Совершенствование процесса замедленного коксования на установке № 60 ООО "Лукойл-Волгограднефтепереработка"

3.2 Выбор конструкции реактора коксования

Реакторы являются основными аппаратами установок замедленного коксования. В них происходит формирование и накопление нефтяного кокса - целевого продукта процесса, и, следовательно, правильно сконструированный аппарат определяет технико-экономические показатели работы установки в целом.

Основной аппарат для процесса замедленного коксования установки № 60 типа 21-10/7 коксо-битумного производства ООО «ЛУКОЙЛ-ВНП» представляет собой вертикальный пустотелый адиабатический аппарат, который состоит из цилиндрического корпуса, верхнего полушарового и нижнего конического днищ и опоры. Аппарат имеет люки: верхний - для ввода гидрорезака и нижний - для удаления кокса, а также несколько видов штуцеров, представленных в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Данные о штуцерах.

При этом тяжелое жидкое сырье коксования подается через нижний аксиальный штуцер, а пары нефтепродуктов после проведения реакции выводятся через один из верхних штуцеров.

Цикл работы реактора замедленного коксования включает ряд последовательных стадий: опрессовку водяным паром, разогрев горячими парами коксования, подключение реактора на поток, коксование, томление, охлаждение водяным паром и водой, гидровыгрузку кокса.

Корпус реактора выполнен из двухслойной стали 16ГС+08Х13 с толщиной плакирующего слоя 6 мм, при этом 3 мм этого слоя принято на коррозию. Снаружи камера покрыта слоем изоляции толщиной 250 мм. Диаметр аппарата составляет 5500 мм, высота - 27900 мм. Максимальные рабочие условия коксовой камеры представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Рабочие условия (максимальные).

В реакторе для проведения замедленного коксования выделяют следующие основные узлы: верхнее полушаровое днище, корпус, нижнее коническое днище, опора, а также - штуцеры, представленные в таблице 3.2.

Таким образом, назначение реактора замедленного коксования состоит в обеспечении оптимальных условий для протекания реакции и получении наибольшего выхода светлых дистиллятов и кокса высокого качества. В результате анализа, представленного в таблице 3.3, было выявлено, что конструкция реактора замедленного коксования полностью удовлетворяет требованиям нового способа, а именно очистки с помощью циклона парогазовых продуктов коксования от коксовой мелочи.

Таблица 3.3 - Анализ функций элементов основного аппарата.

3.3 Построение функциональной схемы процесса

В структуре установки замедленного коксования можно выделить 3 подсистемы (стадии):

1 - стадия подготовки сырья.

2 - стадия химического превращения,

3 - стадия выделения и охлаждения дистиллятов и газа коксования.

4 - стадия транспортировки и выделения кокса.

Таким образом, функциональная схема состоит из 4 подсистем, соединенных последовательными связями. Эти стадии связаны между собой и внешней средой посредством трубопроводов, управляющих воздействий, теплообмена через поверхности аппаратов и трубопроводов.

Потоки: - материальные потоки

- энергетические потоки

- информационные потоки

Потоки на уровне «цех»:

I - исх. сырье

II - смесь газа, бензина, вод. пара

III - керосин

IV - газойль коксования

V - бензин

VI - керосин

VII - газойль коксования

VIII - оборотная вода

IX - газ коксования

X - дымовые газы

XI - острый пар

XII - перегретый пар

XIII - кулинг (тяж. газойль)

XIV - вторичное сырье

XV - газ на сжигание из реакторов

XVI - вода в систему гидрорезки

XVII - кокс

Функциональная схема представлена на рисунке 3.1. Тип функционирования системы: непрерывно работающая технологическая схема. В данной схеме реализуются основные принципы функционирования ХТС.

Для того чтобы процесс шел быстрее используется:

1. непрерывная организация процесса.

2. постоянство входящих и выходящих потоков, постоянство связей между подсистемами.

Для того чтобы сырье расходовалось по целевому назначению, используется:

1. непрерывность процесса, постоянство параметров.

2. отсутствуют механические потери

Для минимального расходования энергии используется:

1. Регенерация тепла (тепло потока тяжелого газойля используется для нагревания исходной сырьевой смеси).

2. Получаемый газ коксования используется как топливо в печах.

