Меню Рубрики

Установки замедленного коксования производительность

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.

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.
Читайте также:  Установка поплавков для сети

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

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Уменьшение количества остатка (коксование)

Коксование — это термический крекинг тяжелого нефтяного сырья в более жестких условиях, при котором в качестве одного из продуктов получается твердый остаток — кокс. 1)

Среди термических процессов наиболее широкое распространение получил процесс замедленного коксования. Другие разновидности процессов коксования — периодическое коксование в кубах и коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса — нашли ограниченное применение.


Установка замедленного коксования КНПЗ

Основное целевое назначение установок замедленного коксования — производство крупно-кускового нефтяного кокса. Наиболее массовыми потребителями нефтяного кокса в мире и в нашей стране являются производства анодной массы и обожженных анодов для алюминиевой промышленности и графитированных электродов для электросталеплавления. Широкое применение находит нефтяной кокс при изготовлении конструкционных материалов, в производстве цветных металлов, кремния, абразивных (карбидных) материалов, в химической и электротехнической промышленностях, космонавтике, ядерной энергетике и др.

Кроме кокса на УЗК получают газы, бензиновую фракцию и коксовые (газойлевые) дистилляты. Газы коксования используют в качестве технологического топлива или направляют на ГФУ для извлечения пропан-бутановой фракции — ценного сырья для нефтехимического синтеза. Получающиеся в процессе коксования бензиновые фракции (5…16 % мас.) характеризуются невысокими октановыми числами (≈ 60 по ММ) и низкой химической стабильностью, повышенным содержанием серы (до 0,5 % мас.), и требуется их дополнительное гидрогенизационное и каталитическое облагораживание. Коксовые дистилляты могут быть использованы без или после гидрооблагораживания как компоненты дизельного, газотурбинного и судового топлив или в качестве сырья каталитического или гидрокрекинга, для производства малозольного электродного кокса, термогазойля и т. д.

Читайте также:  Установка forkplayer на samsung tizen

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. 2)

После многих лет накопления информации о термическом крекинге стало достаточно ясно, что благодаря высоким температурам и очень высоким скоростям подачи сырья, коксообразования не происходит, пока сырье не выходит из узких змеевиков в печах в большой уравнительный резервуар. Если углеводородную смесь задержать в этой изолированной емкости, которая называется коксовый барабан, то можно провести управляемые процессы глубокого крекинга и коксования.

Была разработана технология, которая позволяет эффективно проводить этот процесс, включив его в непрерывный режим крекинга. Хотя идея коксования проще, чем идея крекинга, в первом случае требуется более сложное оборудование, так как приходится иметь дело с коксом. Поскольку кокс — твердое вещество, то возникают дополнительные проблемы.

Сырье для коксования нагревают приблизительно до 540°С (

1000°F) и подают в нижнюю часть коксового барабана (иначе называется реактором или камерой коксования). 3)

Поскольку сырье представляет собой тяжелый остаток, богатый смолами и асфальтенами (т. е. коксогенными компонентами), имеется большая опасность, что при такой высокой температуре оно закоксуется в змеевиках самой печи. Поэтому для обеспечения нормальной работы реакционной печи процесс коксования должен быть «задержан» до тех пор, пока сырье, нагревшись до требуемой температуры, не поступит в коксовые камеры (отсюда термин «замедленное коксование»). Это достигается благодаря обеспечению небольшой длительности нагрева сырья в печи (за счет высокой удельной теплонапряженности радиантных труб), высокой скорости движения по трубам печи, специальной ее конструкции, подачи турбулизатора и т. д. 4)

Легкокипящие продукты крекинга поднимаются вверх и откачиваются из верхней части барабана. Высококипящие продукты остаются и, поскольку нагревание продолжается, разлагаются до кокса, который представляет собой твердое вещество, похожее на уголь. Пары из верхней части барабана направляют на ректификацию, так же, как и продукты термического крекинга.

Удаление кокса из барабана — отдельная проблема, так как он представляет собой твердую лепешку. В прежние времена реактор термического крекинга иногда закоксовывался в результате какого-либо нарушения технологического режима или аварии. Единственным способом вычистить кокс из реактора было послать туда рабочих в кислородных масках с отбойными молотками. Несомненно, что именно это сдерживало разработку производства кокса на нефтеперерабатывающих заводах.

