы, КИП, краны и другая запорная и переключающая арматура).
  2. Очистное – сбор и очистка воды для возврата в рабочий цикл (операции охлаждения и извлечения кокса).
  3. Оборудование для выгрузки кокса из камер (кубов). В современных механизированных установках оно может быть механического и гидравлического типа (штропы, лебедки, гребенки, резаки, штанги, вышки, резиновые рукава).
  4. Приспособления для транспортировки и обработки готового продукта (приемные желоба и рампы, грузоподъемные краны, конвейеры, питатели, дробилки, склады).
  5. Машины и оборудование для механизации работ.

Особенно тщательно при проектировании установок замедленного коксования необходимо рассчитывать конструкции реакционных камер и печей, так как от надежности их работы зависит продолжительность рабочего цикла.

Параметры процесса

Основными параметрами технологии коксования являются:

  • Коэффициент рециркуляции, определяемый как отношение суммарной загрузки реакционных змеевиков печей к загрузке всей установки по сырью. При увеличении его значения растет выход качественного кокса, газа и бензина, но уменьшается количество тяжелого газойля.
  • Давление в реакционной камере. Его снижение приводит к повышению выхода газойля, уменьшению выхода кокса и газа, росту пенообразования.
  • Температура технологического процесса. Чем она больше, тем выше качество кокса по количеству летучих веществ, его прочности и плотности. Максимальное значение ограничивается опасностью закоксовывания печи и трубопроводов, уменьшением долговечности змеевиков. Для каждого типа сырья выбирается своя оптимальная температура.

Строительство установок замедленного коксования сопряжено с большими капитальными затратами. Поэтому чаще всего проводится реконструкция уже функционирующего комплекса оборудования. Это достигается за счет уменьшения цикла коксования, введения в действие новых реакционных камер или снижения коэффициента рециркуляции.

Принцип действия

Установки замедленного коксования состоят из одной или нескольких попарных групп камер, в которых одна камера работает на стадии получения кокса, а другая – на выгрузке или в промежуточном состоянии. Процесс разложения исходного материала начинается в трубчатой печи, где он разогревается до 470-510 °С. После этого сырье поступает в необогреваемые камеры, где происходит его глубокое коксование за счет тепла, пришедшего вместе с ним.

Газообразные и жидкие углеводороды отводятся на фракционное разделение в ректификационную колонну. Кокс поступает в отделение по механической обработке, где производится его выгрузка, сортирование и транспортировка. В слое готового продукта бурят скважину, а в нее помещают гидравлический резак. Его сопла работают под давлением до 20 МПа. Куски разделенного кокса падают на дренажную площадку, где происходит слив воды. Затем продукт дробят на более мелкие части и разделяют на фракции. Далее кокс перемещается на склад.

Принципиальная схема УЗК показана на рисунке ниже.

Коксовые камеры

Камеры представляют собой реактор, являющийся основой всей установки. Цикл работы камеры обычно составляет 48 часов, однако в последние годы проектируются УЗК, работающие в 18- и 36-часовом режиме.

Один цикл работы реактора состоит из следующих операций:

  • загрузка сырья, процесс коксования (1 сутки);
  • отключение (1/2 ч);
  • гидротермальная обработка (2,5 ч.);
  • водяное охлаждение продукта, удаление воды (4 ч.);
  • выгрузка продукта (5 ч.);
  • герметизация люков, опрессовка горячим паром (2 ч.);
  • нагрев парами нефтепродуктов, переключение в рабочий цикл (3 ч.).

Проектирование

Проект установки замедленного коксования разрабатывают в следующем порядке:

  • определение потребной производительности, т/год;
  • анализ сырьевой базы;
  • составление теоретического материального баланса процесса коксования для различных видов сырья;
  • определение основных материальных потоков;
  • проработка принципиальной схемы установки;
  • обоснование размеров и числа реакторов;
  • определение продолжительности заполнения коксом одной камеры и ее гидравлический расчет, составление графика работы реактора;
  • расчеты температурной нагрузки на камеру;
  • расчет камер конвекции и радиации;
  • разработка компоновки производственной линии;
  • технологические расчеты другого основного оборудования (ректификационная колонна, печи, холодильники и другие);
  • разработка системы контроля и управления, выбор средств автоматизации;
  • описание схем противоаварийной защиты;
  • проработка экологических аспектов и мероприятий по безопасности;
  • определение экономических показателей (капитальные затраты, численность обслуживающего персонала, фонд заработной платы, производственные затраты на сырье и вспомогательные материалы, годовой экономический эффект, калькуляция себестоимости продукции).