3. Автоматизация процесса.

Рисунок 3.1 Функциональная схема установки замедленного коксования

Все связи данной схемы можно разделить на внешние и внутренние, а внешние на постоянные и периодические. К внешним можно отнести сырьевой поток смеси тяжелых остатков из резервуарного парка № 47, а также потоки теплоносителей, воздуха, топливный газ из топливной сети предприятия.

Кроме того, это потоки, выходящие после проведения процесса: кокс, газ коксования, бензин, керосин, газойль коксования, дымовые газы печей установки.

К внутренним можно отнести все потоки, перемещаемые между стадиями. Это, прежде всего, сырьевой поток, потоки дистиллятов, поток коксовых газов, информационные связи.

Основные функции, выполняемые каждой подсистемой (стадией) и их результаты функционирования представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Анализ функций подсистем на уровне “установка”.

По функциональной схеме на уровне цеха и установки можно сделать вывод, что характер связей и качество функционирования подсистем соответствует новому способу. Подсистема, которая обеспечивает главную функцию - стадия химического превращения.

3.4 Разработка базовой технологической схемы производства кокса и ее описание

С учетом предложенного способа модернизации реакторного узла новая технологическая схема установки замедленного коксования.

Сырье коксования - смесь тяжелых нефтяных остатков, подается на установку с температурой не выше 90 - 95оС, из резервуарного парка установки № 56 насосом Н-1 (Н-1р, Н-1/1) и прокачивается последовательно через три строенных теплообменника Т-1/13, где нагревается за счет тепла основного циркуляционного орошения колонны К-1 до температуры 140-200?С, затем проходит через конвекционный змеевик печи П-1 и с температурой до 330оС, позиция (поз.) 4 поступает в нижнюю часть ректификационной колонны К-1 на первую и четвертую каскадные тарелки.

В колонне К-1 предварительно нагретое первичное сырье контактирует с горячими парами коксования, поступающими в нижнюю часть колонны, под нижнюю каскадную тарелку из циклона Ц-1 с температурой 410 - 430оС. Стекая вниз, навстречу газообразным и парообразным продуктам коксования, сырье нагревается до температуры 350 - 400оС.

В результате контакта первичного сырья с горячими парами коксования в нижней части колонны К-1 происходит процесс массо- и теплообмена, в результате которого легкие нефтяные фракции, содержащиеся в первичном сырье, испаряются и через аккумулятор поступают в виде паров в верхнюю ректификационную часть колонны, а тяжелые фракции, содержащиеся в парах коксования, наоборот, конденсируются и поступают в виде жидкости (рисайкла) в нижнюю часть колонны, образуя с тяжелыми фракциями первичного сырья смесь, называющуюся вторичным сырьем.

Коэффициент рециркуляции регулируется подачей сырья на первую каскадную тарелку, а также температурой низа колонны К-1.

Регулирование расхода сырья через первичный змеевик печи П-1 производится регулятором с коррекцией по уровню в колонне К - 1 поз.3.

Вторичное сырье с низа колонны К-1 поступает на прием печного насоса Н-2 (Н-2а, 2р, 7р), который прокачивает его через реакционный змеевик печи П-1.

Температура вторичного сырья на выходе из реакционных змеевиков печи П-1 поддерживается в заданных пределах регуляторами поз. 8, клапаны которых расположены на линиях подачи газа к горелкам печи.

Постоянство расходов продукта через реакционные змеевики печи П-1 поддерживается регуляторами расходов поз.40, клапаны которых установлены на выкиде насосов Н-2 (Н-2р), Н-7р, Н-2а, c сигнализацией нижнего предела.

В случае уменьшения расходов через змеевики печи на мнемосхеме загораются лампочки, и срабатывает звуковая сигнализация.

Топливом для печей служит топливный газ собственной выработки, топливный газ из заводской сети или природный газ.

Для предотвращения коксообразования в реакционных змеевиках печи П-1 в них, в течение всего цикла работы установки, подается турбулизатор.

В качестве турбулизатора используется водяной конденсат, циркулирующей в системе через емкость Е-1.

Вторичное сырье, нагретое в печи П-1 до температуры 495 - 510 оС поз.8, подается в коксовую камеру Р-1 (Р-2, Р-3).

