Unitate de cocsificare întârziată: proiect, principiu de funcționare, calcul putere și materii prime

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Unitățile de cocsificare cu întârziere sunt cea mai comună soluție hardware pentru rafinarea petrolului greu. Dispozitivul lor include 2 module principale - reactor, unde materia primă este încălzită și cocsificată și prelucrare mecanică. Proiectarea instalațiilor se realizează în etape și include calculul și selecția echipamentelor de proces, determinarea indicatorilor tehnici și economici.

Destinație

Procesul tehnologic de cocsificare este una dintre modalitățile de rafinare a petrolului. Scopul său principal este obținerea de cocs de petrol de dimensiuni mari. Există 3 metode de cocsificare utilizate în industrie:

1. Periodic, cuburi. Materia primă este încărcată într-un aparat orizontal, încălzită cu un focar dedesubt, apoi calcinată timp de 2-3 ore. După aceea, cuptorul este răcit și produsul finit este descărcat. Această metodă este cea mai simplă și mai puțin productivă.
2. Continuu. Această metodă este încă în stadiul de dezvoltare industrială.
3. Semi-continuu, primit în prezentcel mai răspândit.

Unitățile de cocsare cu ultra-întârziere sunt cel mai recent tip de echipamente de proces. În ele, materia primă este preîncălzită într-un cuptor și apoi transferată în camere de reacție neîncălzite, care au un strat de izolare termică pentru a menține temperatura necesară. Numărul și dimensiunea reactoarelor, puterea cuptoarelor afectează performanța întregii centrale.

Operarea primului DCU din Rusia a început în 1965 la Ufaneftekhim. Cocsificarea întârziată a fabricii este încă în funcțiune astăzi. După reconstrucție din 2007, productivitatea acesteia este de aproximativ 700-750 mii tone/an în ceea ce privește masa de materii prime prelucrate.

Produse finale

La testarea cu ultrasunete se obțin următoarele substanțe, cu excepția cocsului:

• gaze de cocsificare (utilizate ca combustibil de proces sau prelucrate pentru a obține fracția propan-butan);
• benzină;
• distilate de cocs (combustibil, materie primă de cracare).

La mașinile autohtone de testare cu ultrasunete, randamentul de cocs este de 20-30% în greutate. Acest indicator depinde în primul rând de calitatea materiilor prime. Industria metalurgică are cea mai mare nevoie de acest produs (producția de anozi și electrozi, aluminiu, abrazivi, carburi, materiale carbon-grafit, feroaliaje). Pe lângă primul DCU Ufa, în Rusia au fost construite și alte unități de cocsare întârziată: la rafinăria Omsk, la rafinăria Novokuibyshevsk, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, la Compania Petrochimică Angarsk, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Materie prime

Materiale alimentare pentru cocsificare se împart în 2 grupe: produse de prelucrare primară și secundară. Următoarele substanțe sunt utilizate ca materii prime în unitățile de cocsificare întârziată:

• pacură;
• jumătate de gudron;
• tar;
• smoală de gudron de cărbune;
• asf alt și alte produse petroliere industriale;
• reziduu de cărbune lichid;
• piroliză grea și gudron de șist;
• reziduuri de cracare termică;
• bitum de petrol și uleiuri grele.

Reziduurile uleioase foarte aromatizate sunt cea mai comună materie primă în prezent.

Influența asupra parametrilor tehnologici

Următorii parametri ai instalației de cocsificare depind de proprietățile materiilor prime furajere:

• eficiența camerei de reacție;
• calitatea produselor primite;
• coca-cola;
• condiții pentru proces.

Cei mai importanți parametri ai materiei prime sunt:

• Cocsificare, în funcție de conținutul de substanțe asf alto-rășinoase. Valoarea cocsării ar trebui să fie în intervalul 10-20%. Cu o valoare mai mică, randamentul de cocs scade, iar cu unul mai mare se acumulează depuneri în interiorul bobinelor din cuptoare. Capacitatea de cocsificare este determinată de masa reziduului solid din creuzet după încălzirea probei de produs uleios din acesta.
• Densitate.
• Compoziție chimică. Dinimpuritățile nocive care au cel mai mare impact asupra calității cocsului emit sulf (nu trebuie să depășească 1,5% în greutate). În funcție de scopul cocsului în procesul tehnologic, este de preferat să se utilizeze diferite tipuri de materii prime. Deci, pentru a obține o structură fibroasă a produsului final, se folosesc materiale cu bază de parafină.

