Оптимизация процесса термического крекинга на предприятии «Сызранский НПЗ

метки: Процесс, Крекинг, Термический, Технологический, Сырье, Температура, Выход, Приложение

Нефтепереработка основана на неких проевращениях нефти, а также ее фракции в пригодную для дальнейшего использования. Данное производство предоставляется в виде сложной системы, на которой физические и химикотехнологические процессы и операции содержут в себе подготовку сырья, а также первичную и вторичную переработку ее.

Самые первые установки первичной переработки нефти были соответственно сформированы в виде кубов периодического действия. В данной установке целевым продуктом являлся, всеми нами известный осветительный керосин. А другие продукты, которые были получены параллельно – сжигались. Одним из способов переработки является термический крекинг.

В данной работе мы рассматриваем установку ТК-3 (термического крекинга).

Установка ТК-3 ее фракция заключается в переработке смесей гудрона с тяжелым каталитическим газойлем и тяжелыми нефтяным дистиллятом. Сырье данной установки является остатки первичной перегонки нефти – гудрон, тяжелые газойли каталитического крекинга, обезвоженный нефтеловушечный продукт. Процесс висбрекинга протекает при давлении не больше 50 кгс/см и температуре не более 500 градусов цельсия и значительном пребывании сырья в зоне реакции.

До сих пор многие промышленные предприятия ищут способы улучшения качества и количественного получения продукции при термическом крекинге, так как значительная часть продукции все же теряется, по этому наша тема является без сомнения актуальной и на сегодняшней день.

Цель данной выпускной квалификационной работы – это «Оптимизация процесса термического крекинга на Сызранском НПЗ».

Для достижения поставленной цели, были отмечены следующие задачи данной бакалаврской работы: Изучить и рассмотреть литературный образ по вышеуказанной теме исследования; Проанализировать теоретические основы процесса термического крекинга; Рассмотреть и описать технологическую схему ТК-3; Предложить технологические решение оптимизации установки ТК-3 на СызранскомНПЗ; Изучить физико-химические основы данного технологического процесса; Изучить химизм процесса и основные реакции технологической установки ТК-3; Сделать материальный расчет реакционного блока ТК-3 и тепловой баланс реакционной камеры ТК-3; Сделать соответствующие выводы по проделанной работе.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Теоретические основы термического крекинга

К так таковым термическим процессам именно вторичной переработки нефти относится следующее:

• термический крекинг нефтяных остатков под высоким давлением;
• термический крекинг нефтяных остатков при атмосферном давлении (коксование);
• пиролиз жидкого и газообразного сырья.

Вышеуказанные процессы характеризуются значительно высоки температурами, а именно от 450 до 1200 ˚С, так же стоит отметить, что направленность их вариабельна, то есть различна. Итак, первая из указанных видов процесса- это термический крекинг под давлением, используется для относительно легких видов сырья (мазутов прямой перегонки, вакуумных газойлей), следует отметить, что он проводится под давлением от 2 до 4 МПа, температуре 450-510 ˚С именно с целью производства газа и жидких продуктов (в частности бензиновых фракций).

Процессы первичной переработки нефти

... Поэтому, установки первичной переработки нефти носят названия АВТ - атмосферно-вакуумные трубчатки. Смысл процесса довольно прост. Как и все другие соединения, нефть преимущественно содержит ... битума. В последнее время нефть перерабатывается на комбиниро­ванных установках, сочетающих процессы первичной перегонки нефти с термическими и каталитическими процессами. Комби­нированные установки требуют ...

Данный процесс со временем утратил свое значения благодаря развитию такого процесса, как каталитический крекинг.

На сегодняшней день термический крекинг все еще сохранился для переработке тяжелых нефтяных остатков вакуумной перегонки и направлен преимущественно на получение котельного топлива за счет снижения вязкости исходного сырья. При этом так же получается некоторое количество газа и бензиновых фракций. Остальные фракции сохраняются в составе остаточного продукта. Эта разновидность термического крекинга носит название висбрекинг и проводится в мягких условиях (температура 450-470 ˚С, давление 2-2.5 МПа).

Степень конверсии сырья при этом не глубокая [10, c.5].

1.2 Технологическая установка ТК-3

Установка термического крекинга ТК-3 в значительной степени предназначена именно для переработке смесей гудрона с тяжелым каталитическим газойлем и тяжелых дистиллятов.

С целью предотвращения высокотемпературной коррозии предусматривается возможность использования ингибитора коррозии.

А так же для снижения сероводорода в крекинг остатке возможно применение сероводорода.

производились в специализированном программном обеспечении

HYSYS (Aspentech) на основании д

соответствии с чертежами компании GTC.

недоступных в открытых источниках.

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/bakalavrskaya/tehnologicheskiy-protsess-termicheskogo-krekinga/

фазы.

• 3 и К-4 представлены в Таблице 8.2.

Необходимо обратить внимание на низкие нагрузки по жидкости

в колонне К-3 особенно на нижних тарелках на установке ТК-3 –

возможно частичное обсыхание или даже

увеличению вязкости остатка.

Также при увеличении производительности до 100% возможно

повышение пер контролировать перепад давления по колонне при работе на 100%

производительности и ограничивать температуру сырья колонны из

куба К-2.

1.3 Каталитическая депарафинизация

Процесс каталитической депарафинизации, который углубляет переработку нефти, востребован для получения дизельных топлив c улучшенными низкотемпературными свойствами.