Расчет мощности установки замедленного коксования по годовому показателю производится по формуле:

где P – производительность установки, т/сут.;

t – количество дней работы в году.

Выпуск продукции в натуральном выражении по базовому и проектному варианту определяется на основании материального баланса установки.

источник

Установка замедленного коксования

Назначение

Коксование — процесс переработки жидкого или твёрдого топлива нагреванием без доступа кислорода. При разложении топлива образуется твёрдый продукт —нефтяной или каменноугольный кокс и летучие продукты.

Типы коксования по аппаратурному оформлению:

  1. замедленное коксование в необогреваемых камерах (для получения малозольного кокса)
  2. обогреваемых кубах (для получения электродного и специальных видов кокса)
  3. коксование в «кипящем слое» порошкообразного кокса (так называемый «термоконтактный крекинг»)
Читайте также:  Установка канального вентилятора в туалет

Наиболее часто в современной нефтепереработке и нефтехимии применяется технология замедленного коксования.

Процесс замедленного коксования представляет собой процесс термического крекинга для переработки тяжелых фракций нефти в более легкие газообразные и жидкие продукты и твердый (сырой) кокс.

Сырье и продукты

Сырье коксования может представлять собой смесь одного или нескольких видов сырья, таких как вакуумные остатки, атмосферные остатки или смолы. Эта смесь поступает на установку через резервуарный парк или напрямую с других технологических установок.

Установка замедленного коксования предназначена для производства следующей продукции:

  • отходящие газы коксования,
  • пропан-пропилен,
  • бутан-бутилен,
  • нафта коксования,
  • легкий газойль коксования (ЛГК),
  • тяжелый газойль коксования (ТГК),
  • топливный кокс.

Нефтяной кокс привлекает внимание специалистов как перспективное технологическое топливо в производстве вяжущих материалов — цемента, извести и гипса.

Кокс широко используется в качестве исходного сырья в производстве электродов для дуговых электропечей. Его применение в указанном качестве и в других производствах ограничивается содержанием серы.

Нефтяной кокс используется в качестве топлива при сжигании которого на ТЭЦ вырабатывается электроэнергия.

Потребление нефтяного кокса в промышленности

Технологическая схема

Установка состоит из следующих секций:

  • буферная емкость сырья и предварительный подогрев сырья,
  • коксование
  • секция первичного фракционирования
  • секция разделения газов
  • секция аминовой очистки
  • пропарка/продувка коксовой камеры
  • раскоксовывание
  • система выгрузки кокса.

Технологическая схема установки замедленного коксования

Принцип работы

Блок предварительного подогрева

Свежее сырье совместно с рециркулирующими дистиллятами направляется через линию теплообменника предварительного нагрева подачи, чтобы максимизировать рекуперацию тепла из потоков циркулирующих орошений (ЦО) и продуктовых газойлей. Через цепь теплообменников предварительного нагрева сырье обычно нагревается до 280-300 °С. Точная температура на выходе из теплообменника оценивается с помощью пинч-анализа для оптимального проектирования схемы теплообмена. Предварительно нагретый вакуумный остаток направляется в нижнюю часть фракционирующей колонны, которая выполняет роль буферной емкости и обеспечивает равномерную подачу для печных насосов.

Печь

Печь коксования работает на топливном газе. Каждая печь оборудована независимой системой подогрева воздуха (включающей в себя вытяжной вентилятор, нагнетательные вентиляторы, подогреватель пара и подогреватель воздуха) и дымовой трубой, установленной в верхней части каждой печи.