Randamentul de cocs este proporțional cu densitatea furajului și conținutul de asf alten.

Etape de cocsare

Procesul tehnologic în unitățile de cocsificare întârziată este lung și continuu, de la aprovizionarea cu materii prime până la descărcarea produsului finit. În mod convențional, este împărțit în 3 etape:

1. Reacții de descompunere, formare de fracții distilate, intermediari, condensare.
2. Reducere semnificativă a conținutului de hidrocarburi nesaturate din gaze, creșterea greutății moleculare a componentelor reziduale, reacții de ciclizare.
3. Creșterea conținutului de asf alten în reziduu până la 26%, reducerea cantității de rășini și uleiuri. Transformați reziduul lichid în cocs solid.

Clasificare

Există 2 tipuri principale de unități de cocsificare cu întârziere în funcție de aspectul lor: bloc simplu și bloc dublu.

Printre plantele cu două blocuri, există 4 tipuri, care se caracterizează prin următoarele caracteristici de design și tehnologia:

1. Diametrul interior al camerelor de cocsificare – 4,6 m. Cuptoare de încălzire în cort, patru camere care funcționează în perechi. Kerosenul și motorina obținute în timpul procesului de cocsificare sunt folosite pentru încălzire.
2. Coca-Colacamere Ø 5,5 m. Materie primă - păcură directă cu introducerea de hidrocarburi foarte aromatice, care măresc randamentul unui produs de calitate.
3. Reactoare din oțel aliat Ø 5,5 m, înălțime 27,6 m, cuptoare tubulare cu pistol de pozare volumetrică, supape aeriene de secțiune transversală mărită, manometre radioactive care permit înregistrarea locației separării fazelor cocs-spumă. Cea mai recentă inovație ajută la o mai bună utilizare a volumului util al reactorului. Furnizare de turbulatoare cu aditivi detergenți pentru reducerea cocsării bobinelor, motorină răcită în tuburile de direcție.
4. Camere de reacție Ø 7 m, înălțime 29,3 m. Intrare axială a materiei prime în reactoare, sistem hidraulic de descărcare cocs cu telecomandă, macarale electrice, depozite cu depozitare tip podea.

Echipament aplicat

Echipamentele, care sunt dotate cu instalatii de acest tip, se impart in urmatoarele grupe in functie de scop:

1. Tehnologic, implicat direct în procesul de cocsificare (cuptoare, echipamente pe coloană, schimbătoare de căldură, camere reactoare, cuburi, frigidere, pompe, conducte, instrumente, robinete și alte supape de închidere și comutare).
2. Ape uzate - colectarea si tratarea apei pentru revenirea la ciclul de lucru (operatii de racire si extragere a cocsului).
3. Echipament pentru descărcarea cocsului din camere (cuburi). În instalațiile mecanizate moderne, acesta poate fi de tip mecanic și hidraulic (slinge, trolii, piepteni, freze, tije, turnuri, manșoane din cauciuc).
4. Dispozitive pentru transportul și prelucrarea produsului finit (jgheaburi și rampe de primire, macarale, benzi transportoare, alimentatoare, concasoare, depozite).
5. Mașini și echipamente pentru mecanizarea lucrărilor.

La proiectarea instalațiilor de cocsificare cu întârziere, este necesar să se ia în considerare cu atenție proiectarea camerelor de reacție și a cuptoarelor, deoarece durata ciclului de lucru depinde de fiabilitatea funcționării acestora.

Parametri de proces

Principalii parametri ai tehnologiei de cocsare sunt:

• Raportul de recirculare, definit ca raportul dintre sarcina totală a bobinelor de reacție ale cuptoarelor și sarcina întregii instalații în ceea ce privește materii prime. Odată cu creșterea valorii sale, randamentul de cocs, gaz și benzină de în altă calitate crește, dar cantitatea de motorină grea scade.
• Presiune în camera de reacție. Scăderea acestuia duce la o creștere a randamentului de motorină, o scădere a randamentului de cocs și gaz și o creștere a spumării.
• Temperatura procesului. Cu cât este mai mare, cu atât calitatea cocsului este mai mare în ceea ce privește cantitatea de substanțe volatile, rezistența și densitatea acestuia. Valoarea maximă este limitată de riscul de cocsificare a cuptorului și a conductelor, reducând durabilitatea bobinelor. Fiecare tip de materie primă are propria sa temperatură optimă.