В процессе каталитической депарафинизации происходит уменьшение количества н-парафиновых углеводородов в дизельной фракции, за счет их избирательного гидрокрекинга на цеолитном катализаторе с преобразованием в более низкокипящие компоненты, такие как газ и бензин [1].

Основное направление развития процесса каталитической депарафинизации связано с разработкой и внедрением новых процессов, выбором оптимальных схем процессов, зависящих от состава сырья и количества в нем серу- и азосотдержащих соединений [23], разработкой новых высокоактивных и селективных катализаторов, а также продлением срока их службы.

Депарафинизация нефтяного сырья

... процессе депарафинизации, должен: при температуре процесса растворять жидкие и не растворять твердые углеводороды сырья; обеспечивать минимальную разность между температурами депарафинизации ... содержания циклических углеводородов в смеси с парафинами, и чем больше концентрация таких углеводородов ... выкипания фракции. В низкокипящих масляных фракциях нефти содержатся в основном твердые парафиновые ...

Важнейшие характеристики дизельного топлива, которые обеспечиваютхорошую работу двигателя при низких температурах, это низкотемпературные свойства. Они зависят от химического состава топлива: температура помутнения, предельная температура фильтруемости, температура застывания. Температура помутнения на прямую зависит от распределения н-парафиновых углеводородов по молекулярным массам и соотношений их с углеводородами изостроения, низкокипящими нормальными парафинами С10–С15 и ароматическими углеводородами, являющиеся растворителями.

В работе [24] показано, если увеличить суммарное содержание твердых углеводородов в летнем дизельном топливе с 5 до 30 % мас. температура застывания повысится с — С до — 2°С. В зимнем и арктическом дизельном топливе даже малое количество нормальных парафинов С15-C18 (2 % мас.) заметно увеличивает температуру помутнения и незначительно сказывается на температуре застывания и предельной температуре фильтруемости.

1.4 Физико-химические основы процесса

На процесс каталитической депарафинизации влияние оказывает ряд факторов: температура, расход сырья, расход водородсодержащего газа, состав сырья. Рассмотрим влияние каждого из них на процесс.

Влияние температуры на процесс депарафинизации дизельного топлива представлено на рис. 1-5.

Рисунок 1 — Зависимость степени превращения н-парафинов С10-С27 от

температуры.

С увеличивается степень превращения высокомолекулярных парафинов нормального строения на 50,8% — от 32,0 до 83,0%.

Рисунок 2 — Зависимость выхода н-парафинов С5-С9 от температуры

С выход парафинов нормального строения увеличивается примерно на 0,45% от 2,0% до 2,45%. Увеличение же темп С влечет за собой снижение выхода н-парафинов, это связанно с возрастающей скоростью реакции крекинга парафинов с образованием газов.

Рисунок 3 — Зависимость выхода олефинов от температуры

При повышении температуры, выход олефинов, изопарафинов, нафтенов и сероводорода возрастает.

Рисунок 4 — Зависимость выхода и-парафинов и нафтенов от

температуры.

Рисунок 5 — Зависимость выхода сероводорода от температуры

Увеличение температуры в реакторе депарафинизации приводит к тому, что скорость реакции гидрокрекинга высокомолекулярных парафинов нормального строения повышается, и увеличивается степень их конверсии, что приводит к росту числа низкомолекулярных н-парафинов и олефинов в продукте депарафинизации, а также увеличению выхода и-парафинов и нафтенов. Так как реакция гидрокрекинга и гидроизомеризации протекают через стадии образования, изомеризации и гидрирования олефинов, повышение температуры влечет за собой увеличение количества олефинов в реакционной смеси, а также повышение скорости их взаимодействия с сероводородом на катализаторе депарафинизации. В результате реакции образуются меркаптаны, которые в свою очередь гидрируются на катализаторе гидроочистки и образуют сероводород.

Гидрокрекинг нефтяного сырья

... парафинов. Реакции ароматизации и поликонденсации до кокса, протекающие при каталитическом крекинге, в процессах гидрокрекинга, проводимых при высоком давлении водорода и пониженных температурах, ... по сравнению с исходным сырьем, очищенных от гетероатомов, не содержащих олефинов, но менее ароматизированных, чем при каталитическом крекинге. Результаты гидрокрекинга (материальный баланс и ...

Таким образом, при увеличении температуры увеличивается степень превращения н-парафинов С10-С27, но и увеличивается образование сероводорода.

Влияние расхода исходной углеводородной фракции и водородсодержащего газа (ВСГ) на процесс депарафинизации представлен на рис. 6-10.

Увеличение расхода сырья приводит к уменьшению степени превращения олефинов. Это объясняется повышением объемной скорости подачи сырья, что ведет к уменьшению времени контакта сырья и катализатора.

Выход сероводорода снижается, при увеличении расхода сырья из-за уменьшения контакта катализатора и сырья.

Рисунок 6 — Зависимость степени превращения н-парафинов С10-С27 от

расхода сырья.

Рисунок 7 — Зависимость выхода сероводорода от расхода сырья

Степень превращения высокомолекулярных н-парафинов увеличивается, при увеличении расхода ВСГ в реакторе депарафинизации. Так как водород является ключевым реагентом в процессе каталитической депарафинизации реакциях гидрокрекинга и гидроизомеризации при увеличении расхода водород содержащих газов, гидрокрекинг проходит с увеличенной конверсией.