Поток рециркуляции дистиллята способствует испарению в процессе коксования. В печи повышенное испарение также увеличивает скорость в трубах, что, в свою очередь, уменьшает общее время пребывания сырья внутри печи. Цель состоит в том, чтобы уменьшить общее время в печи выше этой температуры, чтобы ограничить отложения кокса внутри труб, тем самым увеличивая длину межремонтного пробега.

Сырье выходит из печи с приблизительной температурой 500 °C и давлением 3,5 кг/см2 (изб.)

Коксовые камеры

Нагретое в печи сырье поступает в коксовые камеры, где происходит его крекинг с образованием кокса и продуктов крекинга. В результате протекания реакций крекинга, циклизации, ароматизации, дегидрирования, поликонденсации и уплотнения образуется сплошной слой кокса. Заполнение каждой коксовой камеры коксом до безопасного эксплуатационного уровня производится в течение 18 часов.

Продукты крекинга выходят из верхней части коксовых камер в виде потока пара с приблизительной температурой 449 °C и давлением 1,05 кг/см 2 (изб.).

Рабочее давление в коксовой камере поддерживается как можно более низким для снижения количества образующегося кокса и увеличения выхода дистиллята. Горячий поток паров из коксовой камеры немедленно охлаждается до температуры 429 °C или менее при теплообмене с ТГК для прекращения реакций крекинга и полимеризации, вследствие чего коксообразование в линии паров с верха коксовой камеры к фракционирующей колонне установки коксования сводится к минимуму.

Фракционирование

Во фракционирующей колонне установки коксования происходит разделение потока паров из коксовой камеры на:

  • жирный газ коксования
  • нафту коксования
  • легкий газойль коксования
  • тяжелый газойль коксования
  • внутренний рецикловый продукт

Колонна разделена на две основные секции тарелкой для отвода ТГК. В верхней части установлены ректификационные тарелки клапанного типа; в нижней части размещены два уровня распылительных распределителей для повышения качества ТГК. Охлажденные пары из коксовой камеры поступают вверх через распределительное устройство паров и через зону распыления, при этом пары охлаждаются при соприкосновении со стекающим вниз жидким ТГК, который распыляется в верхней части зоны распыления.

Тяжелая рецикловая жидкость образуется в нижней части распылительной камеры. После охлаждения этот поток используется в качестве орошения для поддержания температур в кубе колонны ниже температур начала коксования.

Пары из верхней части фракционирующей колонны установки коксования охлаждаются и конденсируются в воздушном конденсаторе и концевом холодильнике верхнего продукта фракционирующей колонны. Часть жидких углеводородов из приемника подается на верхнюю тарелку в качестве флегмы. Сконденсированная кислая вода перекачивается насосом на границу технологической установки.

Читайте также:  Установка распредвалов по меткам грм

Блок разделения газов

Несконденсированные пары из приемника верхнего продукта направляются на прием газового компрессора и далее на блок разделения.

Секция разделения паров предназначена для разделения паров и жидких верхних продуктов, поступающих из фракционирующей колонны, на осушенный газ коксования, пропан-пропилен, бутан-бутилен и нафту коксования.

После компримирования жирного газа он вместе с нестабильной нафтой поступает на блок абсорбции, где из него удаляются легкие углеводороды С12.

Смесь нафты и СУГ поступает на блок стабилизации, где из нафты выделяются углеводороды С34.

Аминовая очистка

Углеводороды С12 и С34 отдельными потоками отправляются на блок аминовой очистки, где из них в результате процесса абсорбции с помощью МДЭА удаляется H2S.

Очищенный топливный газ С12 частично отправляется в топливную сеть предприятия, а также используется в качестве топлива для печи коксования.

Очищенный СУГ С34 направляется на дальнейшее фракционирование на пропан-пропиленовую и бутан-бутиленовую фракции.

Пропарка/продувка коксовой камеры

Коксование представляет собой полунепрерывный процесс с 18-часовым циклом коксования в коксовых камерах при эксплуатации. Каждая камера должна быть включена в процесс в течение 18 часов для заполнения и исключена из процесса на 18 часов для декоксования. Таким образом, суммарная продолжительность цикла между последовательными подачами нефтепродуктов в камеру составляет 36 часов.

