Μονάδα καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης: έργο, αρχή λειτουργίας, υπολογισμός ισχύος και πρώτες ύλες

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Οι μονάδες καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης είναι η πιο κοινή λύση υλικού για τη διύλιση βαρέος πετρελαίου. Η συσκευή τους περιλαμβάνει 2 κύριες μονάδες - αντιδραστήρα, όπου η πρώτη ύλη θερμαίνεται και οπτανθρακοποιείται, και μηχανική επεξεργασία. Ο σχεδιασμός των εγκαταστάσεων πραγματοποιείται σταδιακά και περιλαμβάνει τον υπολογισμό και την επιλογή του εξοπλισμού διεργασίας, τον προσδιορισμό τεχνικών και οικονομικών δεικτών.

Προορισμός

Η τεχνολογική διαδικασία οπτανθρακοποίησης είναι ένας από τους τρόπους διύλισης λαδιού. Ο κύριος σκοπός του είναι η παραγωγή μεγάλων σβώλων πετρελαϊκού κοκ. Υπάρχουν 3 μέθοδοι οπτάνθρακα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία:

1. Περιοδική, σε κύβους. Η πρώτη ύλη φορτώνεται σε μια οριζόντια συσκευή, θερμαίνεται με μια εστία από κάτω και στη συνέχεια φρύεται για 2-3 ώρες. Μετά από αυτό, ο κλίβανος ψύχεται και το τελικό προϊόν εκφορτώνεται. Αυτή η μέθοδος είναι η απλούστερη και λιγότερο παραγωγική.
2. Συνεχές. Αυτή η μέθοδος βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της βιομηχανικής ανάπτυξης.
3. Ημι-συνεχές, επί του παρόντος ελήφθητο πιο διαδεδομένο.

Οι μονάδες εξαιρετικά καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης είναι ο πιο πρόσφατος τύπος εξοπλισμού διεργασίας. Σε αυτά, η πρώτη ύλη προθερμαίνεται σε φούρνο, και στη συνέχεια μεταφέρεται σε μη θερμαινόμενους θαλάμους αντίδρασης, οι οποίοι διαθέτουν ένα θερμομονωτικό στρώμα για τη διατήρηση της απαιτούμενης θερμοκρασίας. Ο αριθμός και το μέγεθος των αντιδραστήρων, η ισχύς των κλιβάνων επηρεάζουν την απόδοση ολόκληρης της μονάδας.

Η λειτουργία του πρώτου DCU στη Ρωσία ξεκίνησε το 1965 στο Ufaneftekhim. Η καθυστερημένη οπτανθρακοποίηση του εργοστασίου εξακολουθεί να λειτουργεί σήμερα. Μετά την ανακατασκευή το 2007, η παραγωγικότητά του είναι περίπου 700-750 χιλιάδες τόνοι/έτος ως προς τη μάζα των επεξεργασμένων πρώτων υλών.

Τελικά προϊόντα

Οι ακόλουθες ουσίες λαμβάνονται σε δοκιμές υπερήχων, εκτός από το κοκ:

• αέρια οπτανθρακοποίησης (χρησιμοποιείται ως καύσιμο διεργασίας ή επεξεργάζεται για τη λήψη κλάσματος προπανίου-βουτανίου);
• βενζίνη;
• αποστάγματα οπτάνθρακα (καύσιμο, πρώτη ύλη πυρόλυσης).