Рисунок 8 — Зависимость степени превращения н-парафинов С10-С27 от

расхода ВСГ

Нормальные парафины С5-С9 и олефины вступают в реакции дегидрирования и гидрирования, и в то же время они являются промежуточными продуктами реакций гидрокрекинга и гидроизомеризации, следовательно, их выход практически не меняется при увеличении расхода ВСГ в реакторе депарафинизации (рис. 9).

Выход сероводорода снижается, при повышении расхода ВСГ в реакторе депарафинизации. Это происходит за счет незначительного снижения содержания олефинов в ходе реакций их изомеризации и гидрирования.

Рисунок 9 — Зависимость выхода н-парафинов С5-С9 и олефинов от

расхода ВСГ

Рисунок 10 — Зависимость выхода сероводорода от расхода ВСГ

При переработке сырья, в котором содержится большое количество нпарафинов С10-С27, повышение температуры выше оптимальной приводит к уменьшению выхода дизельных фракций. Таким образом, увеличение температуры выше оптимальной не целесообразной. [24]

1.5 Катализаторы процесса

Процесс проводят на бифункциональных катализаторах, в их составе находится металл, который выполняет гидрирующую функцию, а также носитель цеолит или цеолитоподобные структуры, которые являются кислотными центрами катализатора. Он обеспечивает функцию избирательного гидрокрекинга парафинов нормального строения [22].

Также структурированные мезопористые алюмосиликаты, являются перспективными компонентами катализаторов [6].

Например, катализатор на основе мезопористых молекулярных сит типа AlSBA-15 (PtMo/AlSBA-15) проявляет лучшую активность в сравнении с платиновым катализатором на основе SiO2Al2O3[26].

В последнее десятилетиевпроцессах гидроконверсии н-парафинов были изучены мезопористые молекулярныесита, такие как ZSM-5, ZSM-23, ZSM22,SAPO-11, MCM-22, BEA, МСМ-41 [26].

Впроцессахгидроизомеризации распространены катализаторыпревращения н-парафиновосновой которых, являютсявысококремнеземные цеолиты ZSM,обладающие ярковыраженнымимолекулярно-ситовыми свойствами.

Введение платины (Pt 0,5 % мас.) на пористый носитель наоснове цеолита SAPO-11, (Pt/SAPO-11) помогает повысить конверсию н-додекана и улучшить каталитическую активность,а также снизить выход продуктов крекинга, это объясняется наличием иерархической пористости и благоприятно влияет надоступ реагентовнаактивныецентры катализатора [9].

Висбрекинг нефтяного сырья

... висбрекинга Висбрекинг - особая разновидность термического крекинга, термодеструктивный процесс превращения тяжелого нефтяного сырья в жидкие, газообразные и твердые продукты. Сырьем ... гудронов (особенно глубоковакуумной перегонки) с высоким содержанием асфальто - смолистых веществ, металлов и ... переработки гудронов - это висбрекинг с целью снижения вязкости, что уменьшает расход разбавителя на 20 ...

Приэтомкаталитическая активность SAPO-11 катализаторов, уменьшается в порядкеPt/SAPO-11 >Pd/SAPO-11 >Ni/SAPO-11 >Ru/SAPO-11 что объясняется разнойгидрирующейдегидрирующейспособностьюэтихметаллов [27].

Оптимальной активности и стабильности алюмосиликатный катализатор достигается при содержании Pt 0,2 % мас., приt=250 ºC и составе катализатора 12 % Ni, 10 % W и 0,2 % Pt. Степень конверсии в процессе гидроизомеризации н-декана составила 47 %.

В России в качестве катализатора процесса депарафинизации дизельного топлива применяется катализатор селективного гидрокрекинга СГК-1, составом: оксидалюминия — 12,5–27,7 %;оксид магния — 2,0–5,0 %; оксид кальция; оксид бора; гидрирующий компонент — 0,9–15,1 % и цеолит НЦВМ. Также разработанкатализатор депарафинизации ДЕП на основе цеолита ЦВМ, составом:оксид кремния — 62,8–63,8 %, оксид алюминия 26,5–28,2 %, оксид молибдена — 5,0–6,0 % и промотора (Zn2+и La 2+ ) 1,3–3,0 %. Данный катализатор помогает получить продукт, сопоставимый с продуктом, который получается при использовании катализатора СГК-1,но при более низкой температуре и с более высоким выходом дизельнойфракции (90,1 %), предельная температура фильтруемости дизельной фракциисоставляет -38 °С.Крометого, предложенасистемакатализаторов (гидроочистки 70 % АГКД-400 марок БК и БН идепарафинизации ДЕП 30 %) для получения дизельного топлива для холодногои арктического климата, которая соответствует современным требованиям.

1.6 Механизм процесса

Каталитическая депарафинизация осуществляется бифункциональных цеолитных катализаторах в составе которых есть никель. На них проходит селективныйгидрокрекингвысокомолекулярныхпарафиновнормальногоислаб оразветвленногостроенияспоследующейгидроизомеризацией. На металлических центрах катализатора проходит гидрирование идегидририрование, а накислотныхцентрах — изомеризация [11].

