Postrojenje za odgođeno koksiranje: projekt, princip rada, proračun snage i sirovine

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Jedinice za odgođeno koksiranje najčešće su hardversko rješenje za rafinaciju teške nafte. Njihov uređaj uključuje 2 glavna modula - reaktor, gdje se sirovina zagrijava i koksira, te mehaničku obradu. Projektiranje postrojenja izvodi se u fazama i uključuje proračun i odabir procesne opreme, određivanje tehničkih i ekonomskih pokazatelja.

Odredište

Tehnološki proces koksiranja jedan je od načina prerade nafte. Njegova glavna svrha je dobivanje krupnog petrolej koksa. U industriji se koriste 3 metode koksiranja:

1. Periodično, na kocke. Sirovina se ubacuje u horizontalni aparat, zagrijava s ložištem ispod njega, a zatim kalcinira 2-3 sata. Nakon toga, peć se hladi i gotov proizvod se istovara. Ova metoda je najjednostavnija i najmanje produktivna.
2. Neprekidno. Ova metoda je još uvijek u fazi industrijskog razvoja.
3. Polukontinuirano, trenutno primljenonajrašireniji.

Jedinice za ultra odgođeno koksiranje najnoviji su tip procesne opreme. U njima se sirovina prethodno zagrijava u pećnici, a zatim prenosi u nezagrijane reakcijske komore, koje imaju toplinski izolacijski sloj za održavanje potrebne temperature. Broj i veličina reaktora, snaga peći utječu na performanse cijelog postrojenja.

Rad prvog DCU-a u Rusiji započeo je 1965. godine u Ufaneftekhimu. Odgođeni koks u tvornici radi i danas. Nakon rekonstrukcije 2007. godine, njegova produktivnost je oko 700-750 tisuća tona/godišnje u odnosu na masu prerađene sirovine.

Završni proizvodi

Sljedeće tvari se dobivaju ultrazvučnim ispitivanjem, osim koksa:

• koksni plinovi (koriste se kao procesno gorivo ili prerađuju za dobivanje frakcije propan-butana);
• benzin;
• koksni destilati (gorivo, sirovina za krekiranje).

Na domaćim strojevima za ultrazvučno ispitivanje, prinos koksa je 20-30% težinski. Ovaj pokazatelj prvenstveno ovisi o kvaliteti sirovina. Najveću potrebu za ovim proizvodom ima metalurška industrija (proizvodnja anoda i elektroda, aluminija, abraziva, karbida, ugljično-grafitnih materijala, ferolegura). Osim prvog Ufa DCU, u Rusiji su izgrađene i druge jedinice odloženog koksanja: u Rafineriji Omsk, Rafineriji Novokuibyshevsk, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, u Angarsk Petrochemical Company, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Sirovine

Prehrambeni materijali za koksanje podijeljeni su u 2 skupine: proizvodi primarne i sekundarne prerade. Sljedeće tvari se koriste kao sirovine u postrojenjima za odgođeno koksiranje:

• loživo ulje;
• polutar;
• tar;
• katran;
• asf alt i drugi industrijski naftni proizvodi;
• ostatak tekućeg ugljena;
• teška piroliza i katran iz škriljaca;
• ostatci termičkog pucanja;
• naftni bitumen i teška ulja.

Visoko aromatizirani ostaci ulja su trenutno najčešća sirovina.

Utjecaj na tehnološke parametre

Sljedeći parametri postrojenja za koksanje ovise o svojstvima krmiva:

• učinkovitost reakcijske komore;
• kvaliteta primljenih proizvoda;
• izlaz koksa;
• uvjeti za proces.

Najvažniji parametri sirovine su:

• Koks, ovisno o sadržaju asf altno-smolastih tvari. Vrijednost koksanja treba biti u rasponu od 10-20%. S manjom vrijednošću smanjuje se izdašnost koksa, a s većom se unutar zavojnica u pećima nakupljaju naslage. Kapacitet koksanja određen je masom krutog ostatka u lončiću nakon zagrijavanja uzorka naftnog proizvoda u njemu.
• Gustoća.
• Kemijski sastav. Izštetne nečistoće koje imaju najveći utjecaj na kvalitetu koksa emitiraju sumpor (ne smije biti veći od 1,5% masenog udjela). Ovisno o namjeni koksa u tehnološkom procesu, poželjno je koristiti različite vrste sirovina. Dakle, za dobivanje vlaknaste strukture konačnog proizvoda koriste se materijali s parafinskom bazom.

