Проект установки замедленного коксования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение                                                                                                       3

1.1 Сырье и продукты  замедленного коксования                                     5

1.2Технологическая схема  процесса                                                          7

1.3Физико-химические основы  процесса                                                11 

1.4Аппаратура замедленного  коксования                                                15

2 Технологический расчет                                                                         16

2.1 Расчет материального  баланса                                                            16

2.2 Расчет размеров аппарата                                                                    17

2.3 Расчет теплового баланса                                                                    18

3 Механический расчет                                                                         

3.1 Расчет реактора на  прочность                                                            20

3.2 Расчет на ветровую  нагрузку                                                              21

Заключение                                                                                                 24                                                                                                                            

Список использованной литературы                                                        25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Среди термических процессов наиболее широкое распространение в нашей стране и за рубежом получил процесс замедленного коксования, который позволяет перерабатывать самые различные виды ТНО с выработкой продуктов, находящих достаточно квалифицированное применение в различных отраслях народного хозяйства. Другие разновидности процессов коксования ТНО - периодическое коксование в кубах и коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного кокса - нашли ограниченное применение. Здесь рассматриваются только установки замедленного коксования (УЗК).

Название «замедленное» в рассматриваемом  процессе коксования связано с особыми условиями работы реакционных змеевиков трубчатых печей и реакторов (камер) коксования. Сырье необходимо предварительно нагреть в печи до высокой температуры (470-510°С), а затем подать в необогреваемые, изолированные снаружи коксовые камеры, где коксование происходит за счет тепла, приходящего с сырьем.

Достоинством замедленного коксования является больший выход кокса. При переработке, одного и того же сырья замедленным коксованием можно получить в 1,5—1,6 раза больше кокса, чем при коксовании в кипящем слое. Освоенная технология прокалки кокса приспособлена только для переработки кускового кокса.[1]

Установки замедленного, коксования строятся в тех случаях, когда  необходимо удовлетворить потребность  в нефтяном коксе.

Основное целевое назначение УЗК - производство крупно-кускового нефтяного кокса. Наиболее массовыми потребителями нефтяного кокса в мире и в нашей стране являются производства анодной массы и обожженных анодов для алюминиевой промышленности и графитированных электродов для электросталеплавления. Широкое применение находит нефтяной кокс при изготовлении конструкционных материалов, в производствах цветных металлов, кремния, абразивных (карбидных) материалов, в химической и электротехнической промышленностях, космонавтике, в ядерной энергетике и др.

Первые промышленные установки  замедленного коксования были построены  за рубежом в середине 30-х гг. и  предназначались в основном для  получения дистиллятных продуктов. Кокс являлся побочным продуктом и использовался в качестве топлива. Однако в связи с развитием электрометаллургии и совершенствованием технологии коксования кокс стал ценным целевым продуктом нефтепереработки. Всевозрастающие потребности в нефтяном коксе обусловили непрерывное увеличение объемов его производства путем строительства новых УЗК. В нашей стране УЗК эксплуатируются с 1955 г. мощностью 300,600 и 1500 тыс. т/г по сырью. Средний выход кокса на отечественных УЗК ныне составляет около 20 % масс, на сырье (в США = 30,7 % масс.), в то время как на некоторых передовых НПЗ, например на УЗК НУНПЗ, выход кокса значительно выше (30,9 % масс.). Низкий показатель по выходу кокса на многих УЗК обусловливается низкой коксуемостью перерабатываемого сырья, поскольку на коксование направляется преимущественно гудрон с низкой температурой начала кипения (< 500° С), что связано с неудовлетворительной работой вакуумных колонн АВТ, а также тем, что часто из-за нехватки сырья в переработку вовлекается значительное количество мазута.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Сырье и продукты замедленного коксования

Сырьем установок коксования являются остатки перегонки нефти - мазуты, гудроны; производства масел - асфальты, экстракты; термокаталитических процессов - крекинг-остатки, тяжелая смола пиролиза, тяжелый газойль каталитического крекинга и др. За рубежом, кроме того, используют каменноугольные пеки, сланцевую смолу, тяжелые нефти из битуминозных песков и др.

Основными показателями качества сырья  являются плотность, коксуемость по Конрадсону, содержание серы и металлов и групповой химический состав (таблица1).

