--PAGE_BREAK--1.3 Описание технологической схемы УЗК
Замедленное коксование. Схема установки. Принципиальная схема установки замедленного коксования.
Сырье коксования подается насосом Н-1 через печи П-1и П-2в ректификационную колонну К-1 на верхнюю каскадную тарелку. Под нижнюю каскадную тарелку колонны К-1, конструкция которой аналогична колонне термического крекинга, подаются горячие пары продуктов
коксования из реакционных камер. За счет контакта паров имеющих температуру ~4300С, с менее нагретым сырьем последнее нагревается. При этом часть паров конденсируется. Сконденсировавшиеся продукты коксования служат рециркулятом, вместе с первичным сырьем они уходят с низа К-1 в реакционные змеевики, расположенные в радиантной части трубчатых печей. В печах сырье подогревается до температуры начала коксования (500-5100С) и поступает через нижний загрузочный штуцер в реакционные камеры .
На установке имеются четыре камеры, работающие попарно, независимо друг от друга. Каждую пару камер можно отключать на ремонт, не останавливая установку. Сырье изП-2 подается в коксовую камеру Р-1 илиР-2, а из печи П-1 – в камеру Р-3 или Р-4.
Из камер продукты реакции направляются в ректификационную колонну К-1. Нижняя часть колонны снабжена каскадными тарелками, верхняя – ректификационными. В верхней части колонны происходит разделения продуктов реакции на фракции.
Бензиновые пары и газ уходят с верха колонны, охлаждаются и частично конденсируются в ХК-1, а затем конденсат отделяется от газа в газосепараторе Е-1, где происходит также сепарация воды. Вода сбрасывается в емкость Е-2 и затем используется для получения водяного пара в специальном змеевике печи. Бензиновая фракция и газ самостоятельными потоками направляются в абсорбердеэтанизатор.
С 31-, 26-, 18-й тарелок колонны К-1 отбираются боковые погоны: фракция выше 4500С (тяжелый газойль), фракция 350-4500С (легкий газойль), фракция 180-3500С (керосин). В отпорной колонне К-5 из боковых пагонов удаляются отпаркой легкие фракции. Затем фракции с низа соответствующих секций колонны К-5 через теплообменники отводятся с установки. Часть фракций 180-3500С используется как абсорбент в доабсорбере К-3 . Для снятия избыточного тепла с 21-й тарелки К-1 выводится промежуточное циркулирующее орошение, которое после охлаждения возвращается в колонну. Тепло циркулирующего орошения используется в кипятильнике стабилизатора.
Абсорбер К-2 предназначается для выделения бензиновых фракций из жирного газа и одновременно деэтанизации бензина. Абсорбентом является стабильный бензин. Он вводится в верхнюю часть абсорбера. С низа абсорбера бензин, содержащий углеводороды С3 и выше, через теплообменник Т-4 подается в стабилизатор К-4.
В стабилизаторе под давлением 8,5 происходит дебутанизация бензина. С верха К-4 выводится головка стабилизации (пропан-бутановая фракция), а с низу – стабильный, не содержащий легких углеводородов, бензин .
Стабильный бензин охлаждается в теплообменнике Т-4 и холодильнике Х-1, очищается от сернистых соединений щелочной промывкой. Чтобы повысить
антиокислительную стабильность бензина, к нему добавляется ингибитор, который подается в линию вывода бензина с установки. Газ с верха абсорбера – деэтанизатора К-2 направляется в дополнительный абсорбер К-3 , где из него удаляются унесенные углеводороды С3 и выше. Сухой газ из К-3 выводится в общую топливную сеть завода, а насыщенный абсорбент (фракция 180-3500С) возвращается К-1 для отправки поглощенных углеводородов. Реакционные камеры установки замедленного коксования работают по циклическому графику. В них последовательно чередуются циклы: реакции, охлаждение кокса, выгрузки кокса и разогрева камеры.
В начальных моментах при подачи сырья в наработавшую камеру происходит разогрев ее стенок горячим сырье. в этот период процессы испарения преобладают над крекингом, а дистиллят, уходящий с верха реакционной камеры, состоит из почти не подвергшихся разложению легких фракций сырья. В нижней части камеры накапливается жидкая масса, которая представляет собой тяжелую часть загруженного сырья .
