НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

ТЕРМОДЕСТРУКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Назначение, варианты, состав установки

Висбрекинг — процесс однократного термического крекинга тяжелого остаточного сырья, проводимый в мягких условиях. Типичное сырье висбрекинга — мазуты, получаемые при атмосферной перегонке нефтей, или вакуумные гудроны. Восприимчивость гудрона к висбрекингу тем выше, чем ниже температура его размягчения и чем меньше асфальтенов, нерастворимых в н-пентане.

Висбрекинг проводится для производства преимущественно жидкого котельного топлива пониженной по сравнению с сырьем вязкости (вариант I), либо с целью производства в повышенных количествах газойля — сырья для установок гидрокрекинга и каталитического крекинга (вариант II). В обоих вариантах побочными легкими продуктами являются газы и бензиновые фракции, выход которых обычно не превышает 3 и 8% (масс.) на сырье. Проведение процесса в более жестких условиях, что оценивается по выходу бензина, может приводить к нестабильности топлив, получаемых смешением остаточного продукта висбрекинга с другими компонентами тяжелого жидкого котельного топлива. Нестабильное топливо расслаивается, в нем образуется осадок.

При проведении висбрекинга по варианту I характерно следующее:

В результате висбрекинга гудронов значительно сокращается расход маловязкого дистиллятного разбавителя при приготовлении котельного топлива. Содержание тяжелых бензиновых фракций в остаточном продукте висбрекинга ограничивают, учитывая необходимость получения топлива с достаточно высокой температурой вспышки.

При проведении висбрекинга по варианту II установка дополняется вакуумной секцией, предназначаемой для выделения из висбрекинг-мазута вакуумного газойля. В результате процесса потенциальное содержание вакуумного газойля в сырье повышается на 25—40% (об.).

На некоторых заводах часть тяжелого остатка, получаемого по варианту II и являющегося нижним продуктом вакуумной колонны, используется как топливо на самих заводах, а избыток после разбавления маловязким продуктом, например каталитическим газойлем, направляется в резервуар товарного мазута нормированной вязкости.

Для висбрекинга гудронов условия процесса такие: температура 460—500°С; давление 1,4—3,5 МПа. Длительность пребывания сырья в зоне реакции определяется с помощью уравнения скорости реакции первого порядка. Требуемый объем реакционной зоны, т. е. того участка змеевика, где температура сырья превышает 399°С, составляет 3,6—4,8 м 3 на каждые 1000 м 3 перерабатываемого жидкого сырья в сутки.

Теплота реакции термического крекинга

Процесс висбрекинга протекает с поглощением тепла; теплоты эндотермических реакций неглубокой формы термического крекинга разных образцов сырья на 1 кг бензина с концом кипения 225°С приведены ниже:

Характеристики сырья и продуктов висбрекинга

Октановое число бензиновой фракции висбрекинга находится в пределах от 58 до 68 (моторный метод, без присадки). Содержание серы в бензиновых и керосиновых фракциях существенно ниже, чем в сырье; однако эти фракции обычно нуждаются в очистке. Например, подвергая висбрекингу мазут [мол. масса 407, плотность 938,5 кг/м 3 ; содержание серы 1,81 % (масс.), коксуемость 5,0 %], самотлорской нефти, получали бензин и керосин, содержащие до очистки 0,7 и 1,0 % (масс.) серы.

Технологические схемы висбрекинга

Висбрекинг-установка с реакционной камерой

Горячий мазут, поступающий с нефтеперегонной установки, подается насосом 1 в змеевик печи 2. По выходе из печи сырье подвергается висбрекингу в реакционной камере 3 (реакторе), работающей при давлении около 1,7 МПа. Полученная смесь продуктов, пройдя редукционный клапан 4, направляется далее в фракционирующую колонну 8. До входа в колонну смесь охлаждается за счет подачи в линию холодного газойля, нагнетаемого насосом 7, через теплообменник 6. Остальная часть охлажденного газойля (рециркулят) возвращается этим же насосом в среднюю зону колонны 8. Балансовое количество газойля отводится с установки через холодильник 5.

Для конденсации бензиновых паров и охлаждения газов, выходящих из колонны 8 сверху, служит аппарат воздушного охлаждения 11. После него смесь проходит водяной холодильник 12. В горизонтальном сепараторе 13 (он же сборник орошения) жирные газы отделяются от нестабильного бензина. Часть бензина подается насосом 14 на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения; остальное количество отводится с установки.