Σε εγχώριες μηχανές δοκιμής υπερήχων, η απόδοση οπτάνθρακα είναι 20-30% κατά βάρος. Αυτός ο δείκτης εξαρτάται κυρίως από την ποιότητα των πρώτων υλών. Η μεταλλουργική βιομηχανία έχει τη μεγαλύτερη ανάγκη για αυτό το προϊόν (παραγωγή ανοδίων και ηλεκτροδίων, αλουμίνιο, λειαντικά, καρβίδια, υλικά άνθρακα-γραφίτη, σιδηροκράματα). Εκτός από το πρώτο Ufa DCU, άλλες μονάδες καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης έχουν κατασκευαστεί επίσης στη Ρωσία: στο διυλιστήριο Omsk, Novokuibyshevsk Refinery, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, στην Angarsk Petrochemical Company, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Πρώτες ύλες

Τα τρόφιμα για οπτάνθρακα χωρίζονται σε 2 ομάδες: προϊόντα πρωτογενούς και δευτερογενούς επεξεργασίας. Οι ακόλουθες ουσίες χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες σε μονάδες καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης:

• πετρέλαιο;
• μισό πίσσα;
• πίσσα;
• πίσσα λιθανθρακόπισσας;
• άσφαλτος και άλλα βιομηχανικά προϊόντα πετρελαίου;
• υγρό υπόλειμμα άνθρακα;
• βαριά πυρόλυση και πίσσα σχιστόλιθου;
• υπολείμματα θερμικής πυρόλυσης;
• πίσσα πετρελαίου και βαριά λάδια.

Τα υπολείμματα λαδιού με υψηλή αρωματοποίηση είναι η πιο κοινή πρώτη ύλη προς το παρόν.

Επίδραση στις τεχνολογικές παραμέτρους

Οι ακόλουθες παράμετροι της μονάδας οπτανθρακοποίησης εξαρτώνται από τις ιδιότητες των υλικών ζωοτροφών:

• αποτελεσματικότητα του θαλάμου αντίδρασης;
• ποιότητα προϊόντων που ελήφθησαν;
• έξοδος κοκ;
• προϋποθέσεις για τη διαδικασία.

Οι πιο σημαντικές παράμετροι πρώτης ύλης είναι:

• Οπτάνθρακα, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε ασφαλτορητινώδεις ουσίες. Η τιμή του οπτάνθρακα πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 10-20%. Με μικρότερη τιμή, η απόδοση οπτάνθρακα μειώνεται και με μεγαλύτερη, συσσωρεύονται εναποθέσεις μέσα στα πηνία στους κλιβάνους. Η ικανότητα οπτάνθρακα προσδιορίζεται από τη μάζα του στερεού υπολείμματος στο χωνευτήριο μετά τη θέρμανση του δείγματος του προϊόντος πετρελαίου σε αυτό.
• Πυκνότητα.
• Χημική σύνθεση. ΑπόΟι επιβλαβείς ακαθαρσίες που έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στην ποιότητα του οπτάνθρακα εκπέμπουν θείο (δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1,5% κατά βάρος). Ανάλογα με τον σκοπό του οπτάνθρακα στην τεχνολογική διαδικασία, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι πρώτων υλών. Έτσι, για να ληφθεί μια ινώδης δομή του τελικού προϊόντος, χρησιμοποιούνται υλικά με βάση παραφίνης.

Η απόδοση οπτάνθρακα είναι ανάλογη με την πυκνότητα τροφοδοσίας και την περιεκτικότητα σε ασφαλτένιο.

Στάδια οπτάνθρακα

Η τεχνολογική διαδικασία στις μονάδες καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης είναι μακρά και συνεχής, από την προμήθεια πρώτων υλών μέχρι την εκφόρτωση του τελικού προϊόντος. Συμβατικά, χωρίζεται σε 3 στάδια:

1. Αντιδράσεις αποσύνθεσης, σχηματισμός κλασμάτων απόσταξης, ενδιάμεσα, συμπύκνωση.
2. Σημαντική μείωση της περιεκτικότητας σε ακόρεστους υδρογονάνθρακες στα αέρια, αύξηση του μοριακού βάρους των υπολειμματικών συστατικών, αντιδράσεις κυκλοποίησης.
3. Αύξηση της περιεκτικότητας των υπολειμμάτων σε ασφαλτένια έως και 26%, μείωση της ποσότητας ρητινών και ελαίων. Μετατρέψτε το υγρό υπόλειμμα σε στερεό κοκ.

