Замедленное коксование

                                     

 

                                               Содержание

  Введение

1.Понятия установки  замедленного коксования

  2.Назначение процесса замедленного коксования

  3.Кожухотрубчатые аппараты

  4.Технические нагреватели, теплообменники и охладители

  5. Техника безопасности

  6.Технологические расчеты

  7. Список использованной литературы

  Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 Введение

В нефтегазовой отрасли принимаются  все меры по обеспечению запланированных  объемов добычи, реализации нефти и производства нефтепродуктов. Благодаря доходам от нефти и газа экономическая ситуация в Казахстане продолжает складываться достаточно благополучно. В то же время мы должны повысить уровень эффективности и экономической отдачи топливно-энергетического и добывающего секторов экономики, использовать эти сектора для опережающего развития отраслей с высокой добавленной стоимостью, непосредственно связанных с добывающими отраслями. Ускоренное развитие нефтегазовой промышленности должно стать локомотивом социально-экономического развития Казахстана. Нефтяные проекты должны также предоставлять работу для местных кадров и обеспечивать местную промышленность рынком, поощряя к дальнейшему росту. Причем Казахстан, поставивший и достигающий больших целей, может определять благополучие и процветание всего региона. Это обеспечит дальнейшую модернизацию и диверсификацию экономики Казахстана как фундамент устойчивого экономического роста. Экономические взаимоотношения Республики Казахстан с мировым сообществом из года в год укрепляются и расширяются, что дает повод и далее с оптимизмом смотреть в будущее. Казахстан на мировые рынки, а также на опережающем развитии отраслей глубокой переработки, непосредственно связанных с нефтегазовым комплексом. Значение нефти и газа для энергетики, транспорта, обороны страны, для разнообразных отраслей промышленности и для удовлетворения бытовых нужд населения в наш век исключительно велико. Нефть и газ играют решающую роль в развитии экономики любой страны. Природный газ—очень удобное для транспортировки по трубопроводам и сжигания, дешевое энергетическое и бытовое топливо.

 

                  

                      Понятия установки замедленного  коксования

 Установка замедленного коксования предназначения для получения крупно-кускового нефтяного кокса, который используется в производствах цветных металлов, кремния, абразивных материалов, в электротехнической промышленности. В качестве сырья на установках используют тяжёлые нефтяные остатки, такие как гудроны, мазуты, крекинг-остатки, тяжёлая смола пиролиза.        В качестве побочных продуктов на установке замедленного коксования получают углеводородный газ, бензиновую фракцию и газойлевые дистилляты. Полученные газойлевые фракции и бензин коксования перед дальнейшим использованием необходимо подвергнуть гидрооблагораживанию из-за повышенного (по сравнению с прямогонными дистиллятами) содержания непредельных и гетероорганических соединений.

Процесс замедленного коксования является непрерывным по подаче сырья на коксование и по выходу газообразных и дистиллятных продуктов, но периодическим по выгрузке кокса из камер.

Режим работы коксовой камеры составляет 48 часов: 24 часа коксовая камера заполняется коксом, и в течение 20-22 часов осуществляется выгрузка кокса из коксовых камер при помощи струи воды под высоким давлением (до 14 МПа)

Технологические схемы  установок замедленного коксования включают в себя следующие основные блоки:

  * Нагревательный (сюда  относится конвекционная секция  печи установки, нижняя секция ректификационной колонны, где происходит нагрев продуктами коксования, радиантная секция печи);

 

 

* Реакционный (представляет  собой две/четыре полые камеры, работающие попеременно, где непосредственно  происходит процесс замедленного  коксования тяжёлых нефтяных остатков);

  * Фракционирующий  (разделение полученных лёгких  фракций коксования: газ, бензин, газойль);

* Блок механической  обработки кокса, его выгрузки, сортировки и транспортировки.

Перед началом проектирования установки замедленного коксования необходимо разработать научно – исследовательские исходные данные на проектирование.

Проектирование осуществляется в соответствии с ПБ 09-563-03, ПБ 09-540-03, ВУПП-88 и другими действующими нормами  и правилами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    Назначение процесса замедленного коксования