Легкая керосиновая фракция отбирается из колонны с промежуточной тарелки и насосом 10 выводится с установки. На некоторых установках эта фракция предварительно продувается водяным паром в выносной отпарной колонне.

Описанная установка является частью комбинированной установки, и с низа колонны 8 остаток — утяжеленный висбрекинг-мазут — направляется насосом 9 в вакуумную ступень.

Висбрекинг-установка с сокинг-секцией

Такая установка отличается от рассмотренной выше главным образом тем, что процесс висбрекинга в ней осуществляется в обогреваемом змеевике внутри печи. Поэтому ниже рассматривается только нагревательно-реакторная печь.

В левой топочной камере вдоль боковых стен и у потолка расположены нагревательные радиантные трубы, а в правой топочной камере — радиантные трубы сокинг-секции, с регулируемым, но самостоятельным подводом тепла в эту секцию. Уходящие из топочных камер I и III дымовые газы поступают через проемы внизу внутренних стен в конвекционную камеру II. Здесь восходящий поток дымовых газов охлаждается, отдавая тепло на нагрев сырья (при наличии для него конвекционного змеевика), испарение воды и перегрев водяного пара при размещении в камере трубчатых элементов парового котла-утилизатора или пароперегревателя.

Длительность пребывания сырья в сокинг-секции зависит от его расхода (подачи в змеевик печи), давления на участке паро- и газообразования, а также от расхода водяного пара, вводимого в радиантные трубы. Для подавления реакций смесь, выходящая из сокинг-секции, охлаждается путем ввода в нее рециркулирующей жидкости.

Печь оснащена контрольно-измерительными приборами и регуляторами, такими, как: указатели температуры (УТ) стенок радиантных труб; регулятор температуры (РТ) сырья при выходе его из нагревательного змеевика; регулятор температуры продуктов висбрекинга при выходе их из сокинг-секции; регулятор давления (РД) на выводной линии.

Эти значения приемлемы при одностороннем факельном облучении труб, располагаемых у потолка и стен с шагом, равным двум диаметрам.

Источник

Расчет печи и сокинг камеры установки висбрекинга

Анализ процесса снижения вязкости тяжелых нефтяных остатков – висбрекинга. Расчеты печи и реакционной камеры. Определение полезной тепловой нагрузки. Коэффициент полезного действия печи. Тепловой баланс реакционной камеры, ее геометрические размеры.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

по дисциплине: Высокотемпературные процессы химической технологии (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Расчет печи и сокинг камеры установки висбрекинга

Автор: студент группы / Герасимов А.А./

Страниц __, таблиц 9, рисунков 3.

1. Введение

ОАО «Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт», Россия К.х.н. Сыркин А.М.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

ВЫНОСНЫЕ РЕАКЦИОННЫЕ КАМЕРЫ ПРОЦЕССА ВИСБРЕКИНГА

В 1980-е годы все большее распространение получили установки висбрекинга с реакционной камерой, что позволило снизить глубину превращения сырья в реакционном змеевике и довести её до нужной глубины в камере при более низкой температуре.

Первые установки висбрекинга с выносной реакционной камерой в нефтепереработке стали применяться с 1962 года [1]. Разработчиком этого процесса являлась фирма Shell, лицензиар и разработчик процесса по технологии Shell – фирма Lummus Crest Inc.

Выносная реакционная камера позволяет снизить температуру процесса на 40-50 0 С и увеличить в 2-3 раза пробег установки висбрекинга 5. Процесс висбрекинга с реакционной камерой осуществляется при более низкой температуре и большем времени пребывания сырья в зоне реакции, чем печной вариант процесса. Температура в зоне реакции составляет около 450°С, время пребывания сырья 10-15 мин.

Особенность выносного реактора заключается в том, что его размеры оптимизированы по времени пребывания сырья с учетом гидравлических характеристик двухфазного газопродуктового потока, проходящего через реактор.

Висбрекинг с реакционной камерой обладает тем преимуществом, что его производительность среди установок висбрекинга наибольшая при наименьшей стоимости. Печные установки висбрекинга также можно реконструировать в установки с реакционной камерой.

Эти решения обусловили технико-экономическую целесообразность строительства установок висбрекинга с реакционной камерой [5].

