Unitat de cocització retardada: projecte, principi de funcionament, càlcul de potència i matèries primeres

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Les unitats de cocatge retardada són la solució de maquinari més comuna per a la refinació de petroli pesat. El seu dispositiu inclou 2 mòduls principals: reactor, on la matèria primera s'escalfa i coqueja, i processament mecànic. El disseny de les plantes es realitza per etapes i inclou el càlcul i la selecció d'equips de procés, la determinació d'indicadors tècnics i econòmics.

Destinació

El procés tecnològic de cocització és una de les maneres de refinar el petroli. El seu objectiu principal és l'obtenció de grans grumolls de coc de petroli. Hi ha 3 mètodes de coquització utilitzats a la indústria:

1. Periòdic, en cubs. La matèria primera es carrega en un aparell horitzontal, s'escalfa amb una caixa de foc a sota i després es calcina durant 2-3 hores. Després d'això, el forn es refreda i el producte acabat es descarrega. Aquest mètode és el més senzill i el menys productiu.
2. Continu. Aquest mètode encara es troba en l'etapa de desenvolupament industrial.
3. Semicontinu, actualment rebutel més estès.

Les unitats de coquització ultra-retornada són l'últim tipus d'equip de procés. En ells, la matèria primera s'escalfa prèviament en un forn i després es transfereix a cambres de reacció sense escalfar, que tenen una capa d'aïllament tèrmic per mantenir la temperatura requerida. El nombre i la mida dels reactors, la potència dels forns afecten el rendiment de tota la planta.

L'operació del primer DCU a Rússia es va iniciar el 1965 a Ufaneftekhim. El coquer retardat de la planta encara està en funcionament avui dia. Després de la reconstrucció el 2007, la seva productivitat és d'unes 700-750 mil tones/any en termes de massa de matèries primeres processades.

Productes finals

Les substàncies següents s'obtenen en proves d'ultrasons, excepte el coc:

• gasos de coc (utilitzats com a combustible de procés o processats per obtenir la fracció propà-butà);
• gasolina;
• destil·lats de coc (combustible, matèries primeres de craqueig).

A les màquines de prova d'ultrasons domèstiques, el rendiment de coc és del 20 al 30% en pes. Aquest indicador depèn principalment de la qualitat de les matèries primeres. La indústria metal·lúrgica experimenta la major necessitat d'aquest producte (producció d'ànodes i elèctrodes, alumini, abrasius, carburs, materials de carboni-grafit, ferroaliatges). A més de la primera DCU d'Ufa, també s'han construït altres unitats de coqueria retardada a Rússia: a la refineria d'Omsk, a la refineria de Novokuibyshevsk, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, a l'empresa petroquímica d'Angarsk, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Matèries primeres

Els materials alimentaris per a cocificació es divideixen en 2 grups: productes de processament primari i secundari. Les substàncies següents s'utilitzen com a matèries primeres en unitats de cocatge retardat:

• fuel oil;
• mig quitrà;
• tar;
• breu de quitrà de hulla;
• asf alt i altres productes petroliers industrials;
• residu de carbó líquid;
• piròlisi pesada i quitrà d'esquist;
• ressidus d'esquerdes tèrmiques;
• betum de petroli i olis pesats.

Els residus d'oli molt aromatitzats són la matèria primera més habitual actualment.

Influència en els paràmetres tecnològics

Els paràmetres següents de la planta de coc depenen de les propietats de les matèries primeres:

• eficiència de la cambra de reacció;
• qualitat dels productes rebuts;
• punt de sortida de coca;
• condicions per al procés.

Els paràmetres de matèria primera més importants són:

• Coquització, en funció del contingut de substàncies asfàltiques-resinoses. El valor de coquització ha d'estar entre el 10 i el 20%. Amb un valor menor, el rendiment de coc disminueix, i amb un de més gran, els dipòsits s'acumulen a l'interior de les bobines dels forns. La capacitat de cocització es determina per la massa del residu sòlid al gresol després d'escalfar-hi la mostra de producte petrolier.
• Densitat.
• Composició química. Des deLes impureses nocives que tenen un impacte més gran en la qualitat del coc emeten sofre (no hauria de ser superior a l'1,5% en pes). Segons la finalitat del coc en el procés tecnològic, és preferible utilitzar diferents tipus de matèries primeres. Així, per obtenir una estructura fibrosa del producte final, s'utilitzen materials a base de parafina.