  Процесс замедленного  коксования в необогреваемых  камерах предназначен для получения  крупнокускового нефтяного кокса  как основного целевого продукта, а также легкого и тяжелого  газойлей, бензина и газа. Сырьем  для коксования служат малосернистые атмосферные и вакуумные нефтяные остатки, сланцевая смола, тяжелые нефти из битуминозных песков, каменноугольный деготь и гильсонит. Процесс основан на термолизе тяжелых нефтяных остатков в течение достаточно длительного времени при повышенных температурах (до 500° С), в результате которого образуются легкие фракции крекинга и продукт уплотнения – кокс.Процесс замедленного коксования является непрерывным по подаче сырья на коксование и по выходу газообразных и дистиллятных продуктов, но периодическим по выгрузке кокса из камер.Режим работы коксовой камеры составляет 48 часов: 24 часа коксовая камера заполняется коксом, и в течение 20-22 часов осуществляется выгрузка кокса из коксовых камер при помощи струи воды под высоким давлением (до 14 МПа) Нагревательный (сюда относится конвекционная секция печи установки, нижняя секция ректификационной колонны, где происходит нагрев продуктами коксования, радиантная секция печи);Реакционный (представляет собой две/четыре полые камеры, работающие попеременно, где непосредственно происходит процесс замедленного коксования тяжёлых нефтяных остатков); Фракционирующий (разделение полученных лёгких фракций коксования: газ, бензин, газойль); Блок механической обработки кокса, его выгрузки, сортировки и транспортировки.Сырье — гудрон или крекинг-остаток (или их смесь) — подается насосом 1 двумя параллельными потоками в трубы подовых и потолочных экранов печей 2 и 3, где оно нагревается до 350—380 °С. Затем сырье поступает в нижнюю часть колонны 9 на верхнюю каскадную тарелку. Сюда же под нижнюю тарелку поступают горячие газы и пары продуктов коксования, образующиеся в двух параллельно работающих камерах 5 (или 5'). В колонне сырье встречается с восходящим потоком газов и паров и в результате контакта тяжелые фракции паров конденсируются и смешиваются с сырьем. Таким образом, в нижней части колонны образуется смесь сырья с рециркулятом, обычно называемая вторичным сырьем. Если в сырье содержались легкие фракции, то они в результате контакта с высокотемпературными парами, испаряются и уходят в верхнюю часть колонны 9.Парожидкостная смесь из печей 2 и 3 вводится параллельными потоками через четырехходовые краны 7 в две работающие камеры 5; две другие камеры (5) в это время подготавливают к рабочему периоду цикла. Горячее сырье подается в камеры вниз и постепенно заполняет их. Объем камер достаточно большой (внутренний диаметр 4,6—5,5 м, высота 27—28 м), и время пребывания сырья в них значительно. Здесь в камерах сырье подвергается крекингу. Пары продуктов разложения непрерывно выводятся из камер сверху и поступают в колонну 9, а тяжелый остаток остается. Жидкий остаток постепенно превращается в кокс. В колонне 9 продукты коксования разделяются. С верха колонны уходят пары бензина и воды, а также газ коксования. Эти продукты проходят аппарат воздушного охлаждения 8, затем водяной холодильник 16 для дополнительного охлаждения и поступают в водогазоотделитель 17, где разделяются на водный конденсат, нестабильный бензин и жирный газ. Часть нестабильного бензина нагнетается насосом 15 в качестве орошения на верхнюю тарелку колонны 9. Балансовое количество бензина проходит теплообменник 18, где нагревается за счет тепла легкого газойля, и передается в секцию стабилизации. Водный конденсат, отводимый из водогазоотделителя 17, подается насосом 14 через теплообменник 20 в пароперегреватели, расположенные в конвекционных секциях печей 2 и 3. Легкий и тяжелый газойли, отводимые из опарных колонн 10 и 11, направляются соответственно насосами 13 и 12 через теплообменники нагрева нестабильного бензина 18, водного конденсата 20 и аппараты воздушного охлаждения 19 и 21 в резервуары. После заполнения камер коксом, образующимся в процессе, камеры отключают и продувают водяным паром для удаления оставшихся жидких продуктов и нефтяных паров. Удаляемые продукты поступают вначале в колонну 9, а затем, когда температура кокса понизится до 400—405°С, поток паров отдувают в приемник 4. Подачу водяного пара продолжают до снижения температуры кокса до 200°С, далее в камеру подают воду до тех пор, пока вновь подаваемые порции воды, пары которой выходят в атмосферу, не перестанут испаряться, т. е. тока в сливной трубе приемника 4 не появится вода. Кокс из камер выгружается гидравлическим способом — посредством гидрорезаков с использованием воды давлением 10—15 МПа. Основными показателями качества кокса    являются:      содержание смол,     асфальтенов, серы,коксуемость (10-20%) ,содержание мех. примесей.  Назначением процесса термоконтактного крекинга (ТКК) является получение дистиллятов, богатых ароматическими углеводородами и газа, содержащего до 50 % (об.) непредельных углеводородов. В качестве сырья используют высокосернистые нефтяные остатки — гудрон вакуумной перегонки нл мазут атмосферной перегонки. Замедленное коксование. При замедленном коксовании исходное сырье сначала загружается во фракционирующую колонну для отделения более легких углеводородов, а затем объединяется с тяжелой оборотной нефтью. Тяжелое исходное сырье подается в коксовую печь и нагревается до высоких температур при низком давлении с целью предотвращения преждевременного коксования в трубах нагревателя, производя частичное выпаривание и мягкий крекинг. Смесь жидкости/пара откачивается из нагревателя к одному или большему числу барабанов установок для коксования, где горячий материал находиться приблизительно 24 часа (замедление) при низком давлении до тех пор, пока он не расщепляется на более легкие продукты. После того как кокс достигает заранее определенного уровня в одном барабане, поток ответвляется к другому барабану для сохранения непрерывного процесса. Пары из барабанов возвращаются в установку фракционирования для разделения газа, нафты и газойлей и для рециркулирования более тяжелых углеводородов через печь. Полный барабан стерилизуется водяным паром для отпаривания некрекированных углеводородов, охлаждается посредством вбрызгивания воды и механически очищается от нагара с помощью сверла, поднимающегося со дна барабана, или гидравлическим путем разрыва пласта кокса с помощью воды высокого давления, выброшенной от вращающегося резца. Непрерывное коксование. Непрерывное (контактное или жидкое) коксование – процесс

