Проект установки замедленного коксования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проект установки замедленного коксования

 

 

Аннотация

 

Дипломный проект на тему «Проект установки замедленного коксования» посвящен разработке процесса замедленного коксования с целью получения нефтяного кокса и дистиллятных продуктов (бензина, легкого и тяжелого газойлей).

В данном проекте даны основные показатели работы установки замедленного коксования, рассчитан материальный и тепловой балансы, выполнен подробный расчет камеры коксования, разработаны основные приборы автоматического контроля технологического процесса и мероприятия по охране окружающей среды и технике безопасности, а так же определены технико-экономические показатели.

 

 

Содержание

 

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Термические процессы переработки нефтяного сырья

1.2 Установки замедленного коксования

.3 Особенности технологии производства игольчатого кокса

2. Технологический раздел

1.4 Выбор метода производства и места строительства

1.5 Назначение и краткая характеристика процесса

.6 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов

. Расчетный раздел

3.1 Материальный баланс процесса

3.2 Материальный баланс основного аппарата

.3 Тепловой баланс камеры коксования

.4 Основные параметры камеры коксования

. Подбор основного и вспомогательного оборудования

4.1 Реакционная камера

.2 Ректификационный аппарат

.3 Трубчатые печи

. Раздел автоматизации

.1 Автоматический контроль технологического процесса

.2 Основные приборы контроля

. Генеральный план завода

Техника безопасности, охрана труда и противопожарные мероприятия

7.1 Характеристика вредных и опасных производственных факторов

.2 Метеорологические условия

.3 Характеристика опасности установки замедленного коксования

.4 Техника безопасности

.5 Пожарная безопасность

.6 Производственное освещение

7.7 Шум и вибрация

7.8 Электробезопасность

7.9 Разработка защитных мероприятий от ударов молний

8. Охрана окружающей среды

. Технико-экономические показатели процесса

Заключение

Список литературы

 

 

Введение

 

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 [ 1]. 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 для производства крупнокускового нефтяного кокса. 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 [ 2].

 

 

1. Литературный обзор

 

.1 Термические процессы переработки нефтяного сырья

 

Существующие в настоящее время способы переработки нефти делятся на две большие группы - первичные и вторичные процессы переработки нефтяного сырья (или недеструктивные и деструктивные).

Первичные процессы переработки нефтяного сырья включает такие процессы как обессоливание и обезвоживание нефти, очистка нефти от механических примесей, стабилизация нефти (выделение растворенных углеводородных газов) разделение (перегонка) нефти на отдельные фракции по температурам кипения и т.д. Эти процессы протекают без изменения структуры содержащихся в нефти углеводородов.

К вторичным процессам переработки нефтяного сырья относятся процессы, при которых изменяется структура входящих в состав нефти углеводородов, с целью получения различных нефтепродуктов и сырья для нефтехимической промышленности. Вторичные процессы в свою очередь подразделяются на термические (протекающие при повышенных температурах) и термокаталитические (протекающие при повышенных температурах и в присутствии катализаторов). Термические процессы - термический крекинг, пиролиз, коксование. К термокаталитическим процессам относятся: каталитический крекинг, риформинг, алкилирование, изомеризация, полимеризация, гидрокрекинг, гидроочистка. Эти процессы протекают по различным механизмам.

Термические процессы углеводородов протекают при повышенных температурах с разрывом С-С-связей по цепному свободно-радикальному механизму.

Процесс состоит из 3-х стадий:

• инициирование цепи (образование свободных радикалов);
• продолжение (рост) цепи;
• обрыв цепи.

Инициирование цепи. Распад углеводородов на свободные радикалы преимущественно осуществляется по связи С-С. Энергия разрыва С-С-связи 360 кДж/моль, а энергия С-Н-связи 412 кДж/моль, поэтому в первую очередь идет разрыв С-С-связи.

В нормальных алканах с длинной цепью энергия разрыва С-С-связей несколько уменьшается к середине цепи. При температурах 400-500 ^оС разрыв углеводородной цепи происходит посередине, а при более высоких температурах может происходит разрыв и других связей.

Рассмотрим процесс термического распада на примере бутана.

Вначале за счет разрыва связи С-С образуются первичные свободные радикалы (инициирование цепи):

 

СН₃СН₂СН₂СН₃ 2 Н₃С-Н₂С^·

^·СН₃ + Н₃С-СН₂-Н₂С^·

 

Продолжение (рост) цепи. Крупные относительно неустойчивые радикалы (С₃ и выше) самопроизвольно распадаются по b-правилу с образованием более устойчивых ^·СН₃ и ^·С₂Н₅ радикалов или атомов водорода и соответствующей молекулы алкена

 

СН₃СН₂^·СН₂ Н₃С-СН=СН₂ + Н^·

СН₂=СН₂ + ^·СН₃

 

Устойчивые в отношении распада, но чрезвычайно реакционноспособные ^·СН₃, ^·С₂Н₅ и Н^· радикалы вступают в реакцию с исходными молекулами, отрывая от них атом водорода.

 

Н^· + С₄Н₁₀ Н₂ + ^·С₄Н₉

^·СН₃ + С₄Н₁₀ СН₄ + ^·С₄Н₉

Н₃С-Н₂С^· + С₄Н₁₀ СН₃СН₃ + ^·С₄Н₉

 

Бутильные радикалы далее распадаются по b-правилу, а образовавшиеся более мелкие радикалы снова реагируют с исходными молекулами. Развивается цепной процесс.