Механизм реакций на катализаторе состоит из нескольких стадий. Сначаланаметаллическихцентрах проходит дегидрирование с образованием промежуточных олефинов:

CH3 CH3

H2 H2 M

R C C С CH3 R C C C CH3 + H2

H H H H

Олефины быстроприсоединяютпротонынакислотныхцентрах, образуя при этом карбениевые ионы. После этого протекает ряд реакций изомеризации и образуются более стабильные третичные карбениевые ионы:

CH3 CH3

K H2 H2

R C C C CH3 R C C С CH3

H H H

Затем крекинг до парафинов:

CH3 CH3

H2 H2

R C C C CH3 R CH2 + H2C C CH3

Карбениевый ион отдает протон и образует промежуточный олефиновый продукт:

CH3 CH3

H2 +

H3C C С CH2 + R` C C R` H3C C C CH3

H H H

H H2

R` C C R+

Он гидрируется на металлических центрах или непосредственноотнимает ион водорода у компонента сырья с образованием парафина идесорбцией с поверхности катализатора [12]:

Оборудования для мойки сырья и тары

... (3000-6000 бут./час) и высокой (12 000-24 000 бут./час) производительности. Кроме того, эти машины выпускаются унифицированными и специализированными. Глава 2. Оборудование для мойки сырья 2.1 Машины с мягким ... где продолжается процесс разрушения и отделения загрязнений от сырья в результате трения плодов при их повороте вращающимися роликами конвейера. Сырье при выходе из ванны перед поступлением ...

CH3

CH3

M H2

H3C C C CH3 H3C C C CH3

H H2 H

где М и К — металлический и кислотный центр катализатора соответственно.

Механизм целевой реакции показывает,что селективность зависит отколичества водорода. Избыток водорода замедляет реакцию дегидрирования нормальных парафинов, а недостаток — смещает равновесие реакции всторону образования олефинов.

Поэтому, при разработке схемы превращенийуглеводородоввпроцесседепарафинизациинеобходимоучестьпро межуточные стадии образования и гидрирования олефинов с цельюисследования влияния расхода водородсодержащего газа на избирательность реакций гидрокрекинга и гидроизомеризации с применением модели процесса.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика сырья и его подготовка

В таблице 2.1 приведена подробнейшим образом характеристика сырья и его подготовка.

Таблица 2.1 – Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, полуфабрикатов, готовой продукции,

обращающихся в технологическом процессе № Наименование сырья, Номер государственного Показатели Норма Область применения п/ материалов, реагентов, или отраслевого стандарта, качества, п катализаторов, тех. усл. обязательные

изготовляемой продукции для проверки Сырье: 1 Нефтепродукт ловушечный 1. 1.Массовая доля

воды после

очистки, %, не 0,5

более отсутст.

П1-02 СД-074 2. 2.Содержание

ЮЛ-039 ВКЩ 2 Гудрон 1.Плотность при 970÷990

20˚С, кг/м3,

2.Вязкость

условная при

80˚С, с,

• сырье ТК-3, ТК 4, компонент СБ 20÷40

20/40 и топочного 35÷60

мазута

• сырье битумной 190

3.Температура

вспышки,

определяемая в

открытом тигле,

˚С, не ниже отсутст.

4.Содержание

водорастворимых

кислот и щелочей

• компонент

топочного мазута 3 Тяжелый вакуумный газойль 1.Коксуемость по

Конрадсону, % 0,3

масс., не более

2.Цвет, ед. ЦНТ, 5,5

не более

• сырье установок Не нормируется

ТК и компонент отсутст.

топочного мазута

3.Содержание

воды 4 Тяжелый газойль 1.Плотность при

каталитического крекинга 20˚С, кг/м3, не 905

ниже

2.Температура

вспышки,

определяемая в

открытом тигле,

˚С, не ниже 110

• для компонента

топочного мазута № Наименование сырья, Номер государственного или Показатели Норма Область применения п/ материалов, реагентов, отраслевого стандарта, тех. качества, п катализаторов, усл. обязательные для

изготовляемой продукции проверки Получаемые продукты: 5 Газ сухой установки ТК-4 1.Углеводородны Сырье сероочистки

й состав, % масс.: 26,0

• содержание С4, 5,0

не более

• содержание С5 и

выше, не более 6 Рефлюкс установок ТК-3, 1.Углеводород. Сырье ГФУ ТК-4 состав, %масс, 1,0

н/б: 30,0

• содержание ΣС2 не норм.

П1-02 СД-074 -содержание ΣС4

ЮЛ-039 -содержание ΣС5

и выше 7 Бензин установок ТК-3, ТК-4 1.Фракционный Сырье гидроочисток и ГФУ

Установка замедленного коксования

... производства нефтяного электродного кокса являются установки 2-го типа - замедленного коксования. Сырье замедленного коксования нагревается в трубчатой печи до 500С и направляются ... производительности УЗК различаются количеством и размерами коксовых камер, количеством и мощностью нагревательных печей. На установках первого поколения приняты печи шатрового типа и две или три камеры коксования ...

состав, ˚С, не 190

выше

• конец кипения выдерж.

2.Испытание на

медной пластинке 8 Топливо дизельное 1.Плотность при 860 Сырье гидроочистки установок ТК-3, ТК-4 20˚С, кг/м3, н/б не норм.

2.Температура

вспышки в

закрытом тигле, не норм.

˚С, не ниже 2,0

3.Температура

застывания, ˚С,

н/в

4.Цвет, ЦНТ, не

более 9 Крекинг – остаток установок 1.Вязкость Компонент топочного мазута ТК-3, ТК-4 условная, ВУ ˚Е,

не более 4,3

• при 100 ˚С 8-14
• при 80 ˚С

2.Температура

вспышки,

определяемая в

открытом тигле, 110

˚С, не ниже

• для марки М-100 Вспомогательные материалы: 1 Газ сухой очищенный П1-02 СД-081 1.Содержание Топливо для технологических

ЮЛ-039 сероводорода, % печей

масс., не более 0,004 2 Топливо газообразное (газ 1.Углеводородны сухой) й состав % масс.