с движущимся слоем, который функционирует  при более низких давлениях и  более высоких температурах, чем  замедленное коксование. При непрерывном  коксовании происходит термический крекинг путем использования тепла, передаваемого от частиц горячего оборотного кокса к исходному сырью в радиальном смесителе, называемом реактором. Газы и пары берутся из реактора, охлаждаются с целью остановки дальнейшей реакции и фракционируются. После реактора кокс входит в барабан и поднимается к подающему устройству и сортировщику, где большие частицы кокса удаляются. Оставшийся кокс спускается в подогреватель реактора для рециркулирования вместе с исходным сырьем. Процесс является автоматическим в том смысле, что имеется непрерывный поток кокса и исходного сырья, а коксование происходит как в реакторе, так и в барабане. При коксовании температурный контроль должен проводиться внутри определенного диапазона, так как при высоких температурах будет образовываться кокс, который является слишком твердым, чтобы его можно было вырезать из барабана. Наоборот, температуры, которые являются слишком низкими, приведут к суспензии твердых частиц в жидкости с высоким содержанием асфальта. Если температуры коксования выходят из-под контроля, может иметь место экзотермическая реакция. При термическом крекинге, когда обрабатываются сернистая нефть, может иметь место коррозия там, где температуры металлов находятся между 232°C и 482°C. Оказывается, что кокс формирует защитный слой на металле при температуре свыше 482°C. Однако, сероводородная коррозия имеет место, когда температуры не контролируются должным образом выше 482°C. Нижняя часть колонны, высокотемпературные теплообменники, печь и барабаны, предназначенные для пропитки, подвергаются коррозии. Непрерывный теплообмен приводит к вспучиванию и растрескиванию оболочек коксовых барабанов. Водное или паровое впрыскивание используется для предотвращения нарастания кокса в трубах печей установки в случае замедленного коксования. Вода должна полностью вытечь из установки для коксования, чтобы не вызвать взрыв при перезагрузке горячего кокса. В аварийных ситуациях требуются дополнительные средства выхода с рабочей платформы, находящейся наверху кокосовых барабанов.При обращении с горячим коксом могут быть получены ожоги вследствие воздействия пара при утечках из труб или горячей воды, горячего кокса или горячей суспензии твердых частиц, которая может быть выброшена при открытии установок для коксования. Существует потенциальная опасность воздействия ароматической нефти, содержащей бензол, сероводород и угарный газ, и ничтожных количеств канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, связанных с операциями коксования. Отходы сернистой воды могут быть высокощелочными и содержать нефть, сульфиды, аммиак и фенол. Когда кокс движется как суспензия твердых частиц, может произойти истощение кислорода внутри замкнутых пространств, таких как бункеры, потому что влажный углерод поглощает кислород.

 

                                      Кожухотрубчатые аппараты

 Это наиболее распространенный в нефтепереработке тип теплообменных аппаратов широкого спектра технологического применения. По своему устройству они бывают трех типов - с неподвижными трубными решетками, с плавающей головкой и паровым пространством. Устройство теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками показано на рис. 1. Аппарат типа Н (а) не имеет компенсации тепловых удлинений. У него прямые трубки трубного пучка завальцованы в две трубные решетки, прикрепленные к жесткому кожуху (корпусу)   на фланцах вместе с крышками. Такой аппарат может быть одноходовым по нагреваемому потоку или двухходовым (в этом случае входная крышка делится перегородкой на две камеры). Аппараты такого типа имеют ограничения в применении по разности температур теплоносителей, поскольку в них не предусмотрены устройства для компенсации больших температурных удлинений кожуха и трубок. У аппарата типа К (б) трубные решетки прикреплены к кожуху неподвижно, но сам кожух имеет 1-2

 волнообразных изгиба (линзовые компенсаторы), которые компенсируют (сжимаясь или разжимаясь) разность тепловых удлинений кожуха и трубок, аппараты допускают большую разность температур теплоносителей и рассчитаны на компенсацию разности удлинений кожуха и трубок до 2,5, 5,0 и 10,0 мм при длине трубок соответственно 2, 3-6 и 9 м. Аппараты обоих этих типов выпускают по ГОСТ как теплообменники (обозначения - ТН и ТК), как холодильники (ХН и I), конденсаторы (КН и КК) и испарители (ИН и ИК). В последнем случае их используют как ребойлеры колонн стабилизации или вторичной перегонки нефти в режиме подогрева продукта снизу колонны (без испарения) или как термосифонные аппараты прямоточного типа с испарением потока.