В настоящее время удаление кокса — это ежедневная рутинная процедура, которая осуществляется подачей струи воды под давлением (около 2000 psi или 140 атм).

Сначала в коксовой лепешке, находящейся в барабане, просверливается отверстие сверху вниз. Затем в отверстие опускают вращающийся стержень, в результате чего струя воды направляется в разные стороны. За счет высокого давления лепешка кокса разбивается на куски, которые вываливаются из нижней части колонны и попадают в тележки или вагонетки для подвозки к месту хранения.


Последовательность операций при выгрузке кокса:
а — высверливание скважины; б — образование скважины; в — резка кокса. 5)

Обычно барабаны работают в режиме 48-часового цикла: 24 часа барабан заполняется коксом, а переключение, охлаждение и удаление кокса занимают около 22 часов, в течение которых заполняется коксом соседний барабан.

Выходы. В целом при термическом крекинге количество остатка уменьшается на 80%. В случае коксования остатка вообще нет, но образуется около 30% кокса, для которого нужен рынок сбыта. В обоих процессах образуются также бензин, нафта и газойль, но они низкого качества. Нафту часто перерабатывают на установке каталитического риформинга, а газойль — на установке гидрокрекинга. 6)

Оборудование установок замедленного коксования разделяют на три группы.

Оборудование первой группы широко применяется на нефтеперерабатывающих заводах, оборудование второй и третьей групп является специальным, характерным для установок замедленного коксования.

Подробно рассмотрим основной реакционный агрегат установок замедленного коксования — коксовые камеры (или коксовые барабаны, как они назывались ранее в статье).

Конструктивно коксовая камера представляет собой сварной цилиндрический вертикально установленный пустотелый сосуд с верхним и нижним днищами. На следующем рисунке показана типовая камера установки замедленного коксования.

Верхняя горловина 2 предназначена для ввода гидрорезака, а нижняя 5 — для выхода кокса и воды при гидровыгрузке. Опора 9 представляет собой коническую обечайку высотой 2 м, приваренную по периметру горизонтальным швом к нижнему днищу. Снизу к обечайке приварено опорное кольцо 7, которое, в свою очередь, опирается на фундаментное кольцо. Снаружи камера покрыта слоем изоляции толщиной 250 мм.
На действующих установках замедленного коксования реакторный блок включает от двух до четырех камер. Для предотвращения выноса пены из реакционной камеры предусмотрен контроль за максимальной высотой заполнения камер коксом с помощью радиоактивных сигнализаторов уровня. По этой же причине высота заполнения камер равна 14-17 м, что составляет 55-65% от реакционного объема камеры. 7)

Кокс. О коксе полезно сказать несколько слов. Большая часть кокса, который выпускается нефтеперерабатывающим заводом, выглядит как губка и потому называется губчатый кокс. Основные области применения такого кокса — это производство электродов, получение карбида кальция и графита. Прочность губчатого кокса недостаточна для его использования в доменных печах для выплавки чугуна или в литейном производстве.

Читайте также:  Установка внутрижелудочного баллона отзывы

Вторая форма кокса — игольчатый кокс, который так называется из-за своих удлиненных микрокристаллов. Чтобы получить такой кокс, требуется особое сырье и более жесткие условия работы. По своему качеству такой вид кокса предпочтительнее в производстве электродов, чем губчатый кокс. В результате, игольчатый кокс значительно дороже, чем губчатый.

Кокс содержит некоторые количества воды и жидких углеводородов, поэтому перед использованием он должен быть высушен. Измельчение кокса с последующим нагреванием с целью удаления этих примесей называется кальцинированием.

Кроме того, кокс можно применять в качестве топлива на нефтеперерабатывающем заводе — точно таким же образом, как используется любое другое твердое топливо, например, каменный уголь. 8)

Принципиальная технологическая схема установки замедленного коксования (дополнительная информация)

На рисунке ниже представлена принципиальная технологическая схема нагревательно-реакционно-фракционирующей секции двухблочной установки замедленного коксования. Сырье — гудрон или крекинг-остаток (или их смесь) нагревают в теплообменниках и конвекционных змеевиках печи и направляют на верхнюю каскадную тарелку колонны К-1. Часть сырья подают на нижнюю каскадную тарелку для регулирования коэффициента рисайкла 9) , под нижнюю каскадную тарелку этой колонны — горячие газы и пары продуктов коксования из коксовых камер. В результате контакта сырья с восходящим потоком газов и паров продуктов коксования сырье нагревается (до температуры 390…405 °С), при этом низкокипящие его фракции испаряются, а тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем, образуя так называемое вторичное сырье.


