Проект коксовой камеры замедленного коксования

                                            Содержание

Введение

1.Назначение и краткая характеристика процесса.

2.Нормы технологического режима.

3. Технологический раздел.

3.1 Выбор метода производства и места строительства.

3.2 Характеристика сырья готовой продукции и вспомогательных материалов.

3.3 Материальный баланс процесса.

3.4 Основные аппараты процесса.

4. Раздел автоматизации.

4.1 Автоматический контроль технологического процесса.

4.2 Возможный состав ПКК и характеристики модулей различных типов.

5. Охрана труда и противопожарная защита.

5.1 Характеристика вредных и опасных производственных факторов.

5.2 Метеорологические условия.

5.3 Характеристика опасности установки замедленного коксования.

5.4 Техника безопасности.

6. Меры по охране окружающей среды.

Заключение.

Список использованных источников.

                                                        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.

Коксование один из основных процессов термической переработки  нефтяных фракций. Коксование нефтяных остатков применяется для целевого получения нефтяного кокса, используемого для изготовления анодов, графитированных электродов и других токопроводящих изделий. При коксовании получаются также газ и жидкие фракции разного состава (бензиновая и другие более тяжелые фракции). Сырьем коксования могут быть гудроны, тяжелые газойли каталитического крекинга, асфальты, экстракты, тяжелые жидкие продукты пиролиза. Существует несколько модификаций процесса. Большое распространение получил полунепрерывный процесс в установки замедленного коксования. Коксование относится к вторичным процессам переработки нефтяного сырья и позволяет углубить процесс переработки нефти и получить из остаточного сырья ценный целевой продукт - нефтяной кокс различных марок, а также дополнительное количество газа, бензина и газойля.

В настоящем дипломном  проекте представлен проект установки  замедленного коксования гудрона. По технологическому оформлению установки замедленного коксования работают по следующей типовой схеме: первичное сырье, нагрев в конвекционной секции печи, нагрев в нижней секции ректификационной колонны теплом продуктов коксования , нагрев вторичного сырья в радиантной секции печи , коксовые камеры , фракционирования.

                     Назначение и краткая характеристика процесса. 

 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.

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 установок замедленного коксования (УЗК).

Замедленное коксование нефтяных остатков протекает при  температурах 490-515 0С и давлении 0,2-0,3 МПа со временем нагрева сырья  в реакционной зоне трубчатой  печи около 2 мин. Сырье нагревается  сначала в конвекционных трубах трубчатой печи до 270-3000C и потом подается на верх промывочной секции ректификационной колонны для дополнительного нагрева зa счет контакта с более горячими паром, газом, продуктами реакции, поступившими из коксовых камер под нижнюю каскадную тарелку ректификационной колонны.

С низа промывочной  секции колонны насосом отводится  поток жидкости с температурой 3900C, состоящий из сырья и рециркулята - сконденсировавшихся паров продуктов реакции, для дальнейшего нагрева в радиантных трубах трубчатой печи до 490-515°С. Реакция коксования начинается в трубчатой печи и заканчивается в коксовой камере в виде глубокого разложения сырья и рециркулята с образованием кокса и более легких, чем сырье, газообразных и жидких углеводородов, отводимых на разделение в ректификационную колонну. Верхними продуктами являются несконденсировавшиеся газы и бензиновая фракция, с «глухой» тарелки колонны отводят также другой продукт - керосино-газойлевую фракцию. Выход этих продуктов до 70 % мас. на сырье, выход кокса 15-35% масс. на сырье.

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 (470-5100С), а затем подать в необогреваемые, изолированные снаружи коксовые камеры, где коксование происходит за счет тепла, приходящего с сырьем.

Поскольку сырье представляет собой тяжелый остаток, богатый  смолами и асфальтенами (то есть коксогенными компонентами), имеется большая опасность, что при такой высокой температуре оно коксуется в змеевиках самой печи.

Поэтому для  обеспечения нормальной работы реакционной  печи процесс коксования должен быть «задержан» до тех пор, пока сырье, нагревшись до требуемой температуры, не поступит в коксовые камеры. Это достигается благодаря обеспечению небольшой длительности нагрева сырья в печи, высокой скорости движения по трубам печи, специальной ее конструкции, подачи турбулизатора и т. д.

Опасность закоксования реакционной  аппаратуры, кроме того, зависит и от качества исходного сырья, прежде всего от его агрегативной устойчивости.

