Проект установки замедленного коксования

 

3.4 Основные параметры камеры коксования

 

Принимаем температуру сырья поступившую в камеру: t=490 ⁰С

Скорость подачи сырья : W=0,29

Плотность коксового слоя: ρп.с.=0,85

Плотность сырья: ρ²⁰₄ =1,020 кг/м³

Количество сырья: Gн=1911,8 т/сутки

Коэффициент тления определяем с помощью этой формулы:

К кт=4,5+10,11 (486-490)

Коэффициент сырья входящего в камеру Ккт=4,06

Формула массы тления:

 

Кρ.с=Sρс/Sк=hc/hк,

 

где:

Sρс - масса объема, м3

Sк - количество кокса за 1 час

Hc - высота массы , м

Hк - высота слоя кокса, м/час

Объем кокса в камере за 1 сутки рассчитываем по этой формуле:

 

Vк=Gk/ρk;

 

где:

Gk - количество образовавшегося кокса, т/сутки

Ρk - плотность слоя кокса, т/м3

 

Gk= Gk*Хк/100;

 

где:

Gk - количество подаваемого сырья в камеру, т/сутки

Хк - потеря кокса, % масс

Gk= 1911,8*24/100=459 т/сутки

Тогда:

Vк= 459/0,15=3060 м3

Объем кокса за один час:

 

Vк= Vк/24; Vк=3060/24=127,5 м3/час

 

Тогда:

 

Vр.к= К р.к.* Vк

 

Vр.к=4,06*127,5=517,7 м3

Высота слоя кокса в камере за 1 час:

 

hк=Vк/ F;

 

где: F- объем камеры, м3

Диаметр камеры Д=4,6 м, тогда

F=3,14*4,6²/4=16,6 м2

Hк=127,5/16,6 м2=7,7 м/час

Высота слоя кокса в заполненной камере:

 

h1=hк*24; h1=7,7*24=184,8 м

 

Высота цилиндрической части камеры:

 

h_ц=Vр/F;

 

где Vр - реакционный объем камеры, м3

 

H2=Квс*hк; h2=4,06*7,7=31,3 м

 

Находим реакционный объем камеры:

 

Vр= Gк/24*ρ²⁰₄*W;

 

где: ρ²⁰₄= плотность сырья; ρ²⁰₄=1,020 кг/м3

W - скорость подачи сырья;

Vр=1911,8/24*1,020*0,29=1911,8/7,099=23,56 м3,

тогда:

h_ц=23,56/16,6=1,42 м

Диаметр камеры рассчитываем так:

 

D=√4F/π=4*16,6/3,14=4,5м

 

Принимаем число реактора: n=4

Расчет процесса горения. Теоретическое количество воздуха необходимое для горения 1 кг кокса

 

h0=0,115С+0,345Н

 

здесь : 0,115 и 0,345 постоянный параметр С и Н количество углерода и водорода: С=81,5 и Н=18,5;

α0=0,115*81,5+0,345*18,5=15,75кг;

Потеря воздуха в нормальных условиях:

 

Vо=0,089*С+0,267*Н

 

Vо=0,089*81,5+0,267*18,5=7,25+4,93=12,18 м3

Физическая потеря воздуха α= αо, где: α - коэффициент избытка воздуха,

α =1,2 ; α=15,75*1,2=18,9кг

Количество газа собравшегося в результате горения 1 кг горючего:

 

G=1+α* α0; G=1+1,2*15,75=19,9кг

 

Теоретический объем газа собравшегося в результате горения 1 кг горючего:

 

Vт=Vо-0,056*Н+9Н/80,5;

 

Vт=12,18-0,056*18,5+(9*18,5/80,5)=12,18-1,03+80,5=91,65м3

 

V=Vт+( α-1)Vо;

 

V=91,65+(1,2-1)*12,18=91,65*2,43=94,08м3

Количество газа полученное в результате горения 1 кг горючего:

m_со2=0,0367*С;   m_со2=0,0367*81,5=2,9кг

m_н2о=0,09*Н;   m_н2о=0,09*18,5=1,6кг

m_N2= αo α*0.768;   m_N2=15,75*1,2*0,768=14,5кг

m_о2= αo(α-1)*0,232;  m_о2=15,75*(1,2-1)*0,232=0,73кг

Расчет процесса коксования. Количество тепла горючего рассчитывают по этой формуле:

 

Q^н_р=339*С+1030*Н

 

Q^н_р=339*81,5+1030*18,5=27628,5+19055=46683,5 кДж/кг

 

r_m=1-q_пот/100 q_пот=2,5/3,0%

 

r_m=1-3,0/100=0,97

 

r_m=1- q_пот* q_ух/100; q_ух=Q_ух/Q_p*100;