В коксовой камере Р-1(Р-2, Р-3) в момент включения на поток и в течение всего цикла коксования происходят процессы дополнительного испарения нефтяных фракций из вторичного сырья и отложения твердых частиц кокса на стенках камеры. При этом внутри коксового "пирога", образующегося внутри камеры во время коксования, имеется отверстие неопределенной формы и конфигурации, через которое в камеру продолжает поступать сырье, и отводятся пары коксования.

Образовавшийся в процессе коксообразования кокс аккумулируется в камере, а пары нефтепродуктов по шлемовому трубопроводу направляются в циклон Ц-1, где очищаются от коксовой мелочи, и далее идут в колонну К-1 под нижнюю тарелку.

Перед «постановкой» камеры на поток последняя прогревается до 100 - 110оС и опрессовывается водяным паром в течение одного часа. Образующийся водяной конденсат дренируется в яму-накопитель (систему вод гидрорезки), или в канализацию.

Дальнейший разогрев камеры до 330-360оС производится продуктами коксования, перепускаемыми частично из работающей коксовой камеры.

При достижении температуры низа прогреваемого реактора 330-360оС дальнейший разогрев производится половиной потока сырья по технологической схеме работы реактора в течение 2 часов.

После нагрева подготавливаемой камеры и заполнения коксом рабочей камеры производится переключение камер. Поток сырья направляется в нагретую коксовую камеру. Сконденсировавшиеся продукты прогрева из Е-30 откачиваются насосом Н-1/1 в линию на смешение с сырьем коксования.

Заполнение коксовой камеры коксом ведется в течение 28 - 60 часов в зависимости от коксуемости исходного сырья, качества получаемого кокса и подключения реакторов.

В соответствии с графиком работы коксовой камеры продолжительность съема крышек камеры при готовности ее к выгрузке составляет 2 часа, продолжительность выгрузки кокса из камеры 4 - 12 часов, продолжительность установки крышек камеры, опрессовка водяным паром ведется 2 - 4 часа.

Температура в камерах Р-1, Р-2, Р-3 измеряется и регистрируется приборами поз. 7,26,28.

Переключение потока горячего вторичного сырья из одной камеры в другую производится посредством задвижек.

Для контроля уровня в коксовых камерах и предотвращения переброса пены в ректификационную колонну на коксовых камерах смонтированы релейные радиоизотопные приборы взрывозащищенного исполнения РРПВЗ-1 на отметках 22 и 27 метров. По истечении 10-12 часов после загорания лампочки на отметке 27 метров производят перевод потока сырья на другой, предварительно прогретый реактор.

В колонне К-1 пары коксования, отделившиеся от тяжелой рециркулирующей фракции, через полуглухой аккумулятор проходят в верхнюю, ректификационную часть колонны, где происходит их разделение на бензин, керосин (легкий газойль) и газойль коксования (тяжелый газойль).

Уровень в аккумуляторе К-1 регулируется регулятором поз.12.

Температура в аккумуляторе колонны К-1 регулируется циркуляционным орошением. Расход циркуляционного орошения, подаваемого в колонну К - 1 на 8-ю тарелку, поддерживается регулятором поз. 20.

Из аккумулятора колонны К-1 газойль коксования перетекает в колонну К-3. На перетоке смонтирован регулирующий клапан, который связан с уровнем в аккумуляторе К-1 поз. 13

Уровень в колонне К-3 поддерживается регулятором поз. LRC - 29, клапан которого установлен после ХВ-3/2 на трубопроводе откачки газойля коксования с установки.

газойль коксования из колонны К-3, по мере накопления, откачивается насосом Н-7 (Н-7р) через холодильники ХВ-3/1, 5 секций ХВ-3/2, после которого с температурой не выше 90 оС, поз. 37 выводится с установки.

С 17-й тарелки ректификационный колонны К-1 в отпарную колонну К-2 отводится фракция керосина (легкого газойля). Количество керосина, поступающего в колонну К-2, регулируется регулятором поз. 20.

Температура вывода керосина в колонну К-2 контролируется прибором поз.22.

В колонны К-1, К-2 для отпарки легколетучих компонентов подается перегретый водяной пар с температурой до 500оС.

Расход водяного пара поддерживается регулятором поз.5, клапан которого установлен на выходе из пароперегревателя печи П-1.