Ταξινόμηση

Υπάρχουν 2 κύριοι τύποι μονάδων καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης ανάλογα με τη διάταξή τους: μονού και διπλού μπλοκ.

Μεταξύ των εγκαταστάσεων δύο μπλοκ, υπάρχουν 4 τύποι, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από τα ακόλουθα σχεδιαστικά και τεχνολογικά χαρακτηριστικά:

1. Εσωτερική διάμετρος θαλάμων οπτανθρακοποίησης – 4,6 μ. Κλίβανοι θέρμανσης σκηνής, τέσσερις θάλαμοι που λειτουργούν σε ζεύγη. Η κηροζίνη και το πετρέλαιο εσωτερικής καύσης που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία της οπτανθρακοποίησης χρησιμοποιούνται για θέρμανση.
2. Cokeθάλαμοι Ø 5,5 μ. Πρώτες ύλες - λιπαντικά μαζούτ ευθείας λειτουργίας με την εισαγωγή εξαιρετικά αρωματικών υδρογονανθράκων, που αυξάνουν την απόδοση ενός ποιοτικού προϊόντος.
3. Αντιδραστήρες από κραματοποιημένο χάλυβα Ø 5,5 m, ύψος 27,6 m, σωληνοειδείς κλίβανοι με φακό ογκομετρικής τοποθέτησης, εναέριες βαλβίδες αυξημένης διατομής, μετρητές στάθμης ραδιενεργού που επιτρέπουν την καταγραφή της θέσης διαχωρισμού φάσης αφρού οπτάνθρακα. Η τελευταία καινοτομία βοηθά στην καλύτερη χρήση του χρήσιμου όγκου του αντιδραστήρα. Προμήθεια στροβιλιστών με πρόσθετα απορρυπαντικών για τη μείωση της οπτανθρακοποίησης των πηνίων, κρύο πετρέλαιο εσωτερικής καύσης σε σωλήνες κεφαλής.
4. Θάλαμοι αντίδρασης Ø 7 m, ύψος 29,3 m. Αξονική είσοδος πρώτης ύλης στους αντιδραστήρες, υδραυλικό σύστημα εκκένωσης οπτάνθρακα με τηλεχειριστήριο, ηλεκτρικοί γερανοί, αποθήκες με αποθήκευση τύπου δαπέδου.

Εφαρμοσμένος εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός, ο οποίος είναι εξοπλισμένος με εγκαταστάσεις αυτού του τύπου, χωρίζεται στις ακόλουθες ομάδες ανάλογα με το σκοπό:

1. Τεχνολογικό, που εμπλέκεται άμεσα στη διαδικασία οπτανθρακοποίησης (φούρνοι, εξοπλισμός στήλης, εναλλάκτες θερμότητας, θάλαμοι αντιδραστήρων, κύβοι, ψυγεία, αντλίες, αγωγοί, όργανα, βρύσες και άλλες βαλβίδες διακοπής και διακοπής).
2. Λύματα - συλλογή και επεξεργασία νερού για επιστροφή στον κύκλο εργασίας (λειτουργίες ψύξης και εξαγωγής οπτάνθρακα).
3. Εξοπλισμός για εκφόρτωση οπτάνθρακα από θαλάμους (κύβους). Στις σύγχρονες μηχανοποιημένες εγκαταστάσεις μπορεί να είναι μηχανικού και υδραυλικού τύπου (ιμάντες, βαρούλκα, χτένες, κόφτες, ράβδοι, πύργοι, μανίκια από καουτσούκ).
4. Συσκευές για τη μεταφορά και την επεξεργασία του τελικού προϊόντος (παραλαβές αγωγών και ράμπες, γερανοί, μεταφορείς, τροφοδότες, θραυστήρες, αποθήκες).
5. Μηχανήματα και εξοπλισμός για μηχανοποίηση εργασιών.