Так, тяжелое сырье, богатое  асфальтенами, но с низким содержанием  полициклических ароматических  углеводородов, характеризуется с  низкой агрегативной устойчивостью, и оно быстро расслаивается в змеевиках печи, что является причиной коксоотложения и прогара труб. Для повышения агрегативной устойчивости на современных УЗК к сырью добавляют такие ароматизированные концентраты, как экстракты масляного производства, тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелая смола пиролиза и др.

Процесс замедленного коксования является непрерывным по подаче сырья  на коксование и по выходу газообразных и дистиллятных продуктов, но периодическим  по выгрузке кокса из камер. Установка замедленного коксования включают следующие 2 отделения: нагревательно-реакционно-фракционирующее, где осуществляется собственно технологический процесс коксования сырья и фракционирование его продуктов; отделение по механической обработке кокса, где осуществляется его выгрузка, сортировка и транспортировка.

Производство кокса, дистиллятных продуктов (бензина, газойлей) из тяжелых  углеводородных остатков. Существует несколько модификаций процесса: периодическое коксование в кубах, замедленное коксование в необогреваемых камерах, коксование в псевдоожиженном слое порошкообразного. Здесь рассматривается замедленное коксование.

Коксование представляет собой одну из разновидностей термических  процессов, и для него характерны те же химические превращения, которые происходят при термическом крекинге. Аналогично влияют на процесс такие факторы, как температура, давление, продолжительность пребывания в реакционной зоне.

                                   Нормы технологического режима.

Чтобы установка  работала четко, слаженно и выдавала кондиционную продукцию с максимальным выходом ее, необходимо точное соблюдение режима во всех звеньях установки, так как нарушение режима в одном звене влечет за собой нарушение всего режима установки в целом и как результат ухудшение качества вырабатываемой продукции.

В задачу обслуживающего персонала входит после установления нормального рабочего режима при пуске установки поддерживать его, контролировать и при всех отклонениях путем быстрой и правильной регулировки приводить к нормальному.

Температурный режим трубчатой печи устанавливают  в зависимости от качества нагреваемого сырья и заданной глубины отбора дистиллятов.

Температурный режим колонны устанавливается  в зависимости от ассортимента отбираемых фракций, а также и от конструкции  колонны.

Продолжительность пробега зависит от качества перерабатываемой нефти, условий режима и состояния  аппаратуры; в среднем она колеблется до 50 до 75 дней, но может быть и более.

Аварии на нефтеперегонной  установке в первую очередь являются результатом нарушения технологического режима и правил эксплуатации: попадания  значительного количества воды в  систему, сброса сырьевого насоса или насосов, подающих орошение, образования повышенного давления на выкидах насосов, падения вакуума в вакуумной системе, прогара труб печи и др.

Поэтому для  нормальной бесперебойной работы установки  необходимо, чтобы обслуживающий  персонал строго выполнял правила производственной инструкции по обслуживанию установки, правила технической и пожарной безопасности, поддерживал технологический режим в точном соответствии с технологической картой, хорошо знал схему установки, все возможные переключения в коммуникации, физические и химические свойства сырья, сознательно разбирался в сущности технологического процесса.

Технологический режим работы коксовых печей во все  время коксования регулируется автоматически.

Схема коксовой печи: 1 - бункера для  загрузки шихты; 2 - стояк для отвода летучих продуктов; 3 - передняя дверца; 4 - задняя дверца; 5 – коксовыталкиватель.

В верхнем перекрытии камеры есть загрузочные отверстия для подачи шихты и отверстия для отвода летучих продуктов коксования (прямого  коксового газа), которые через газоотвод поступают в газосборник, откуда направляются в цех улавливания. С торцов камера закрывается дверями, которые снимаются по окончании коксования для выдачи готового кокса из камеры с помощью коксовыталкивателя.

Камеры современных печей имеют длину 14-16 м и высоту 4,3- 1,0 м.

                                       Технологический раздел.

          Выбор метода производства и места строительства.

Для углубления переработки нефти широко используют термический крекинг, коксование, пиролиз. Образование кокса при термических процессах весьма нежелательный процесс. Однако если не опасаться образования кокса, не считать его вредным побочным продуктом, то выход светлых дистиллятов можно значительно повысить. Процесс коксования относится к термическим процессам при котором из тяжелого нефтяного сырья наряду с ь пользующимся спросом нефтяным электродным коксом, образуются светлые дистиллятные продукты.