• содержание 2,4

суммы С5, н/б

2.Содержание

водорода, № Наименование сырья, Номер государственного или Показатели Норма Область применения п/ материалов, реагентов, отраслевого стандарта, тех. качества, п катализаторов, усл. обязательные для

изготовляемой продукции проверки

н/б 3,0

3.Мех.примеси отсутст.

4.Содержание отсутст.

воды 3 Топливо жидкое 1.Плотность при 0,89-0,925

20˚С, г/см3 28-30

2.Тем-ра 90

застывания, ˚С, в

пределах

3.Тем-ра вспышки

в закр. Тигле, ˚С,

н/м 4 Азот технический Ааж-0,65 ПСН-30

1.Содержание 99,9 99,3

азота, % об.

2.Содержание — 0,5

кислорода, %, н/б

3.Влажность по — (-40)

точке росы, ˚С,

н/в Реагенты: 10 Едкий натр ГОСТ 2263 1.Массовая доля 44 При защелачивании готовится

гидроксида 46 раствор меньшей концентрации

натрия, % не Бесцветная или по инструкции РХ

менее окрашенная

• сорт высший жидкость.
• сорт первый Допускается

2.Внешний вид выкристаллизова

нный ппосадок

2.2 Технологическая схема установки термического

крекинга ТК-3 после переобвязки колонны и ее описание

В качестве сырья используют тяжелые нефтепродукты мазут и гудрон ЭЛОУ АВТ 5,6 в резервуар №13 и 14, тяжелый газойль каталитического крекинга в резервуар №109, нефтеловушечный продукт в резервуар №331,332.

Мазут с гудроном с резервуара №13,14 подается на прием сырьевого насоса Н-2а, Н-1а, Н-2 после чего происходит ряд теплообменников Т-1, Т-1а, Т-2, Т-2а, где сырье нагревается до 240˚С и поступает в ректификационную колонну К-3 на 20-тарелку.

Тяжелый газойль с резервуара №109 поступает на прием насоса Н-1 и подается №13,14 либо так же может подаваться в прием насоса для сырья Н-2а, Н-1а, Н-2. Нефтеловушечный продукт из резервуара №331,332 насосом Н-23 принимается на прием насоса Н-2а, Н-1а, Н-2.

В ректификационной колонне К-3 происходит процесс разделения сырья на фракции иначе говоря, отпарка легкой фракции. С низа колонны отпаренное сырье от легкой фракции отправляется на прием печного насоса Н-9,Н-9а и распределяется на 2 потока перед входом в технологическую печт П-1, где сырье нагревается до 485 ˚С и перетекает в реакционную камеру К-1, где происходит продолжение процесса термического крекинга. 2.3 Технологические решения по повышению производительности

Термический крекинг

... процесса термического крекинга, особенно тяжелых видов сырья, является незначительная конверсия и невысокий выход светлых нефтепродуктов, что связано с коксообразованием в змеевиках печи. Особое значение на установке термического крекинга имеют температуры выходов из печей, ...

(оптимизации) установки

Процесс термического крекинга включает в себя переработку тяжелых фракций, для дальнейшего получения высококачественной продукции согласно ГОСТу.

Весь имеющийся технологический процесс происходит при высокой температуре и при высоком давлении.

Сам термический крекинг начинается в технологической печи П-1, где сырье только начинает реагировать, то есть вступать в реакцию. Далее, нагретое сырье до температуры 485 ˚С отправляется в колонну пустотелую, для продолжения процесса разложения.

Проблема конструкции данной колонны заключалась в том, что сырье подаваемое сверху – вниз не успевала полностью прореагировать, в следствии мы получали невысокий выход светлых нефтепродуктов, и продукты крекинга были низкого качества, по сравнению после переобвязки данной колонны, тол есть ее оптимизации (модернизации).

Для достижения нашей цели, было предложено нами техническое изменение в конструкции К-1: сделать ввод сырья не сверху – вниз, а снизу – вверх, чтобы сырье больше задерживалось в данной колонне, и тем самым сам процесс крекинга происходил дольше, а выход светлых нефтепродуктов увеличился и само качество основного продукта – крекинг – остатка было больше.

1 установок висбрекинга ТК-3

(вход

снизу, выход сверху).

В приложении 3 Давление на входе составляет 9,4 атм.

В приложении 4

В приложении 5

выхода Д – 0.86.

Из приложения 5

происходит достаточно равномерно по высоте реактора.

Для иллюстрации распределения доли отгона по поперечному

сечению реактора в приложении 6 представлены профил

между кадрами составляет одну секунду.

0,795. В приложении 7

времени.

В приложении 8

Значения

диапазоне 0.68 – 0.69.

В приложении 9

времени.

В приложении 10 представлен профиль до

изменяются в диапазоне 0.83 – 0.84.

В приложении 11

промежуток времени.

В приложении 12 п секунд.

расходу,

приведенная в таблице 2.2

можно сделать вывод, что реактор будет работать в режиме, близком

к реактору идеального вытеснения.