Продолжительность первого периода зависит от качества сырья и от того, до какой температуры оно было подогрето. Так, для крекинг — остатков с высоким содержанием асфальтенов при температуре нагрева сырья 4750С первый период продолжается 5 ч, а при температуре 5100С – всего 2 ч. При коксовании полугудрона, содержащего меньше асфальтенов, продолжительность первого периода составляет при тех же температурах нагрева сырья соответственно 8-9 и 5-6 ч.
При дальнейшей работе подаваемое в камеру сырье проходит через все более высокий слой жидкости, в котором интенсивно происходят реакции деструкции. Вязкость жидкого остатка постепенно повышается, в нем накапливаются коксообразующие вещества, и этот остаток постепенно превращается в кокс. Второй период коксования отличается постоянным выходом и качеством продуктов разложения.
Когда камера заполняется коксом примерно на 80%, поток сырья с помощью специального четырехходового крана переключают на другую камеру. В отключенной реакционной камере коксообразование из-за понижения температуры замедляются. В верхней части камеры в этот период откладывается губчатая рыхлая масса кокса. Всего по высоте камеры насчитывается три слоя кокса – нижний, образовавшийся в первый период и верхний слой, который откладывается в конце при охлаждении камеры. Кокс в верхнем слое наименее прочен, содержит много летучих соединений, и обладают повышенной зольностью, так как он образовался за счет коксования смолисто-асфальтеновых веществ.
Зольные элементы и сера, как правило, концентрируются в этих веществах.
После отключения камеры, заполненной коксом, ее продувают водяным паром для удаления жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают сначала в колонну К-1 . После того как температура кокса понизится до 400-4050С, поток паров отключается от К-1 и направляется в емкость Е-4. Водяным паром кокс охлаждается до 2000С, после чего в камеру начинают подавать воду. Вода подается до тех пор, пока вновь подаваемые порции воды не перестанут испаряться. Сигналом прекращении испарения служит появление воды в сливной трубе Е-4 .
Закончив охлаждение, приступают к выгрузке кокса из камеры. Для очистки камер на современных установках замедленного коксования применяется гидравлический метод. Разрушение пластов кокса производится струей воды, имеющей высокое давление (до 150). Над каждой камерой устанавливаются буровые вышки высотой 40м, предназначенные для подвешивания бурового оборудования. Конструкция вышки и бурового оборудования, применяемого для удаления кокса, аналогично оборудованию для добычи нефти и скважин.
На вышки закрепляется гидродолото, с помощью которого в слое кокса
пробуривается центральное отверстие. Размеры отверстия достаточны для свободного прохода гидрорезака. После пробуренного отверстия гидродолото снимают и заменяют гидрорезаком. Гидрорезак снабжен соплами, из которых подаются сильные струи воды, направляемые к стенкам камеры. Гидрорезак перемещается по камере, полностью удаляя со стенок кокс.
Удаление из камеры кокс и вода через разгрузочный люк диаметром 1,4 м попадают в питатель-дробилку, где кокс дробится на куски размером не более 150 мм. Раздробленный кокс поступает на конвейер, снабженный обезвоживающими днищами, через которые удаляется вода. Обезвоженный кокс элеватором подается в двух ситовой грохот, где кокс сортируется на три фракции: 150-25 мм, 25-6 мм, 6-0 мм.
Вода, удаленная через обезвоживающие днища, содержит коксовую мелочь, которую в специальных фильтрах-отстойника отделяют от воды и переносят грейферным краном в бункер коксовой мелочи. Вода из отстойников возвращается в цикл.
Коксовую камеру, из которой выгружен кокс, опрессовывают и прогревают острым водяным паром. Затем в течении некоторого времени через камеру пропускают горячие пары продуктов коксования из работающей камеры. Пройдя через подготавливаемую камеру, эти пары поступают затем в ректификационную колону К-1. Когда подготавливаемая камера прогреется до 3600С, заканчивается образование кокса в работающей камере. В этот момент производится переключение камер.