Существуют  несколько модификаций процесса: периодическое коксование в горизонтальных обогреваемых кубах, замедленное коксование в необогреваемых коксовых камерах (полунепрерывный процесс), коксование псевдоожиженном слое порошкообразного коксового теплоносителя (непрерывный процесс). Основное количество нефтяного кокса в странах СНГ и во всем мире производится на установках замедленного. Процесс замедленного коксования имеет периодический характер по выгрузке и непрерывный по подаче и выделению дистиллятных продуктов. Продуктами коксообразования являются: углеводородный газ, бензин с высоким содержанием непредельных углеводородов и серы, легкий газойль, тяжелый газойль и нефтяной кокс.

Процесс замедленного коксования позволяет перерабатывать самые различные виды ТНО с  выработкой продуктов, находящихся достаточно широкое квалифицированное применение в различных отраслях народного хозяйства.

На выбор  места строительства нефтеперерабатывающего завода обычно влияют несколько факторов, основным из которых является потребность  близлежащих районов в нефтепродуктах. Безусловно, было бы оптимальным, если вблизи завода имеется источники сырья нефти.

 Характеристика сырья готовой продукции вспомогательных материалов.

Сырьем установок  коксования являются остатки перегонки  нефти - мазуты, гудроны, производства масел - асфальты, экстракты, термокаталитических процессов - крекинг-остатки, тяжелая смола пиролиза, тяжелый газойль каталитического крекинга. За рубежом, кроме того, используют каменноугольные и нефтяные пеки, гильсонит, тяжелую нефть и др. Основные требования к качеству сырья определяются назначением процесса и типом установки; в частности, для установок замедленного коксования при производстве электродного кокса содержание компонентов подбирается так, чтобы обеспечить, во-первых, получение кокса заданного качества (ГОСТ 22898-78), во-вторых, достаточную агрегативную устойчивость, позволяющую нагреть сырье до заданной температуры в змеевике печи; в-третьих, повышенную коксуемость для увеличения производительности единицы объема реактора по коксу. Значения показателей качества сырья устанавливают экспериментально, исходя из сырьевых ресурсов конкретного завода.

Нефтяной кокс - применяется в производстве анодов и графитированных электродов, используемых для электролитического получения  алюминия, стали, магния, хлора и т. д., в производстве карбидов, в ядерной энергетике.

Газ - по составу  близок к газу термического крекинга. Газ направляют на ГФУ или используют в качестве топлива. При коксовании сернистых остатков газ коксования предварительно очищают от сероводорода.

Бензин - отличается повышенным содержанием непредельных углеводородов, имеет низкую химическую стабильность, после гидроочистки и  информирования его применяют как  компонент бензина.

Легкий газойль (фр. 160-350 °С)-используется в качестве компонента дизельного, печного, газотурбинного топлива непосредственно или после гидроочистки.

Тяжелый газойль (фр. >350 °С) - добавляют в котельное  топливо или подвергают термическому крекингу для получения сажевого сырья и дистиллятного крекинг-остатка последний применяют для производства кокса «игольчатой» структуры.

                                           Материальный баланс процесса.

Материальный баланс установок замедленного коксования с предварительной гидроочисткой сырья при получении гудрона. На установку замедленного коксования поступает 1100 т/сут гудрона.

х = % масс. * х/100 = т/год.

т/год/320 = т/сут.

т/сут/24 * 1000 =кг/час

кг/час/3600 = кг/сек.

1) Сырье

х = 100*1100/100=1100 т/год

1100/320=3,43 т/сут

3,43/24*1000=143,22 кг/час

143,22/3600=0,039 кг/сек.

2) Газ

х = 9,5*1100/100=104,5 т/год

109,5/320=0,32 т/сут

0,32/24*1000=13,60 кг/час

13,60/3600=0,0037 кг/сек.

3) Бензин

х = 15*1100/100=165 т/год

165/320=0,51 т/сут

0,51/24*1000=21,48 кг/час

21,48/3600=0,005 кг/с

4) Легкий газойль

х = 25*1100/100=275 т/год

275/320=0,86 т/сут

0,86/24*1000=3,58 кг/час

3,58/3600=0,0009 кг/сек.

5) Тяжелый газойль

х = 24*1100/100=264 т/год

264/320=0,825 т/сут

0,825/24*1000=34,37 кг/час

34,37/36000,095 кг/сек.                                           

6) Кокс

х = 25*1100/100=275 т/год

275/320=0,86 т/сут

0,86/24*1000=3,58 кг/час

3,58/3600=0,0009 кг/сек.

7) Потери

Х = 1,5*1100/100=16,5 т/год

16,5/320=0,05 т/сут

0,05/24*1000=2,14 кг/час

2,14/3600=0,0005 кг/сек.