Construirea unităților de cocsificare cu întârziere este asociată cu costuri mari de capital. Prin urmare, cel mai adesea se realizează reconstrucția unui complex de echipamente deja funcțional. Acest lucru se realizează prin reducerea cicluluicocsificare, introducerea de noi camere de reacție sau reducerea raportului de recirculare.

Principiul de funcționare

Unitățile de cocsificare cu întârziere constau din una sau mai multe grupuri pereche de camere, în care o cameră funcționează în stadiul producției de cocs, iar ceal altă la descărcare sau într-o stare intermediară. Procesul de descompunere a materialului sursă începe într-un cuptor cu tuburi, unde este încălzit la 470-510 °C. După aceea, materia primă intră în camerele neîncălzite, unde este cocsată profund din cauza căldurii care a venit o dată cu ea.

Hidrocarburile gazoase și lichide sunt evacuate pentru separare fracționată într-o coloană de distilare. Coca-cola intră în departamentul de prelucrare mecanică, unde este descărcată, sortată și transportată. Un puț este forat în stratul de produs finit, iar în acesta este plasat un tăietor hidraulic. Duzele sale funcționează sub presiune de până la 20 MPa. Bucăți de cocs separat cad pe o platformă de drenaj de unde se scurge apa. Produsul este apoi zdrobit în bucăți mai mici și separat în fracțiuni. Apoi, coca-ul este mutat în depozit.

Diagrama de principiu a testării cu ultrasunete este prezentată în figura de mai jos.

Camere de cocs

Camerele sunt un reactor, care stă la baza întregii instalații. Ciclul de funcționare al camerei este de obicei de 48 de ore, cu toate acestea, în ultimii ani, au fost proiectate dispozitive cu ultrasunete care funcționează în moduri de 18 și 36 de ore.

Un ciclu de funcționare al reactorului constă din următoarele operații:

• încărcare materii prime, proces de cocsificare (1 zi);
• reducere (1/2 oră);
• tratament hidrotermal (2,5 ore);
• răcirea cu apă a produsului, eliminarea apei (4 ore);
• descărcare produs (5 ore);
• etanșare cămine de vizitare, testare a presiunii cu abur fierbinte (2 ore);
• încălzire cu vapori de ulei, trecere la ciclul de lucru (3 ore).

Design

Proiectul unității de cocsare întârziată este dezvoltat în următoarea ordine:

• determinarea productivității necesare, t/an;
• analiza baza de resurse;
• întocmirea unui bilanţ material teoretic al procesului de cocsificare pentru diferite tipuri de materii prime;
• determinarea fluxurilor de materiale principale;
• dezvoltarea conceptului de instalare;
• justificare pentru dimensiunea și numărul de reactoare;
• determinarea duratei de umplere a unei camere cu cocs și calculul hidraulic al acesteia, întocmirea unui program de funcționare a reactorului;
• calcule ale sarcinii de temperatură a camerei;
• calcularea camerelor de convecție și radiație;
• dezvoltarea aspectului liniei de producție;
• calcule tehnologice ale altor echipamente principale (coloană de distilare, cuptoare, frigidere etc.);
• dezvoltarea unui sistem de monitorizare și control, alegerea instrumentelor de automatizare;
• descrierea schemelor de protecție în caz de urgență;
• dezvoltarea aspectelor de mediu și a măsurilor de siguranță;
• determinarea indicatorilor economici (costuri de capital, număr de personal de serviciu, salarii,costurile de producție pentru materii prime și materiale auxiliare, efect economic anual, costul produsului).

Calculul capacității unității de cocsificare întârziată pe o bază anuală se face după formula:

N=P x t, unde P este capacitatea centralei, t/zi;

t este numărul de zile lucrătoare dintr-un an.

Răspândirea produsului în termeni fizici, conform bazei și opțiunilor de proiectare, este determinată pe baza echilibrului material al instalației.