В отличие от привычных реакционных камер, применяемых на установках термического крекинга, когда продукты реакции проходят сверху вниз, в сокинг-камере висбрекинга принят восходящий поток. Это позволяет значительно увеличить время пребывания жидкой фазы в зоне реакции и приводит к углублению степени превращения исходного сырья. Камера заполнена парожидкостной смесью. Доля жидкости составляет 40-80%, размеры пузырьков пара 3-15 мм.

Процесс висбрекинга с реакционной камерой по сравнению с печным имеет следующие преимущества [4]: снижение капитальных затрат на 10-15%, меньший размер печи, меньшие размеры оборудования для утилизации тепла дымовых газов, более низкий перепад давления в печи, меньший расход топлива, большие выходы и лучшая селективность, большая длительность межремонтного пробега (до 1 года), время работы установки на поток 330 дней, меньшая чувствительность к авариям, меньшее количество пара от утилизации тепла.

Одним из решающих преимуществ, определяющих интенсивное внедрение процесса висбрекинга с реакционной камерой, является уменьшение энергетических затрат.

При применении сокинг-камеры колебания режима процесса меньше влияют на результаты висбрекинга.

Это различие имеет большое практическое значение, так как большая чувствительность степени превращения к изменению температуры на выходе из печи может в отдельных случаях явиться причиной недостаточной стабильности остатка висбрекинга.

Газодинамический режим работы реакционной камеры с восходящим потоком был изучен в ГрозНИИ на «холодной» модели [4]. Модель представляла собой трубчатый аппарат диаметром 50 мм, высотой 1 м, разделенный с помощью специальных фланцевых соединений на отдельные секции.

Эксперименты по изучению газодинамики восходящего потока проводились с применением в качестве контактирующих сред воды и воздуха, в известной мере моделирующих по плотности агенты в промышленном аппарате. Соотношение воздух : вода моделировало случаи, имеющие место на практике и составляло от 20 : 80 до 80 : 20 по объему. Замер объемных количеств воды и воздуха выполнялся ротаметрами. Одновременно, контроль расхода жидкости проводился с помощью мерного бачка, а воздуха – газовыми часами ГСБ-400. Подача воздуха через движущийся слой жидкости по высоте осуществлялась пропорционально величине столба жидкости за счет калиброванных отверстий. Ротаметром типа РМ замерялся расход газа в каждую из точек по высоте аппарата по разности показаний прибора при прекращении подачи воздуха в одну из них. Наблюдение за гидродинамическим режимом работы модели осуществлялось визуально, а также путем фотографирования потока. Анализ фотограмм показал, что даже при достаточно тонком распыле газовой фазы в движущемся жидкостном потоке образуются пузыри, которые винтообразно движутся в модели вверх с колебанием от центральной оси на 15-20 мм. При всплывании мелкие пузырьки сливаются в более крупные размером до 2 см в диаметре. При отдельных режимах пузыри могут сливаться в линзообразные полости, которые занимают большую часть по сечению аппарата.

Было установлено, что с уменьшением скорости движения жидкости увеличивается неравномерность потока, повышается вероятность слияния пузырей в линзы, уменьшается влияние точности распределения потока на входе, повышается вероятность образования центрального газового ядра.

Полученные значения плотности потока и объема, занимаемого воздухом, находящегося в пузырях хорошо согласовались с величиной плотности газожидкостной смеси, полученной из уравнения плотности потока. Скорость движения пузырей, замеренная на «холодной» модели экспериментально, хорошо согласовалась с данными [6] и в дальнейшем принималась 25 см/с. Расчетная скорость газа в свободном сечении при этом совпадала со скоростью движения жидкой фазы и составляла 0,03 – 0,027 м/с.

При такой скорости обеспечивалось требуемое время пребывания жидкой фазы в рассматриваемом реакционном аппарате.

С точки зрения надежности работы полого жидкофазного реактора, целесообразен вариант, когда по центру аппарата проходит основная часть паровой фазы, а отсепарированная жидкость движется по винтовой линии восходящим потоком. В этом случае режим работы аппарата будет близок к режиму гидроциклона.

Учитывая выявленную в стендовых условиях неравномерность движения газожидкостного потока и имеющиеся данные о положительном влиянии секционирования прямоточного аппарата, в ГрозНИИ были испытаны на стенде пилотной установки решетки с различной степенью перфорации [4]. Было отмечено, что решетки стабилизируют поток в пределах одной секции. Увеличение числа решеток в соответствии с общими принципами способствует улучшению гидродинамического режима работы прямоточного аппарата с восходящим газожидкостным потоком.