                                    Основные аппараты процесса.

                         Схема установки замедленного коксования.

Технологические аппараты и оборудование:

1, 6, 12-15 – насосы; 2, 3 – трубчатые печи; 4 – приемник; 5, 5’ - камеры замедленного коксования; 7 – четырехходовые краны; 8, 19, 21 – аппараты воздушного охлаждения; 9 – ректификационная колонна; 10, 11 – отпарные колонны; 16 – холодильник; 17 – водогазоотделитель; 18, 20 – теплообменники.

Схема работы трубчатой печи с объемно-настильным сжиганием топлива.

1 – форсунка; 2 – настильная стенка; 3 – камера  радиации (топочная камера); 4 – камера  конвекции; 5 – дымовая труба; 6 –  змеевик конвекционных труб; 7 –  змеевик радиантных труб; 8 – футеровка.

Потоки: I – вход сырья; II – выход сырья; III – топливо и воздух; IV – дымовые газы.

                                          Раздел автоматизации.

         Автоматический контроль технологического процесса.

Коксование  нефтяных остатков и высококипящих  дистиллятов вторичного происхождения используют для получения малозольного электродного кокса, применяемого в алюминиевой промышленности. Одновременно получаемые коксовые дистилляты вовлекаются в дальнейшую переработку для получения светлых нефтепродуктов. Коксование ведут при давлении 0,1 - 0,3 МПа и температуре 480-540 °С.

Автоматическая система  контроля и регулирования режима трубчатой печи установки замедленного коксования предназначена для стабилизации основных параметров нагрева первичного и вторичного сырья перед коксованием.

На установках замедленного коксования первичное сырье (смесь  гудрона или крекинг-остатка) нагревается  в конвекционных змеевиках трубчатой  печи, после чего направляется в  ректификационную колонну, где за счет контакта с нефтяными парами, поступающими из реакторов, обогащается рециркулирующими продуктами. В результате образуется вторичное сырье, которое насосами подается в реакционные змеевики печи для скоростного высокотемпературного нагрева. Для создания высоких скоростей и предотвращения коксоотложения в трубах печи в поток вторичного сырья при входе в печь подается турбулизатор (конденсат водяного пара). Нагретое в печи до 490-510 °С вторичное сырье поступает в реактор, где .завершается начавшийся в печи процесс частичного испарения, деструктивного разложения сырья и замедленного коксования.

Ввиду высоких температур и вязкости нагреваемого сырья склонности его к коксованию, наличия механических примесей, малых расходов турбулизатора  и других факторов автоматизация  трубчатых печей затруднена.

Основным фактором, влияющим на производительность и длительность межремонтного пробега, является скорость закоксовывания змеевика трубчатой  печи, которая зависит в основном от качества сырья и режима работы печи.

Температурный режим печи необходимо вести так, чтобы в змеевике протекали преимущественно физические процессы нагревания и испарения, а процессы крекинга, конденсации и уплотнения, т. е. образования кокса, происходили бы в реакторах.Трубчатые печи установки замедленного коксования работают в жестких условиях, характеризующихся высокой температурой нагрева сырья и малыми допустимыми отклонениями ее от заданного значения. Даже кратковременное отклонение температуры от заданной приводит к закоксовыванию и прогару труб, нарушению технологического процесса установки и сокращению межремонтного пробега. Учитывая важность достоверного контроля тепловой нагрузки печи по каждому (левому и правому) потоку сырья, при оценке состояния реакционной зоны змеевиков целесообразно' наряду с измерением расходов сырья и общего расхода топливного газа измерять расход газа в каждую камеру сгорания печи. В качестве характеристики состояния змеевика печи (степени ее закоксованности) можно использовать перепад температур на коксующемся участке.

Одним из важнейших параметров процесса замедленного коксования, определяющим условия работы печей, количество и качество продуктов фракционирования, является коэффициент рециркуляции сырья (КР):

Автоматическому регулированию  подлежат следующие параметры: давление топливного газа, температуры нагрева вторичного сырья в точке каждого змеевика печи, предшествующей зоне активного коксообразования (изменение подачи топливного газа в камеру сгорания обеспечивается регуляторами температуры; расход турбулизатора (пара), подаваемого во вторичное сырье.

Система автоматического  контроля коэффициента рециркуляции сырья  работает следующим образом. Сигналы  с датчиков расхода соответственно вторичного и первичного сырья и  плотномеров поступают в вычислительное устройство, которое реализует приведенное  выше уравнение для расчета Кр. По значению коэффициента рециркуляции оператор судит о работе печи и реактора.