Примерный график работы коксовой камеры следующий (в ч):
Подача сырья _______________________________24
Переключение камеры _______________________0,5
Пропаривание камеры водяным паром__________2,5
Охлаждение кокса водой_______________________3
Слив воды__________________________________2,5
Бурение отверстий в коксе гидродолотом________0,5
Расширения отверстий для прохода гидрорезака__1,5
Удалении кокса гидрорезаками__________________4
Испытание камеры____________________________2
Разогрев камеры_____________________________7,5
_____________
Итого______48
Процесс замедленного коксования проводится в необогреваемых коксовых камерах. Сырье (смесь исходного сырья с рециркулирующей тяжелой газойлевой фракцией) нагревается в трубчатых нагревателях печи до 480-520 °С и закачивается в один из реакторов, предварительно прогретый. Коксовые реакторы (или камеры) представляют собой вертикальные полые цилиндры с люками вверху и внизу.
Коксование проводится за счет аккумулированного сырьем тепла. Продукты распада исходного сырья отводятся сверху камеры на ректификацию, а в камере накапливаются тяжелые жидкие остатки разложения сырья. При достижении пороговой концентрации асфальтенов в камере образуется коксовая масса. Время пребывания в камере различно для газовой и жидкой фаз. Компоненты газовой (паровой) фазы покидают зону высоких температур быстро, компоненты жидкой фазы находятся в камере, практически до полного разложения на газофазные продукты и кокс. Непрерывно выделяющиеся из реактора горячие пары и газы подвергаются ректификации в колонне, а затем поступают в конденсаторы-холодильники. Кокс в реакторе охлаждается водой и выгружается при помощи струи воды, вводимой специальными устройствами (резаками) в пробуренную центральную скважину под давлением 15 МПа. Разделка кокса на необходимые фракции осуществляется на прирельсовом складе.
Процесс замедленного коксования имеет периодический характер по выгрузке кокса и непрерывный по подаче сырья и выделению дистиллятных продуктов.
2 РАСЧЕТ УСТАНОВКИ ЗАМЕДЛЕНОГО КОКСОВАНИЯ.
Представим схему блоков установки замедленного коксования:
Рис.2.1 Схема блоков установки замедленного коксования
2.1 Материальный баланс реактора.
Годовая производительность 800000 тонн в год.
Время работы установки: Т= 365- Ткап – Ттек (1)
365-30-10=325суток
Т= 24·325 = 7800 ч
Часовая производительность установки равна:
Π= (2)
Из практических данных известно, что из 100% сырья (гудрон), в результате коксования получено:
Расчет выхода кокса:
К= 17%
Хк=2,0 + 1,66·К (3)
Хк=2,0 + 1,66·17= 30,22≈ 30%
Расчет выхода газа:
Хк+г= 5,5+1,76·К (4)
Хк+г= 5,5+1,76·17 = 35,42%
Хг= Хк+г – Хк= 35,42 – 30= 5,42% (5)
Из практических данных выход бензина = 20%
Хб=20%
Хг.сумар.= Хк-Хг-Хб (6)
Хг.сумар.=100-30-5,42-20= 44,58
Хм+т.г=44,58%
Хм=24%
Хт, г=20,58%
Проверка:30+5,42+20+44,58= 100%
Свободный материальный баланс.
1%=102564,10кг∕час
Выход С1-С2: 102564,10·1,5=15,38 (7)
Выход С3-С4: 102564,10·3,52= 3610,26
Выход бенз.фр: 102564,10·19,9= 20410,25
Выходкокса: 102564,10·30= 30769,23
Выход лег.газ: 102564,10·24= 24615,38
Выход тяж.газ: 102564,10·20,58= 21107,69
Потери: 102564,10 ·0,5=512,82
Выход продуктов коксования в т/год
1%=800000 т/год
С1-С2: 800000·1,5=12000 (8)
С3-С4: 800000·3,52= 28160
б, фр: 800000·19,9= 159200
кокса: 800000·30=240000
лег. газ: 800000·24= 192000
тяж.газ: 800000·20,58= 164640
Потери: 800000 ·0,5=4000
Таблица 2.1 Материальный баланс камеры коксования
приход
% мас.