Проведенные в ГрозНИИ на «холодной» модели опыты показали, что при изменении перфорации от 10 до 3 % она не оказывает существенного влияния на структуру потока, обеспечивая однако значительно большую равномерность слоя по секциям и исключая практически полностью межсекционное перемешивание.

Для создания больших скоростей в отверстиях решетки, «смывающих» возможные коксосмолистые отложения, специалисты ГрозНИИ рекомендуют использовать решетки с перфорацией 10 % (в нижней части) и отверстия диаметром 30-50 мм, равномерно расположенные по сечению. Всего в аппарате целесообразно по высоте установить 9-10 решеток с учетом имеющего место разложения и увеличения количества паровой фазы по высоте аппарата. Целесообразно перфорацию решеток принять увеличивающейся по высоте.

В настоящее время на установках висбрекинга применяются различные конструкции реакционных камер, которые постоянно совершенствуются.

В конструкции выносной реакционной камеры, разработанной специалистами ГрозНИИ, эллиптические днища были заменены на конусные с углом при вершине 30 и 45 0 со стабилизацией потока за счет использования решеток.

Выносная реакционная камера с восходящим потоком сырья конструкции фирмы «Shell» имеет форму адиабатического аппарата, оснащенного перфорированными тарелками. Реакционные камеры фирмы «Shell» принципиально отличаются от их первых конструкций, применявшихся на установках висбрекинга и термокрекинга в 1970-1980-е годы тем, что [7]:

— рассчитаны на переработку более тяжелого сырья;

— сырье подается в нижнюю, а не верхнюю часть камеры;

— крекинг проходит в жидкой фазе.

Основной недостаток реакционной камеры фирмы «Shell» с восходящим потоком сырья заключается в том, что в ней присутствуют большие застойные зоны, где происходит коксообразование. Это приводит к необходимости частых очисток выносных реакционных камер от коксовых отложений и, как следствие, к снижению производительности установки висбрекинга.

Специалистами ГУП «ИНХП РБ» в плане развития технологии висбрекинга с выносной реакционной камерой, имеющей восходящий поток сырья, разработаны новые конструкции реакционных камер, в частности, змеевиковый реактор, представляющий собой три последовательно связанных полых цилиндра диаметром 900 мм и высотой 14м [7].

Более совершенной является конструкция реакционных камер, разработанная в ГУП «ИНХП РБ», в которой для повышения эффективности процесса термического крекинга заложен принцип разделения объема камеры на однородные по сечению зоны. Это обеспечивает равновеликие скорости движения реакционной массы по всему аппарату и способствует снижению до минимума степени коксообразования на их стенках за счет полного отсутствия застойных зон.

Предлагаемые ГУП «ИНХП РБ» конструкции выносных реакционных камер более компактны и обеспечивают режим «идеального вытеснения», исключающий образование застойных зон. Эта конструкция реакционной камеры обеспечивает постоянство времени пребывания реакционной массы в системе «печь + выносная реакционная камера» и создает условия для непрерывного термического превращения сырья при благоприятных режимах переработки и в печи, и в реакционной камере [7].

Это обстоятельство имеет большое значение для достижения оптимального осуществления процесса висбрекинга, когда максимальная величина коэффициента снижения вязкости гудрона относительно остатка висбрекинга достигается только при определенной степени превращения сырья, определяемой по выходу газа и бензина висбрекинга/

Данная конструкция реакционной камеры рекомендуется к внедрению на вновь строящихся и реконструируемых установках висбрекинга и реконструируемых установках термокрекинга.

1.Ахмадова Х.Х., Сыркин А.М., Садулаева А.С. Роль висбрекинга в углублении переработки нефти // Инновации в науке: материалы международной заочной научно-практической конференции. Часть 1 (11 апреля 2012г.). Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. – С.76-83.

2. Хаджиев С.Н. Создание современных технологий глубокой комплексной и безотходной переработки нефти./ С.Н. Хаджиев // Перспективные процессы и катализаторы нефтепереработки и нефтехимии: сб. научных статей / ГрозНИИ.- 1990.- Вып.43. – С.5-15.

3. Техническая записка. Реконструкция блока висбрекинга на Павлодарском НПЗ под процесс «низкотемпературного висбрекинга. Грозный.-1986.- С.25.

5.Ахмадова Х.Х., Сыркин А.М., Махмудова Л.Ш. Становление и развитие процесса висбрекинга тяжелого углеводородного сырья. М.: Химия, 2008.- 208 с.

Источник