 

                                                                                                          

                      

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1.. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками:

/ - кожух; 2,3- входная и выходная камеры (крышки); 4 - трубный пучок; 5 - трубные ешетки; 6 - линзовый компенсатор; 7 - перегородки; /, II - вход и выход греющего тепло-я; III, IV- вход и выход нагреваемого потока

 

Греющим агентом в этих случаях может быть водяной пар, среднего давления или один из горячих технологических потоков (например, циркуляционное орошение атмосферной колонны). При использовании таких аппаратов в качестве холодильников или конденсаторов хладагентом является вода. На рис. 1. в показан вариант теплообменного аппарата с одной неподвижной решеткой, в которую завальцованы U-образные трубки (тип У). В этом случае корпус и трубки механически не связаны и не требуется устройств для компенсации разности их удлинений. Аппараты эти двухходовые и могут использоваться для потоков с большой разницей в температурах. Их недостаток- трудность очистки внутренней поверхности трубок, поэтому по трубкам обычно пропускают поток, не дающий отложений (водяной пар, светлые нефтепродукты). Аппараты с петлеобразными трубками выпускают по ГОСТ двух технологических назначений - как теплообменники (тип ТУ) и как испарители (тип ИУ).

 

Рис. 2. Кожухотрубчатый теплообменный аппарат с плавающей головкой:

6 - крышка плавающей головки; 8 - струбцины крепления крышки; 9 - опоры; 10 -фундамент; 11 - межтрубные направляющие перегородки; 12 - скользящая опора трубного пучка. Остальные обозначения - см. рис. 1.

 Греющим агентом  в этих случаях может быть  водяной пар, среднего давления или один из горячих технологических потоков (например, циркуляционное орошение атмосферной колонны). При использовании таких аппаратов в качестве холодильников или конденсаторов хладагентом является вода. На рис. 1., в показан вариант теплообменного аппарата с одной неподвижной решеткой, в которую завальцованы U-образные трубки (тип У). В этом случае корпус и трубки механически не связаны и не требуется устройств для компенсации разности их удлинений. Аппараты эти двухходовые и могут использоваться для потоков с большой разницей в температурах.

Их недостаток- трудность очистки внутренней поверхности трубок, поэтому по трубкам обычно пропускают поток, не дающий отложений (водяной пар, светлые нефтепродукты). Аппараты с петлеобразными трубками выпускают по ГОСТ двух технологических назначений - как теплообменники (тип ТУ) и как испарители (тип ИУ). Теплообменный аппарат с плавающей головкой - тип П (рис. 3) сочетает преимущество теплообменных аппаратов Н и К (прямые трубки, удобные для очистки) и аппарата типа У (свободное расширение трубного пучка, не связанного жестко с кожухом). Это достигается тем, что с кожухом жестко крепится только одна трубная решетка, а вторая решетка имеет свою отдельную крышку (камеру) 7, свободно перемещающуюся внутри внешней крышки аппарата 3. Внутренняя крышка 7 вместе с трубной решеткой, к которой она крепится, называется плавающей головкой. Аппарат по трубкам может быть 2- или 4-ходовым. Для этого в распределительной камере 2 и плавающей головке устанавливают соответствующие перегородки (на рисунке показан двухходовой вариант).

  Для того чтобы повысить коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве за счет поперечного омывания труб в пучке, установлены перегородки 11 (через которые пропущены трубки). Конечная часть пучка с плавающей головкой опирается на кожух скользящей опорой 12.

Останавливают эти аппараты обычно горизонтально по одному или парами друг над другом. По ГОСТ аппараты типа П выпускают трех технологических назначений - теплообменники (тип ТП), холодильники (тип ХП) и конденсаторы (тип КП).

 

Рис 3. Ребойлер (испаритель) с паровым пространством:

/ - кожух; 2 - трубный пучок; 3 - плавающая головка; 4 - распределительная камера; 5 - перегородка; 6- трубная решетка; 7- подпорная пластина; 8 - опора; 9 -фундамент, /-/// см. рис. 2.; IV, V- паровая и жидкая фазы, уходящие из испарителя.