Таблица 2.2 — смеси в реакторе

Параметр вход

Средняя плотность, кг/м3 692

9,3

время пребывания, с 232

В приложении 13 представлены линии тока, рассчитанные по

скорости

значение скорос циркуляционная зона, вызванная узлом ввода сырья. Выше, поток

выравнивается и линии тока начинают обрываться, что соответствует

испарени

По результатам гидродинамического моделирования К-1 при

переобвязке снизу вверх средняя скорость восходящего потока

жидкости составила 0,033

• 1 сверху вниз составляет около 3м/с, что ограничивает время пребывания

сырья в зоне реакции несколькими секундами, что показано в

следующем разделе. 3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Материальный баланс реакционного блока ТК-3 при существующей

обвязке реакционной камеры К-1 и после

Цель расчета материального баланса – определение расходных коэффициентов продуктов и полупродуктов установки секций реакторнорегенераторного блока и основной колонны. На таблице 3.1 представлен материальный баласн секции реакционного блока ТК-3. Таблица 3.1 – Сводный материальный баланс реакционного блока ТК-3 при

Вакуумная перегонка мазута. Технологическая схема типовой установки ...

... вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ – АВТ – 6 Основное назначение установки (блока) вакуумной перегонки мазута топливного профиля - получение вакуумного газойля широкого фракционного состава (350 - 500 °С), используемого как сырье установок каталитического крекинга, ... температуры низа К-1 посредством горячей струи через печь требует повышенных энергозатрат на циркуляцию отбензиненной нефти. ...

существующей обвязке реакционной камеры К-1 и после Статья т/год кг/ч масс., % Статья т/год кг/ч масс., % прихода расхода

Текущий режим Сырье: 526400 65800 100 Сухой 13581,12 1697,64 2,58 гудрон газ

Бензин 14160,16 1772,36 2,69

Соляр Крекинг 498658,72 62350 94,76

• остаток Итого: 526400 65800 100 Итого: 526400 65820 100

После переобвязки

Статья т/год кг/ч масс., % Статья т/год кг/ч масс., % прихода расхода Сырье: 526400 65800 100 Сухой 5895,68 744 1,12 гудрон газ

Бензин 16002,56 2268 3,04

Соляр 3211,04 434 0,61

Крекинг 501290,72 62354 95,23

• остаток Итого: 526400 65800 100 Итого: 526400 65800 100

Нефть западно-сибирского типа имеет выход гудрона в среднем 14% (450-600 ˚С).

Время работы в среднем 8000 ч/год. Режим работы установки – круглосуточный, непрерывный.

Производительность установки по нефти в среднем 3.760.000 т/год.

Степень превращения сырья (К):

К=m1/m2

где, m1 – масса сырья, превращенного в готовый продукт,

m2 – масса сырья введенного.

Отсюда,

m1= К* m2=(14*3.760.000)/100=526.400 т/год по (гудрону) Далее находим производительность для всех продуктов (П): Текущий режим: 1. Сырье – Гудрон имеет выход: 100%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(100*526.400)/100=526.400 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(526.400*1000)/8000=65.800 кг/ч 2. Сухой газ имеет выход: 2,58%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(2,58*526.400)/100=13.581,12 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(13.581,12*1000)/8000=1697,64 кг/ч 3. Бензин имеет выход: 2,69%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(2,59*526.400)/100=14.160,16 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(14.160,16*1000)/8000=1772,36 кг/ч 4. Крекинг-остаток имеет выход: 94,76%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(94,76*526.400)/100=498.658,72 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(498.658,72*1000)/8000=62.350 кг/ч После переобвязки: 1. Сырье – Гудрон имеет выход: 100%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(100*526.400)/100=526.400 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(526.400*1000)/8000=65.800 кг/ч 2. Сухой газ имеет выход: 1,12%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(1,12*526.400)/100=5895,68 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(5895,68*1000)/8000=744 кг/ч 3. Бензин имеет выход: 3,04%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(3,04*526.400)/100=16.002,56 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(16.002,56*1000)/8000=2268 кг/ч 4. Соляр имеет выход: 0,61%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(0,61*526.400)/100=3211,04 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(3211,04*1000)/8000=434 кг/ч 5. Крекинг-остаток имеет выход: 95,23%, следовательно, его производительность (П) равна: Производительность (П) в т/год: П=(95,23*526.400)/100=501.290,72 т/год Производительность (П) в кг/ч: П=(501.290,72*1000)/8000=62.354 кг/ч

3.2 Технологический расчет печи П-1 установки ТК-3

Расчет велся на данные, отобранные 06-07.02.2019.

Температура и давление ввода и вывода сырья принималась по

результатам расчета теплообменников.

и корректировалась в соответствии с результатами расчета.

Температура дымовых газов на выходе из конвекции

принималась по результатам расчета.

Доля тепловых потерь излучением со стенок печи при расчете

КПД печи принималась в соответствии с подразделом 8.1.1. – 3,25%

(см. ниже).

Коэффициент избытка воздуха подбирался таким образом,

чтобы доля кислорода в сухих дымовых газах соответствовала

резуль – 07.02.2019, составив:

α = 1,43 для печи П-1 ТК-3 (доля O2 в сухих дымовых газах –

6,8%) α = 1,52. Результаты расчета представлены в Таблице 3.2.

В результате проведенного расчета установлено, что при

изменении схемы обвязки сокин —

всем диапазоне производительности. радиантного змеевика печи П-1 установки ТК-3 при расчете

из-за коксования продукта, температура может превысить знач

тр

• за перегрева стенки трубы.

Согласно паспорту печь П-1 установки ТК-3 рассчитана на

работу на

отлаженного процесса горения (т. Е. коэффициента избытка воздуха

на уровне α = 1,25-1,3, что соответствует содержанию кислорода в

сухих дымовых — мощность печи по проекту составляет 11,5-12 Гкал/ч, при температуре

дымовых газов на перевале – 800-850 °С.