Принципиальная технологическая схема двухблочной установки замедленного коксования:
I — сырье; II — стабильный бензин; III — легкий газойль; IV — тяжелый газойль; V — головка стабилизации; VI — сухой газ; VII — кокс; VIII — пары отпарки камер; IX — водяной пар

Вторичное сырье с низа колонны К-1 забирают печным насосом и направляют в реакционные змеевики печей (их две, работают параллельно), расположенные в радиантной их части. В печах вторичное сырье нагревается до 490…510 °С и поступает через четырехходовые краны двумя параллельными потоками в две работающие камеры; две другие камеры в это время находятся в цикле подготовки. Входя в низ камер, горячее сырье постепенно заполняет их; так как объем камер большой, время пребывания сырья в них также значительно и там происходит крекинг сырья. Пары продуктов коксования непрерывно уходят из камер в колонну К-1, а утяжеленный остаток задерживается в камере. Жидкий остаток постепенно превращается в кокс.

Фракционирующая часть УЗК включает основную ректификационную колонну К-1, отпарные колонны К-2 и К-3, фракционирущий абсорбер К-4 для деэтанизации газов коксования и колонну стабилизации бензина К-5.

Колонну К-1 разделяют полуглухой тарелкой на две части: нижнюю, которая является как бы конденсатором смешения, а не отгонной секцией колонны; и верхнюю, выполняющую функцию концентрационной секции ректификационных колонн. В верхней части К-1 осуществляют разделение продуктов коксования на газ, бензин, легкий и тяжелые газойли. В колонне К-1 температурный режим регулируется верхним острым 10) и промежуточным циркуляционными орошениями. Легкий и тяжелый газойли выводят через отпарные колонны соответственно К-2 и К-3.

Газы и нестабильный бензин из сепаратора С-1 направляют в фракционирующий абсорбер К-4. В верхнюю часть К-4 подают охлажденный стабильный бензин, в нижнюю часть подводят тепло посредством кипятильника с паровым пространством. С верха К-4 выводят сухой газ, а снизу — насыщенный нестабильный бензин, который подвергают стабилизации в колонне К-5, где от него отгоняют головку, состоящую из пропан-бутановой фракции. Стабильный бензин охлаждают, очищают от сернистых соединений щелочной промывкой и выводят с установки.

Коксовые камеры работают по циклическому графику. В них последовательно чередуются циклы: коксование, охлаждение кокса, выгрузка его и разогрев камер. Когда камера заполнится примерно на 70…80 % по высоте, поток сырья с помощью переключающих кранов переводят в другую камеру. Заполненную коксом камеру продувают водяным паром для удаления жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают вначале в колонну К-1. После того как температура кокса понизится до 400…405 °С, поток паров отключают от колонны и направляют в скруббер (на рисунке не показан). Водяным паром кокс охлаждают до 200 °С, после чего в камеру подают воду.

После охлаждения кокс из камер выгружают. Для этой операции применяют гидравлический метод. Пласты кокса разрушают струей воды давлением 10…15 МПа. Над каждой камерой устанавливают буровые вышки высотой 40 м, предназначенные для подвешивания бурового оборудования. На вышке закрепляют гидродолото, с помощью которого в слое кокса пробуривают центральное отверстие. Затем гидродолото заменяют гидрорезаком, снабженным соплами, из которых подают сильные струи воды, направляемые к стенкам камеры. Гидрорезак перемещается по камере, полностью удаляя со стенок кокс.

Далее кокс поступает в отделение внутриустановочной обработки и транспортировки, где осуществляется дробление, сортировка на три фракции и транспортировка в склады.

Коксовую камеру, из которой выгружен кокс, спрессовывают и прогревают сначала острым водяным паром 11) , затем горячими парами продуктов коксования из работающей камеры до температуры 360…370 °С и после этого переключают в рабочий цикл коксования. 12)

источник