Кг/час
т/год
расход
%мас
Кг/час
т/год
Сырье смесовое
100
102564,10
800000
ПГС
(УВГ,
Б.Ф, Л. Г, Т.Г)
Кокс
Потери
Итого
69,9
30
0,1
100
71692,31
30769,23
102,56
102564,10
559200
240000
800
800000
Таблица 2.2 Материальный баланс колонны К-1
Приход
% масс.
Кг/час
Т/год
Расход
% мас
Кг/час
Т/год
ПГС
69,9
7169,01
559200
С1-С4
Б.фр
Лёг. газ
Тяж. газ
Потери
Итого
5,22
20
24
20,58
0,1
69,9
535,37
2051,22
2461,46
2110,70
10,26
7169,01
41760
160000
192000
164640
800
559200
Таблица 2.3Материальный баланс сепаратора С-1
Приход
% масс.
Кг/час
Т/год
Расход
% мас
Кг/час
Т/год
С1-С4
Б.фр
25,22
2586,59
201760
С1-С4
Б.фр
Потери
Итого
25,12
0,1
25,22
2576,33
10,26
2586,59
200960
800
201760
Таблица 2.4 Материальный баланс колонны К-4
Приход
% масс.
Кг/час
Т/год
Расход
% мас
Кг/час
Т/год
С1-С4
Б.фр
25,12
2576,33
200960
С1-С2
Б.фр
С3-С4
Потери
Итого
1,5
19,9
3,62
0,1
25,12
153,84
2040,96
371,27
10,26
2576,33
12000
159200
28960
800
200960
продолжение
--PAGE_BREAK--
Таблица 2.5Материальный баланс колонны К-5
Приход
% масс.
Кг/час
Т/год
Расход
% мас
Кг/час
Т/год
С3-С4
Б.фр
3,62
19,9
2412,23
188160
Б.фр
С3-С4
Потери
Итого
19,9
3,52
0,1
23,52
2040,96
361,01
10,26
2412,23
159200
28160
800
188160
Таблица 2.6Сводный материальный баланс
%
кг/ч
т/год
Расход
%
кг/ч
т/год
Сырье
100
102564,10
800000
С1-С2
С3-С4
Бен.фр
Кокс
Лег.газ тяж.газ
Потери
итого
1,5
3,52
19.9
30
24
20,58
0,5
100
1538,46
3610,26
20410,25
30769,23
24615,38
21107,69
512,82
102564,10
12000
28160
159200
240000
192000
164640
4000
800000
2.2 Расчет теплового баланса.
Тепловой баланс реакционной камеры рассчитываем на основании данных материального баланса.
Qтепл.эф=130кДж/кг
ρ =0,95
Ус = 500°C- энтальпия
Qприх=Gгудрон· Ус500= 102564,10·1300,0=37037,04кВт/час (9)
Qпот =0,1· Qприх =0,1·37037,04= 1,0288кВт/час (10)
Qреак = Qтепл.эф · Gгудрон = 130·102564,10=3703,70кВт/час (11)
QС1-С2 = G·с·tx= 1538,46·15,15· tx=6,47кВт/час (12)
QС3-С4 = G·с·tx= 1538,46·15,15· tx=6,47кВт/час
QС1-С2 = G·с·tx= 3610,26·14,24· tx=14,28кВт/час
Qбенз.фр = G·с·tx= 20410,25·2,34· tx=13,26кВт/час
Qкокса = G·с·tx= 30769,23·2,1· tx=17,94кВт/час
Qлег.газ = G·с·tx= 24615,38·2,2· tx=15,04кВт/час
Qтяж.газ = G·с·tx= 21107,69·2,2· tx=12,89кВт/час
ΔQ= Qгудрона— Qреак — Qпот=37037,04-3703,70-1,0288=9,2589кВт/час (13)
ΔQ=( Gк·ск+ Gс1-с2·сс1-с2+ Gс3-с4·сс3-с4+ Gбен.фр·сб.фр+ Gл.г·сл.г+ Gт.г·ст.г) · tx=(30769,23·2,1+1538,46·15,15+3610,25·14,24+20410,25·2,34+24615,38·2,2+21107,69·2,2) · tx= 287683,8 (14)
Qпот + Qреак/ ΔQ=1,0128+3703.70/287683,8=0,0128 (15)
tx= Ус-0,0128=500-0,0128=499,98 (16)
Данные расчета сведем в таблицу 2.1
Приход
Расход
наименование
QкВт\час
наименование
QкВт\час
Сырье (гудрон)
Обогрев реактора
итого
37037,04
3703,70
40740,74