8 Гкал/ч, т. Е

• за

образования кокса. В результате температура стенок змеевик

температуре начинается подкаливание стали с интенсивным

окалинообразованием, что приводит к образованию отдулин и, в

перспективе, прогару труб. Для змеевиков, работающих в таких

условиях, рекомендуется применение труб из стали 12Х18Н10Т. Таблица 3.2 – -1 установки

ТК-3

Печь П-1

ТК-3

38920

38920 Полезная тепловая мощность на 3,896

3,896 Температура сырья на входе в печь, левая половина печи, °С 284 Температура сырья на входе в печь, правая половина печи, °С 284 Температура сырья на входе в радиант печи, °С печи, °С Температура сырья на выходе из печи, °С 440,5

Давление сырья на входе в печь, кг/см2 (абс.) 15,8

2(абс.) 11,8

2(абс.) 11,8

2 4,0

2 4,0

Температура дымовых газов на перевале, левая половина печи, °С 710 Температура дымовых газов на перевале, правая половина печи, °С 700 Температура дымовых газов на выходе из печи, °С 468

0,798

0,798 Максимальная температура стенки чистых труб змеевика левого потока, °С Максимальная температура стенки чистых труб змеевика правого потока, °С

скорость потока в левом змеевике, м/с 2,5

2,5 Среднее поверхностное теплонапряжение труб левого радиантного

10340 змеевика, ккал/м2*ч Среднее поверхностное теплонапряжение труб правого радиантного

10340 змеевика, ккал/м2*ч Среднее поверхностное теплонапряжение труб левого (нижнего)

3670 конвективного змеевика, ккал/м2*ч Среднее поверхностное теплонапряжение труб правого (верхнего)

3670 конвективного змеевика, ккал/м2*ч КПД, % 70,28 Количество кислорода в сухих д. г., % 6,8

3.3 Тепловой баланс реакционной камеры установки ТК-3

Цель теплового баланса – определение тепловых нагрузок установки реакционной камеры для поддержания оптимального теплового режима. Составим тепловой баланс реакционной камеры установки ТК-3, из которого определим температуру сырья на входе в узел смешения с катализатором. Уравнение теплового баланса реактора: где тепло, поступающее с сырьем; тепловые потоки, переносимые катализатором; количество тепла, отходящее с продуктами;

• тепловой эффект реакций крекинга; тепло, теряемое в окружающую среду.

Так как количество тепла, вносимое коксом на регенерированном катализаторе, мало, то в расчетах его можно не учитывать.

Таблица 3.3 -Тепловой баланс реакционной камеры установки ТК-3

Удельная Количество

Агрегатное Количество,

теплоемкость, Энтальпия, тепла Поток t, °С

кДж/кг

состояние Дж/кг*ºС кг/ч кг/с кДж/с

Приход:

Сырье

т 450 9108,89 4099,0 52083,33 14,47 17327,76 гудрон

Итого: 4099 17327,76

Расход:

Газ до С4 г 500 3330,00 1665,0 3541,7 0,98 1638,02

Бензин С4 345 4057,68 1399,9 17187,5 4,77 6683,42 205°

Крекинг п 600 1723,50 1034,1 31354,2 8,71 9006,31 остаток

Итого: 9111,18 4099,0 52083,33 14,47 17327,76

Тепловой эффект реакций крекинга рассчитывается по формуле

где qэр – тепловой эффект реакций крекинга на 1 кг продуктов реакций, принимается qэр = 200 кДж/кг.

Потери тепла в окружающую среду:

Количество тепла, отводимое потоком i-го парообразного продукта крекинга, определяется по формуле

где hi – энтальпия паров i-го потока. Она равна:

• где относительная плотность вещества; t – температура потока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

До сих пор, как говорилось выше, многие промышленные предприятия ищут способы улучшения качественного и количественного получения продукции при термическом крекинге, так как значительная часть продукции все же теряется, по этому наша тема без сомнения.

Наша цель достигнута, так как после оптимизации установки термического крекинга – переобвязки установки, производительность получаемых продуктов значительно повысилась, так же и качество. Об этом говорят нам расчеты, предоставленные в данной работе.

Поэтому мы считаем, что нашему технологическому решению имеет место быть и в последствии должно быть использовано на предприятиях, занимающихся нефтепереработкой, так как это позволит увеличить и улучшить качество получаемой продукции.

К-1 установок висбрекинга ТК-3 показало, что:

1.

2. Установка дополнительных распределительных

уст

(нижнем штуцере) не требуется.

3. Время пребывания жидкости в реакторе составляет

более 300 секунд.

4. Переобвязка камер по схеме «снизу-вверх» увеличит

время пребывания

сырья в зоне реакции на два порядка и позволит снизить

температуру выхо —

остатка

реакторных

блоков и модели работы блоков после переобвязки сокинг-камер

снизу вверх показало, что:

1. — —

суммарно на ТК-3 и ТК-4.

2. приводит к

сокращению выхода сухого газа при суммарном выводе соляра

до 1,5т/ч суммарно с ТК-3 и ТК-4.

3. —

более 90сСт.