 

Q_ух=( m_со2*С+ m_н2о*С_н2о+ m_N2*С _N2+ m_о2*С _о2)(t_ух-t_o):

 

Где: С - тепловая емкость продукта

 

t_pk-(100/150)⁰C

 

тогда:  С_со2=0,89кДж/кг;   С_н2о=1,14 кДж/кг

С _о2=0,91кДж/кг;   С_N2=1.03кДж/кг

Q_ух=(2,9*0,89+1,6*1,14+14,5*1,03+0,73*0,91)х

х(300-20)=(2,58+1,82+14,90+0,66)*280=5588,8

Из этого выходит:

 

 

 

Тогда:

Потеря газа и вес тепла поступившего в печь. Количество тепла поступившего в печь вместе с сырьем:

 

 

здесь:

- количество сырья поступившего в печь;

- температура сырья, вышедшего с печи;

- температура сырья, поступившего в печь;

- энтальпия сырья, поступившего в печь;

- массовая доля сырья, вышедшего с печи.

Определение энтальпии 340⁰С -ного разбавленной нефти:

 

 

Тогда:d- энтальпия (340⁰С продукта);

- плотность сырья;

 

 

340⁰С - энтальпия пара

 

 

;

 

160⁰С - энтальпия нефти

 

 

тогда:

 

 

С помощью этой формулы определяем потеря горючего:

 

;

Расчет тепла первичного сырья. Определяем количество тепла сырья, проходящего через радиантную трубу:

 

 

Находим среднюю скорость сырья в состоянии колебания:

t_A=800⁰C

 

;

 

 

Из этого:

Определяем вес тепла конвекционной камеры:

 

;

 

Средняя разница тепла Fcp:

⁰С    300⁰С

⁰С    160⁰С

 

;

 

Определяем секундную потерю:

 

 

Определим ширину камеры:

 

 

Здесь: n=7шт; d=0,127м

Тогда:

Разрез конвекционной камеры:

 

 

Отсюда:

тогда Е=21,2; d=0,127

Рассчитываем радиацию отдачи трехатомного газа:

 

Расчет коэффициента теплоотдачи:

 

К=1,1(Q_k+Qp);

 

К=1,1(22,1+10,75)=36,1 Вт/(м²к)

Нужная сторона конвекционной трубы:

 

 

Число труб в конвекционной камере:

 

.

 

 

4. Подбор основного и вспомогательного оборудования

 

Оборудование установок замедленного коксования разделяют на три группы.

. Технологическое оборудование, с помощью которого проводится процесс коксования. К этой группе относятся трубчатые печи, коксовые камеры, колонная аппаратура, насосы, запорная и переключающая арматура, теплообменники, конденсаторы и др.

. Оборудование для гидравлической выгрузки кокса из камер. Сюда входят гидрорезаки, водяные насосы высокого давления, штанги, вертлюги, роторы, гибкие резиновые рукава, лебедки, вышки, а также отстойные сооружения для сбора, очистки и возврата воды при замкнутом цикле водопотребления.

.Оборудование для обработки и транспортирования кокса. Эта группа включает мостовые и козловые грейферные краны, питатели, дробилки, конвейеры, грохоты, бункеры, склады и др.

Оборудование первой группы широко применяется на нефтеперерабатывающих заводах, оборудование второй и третьей группы является специальным, характерным для установок замедленного коксования.

 

.1 Реакционная камера

 

Коксовые камеры - основной реакционный агрегат установок замедленного коксования. Эндотермический процесс коксования протекает в камерах за счет аккумулированной энергии, которую вторичное сырье поглощает в трубчатой печи. Камеры работают периодически, при этом циклическое изменение температуры составляет около 500 °С.

Конструктивно коксовая камера представляет собой сварной цилиндрический вертикально установленный пустотелый сосуд с верхним и нижним днищами. На различных установках камеры имеют разные размеры и изготовлены из разных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- корпус; 2, 5 - горловины; 3 и 4 - полушаровое и коническое днища; 6 - фундаментное кольцо; 7 - опорное кольцо; 8 - лапы; 9 - опора; / - сырье; // - пары. Рисунок 4.1 - Коксовая камера установки типа 21-10/ЗМ

 

Коксовая камера установки замедленного коксования типа 21-10/ЗМ показана на рисунке 4.1 Верхняя горловина 2 предназначена для ввода гидрорезака, а нижняя 5 - для выхода кокса и воды при гидровыгрузке. Корпус, днища, горловина и штуцеры изготовлены из двухслойной стали. Опора 9 представляет собой коническую обечайку высотой 2 м, приваренную по периметру горизонтальным швом к нижнему днищу. Снизу к обечайке приварено опорное кольцо 7, которое, в свою очередь, опирается на фундаментное кольцо. Для крепления к фундаменту опора камеры имеет лапы 8, выполненные в виде столиков. В верхней пластине столиков имеется отверстие, а в опорном кольце - вырез овальной формы, предназначенный для прохода фундаментного болта. Вырез расположен своей длинной осью по направлению радиуса кольца. Снаружи камера покрыта слоем изоляции толщиной 250 мм.

