Бизнес

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.

Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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.
Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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.
Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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.
Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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.

Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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.

Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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).
Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье - полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

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

N = P х t,

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.

Установка замедленного коксования: проект, принцип работы, расчет мощности и сырье — полезные знания для бизнеса на News4Smart.ru

Поделитесь ссылкой и ваши друзья узнают, что вы знаете ответы на все вопросы. Спасибо ツ

Related Articles

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Close