4. Температуры в сепараторах К-2 обеих установок ТК-3

и ТК-4, а также температура сырья (гудрона) на входе в К-3 ТК-3

оказывают существенное влияние на вязкость остатка

висбрекинга. Нежелательно повышение температуры в К-2 сверх

405-410°С и снижение температуры сырья (гудрона) в К-3 ниже

210°С.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/bakalavrskaya/tehnologicheskiy-protsess-termicheskogo-krekinga/

1. Федеральный закон РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектах», №116-ФЗ от 21.07.1997г. с изменениями, в редакциях от 10.01.2003 №15-ФЗ, от 22.08.2004 №122-ФЗ, от 09.05.2005 №45-ФЗ, от 18.12.2006 №232-ФЗ, от 30.12.2008 №309-ФЗ, от ЗОЛ 2.2008 №313-ФЗ; 2. Технологический регламент ТК-3 «Сызранского НПЗ», г. Сызрань. – 2012г; 3. Desikan P., Amberg CM., Can. J. Chem., 41, 1996-1963; 4. Kolboe ., Amberg C.H., Can. J. Chem., 44, 2623-1966; 5. Givens E.S., Venuto P.B., Prep. Am. Chem. Soc. Div. Pet. Chem., 16(4) 1970. 8 6. Frye C.G., Liosby J.F., Chem. Eng. Prog., 63(9), 66-1967 7. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования; 8. ГОСТ 12.2.063-81 Арматура промышленная трубопроводная. Общие требования безопасности; 9. ГОСТ 1510-84 Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение; 10.ГОСТ Р 51330.19-99 Электрооборудование взрывозащищённое. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон; 11.ВНТП 81-85 Нормы технологического проектирования предприятий по переработке и производству продуктов органического синтеза; 12.Абубакарова З.Ш. Становление промышленных процессов термического крекинга на Кавказе: дис. Канд. Техн. Наук. Уфа, 2007. 225 с. 13.Авторский коллектив РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина под руководством к.т.н Л.Н. Багдасарова, Популярная нефтепереработка, «Газпром нефть», 2017-17 с.; 14.Ахметов С.А. Технология глубокой переработке нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002; 15.Ахметов С.А., Физико-химическая технология глубокой переработке нефти, ч. 1 ,УЧ.пос.-Уфа: УГНТУ, 1997.-304 с.; 16.. Ахмадова Х.Х., Сыркин A.M., Мовсумзаде Э.М. Предпосылки создания процесса термического крекинга: моногр. Красноярск: Научно-инновационный центр, 2011. Кн. 3. С. 58-104. 17.Ахмадова Х.Х. Становление и развитие отечественных систем термического крекинга: дис. Докт. Техн. Наук. Уфа, 2014. 457 с. 18.Бэлл Г.С. Американские методы переработки нефти / пер. с англ. Под общ. Ред. К.В. Кострина и Н.Ф. Седых. Ч. 1. М.;Л.: ГНТНИ, 1933. 317 с. 19.Бэлл Г.С. Американские методы переработки нефти / пер. с англ. Под общ. Ред. К.В. Кострина и Н.Ф. Седых. Ч. 1. М.;Л.: ГНТНИ, 1933. 317 с. 20.Крылов О.В., Гетерогенный катализ, «Академкниг», 2004.-679 с. 21.Мовсумзаде Э.М., Абубакарова З.Ш., Сыркин A.M. Зарождение и становление промышленных процессов термического крекинга в Баку // История науки и техники. 2005. № 4. С. 72-78. 22. А.И. Груданова, В.А. Хавкин, Л.А.Гуляева Перспективные процессы производства дизельных топлив для холодного и арктического климата с улучшенными экологическими и эксплуатационными характеристиками, Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний.2013.№12.-3-7с. 23. Б.Л. Лебедев, И.П. Афанасьев, А.В.Ишмурзин, С.Ю. Талаев. Производство зимнего дизельного топлива в России. 24. Нефтепереработка и нефтехимия-2015-№4- 19-27с. Б.А. Энглин. Применение жидких топлив при низких температурах. Химия,1980г 208с. 25. В.А.ОстроумоваГидроизомеризация высших н-алканов и дизельных фракций на бифункциональных катализаторах, содержащих мезопористые алюмосиликаты-МГУ имени Ломоносова-Москва, 2012г.-132с. 26. В.А.ОстроумоваГидроизомеризация высших н-алканов и дизельных фракций на бифункциональных катализаторах, содержащих мезопористые алюмосиликаты-МГУ имени Ломоносова-Москва, 2012г.-132с. Mihalyi R.M., Lonyi F., Beyer H.K., Szegedi A., Kollar M., n Hertanehydroconversion over nickel-loaded aluminum-and/or boron containing BEA zeolites prepared by recrystallization of magadiite varieties// Journal Molecular Catalysis, Chemical-Vol.367.-2013.-P.77-88 27. Белинская Н.С. Совершенствование работы сопряженной системы «реактор – колонна стабилизации» процесса каталитической депарафинизации дизельных фракций нефти методом математического моделирования/Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск, 2015.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Технологическая схема установки термического крекинга ТК-3 до переобвязки колонны

Приложение 2

Технологическая схема установки термического крекинга ТК-3 после переобвязки колонны

Приложение 3

Избыточное давление в реакторе при движении снизу вверх

Приложение 4

фаз (б)

Приложение 5

оси

Приложение 6

линии на высоте 7 м

Приложение 7

линии на высоте 7 м

Приложение 8

линии на высоте 4м

Приложение 9

фазы вдоль линии на высоте 4м

Приложение 10

линии на высоте 10м

Приложение 11

фазы вд линии на высоте 10 м

Приложение 12

оси (высоте)

Приложение 13

скорости 67