Установки замедленного коксования типа 21-10/300 и 21-10/600 оборудованы камерами диаметром 4,6 м, а установки типа 21-10 - диаметром 5 м. Особенность конструкции камеры установки типа 21-10/6 - корпус из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, допускающей температуру нагрева 525 °С при рабочем давлении наверху 0,6 МПа. На расстоянии 1300 мм от верха цилиндрического корпуса расположены три штуцера Ду 50/25 для подачи с помощью форсунок антипенной присадки.

На действующих установках замедленного коксования реакторный блок включает от двух до четырех камер. Для предотвращения выноса пены из реакционной камеры предусмотрен контроль за максимальной высотой заполнения камер коксом с помощью радиоактивных сигнализаторов уровня. По этой же причине высота заполнения камер равна 14-17 м, что составляет 55-65% от реакционного объема камеры.

 

.2 Ректификационный аппарат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- штуцер для предохранительного клапана; 2 - люк; 3 - штуцер для регулятора уровня; / - сырье; // - пары из коксовых камер; /// - остаток; IV - пусковой газойль; V - легкий газойль; VI - пары; VII - орошение; VIII - пары легкого газойля; IX - верхнее циркуляционное орошение; X - фракция тяжелого газойля; XI - пары тяжелого газойля. Рисунок 4.2 - Ректификационная колонна установки 21-10/6

Ректификационная колонна предназначена для разделения продуктов коксования, поступающих из коксовых камер, на отдельные фракции: газ, бензин, легкий и тяжелый газойль. Кроме того, в колонне проводят нагрев исходного сырья и его разбавление газойлевыми фракциями путем прямого контакта с горячими продуктами из коксовых камер.

Колонна представляет собой сварной цилиндрический вертикально установленный аппарат переменного сечения с коническим переходом. Диаметр корпуса в широкой части 4,5 м, в узкой 2,6 м. Широкая часть корпуса биметаллическая (стали 16ГС и 0X13), переходная и узкая части - из стали 16ГС.

Толщина стенки корпуса в верхней части 20 мм, в нижней - 32 мм. Верхнее эллиптическое днище изготовлено из стали 16ГС (толщина стенки 20 мм), нижнее полушаровое - из сталей 16ГС и 0X13 (толщина стенки 26 мм).

Внутри колонны имеется 37 тарелок. Четыре каскадные тарелки, на которых первичное сырье контактирует с парами, выходящими из коксовых камер, расположены в испарительной части аппарата. Над верхней каскадной тарелкой установлен распределитель для равномерного распределения первичного сырья. Предусмотрен ввод сырья также под нижнюю каскадную тарелку. Над каскадными тарелками в широкой части аппарата расположены 13 тарелок с S-образными элементами. Из них нижние девять тарелок двухпоточные, остальные - четырехпо-точные.

В узкой части колонны расположено 20 прямоточных однопоточных клапанных тарелок. Клапанные тарелки рассчитывают так, чтобы при небольшой производительности по парам работали только легкие клапаны, а при значительной - все клапаны. Клапанные тарелки обеспечивают работу в сравнительно широком диапазоне нагрузок по потоку паров и жидкости, Недостаток их - возможность засорения или закоксовывания.

 

 

4.3 Трубчатые печи

 

На действующих установках замедленного коксования применяют радиантно-конвекционные трубчатые печи шатрового типа, а также типа ГС для термообработки вторичного сырья и типа ГН для нагрева сырья и теплоносителя.

Узкокамерные печи ГС и ГН имеют верхний отвод дымовых газов; ГС - вертикально-факельного сжигания топлива с одной камерой радиации; ГН - объемно-настильного сжигания топлива с двумя камерами радиации. Камера конвекции у печей обоих типов расположена над камерой радиации. На установках замедленного коксования применяют вариант этого типа печей - с двухпоточной конвекционной камерой, разделенной поперечной металлической перегородкой.

 

 

5. Раздел автоматизации

 

.1 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.