Prinos koksa proporcionalan je gustoći hrane i sadržaju asf altena.

Fazije kuhanja

Tehnološki proces u postrojenjima za odgođeno koksiranje je dug i kontinuiran, od isporuke sirovina do istovara gotovog proizvoda. Konvencionalno se dijeli u 3 faze:

1. Reakcije razgradnje, stvaranje frakcija destilata, međuprodukti, kondenzacija.
2. Značajno smanjenje sadržaja nezasićenih ugljikovodika u plinovima, povećanje molekularne mase komponenti ostatka, reakcije ciklizacije.
3. Povećanje sadržaja asf altena u ostatku do 26%, smanjenje količine smola i ulja. Pretvorite tekući ostatak u čvrsti koks.

Klasifikacija

Postoje 2 glavne vrste jedinica za odloženo koksiranje prema njihovom rasporedu: jednoblok i dvostruki blok.

Među postrojenjima s dva bloka postoje 4 tipa, koje karakteriziraju sljedeće dizajnerske i tehnološke karakteristike:

1. Unutarnji promjer komora za koksiranje – 4,6 m. Šatorske peći za grijanje, četiri komore rade u paru. Kerozin i plinsko ulje dobiveni tijekom procesa koksanja koriste se za grijanje.
2. Koka-kolakomore Ø 5,5 m. Sirovina - ravna lož ulja s uvođenjem visoko aromatičnih ugljikovodika, koji povećavaju prinos kvalitetnog proizvoda.
3. Reaktori od legiranog čelika Ø 5,5 m, visina 27,6 m, cjevaste peći s volumetrijskim plamenikom, nadzemni ventili povećanog poprečnog presjeka, radioaktivni mjerači razine koji omogućuju registriranje mjesta odvajanja faze koksne pjene. Najnovija inovacija pomaže boljem korištenju korisnog volumena reaktora. Isporuka turbulatora s aditivima za deterdžente za smanjenje koksovanja zavojnica, hlađenim plinskim uljem u glavnim cijevima.
4. Reakcijske komore Ø 7 m, visina 29,3 m. Aksijalni unos sirovine u reaktore, hidraulički sustav za ispuštanje koksa na daljinsko upravljanje, električne dizalice, skladišta s podnim skladištem.

Primijenjena oprema

Oprema, koja je opremljena instalacijama ovog tipa, podijeljena je u sljedeće grupe ovisno o namjeni:

1. Tehnološki, izravno uključeni u proces koksanja (peći, oprema kolona, izmjenjivači topline, reaktorske komore, kocke, hladnjaci, pumpe, cjevovodi, instrumentacija, slavine i drugi zaporni i uklopni ventili).
2. Otpadne vode - prikupljanje i pročišćavanje vode za povratak u radni ciklus (radnje hlađenja i ekstrakcije koksa).
3. Oprema za istovar koksa iz komora (kocke). U suvremenim mehaniziranim instalacijama može biti mehaničkog i hidrauličkog tipa (priveznice, vitla, češljevi, glodala, šipke, tornjevi, gumeni rukavci).
4. Uređaji za transport i obradu gotovog proizvoda (prijemni žlijebovi i rampe, dizalice, transporteri, hranilice, drobilice, skladišta).
5. Strojevi i oprema za mehanizaciju rada.

Prilikom projektiranja postrojenja za odloženo koksiranje potrebno je pažljivo razmotriti dizajn reakcijskih komora i peći, budući da trajanje radnog ciklusa ovisi o pouzdanosti njihovog rada.

Parametri procesa

Glavni parametri tehnologije koksanja su:

• Recirkulacijski omjer, definiran kao omjer ukupnog opterećenja reakcijskih svitaka peći prema opterećenju cijelog postrojenja u smislu sirovina. S povećanjem njegove vrijednosti povećava se prinos visokokvalitetnog koksa, plina i benzina, ali se smanjuje količina teškog plinskog ulja.
• Pritisak u reakcijskoj komori. Njegovo smanjenje dovodi do povećanja prinosa plinskog ulja, smanjenja prinosa koksa i plina i povećanja pjene.
• Procesna temperatura. Što je veći, to je veća kvaliteta koksa u pogledu količine hlapljivih tvari, njegove čvrstoće i gustoće. Maksimalna vrijednost ograničena je rizikom od koksiranja peći i cjevovoda, smanjujući trajnost zavojnica. Svaka vrsta sirovine ima svoju optimalnu temperaturu.