Таблица 1

 Характеристика остатков некоторых  нефтей

Показатель	Мазуты (> 350°С)			Гудроны (> 500 °С)			ТКГ	ЭМФ-4
	1	2	3	1	2	3	4	4
Плотность, г/см3	932	985	965	993	1030	1014	941	968
Коксуемость, % масс.	6,04	12,8	9,9	13	21,8	18,52	2,3	1
Содержание, % масс.
Углерода	85,08	84,04	85,38	85,7	84	85,66	-	-
Водорода	11,44	11,15	11,53	10,86	10,38	10,8	-	-
Серы	2,05	4,11	3,12	2,86	4,35	2,98	1,48	3,08
Азота	0,25	0,41	0,36	0,4	0,63	0,44	-	-
Содержание металлов, мг/г
Ванадия	56	210	120	140	485 ,	260		-
Никеля	22	90	42	55	230	74	. -	-
Групповой химический состав, % масс.
Масла, в т.ч.	85,1	74	74,6	70,4	48,4	59	93,7	95,2
парафино-нафтеновые	33		-	16,3	-	-	-	-
Легкие ароматические	18,4	-	-	15,9	-	-
Средние ароматические	9,3	-	-	7,6	-	-	>57Д	>74,6
Тяжелые ароматические	26,1	-	-	30,6	-	-
Смолы	13,2	18	18,1	25,1	34,4	26,3	5,9	4,8
Асфальтены	1,7	8	7,3	4,5	17,2	14,7	0,4	нет
Выход на нефть, %	48	57	-	22+23	30	-	-	-

 Коксуемость сырья определяет прежде всего выход кокса, который практически линейно изменяется в зависимости от этого показателя. При замедленном коксовании остаточного сырья выход кокса составляет 1,5-1,6 от коксуемости сырья.

В зависимости от назначения к нефтяным коксам предъявляют различные требования. Основными показателями качества коксов являются: содержание серы, золы, летучих, гранулометрический состав, пористость, истинная плотность, механическая прочность, микроструктура и др.

 Коксы замедленного коксования подразделяют на марки в зависимости от размеров кусков: КЗ-25 - кокс с размером кусков свыше 25 мм, КЗ-8 - от 8 до 25 мм КЗ-0 - менее 8 мм. Коксы, получаемые коксованием в кубах, подразделяются на марки в зависимости от исходного сырья и назначения: КНКЭ - крекинговый электродный, КНПЭ - пиролизный электродный и КНПС - пиролизный специальный. Характеристика этих коксов приведена в таблице 2.[1]

	Кокс
Выход фракций, %(масс.)
выше 25 мм	41,5	35,7	45,0	45,0
ниже 25 мм	58,5	64,3	55,0	55,0
Содержание, % (масс.)
серы	0,52	0,56	4,0	0,92
золы	0,43—0,5	0,25-0,47	0,46-0,49	0,38-045
летучих	8,7—10,2	8,0—9,5	6,8-7,2	6,8—9,3
Механическая
прочность, МПа ....	4,0—5,7	3,5-4,6	5,3—6,0	9,0

Таблица 2

Основные характеристики нефтяных коксов, полученных замедленным коксованием

По содержанию серы коксы делят  на малосернистые (до 1 %), среднесернистые (до 1,5 %), сернистые (до 4 %) и высокосернистые (выше 4,0 %); по гранулометрическому составу - на кусковой (фракция с размером кусков свыше 25 мм), «орешек» (фракция 8-25 мм) и мелочь (менее 8 мм); по содержанию золы - на малозольные (до 0,5 %), среднезольные (0,5 - 0,8 %) и высокозольные (более 0,8 %).

Содержание серы в коксе зависит  почти линейно от содержания ее в  сырье коксования. Малосернистые  коксы получают из остатков малосернистых  нефтей или подвергнутых гидрооблагораживанию. Как правило, содержание серы в коксе  всегда больше ее содержания в сырье  коксования.

Содержание золы в коксе в  значительной мере зависит от глубины обессоливания нефти перед ее переработкой.

Кроме кокса, на УЗК получают газы, бензиновую фракцию и коксовые (газойлевые) дистилляты. Газы коксования используют в качестве технологического топлива  или направляют на ГФУ для извлечения пропан-бутановой фракции - ценного  сырья для нефтехимического синтеза. Получающиеся в процессе коксования бензиновые фракции (5 -16% масс.) характеризуются невысокими октановыми числами (=60 по м.м.) и низкой химической стабильностью (> 100 г 1₂/100 г), повышенным содержанием серы (до 0,5 % масс.) и требуют дополнительного гидрогенизационного и каталитического облагораживания. Коксовые дистилляты могут быть использованы без или после гидрооблагораживания как компоненты дизельного, газотурбинного и судового топлив или в качестве сырья каталитического или гидрокрекинга, для производства малозольного электродного кокса, термогазойля и т.д.[2]

 

1.2 Технологические схемы и режим работы установки замедленного коксования

 

Технологическая схема. Схема установки приводится на рисунке 1. Сырье коксования подается насосом Н-1 через печи П-1 и П-2 в 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 около 430 °С, с менее нагретым сырьем последнее подогревается. 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—510 °С) 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 установки. Сырье из П-2 подается в коксовую камеру Р-1 или Р-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 разделение продуктов реакции на фракции. Бензиновые пары и газ уходят с верха колонны в конденсаторы-холодильники ХК-1. Конденсат из ХК-1 подается в водогазо-отделитель Е-1, где происходит отделение газа от бензина и бензина от воды. Вода сбрасывается в емкость Е-2 и затем используется для получения пара в специальном змеевике печи. Избыток воды переливается в канализацию. Бензиновая фракция и газ самостоятельными потоками направляются на дальнейшую переработку в газовый блок.