 

СН₃СН₂^·СНСН₃ СН₂=СНСН₃ + ^·СН₃

^·СН₃ + С₄Н₁₀ СН₄ + ^·С₄Н₉

 

Обрыв цепи (образование стабильных продуктов). Обрыв цепи осуществляется следующими реакциями:

а) рекомбинация свободных радикалов

 

Н₃С^· + ^·СН₃ С₂Н₆

^·СН₃ + ^·СН₂-СН₃ С₃Н₈

 

б) диспропорционирование радикалов

 

^·СН₃ + ^·СН₂-СН₃ СН₄ + С₂Н₄

 

Таким образом в результате реакции могут образоваться Н₂, СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₂Н₄, С₃Н₆.

При термическом крекинге алканов образуются алканы и алкены с меньшей молекулярной массой, например:

 

С₈Н₁₈ ¾¾® С₄Н₁₀ + С₄Н₈

 

В условиях термических процессов при 450-500 ^оС термодинамически возможны реакции распада алкенов до низших алкенов, алкадиенов и алканов, образование аренов, а при более высокой температуре - ацетилена.

Циклические углеводороды, присутствующие в нефтепродуктах, при тех же условиях отщепляют боковые цепи, а нафтеновые кольца, кроме того, раскрываются с образованием олефинов:

 

С₆Н₅-(СН₂)_n -СН₃ ¾® С₆Н₅-СН₃ + C_nН_2n

C₆H₁₁-(CH₂)_n-CH₃ C₆H₁₁-CH₃ C₄H₈ + C₃H₆₅H₁₀ + C₂H₄

 

С повышением температуры расщепление идет более глубоко и дополняется реакциями дегидрирования и циклизации.

В результате дегидрирования при 600-650 ^оС начинают появляться очень реакционноспособные диены, например, 1,3-бутадиен.

 

Н₂С=СН-СН₂-СН₃ ¾® Н₂С=СН-СН=СН₂ + Н₂

 

Взаимодействие диенов с олефинами и циклоолефинами приводит к получению ароматических структур:

 

 

Кроме газообразных и жидких веществ при термических процессах переработки нефтепродуктов поучаются твердые вещества - углерод (сажа) или кокс. Образование сажи объясняется распадом углеводородов до свободного углерода:

 

С₃Н₈ ¾¾® 2СН₄ + С

С₂Н₆ ¾¾® СН₄ + С + Н₂

 

Кокс получается при глубокой конденсации ароматических соединений, идущей с отщеплением водорода:

 

2 С₆Н₆ С₆Н₅¾С₆Н₅ и т.д.

 

Следует заметить, что состав конечных продуктов термических процессов зависит также от природы исходного сырья, давления, времени контакта. Рассмотрим механизм образование нефтяного кокса в процессе коксования.

Нефтяной кокс образуется в жидкофазных термических процессах из аренов по схеме:

арены ¾® смолы ¾® асфальтены ¾® кокс ¾® графит.

Алканы, циклоалканы и алкены также способны к коксообразованию в результате глубоких превращений и ароматизациии.

Переход аренов в кокс термодинамически возможен в результате снижения уровня свободной энергии. Процесс коксообразования протекает по цепному свободно радикальному механизму. Асфальтены, образовавшиеся при уплотнении аренов, вступают в дальнейшие реакции поликонденсации:

 

A ¾¾® ^·A₁ + R^·· + A ¾¾® ^·A₁ + RH

^·A₁ + A ¾¾® A₁A^·₁A^· ¾¾®M + A₁A₂^·₁A₂^· + A ¾¾®A₁A₂A^· + и т.д.

 

где - А - молекула асфальтена; R^·, A₁^·, A₁A^·, A₁A₂^·, A₁A₂A^· - радикалы цепи; М - молекула с небольшой молекулярной массой, выделяющаяся в газовую фазу.

Уплотнение аренов протекают по цепному механизму. Например:

 

С₆Н₅ + С₆Н₆ ¾¾® С₆Н₅-С₆Н₅ + Н^·

 

фенил бензол дифенил

 

С₆Н₆ + Н^· ¾¾® ^·С₆Н₅ + Н₂

 

Образовавшиеся свободные радикалы Н^· и фенильные взаимодействуют с молекулами ароматических углеводородов (бензола, нафталина, антрацена и т.п.) с образованием других ароматических радикалов, рекомбинация которых приводит к накоплению конденсированных молекул.

Постепенное увеличение молекулярной массы, повышение содержания углерода и потерю водорода в результате конденсации ароматических структур можно изобразить следующим образом (на примере нафталина):

 

 

Эти реакции приводят к образованию кокса.

Ниже кратко рассмотрим исходные сырье, условия протекания и полученные продукты процессов коксования.

Назначение процесса коксования - получение нефтяного кокса и дистиллата широкого фракционного состава.

Нефтяной кокс используется в качестве восстановителя в химической технологии для приготовления анодов в металлургии, для получения карбидов Be₂C, TiC, в авиационной и ракетной технике, в производстве абразивов и огнеупоров (SiC, B₄C, TiC), в ядерной энергетике (B₄C, ZrC), а также в виде сырья для получения конструкционных углеграфитовых материалов (для сооружения и футеровки химической аппаратуры и оборудования). Чистый углерод используется в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах.

Нефтяной кокс представляет собой твердое вещество плотностью 1,4-1,5 г/см³ с высоким содержанием углерода. Отношение С:Н в коксе составляет 1,1-4. Значительная часть атомов углерода в коксе находится в конденсированных ареновых структурах.