Izgradnja jedinica za odgođeno koksiranje povezana je s visokim kapitalnim troškovima. Stoga se najčešće provodi rekonstrukcija već funkcionalnog kompleksa opreme. To se postiže smanjenjem ciklusakoksiranje, uvođenje novih reakcijskih komora ili smanjenje omjera recirkulacije.

Princip rada

Postrojenja za odgođeno koksiranje sastoje se od jedne ili više uparenih grupa komora, u kojima jedna komora radi u fazi proizvodnje koksa, a druga u istovaru ili u međustanju. Proces razgradnje izvornog materijala počinje u cijevnoj peći, gdje se zagrijava na 470-510 °C. Nakon toga, sirovina ulazi u negrijane komore, gdje se duboko koksuje zbog topline koja je dolazila s njom.

Plinoviti i tekući ugljikovodici se ispuštaju za frakcijsku separaciju u destilacijskoj koloni. Koks ulazi u odjel mehaničke obrade, gdje se istovaruje, sortira i transportira. U sloju gotovog proizvoda buši se bušotina, a u nju se postavlja hidraulički rezač. Njegove mlaznice rade pod pritiskom do 20 MPa. Komadi izdvojenog koksa padaju na odvodnu platformu gdje se odvodi voda. Zatim se proizvod drobi na manje komade i razdvaja na frakcije. Zatim se koks premješta u skladište.

Principijelni dijagram ultrazvuka prikazan je na donjoj slici.

koksare

Komore su reaktor, koji je temelj cijele instalacije. Ciklus rada komore obično je 48 sati, međutim, posljednjih godina dizajnirani su ultrazvučni uređaji koji rade u 18- i 36-satnom načinu rada.

Jedan ciklus rada reaktora sastoji se od sljedećih operacija:

• utovar sirovina, proces koksanja (1 dan);
• isključeno (1/2 sata);
• hidrotermalni tretman (2,5 sata);
• vodeno hlađenje proizvoda, uklanjanje vode (4 sata);
• istovarite proizvod (5 sati);
• brtvljenje šahtova, ispitivanje pod pritiskom vrućom parom (2 sata);
• grijanje uljnim parama, prelazak na radni ciklus (3 sata).

Dizajn

Projekt jedinice odloženog koksanja razvija se sljedećim redoslijedom:

• određivanje potrebne produktivnosti, t/godišnje;
• analiza baze resursa;
• sastavljanje teorijske materijalne bilance procesa koksiranja za različite vrste sirovina;
• određivanje glavnih tokova materijala;
• razvoj koncepta instalacije;
• opravdanje za veličinu i broj reaktora;
• određivanje trajanja punjenja jedne komore koksom i njegov hidraulički proračun, izrada rasporeda rada reaktora;
• proračuni temperaturnog opterećenja na komori;
• proračun konvekcijskih i radijacijskih komora;
• razvoj izgleda proizvodne linije;
• tehnološki proračuni ostale glavne opreme (destilacijski stup, peći, hladnjaci, itd.);
• razvoj sustava nadzora i upravljanja, izbor alata za automatizaciju;
• opis shema zaštite u nuždi;
• razvoj ekoloških aspekata i sigurnosnih mjera;
• određivanje ekonomskih pokazatelja (kapitalni troškovi, broj uslužnog osoblja, obračun plaća,troškovi proizvodnje sirovina i pomoćnih materijala, godišnji ekonomski učinak, obračun troškova proizvoda).

Proračun kapaciteta jedinice za odloženo koksiranje na godišnjoj razini vrši se prema formuli:

N=P x t, gdje je P kapacitet postrojenja, t/dan;

t je broj radnih dana u godini.

Izlaz proizvoda u fizičkom smislu prema bazi i opcijama dizajna određuje se na temelju materijalne bilance instalacije.