Κατά το σχεδιασμό εγκαταστάσεων καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης, είναι απαραίτητο να εξετάζεται προσεκτικά ο σχεδιασμός των θαλάμων αντίδρασης και των κλιβάνων, καθώς η διάρκεια του κύκλου εργασίας εξαρτάται από την αξιοπιστία της λειτουργίας τους.

Παράμετροι διαδικασίας

Οι κύριες παράμετροι της τεχνολογίας οπτάνθρακα είναι:

• Αναλογία ανακυκλοφορίας, που ορίζεται ως η αναλογία του συνολικού φορτίου των πηνίων αντίδρασης των κλιβάνων προς το φορτίο ολόκληρης της μονάδας ως προς τις πρώτες ύλες. Με την αύξηση της αξίας του, η απόδοση σε οπτάνθρακα υψηλής ποιότητας, φυσικό αέριο και βενζίνη αυξάνεται, αλλά η ποσότητα του βαρέος πετρελαίου εσωτερικής καύσης μειώνεται.
• Πίεση στο θάλαμο αντίδρασης. Η μείωσή του οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης του πετρελαίου εσωτερικής καύσης, μείωση της απόδοσης οπτάνθρακα και αερίου και αύξηση του αφρισμού.
• Θερμοκρασία διεργασίας. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα του κωκ ως προς την ποσότητα των πτητικών ουσιών, την αντοχή και την πυκνότητά του. Η μέγιστη τιμή περιορίζεται από τον κίνδυνο οπτανθρακοποίησης του κλιβάνου και των σωληνώσεων, μειώνοντας την ανθεκτικότητα των πηνίων. Κάθε τύπος πρώτης ύλης έχει τη δική του βέλτιστη θερμοκρασία.

Η κατασκευή μονάδων καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης συνδέεται με υψηλό κόστος κεφαλαίου. Ως εκ τούτου, τις περισσότερες φορές πραγματοποιείται η ανακατασκευή ενός ήδη λειτουργικού συγκροτήματος εξοπλισμού. Αυτό επιτυγχάνεται με τη μείωση του κύκλουοπτάνθρακα, εισαγωγή νέων θαλάμων αντίδρασης ή μείωση του λόγου ανακυκλοφορίας.

Αρχή λειτουργίας

Οι μονάδες καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης αποτελούνται από μία ή περισσότερες ζευγαρωμένες ομάδες θαλάμων, στους οποίους ο ένας θάλαμος λειτουργεί στο στάδιο της παραγωγής οπτάνθρακα και ο άλλος κατά την εκφόρτωση ή σε ενδιάμεση κατάσταση. Η διαδικασία αποσύνθεσης του αρχικού υλικού ξεκινά σε έναν κλίβανο σωλήνων, όπου θερμαίνεται στους 470-510 °C. Μετά από αυτό, η πρώτη ύλη εισέρχεται σε μη θερμαινόμενους θαλάμους, όπου κοκκώνεται βαθιά λόγω της θερμότητας που την συνοδεύει.

Αέριοι και υγροί υδρογονάνθρακες απορρίπτονται για κλασματικό διαχωρισμό σε μια αποστακτική στήλη. Η οπτάνθρακα εισέρχεται στο τμήμα μηχανικής επεξεργασίας, όπου εκφορτώνεται, ταξινομείται και μεταφέρεται. Ένα πηγάδι τρυπιέται στο στρώμα του τελικού προϊόντος και τοποθετείται ένας υδραυλικός κόφτης σε αυτό. Τα ακροφύσια του λειτουργούν υπό πίεση έως και 20 MPa. Κομμάτια διαχωρισμένου οπτάνθρακα πέφτουν σε μια πλατφόρμα αποστράγγισης όπου αποστραγγίζεται το νερό. Το προϊόν στη συνέχεια συνθλίβεται σε μικρότερα κομμάτια και χωρίζεται σε κλάσματα. Στη συνέχεια, το κοκ μεταφέρεται στην αποθήκη.