Отпаренный керосин с низа К-2 откачивается с установки насосом Н-5 (Н-5р) через три секции ХВ-3/2, ХВ-2 и две секции погружного холодильника ХВ-6. Температура откачиваемого керосина не должна превышать 80 \оС поз.38.

Уровень в колонне К-2 регулируется регулятором поз. 17, клапан которого установлен на линии между ХВ-2 и ХВ-6.

С верхней части колонны К-1 отводятся пары бензина, водяной пар, газ коксования с температурой до 170 оС.

Охлаждение потока предусматривается в холодильнике-конденсаторе ХВ-1 и кожухотрубчатых холодильниках Х-1, Х-1а с водяным охлаждением. Температура верха К-1 регулируется регулятором поз. 14, клапан которого установлен на линии подачи острого орошения в колонну К-1.

Газожидкостная смесь из холодильников Х-1, 1а, с температурой не более 45оС, поступает в газосепаратор Е-1, где происходит разделение на газ, бензин и водяной конденсат.

Бензин из Е-1 насосом Н-3 (Н-3р) частично подается в виде острого орошения в колонну К-1, а избыточное количество его откачивается с установки.

Защелачивание и ингибирование бензина осуществляется на установке № 57.

Уровень в Е-1 поддерживается регулятором поз. 32, клапан которого установлен на линии откачки бензина с установки.

Водяной конденсат (технологический конденсат) из нижней части газосепаратора Е-1 выводится в канализацию.

Уровень раздела фаз в Е-1 регулируется клапаном поз.34.

В соответствии с графиком работы коксовой камеры после заполнения ее коксом производится пропарка кокса водяным паром 5 - 7 кгс/см2 в течение 8 - 9 часов с целью удаления из кокса легколетучих компонентов и охлаждения кокса.

В схеме установки предусмотрена утилизация продуктов отдува при пропарке и охлаждении кокса в емкостях Е-4, Е-5 и откачки уровня их насосом Н-1/1 в линию на смешение с сырьем коксования. После окончания пропарки кокса водяным паром в коксовую камеру подают охлаждающую воду в течение 6 - 8 часов. Вода на охлаждение кокса подаётся насосом который подключен к сети оборотного водоснабжения. Образовавшиеся во время охлаждения пары конденсируются в холодильниках Х-5 (1, 2), поступают в отстойник Е-5, и далее - в промканализацию.

Водяные пары образуются до снижения температуры в камере до 100 оС. По мере охлаждения кокса вода заполняет весь объем камеры. При наполнении реактора подача воды уменьшается. Охлаждение производится до достижения температуры верха реактора 90 оС, поз. 26,7,28 , после чего производится вскрытие верхнего люка реактора, а затем дренирование в систему вод гидрорезки.

Освобождение камер от кокса производится с помощью гидрорезки. Вода на гидрорезак подается по системе трубопроводов с электрозадвижками к бурильной штанге. С помощью ротора и лебедки осуществляются вращение и опускание устройства в камеру для образования центральной скважины в коксовом пироге диаметром до 0,6 м.

При гидрорезке кокс из камер Р-1, Р-2, Р-3 вместе с буровой водой через нижнюю горловину выгружается на рампу и поступает на заглубленную площадку (яму-накопитель), внизу которой имеется фильтрующий слой и коллектор для сбора воды после фильтрации. Объем ямы-накопителя - 2000 м3.

В яме-накопителе кокс вылеживается не менее 10 часов, где обезвоживается, после чего загружается в бункер с колосниковой решеткой с размерами ячеек 250х250 мм.

Далее качающимся питателем суммарная масса подается на ленточный конвейер и далее ленточными конвейерами транспортируется на склад бункерного типа. Конвейер подает кокс на наклонный инерционный грохот установленный на верху склада. Последним кокс разделяется на две фракции: 0 - 25 мм и 25 - 250 мм. Раздельные фракции ленточными конвейерами загружаются в соответствующие бункеры склада. Уровень заполнения контролируется визуально. После чего производится отгрузка кокса в железнодорожные вагоны.

3.5 Нормы технологического режима и метрологическое обеспечение

Таблица 3.5 - Нормы технологического режима и метрологического обеспечения подготовки сырья и стадии синтеза