С1 -С2
С3 –С4
бенз.фр
кокс
л.газ
т.газ
потери
итого
3250
71510
6650
9000
7550
6500
1,0288
40701,03
2.3 Конструктивный расчет камер коксования
Этот процесс проводят при 475-4800С и 0,29-0,49 МПА. Исходное сырье нагревают в трубчатой печи до 490-5100С. При движении сырья от печи до камеры температура его снижается на 10-150С. Объемная скорость подачи сырья в коксовые камеры для гудрона 0,12-0,13 ч-1, а для крекинг- остатков 0,08-0,10 ч-1. Коэффициент рециркуляции 0,2-0,6. Пары продуктов коксования движутся в камере со скоростью не более 0,15-0,20 м/с. Температура продуктов на выходе из камеры на 30-600С ниже, чем поступающего сырья. Обычно коксовые камеры рассчитывают на цикл работы 48 ч, из которых 24 ч в камере идет реакция, остальное тратится на выгрузку кокса. С целью предотвращения попадания битуминозной пены в
ректификационную колонну камеру заполняют коксом лишь на 70-90%.
Подсчитываем объем кокса, образующегося в камерах за 1сутки:
υк=Gк/ ρк (17)
υк=30769,2/0,950= 32388,6 (кг/час)
где ρк — плотность коксового слоя, т/м3.
Определяют реакционный объем камер (υρ, м3)
υρ=υс/ω (18)
υρ=30769.2·24/(24·0,950·0,13·1000)=249м2
ω=0,13-1час
где υс-объем, поступающего в камеры, м3/ч; ω-объемная скорость подачи
сырья в камеры, ч-1.
Принимаем диаметр реакционных камер D=6,5м тогда сечение кпмеры составляет:
F=ПD2/4 (19)
F=(3,14·6,52)/4= 33,2м2
где F- сечение камеры, м2;
Находят объем кокса образующегося за 1ч
υκ=υκ/24 (20)
υκ = 32388,6/24=1349,5м3/ч
Определяют приращение высоты коксового слоя в камере за 1ч, по фомуле;
һκ=υκ/F (21)
һκ = 1349,5/33,2= 40,65м/ч
Подсчитываем высоту коксового слоя в заполненной камере, по формуле;
h1=һκτ (22)
h1 = 40,65·24= 975,6м
Высота цилиндрической части камеры.
Һц= υρ/F (23)
һц= 249/40,65= 6 м
Применяем 2 камеры по 6м.
Общая высота камеры ( с учетом высоты полушаровых днищ)
Н= Һц +2d/2=6+6,5=12,5м (24)
2.4 Механический расчет реакционной камеры.
Основной материал, для которого будут вести расчеты на прочность Сталь 16ГС+0Х13 для которого σ = 128 МПа. Поправочный коэффициент η= 0,95 при данной температуре.
Тогда; σдоп= 128 ·0,95= 122 МПа (25)
Исполнительная толщина обечайки находится по формуле:
Ѕ= Рр·D/2σдоп·φ-Рр +(С1+С2); (26)
С1=0,005
С2=0,004 , а допускаемое давление :
Рдоп=2φ·σдоп·(Ѕ-С1)/D+(Ѕ-С2), (27)
где Рр — расчетное давление, МПа;
D- внутренний диаметр аппарата, м;
σдоп — допускаемое напряжение, МПа;
φ- коэффициент прочности продольного сварного шва;
С1 — прибавка к расчетной толщине обечайки для компенсации коррозии, м; С2 — дополнительная прибавка, м.
Прибавку на компенсацию коррозии определяют по формуле:
С1= П·τа, (28)
где П- проницаемость материала (м/год);
τа — принятый срок службы аппарата, год.