    Возможный состав ПКК и характеристики модулей различных типов.

Микропроцессорные контроллеры (МК). МК относятся к  классу программно-аппаратных средств и ориентированы на решение конкретной задачи или набора однотипных задачи или внедрение - основное направление повышения уровня автоматизации технологических процессов. По назначению они делятся на два типа: первый - МК, предназначенные для реализации алгоритмов регулирования и различного преобразования аналоговых и дискретных сигналов, которые заменят регуляторы; наиболее типичным представителем их является ремиконт; второй - МК, предназначенные для реализации задачи программно-логического управления; они должны заменить релейные и логические схемы; представителем их является ломиконт.

В состав любого типа МК входят неизменный для данного  типа базовый комплект, проектно-компонуемый комплект (ПКК), а также панель оператора. Базовый комплект (БК) включает процессор (ПР) и память: оперативную (ОЗУ)-для хранения числовых данных и постоянную (ПЗУ) -для хранения программ.

ПКК - это устройство ввода - вывода сигналов. Его состав определяется числом каналов ввода - вывода и содержит блоки гальванической развязки ГР для разделения входов и выходов от нагрузки; мультиплексор МПКС для коммутации аналоговых сигналов, а также аналого-цифровые (АЦП), цифро-аналоговые (ЦАП), дискретно-цифровые (ДЦП) и цифро-дис-кретные (ЦДП) преобразователи.

Панель оператора (ПО) МК имеет органы управления (клавиши, кнопки) и устройство отображения  информации в виде цифрового индикатора (ремиконт) или матричного экрана (ломиконт). Она позволяет выбрать режим  работы, составить и реконфигурировать систему управления, осуществить вызов  программы из ПЗУ, изменить настройки контуров.

МК имеют  выходы по стандартным радиальным интерфейсам-последовательному (ИРПС) и параллельному (ИРПР) - на УВК, дисплеи и принтеры; число каналов ИРПС может достигать пяти, а длина каналов этого типа может составлять 0,5; 1; 2; 4 км; число каналов ИРПР равно двум, а длина не превышает 15 м.

Оба типа МК выполнены  в конструктивах УТК-2. Элементарной ячейкой МК является модуль (160X235); модули собираются в каркас (480X280X240), в каждом из которых может быть установлено до 23 модулей; каркасы собираются в шкаф (1850X800X650).

Регулирующий  микроконтроллер ремиконт. Число  посадочных мест для модулей ПКК  Р-110 равно 16 (2 места не занимаются из соображений вентиляции); для модулей Р-112 равно 32, но основной комплект полностью дублируется резервным, поэтому возрастает надежность этого типа МК, а не информационная мощность; Р-120 представляет собой два локальных контроллера, каждый из которых имеет по 6 посадочных мест, а в Р-122 второй ПКК становится резервным.

                   Охрана труда и противопожарная защита.

Характеристика  вредных и опасных производственных факторов.

На нефтеперерабатывающем  заводе в большом количестве имеется нефть и нефтепродукты ее переработки, представляющие собой отравляющие и легко воспламеняющие жидкости, приводящие к острым или хроническим отравлениям и одновременно создающие взрывоопасную ситуацию на территории завода.

Предельно допустимая концентрация определяется специальными токсикологическими исследованиями, после чего утверждается Министерством Здравоохранения Республики Казахстан и становится обязательной для всех предприятий нормой, превышение которой не допускается.

Значение предельно  допустимых концентраций имеет большое значение для профилактики отравлений. Очевидно, что чем меньше предельно допустимая концентрация, тем более серьезные требования должны предъявляться к мерам защиты работающих на промышленных предприятиях.

Санитарными нормами вредные вещества по степени взаимодействия на организм человека разделяются на 4 класса:

Вещества чрезвычайно  опасные, ртуть, свинец, тетраэтилсвинец;

Вещества высоко опасные, бензол, дихлорэтан, сероводород, серная кислота, формальдегид;

Вещества умеренно опасные, метанол, толуол, фенол, фурфурол;

Вещества мало опасные, аммиак, ацетон, изобутилен, керосин, этиловый спирт, циклогексан.

Нефть и продукты ее переработки могут оказывать  вредное влияние на организм человека.

Ниже приводится краткая характеристика некоторых вредных веществ, применяемых или получаемых на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях.

Нефть. Если в  нефти содержатся ароматические  углеводороды или сероводород, то она  может вызывать острые или хронические  отравления.