По завершении цикла заполнения одной камеры поток из печи коксования переводится в другую (пустую) камеру посредством входного клапана переключения. Затем в нижнюю часть заполненной коксом камеры в течение 30 минут подается пар, а летучие легкие углеводороды отводятся во фракционирующую колонну установки коксования.

На протяжении следующих 60 минут расход пара увеличивается, а полученные пары (в основном водяной пар) направляются в нижнюю часть колонны продувки.

Раскоксовывание

Кокс удаляется их коксовых камер путем гидравлического декоксования за два этапа. Сначала в слое кокса проделывают отверстие диаметром около 915 мм. На втором этапе кокс разрезается на слои по мере опускания инструмента оператором. Гидравлические режущие инструменты монтируются на конце полой ударной штанги, которая подвешена на поворотном соединении. Ударная штанга вращается посредством электродвигателя. Лебедка на площадке поднимает и опускает ударную штангу в пределах конструкции вышки, построенной над коксовыми камерами.

Вода для резки подается насосом для резки кокса под давлением приблизительно 270 кг/см 2 (изб.). Чтобы избежать частых пусков и остановов насоса, применяется специальный гидравлический байпасный регулирующий клапан.

После удаления кокса обеспечивается повторная установка крышки на неработающую камеру, продувка паром для удаления воздуха и опрессовка паром. После этого в сборник подаются пары из работающей коксовой камеры, которая заполняется в данный момент.

Парожидкостная смесь, образовавшаяся в результате конденсации пара в неработающем сборнике, поступает в колонну продувки. После достаточного прогрева коксовой камеры она готова к работе в целях ее заполнения.

Система выгрузки кокса

Система выгрузки кокса (СВК) предназначена для переработки кокса, образовавшегося в установке замедленного коксования (УЗК) и является надежной и безопасной системой с отсутствием выбросов.

СВК способна дробить кокс и затем направлять его в виде суспензии (смеси частиц раздробленного кокса с водой) из коксовых камер в бункер обезвоживания и затем на участок хранения. Система обеспечивает высокоэффективное отделение кокса от воды и производит чистую воду для повторного использования в процессе декоксования.

СВК состоит из следующих технологических стадий:

  • охлаждение сточной воды из коксовых камер
  • дробление кокса и транспортировка суспензии
  • обезвоживание
  • выгрузка сухого кокса.

Достоинства и недостатки

Недостатки

  • высокая вероятность коксования змеевиков печи и куба фракционирующей колонны
  • сложность очистки сточных вод после гидравлической резки кокса водой
  • возможные проблемы при выгрузке и транспортировке кокса, связанные с большим количеством движущихся механизмов
  • несоответствие кокса заявленным требованиям при смене качества нефтяного сырья, неверного выполнения технологических стадий
  • контакт персонала с сыпучими/пыльными материалами, выбросы в атмосферу.

Достоинства

  • низкие капиталовложения по сравнению с величиной достижения глубины переработки (90-95%) и выхода светлых нефтепродуктов (70-75%)
  • широкая степень изучения и внедрения процесса коксования в мировой нефтепереработке
  • относительная простота технологического процесса
  • отсутствие катализатора для проведения процесса

Материальный баланс

Один из вариантов материального баланса установки замедленного коксования.

Сырье %
Гудрон 45
Остатки масляного производства 13
Остатки висбрекинга 42
ИТОГО 100
Получено
Сухой газ 4,1
H2S+NH3 0,9
ППФ 0,9
ББФ 1,5
Нафта (30-150°C) 10,0
Легкий газойль коксования 37,5
Тяжелый газойль коксования 18,6
Кокс 26,5
ИТОГО 100

Существующие установки

Наиболее крупными установками замедленного коксования на НПЗ России по данным на 2017 год являются установки на «Газпромнефть-ОНПЗ» (Омск) и ПАО «ТАНЕКО» (Нижнекамск). В период 2017-2020 были запущены УЗК на «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез», Антипинском НПЗ, Уфимском НПЗ.

источник