Το βασικό διάγραμμα του υπερήχου φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Θάλαμοι οπτάνθρακα

Οι θάλαμοι είναι ένας αντιδραστήρας, ο οποίος αποτελεί τη βάση ολόκληρης της εγκατάστασης. Ο κύκλος λειτουργίας του θαλάμου είναι συνήθως 48 ώρες, ωστόσο τα τελευταία χρόνια έχουν σχεδιαστεί συσκευές υπερήχων που λειτουργούν σε λειτουργίες 18 και 36 ωρών.

Ένας κύκλος λειτουργίας αντιδραστήρα αποτελείται από τις ακόλουθες λειτουργίες:

• φόρτωση πρώτων υλών, διαδικασία οπτανθρακοποίησης (1 ημέρα);
• έκπτωση (1/2 ώρα);
• υδροθερμική επεξεργασία (2,5 ώρες);
• υδρόψυξη του προϊόντος, αφαίρεση νερού (4 ώρες);
• ξεφόρτωση προϊόντος (5 ώρες);
• στεγανοποίηση φρεατίων, δοκιμή πίεσης με ζεστό ατμό (2 ώρες);
• θέρμανση με ατμούς λαδιού, μετάβαση σε κύκλο εργασίας (3 ώρες).

Σχέδιο

Το έργο της μονάδας καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης αναπτύσσεται με την ακόλουθη σειρά:

• προσδιορισμός της απαιτούμενης παραγωγικότητας, t/έτος;
• ανάλυση βάσης πόρων;
• συντάσσοντας μια θεωρητική ισορροπία υλικών της διαδικασίας οπτάνθρακα για διάφορους τύπους πρώτων υλών,
• προσδιορισμός των κύριων ροών υλικών;
• ανάπτυξη της ιδέας εγκατάστασης;
• αιτιολόγηση για το μέγεθος και τον αριθμό των αντιδραστήρων;
• καθορισμός της διάρκειας πλήρωσης ενός θαλάμου με οπτάνθρακα και υδραυλικός υπολογισμός του, κατάρτιση χρονοδιαγράμματος για τη λειτουργία του αντιδραστήρα,
• υπολογισμοί του φορτίου θερμοκρασίας στον θάλαμο;
• υπολογισμός θαλάμων μεταφοράς και ακτινοβολίας;
• ανάπτυξη διάταξης γραμμής παραγωγής;
• τεχνολογικοί υπολογισμοί άλλου κύριου εξοπλισμού (στηλών απόσταξης, φούρνοι, ψυγεία κ.λπ.);
• ανάπτυξη συστήματος παρακολούθησης και ελέγχου, επιλογή εργαλείων αυτοματισμού,
• περιγραφή των συστημάτων προστασίας έκτακτης ανάγκης;
• ανάπτυξη περιβαλλοντικών πτυχών και μέτρων ασφαλείας;
• καθορισμός οικονομικών δεικτών (κεφαλαιουχικό κόστος, αριθμός προσωπικού εξυπηρέτησης, μισθοδοσία,κόστος παραγωγής πρώτων υλών και βοηθητικών υλών, ετήσια οικονομική επίδραση, κοστολόγηση προϊόντων).

Ο υπολογισμός της χωρητικότητας της μονάδας καθυστερημένης οπτανθρακοποίησης σε ετήσια βάση γίνεται σύμφωνα με τον τύπο:

N=P x t, όπου P είναι η χωρητικότητα της μονάδας, t/ημέρα;

t είναι ο αριθμός των εργάσιμων ημερών σε ένα έτος.

Η παραγωγή προϊόντος σε φυσικούς όρους σύμφωνα με τη βάση και τις επιλογές σχεδίασης καθορίζεται με βάση την ισορροπία υλικών της εγκατάστασης.