По формуле найдем толщину стенки обечайки
Ѕ= 0,45·6,5/2·122·1·0,45+(0,005+0,004)= 0,036
Примим толщину стенки равной: 0,01
Теперь найдем допускаемое давление:
Рдоп= 2·1·122·(0,036-0,005)/6.5+(0,036-0,004)= 1,16 (МПа)
Рассчитаем эллиптические днища, толщину стенки определяют по формуле:
S1=(Pp·R)/ 2·φ·Gдоп-(0,5·РР) (29)
H=0,25D=0,25·6,5=1,625 (30)
R=D2/4·H
R=6,52/4·1,625= 17=3,25
S1=(0,45·3,25)/ 2·1·122-(0,5·0,45)=0,006
Дополнительное давление эллиптического днища.
Рдоп1 =2·(Ѕ1-С1)·φ· Gдоп/ R+0,5· (Ѕ1-С2) (31)
Рдоп1 =2·(0,006-0,005)·1· 122 / 3,25+0,5· (0,006-0,004)=0,075
3 ОХРАНА ТРУДА И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
3.1 Охрана труда
Обеспечение безопасных и здоровых условий труда на нефтеперерабатывающих установках возможно только при строгой трудовой и производственной дисциплине всех работающих, точном выполнении ими правил и инструкций по технике безопасности. Без этого самая совершенная техника и технология не в состоянии создать на установке безопасные условия.
Очень велика роль непосредственных исполнителей — рабочих. Помимо знания технологии они должны иметь навыки в работе, чтобы не допускать возникновения опасностей, а если они возникли, уметь их устранить. В результате отступлений от нормального режима работы и нарушений правил техники безопасности на установках замедленного коксования могут произойти аварии, пожары, несчастные случаи (ожоги, поражения электрическим током ), отравления парами УВ и сероводородом. Наиболее огне- и взрывоопасными нефтепродуктами на установке являются газ и бензин – они могут образовать взрывоопасную концентрацию в любой точке установки. Горючая и взрывоопасная смесь УВ паров с воздухом может образоваться и внутри аппаратов, если из них (при ремонте) нефтепродукты удалены не полностью и если аппараты (при пуске) предварительно не продуты паром или инертным газом. Особую опасность представляет скопление УВ газов в насосных помещениях, где при малейших пропусках газа и розливе нефтепродукта может образоваться взрывоопасная концентрация их смеси с воздухом.
Поскольку выделение вредных газов и паров вследствие неплотностей в аппаратуре и оборудовании все же не исключено, чтобы не привысить предельно допустимых концентраций существует вентиляция. Правильно спроектированная и эксплуатируемая вентиляция позволяет обеспечить в закрытых помещениях нормальное состояние воздушной среды.
Наиболее опасным нефтепродуктом на установке замедленного коксования является бензин, обладающий при обычной температуре высокой испаряемостью. Концентрация паров бензина в воздухе 30-40г/м3 опасна для жизни при вдыхании такого воздуха несколько минут. При меньших концентрациях отравление происходит не сразу: вначале пострадавший ощущает головокружение, сердцебиение, слабость, иногда появляется состояние опьянения, беспричинная веселость, а затем человек теряет сознание. При действии на кожу бензин и керосино- газойлевая фракция обезжиривают ее, что может привести к кожным заболеваниям.
В УВ газе коксования содержится значительное количество сероводорода, который вызывает тяжелое отравление. Сероводород- бесцветный газ с неприятным запахом тухлых яиц, ощущаемым даже при очень малых концентрациях. При больших концентрациях запах сероводорода не чувствуется, т.к. поражаются дыхательные пути. При еще больших концентрациях сероводорода поражается центральная нервная система, появляется общая слабость, головокружение, рвота. При концентрациях выше 1000мг/м3в результате паралича легких и сердца мгновенно наступает смерть.
На установке коксования при внутриустановочном транспортировании кокса (дроблении, сортировке, транспортировании и хранении0 выделяется коксовая пыль, которая при вдыхании проникает в легкие и может вызвать серьезное заболевание. Предельно допустимая концентрация коксовой пыли в воздухе 5мг/м3. Поэтому при работе в складских помещениях, где выделение пыли особенно заметно. Необходимо систематически проводить влажную уборку.
продолжение
--PAGE_BREAK--