El rendiment de coca-cola és proporcional a la densitat de l'alimentació i al contingut d'asf altè.

etapes de cocció

El procés tecnològic a les unitats de cocatge retardat és llarg i continu, des del subministrament de matèries primeres fins a la descàrrega del producte acabat. Convencionalment, es divideix en 3 etapes:

1. Reaccions de descomposició, formació de fraccions de destil·lats, intermedis, condensació.
2. Reducció significativa del contingut d'hidrocarburs insaturats en gasos, augment del pes molecular dels components del residu, reaccions de ciclització.
3. Augment del contingut d'asf altens en el residu fins a un 26%, reducció de la quantitat de resines i olis. Converteix el residu líquid en coc sòlid.

Classificació

Hi ha 2 tipus principals d'unitats de cocatge retardat segons la seva disposició: bloc simple i bloc doble.

Entre les plantes de dos blocs, n'hi ha 4 tipus, que es caracteritzen pel disseny i les característiques tecnològiques següents:

1. Diàmetre intern de les cambres de coc – 4,6 m. Forns d'escalfament de tendes, quatre cambres que funcionen per parelles. El querosè i el gasoil obtinguts durant el procés de cocització s'utilitzen per a la calefacció.
2. Coca-Colacambres Ø 5,5 m Matèries primeres - fuel-oils de tirada directa amb la introducció d'hidrocarburs altament aromàtics, que augmenten el rendiment d'un producte de qualitat.
3. Reactors d'acer aliat Ø 5,5 m, alçada 27,6 m, forns tubulars amb torxa de col·locació volumètrica, vàlvules aèries de secció augmentada, indicadors de nivell radioactius que permeten registrar la ubicació de la separació de fases de coc-escuma.. L'última innovació ajuda a aprofitar millor el volum útil del reactor. Subministrament de turbuladors amb additius detergents per reduir la coquització de les bobines, gasoil refrigerat en tubs de direcció.
4. Cameres de reacció Ø 7 m, alçada 29,3 m. Entrada axial de matèria primera als reactors, sistema hidràulic de descàrrega de coc amb comandament a distància, grues elèctriques, magatzems amb magatzem tipus terra.

Equipament aplicat

Els Els equipaments, que estan equipats amb instal·lacions d'aquest tipus, es divideixen en els següents grups segons la finalitat:

1. Tecnològica, implicada directament en el procés de cocització (forns, equips de columna, intercanviadors de calor, cambres de reactors, cubs, neveres, bombes, canonades, instrumentació, aixetes i altres vàlvules de tancament i de commutació).
2. Aigües residuals: recollida i tractament de l'aigua per tornar al cicle de treball (operacions de refrigeració i extracció de coc).
3. Equip per a la descàrrega de coc de les cambres (cubs). A les instal·lacions mecanitzades modernes, pot ser de tipus mecànic i hidràulic (eslinges, cabrestants, pintes, talladores, varetes, torres, mànigues de goma).
4. Dispositius per al transport i processament del producte acabat (tobogans i rampes de recepció, grues, transportadors, alimentadors, trituradores, magatzems).
5. Màquines i equips per a la mecanització de treballs.

Quan es dissenyen plantes de coquització retardades, cal tenir en compte detingudament el disseny de les cambres de reacció i els forns, ja que la durada del cicle de treball depèn de la fiabilitat del seu funcionament.

Paràmetres del procés

Els paràmetres principals de la tecnologia de cocització són:

• Relació de recirculació, definida com la relació entre la càrrega total de les bobines de reacció dels forns i la càrrega de tota la planta en termes de matèries primeres. Amb un augment del seu valor, augmenta el rendiment de coc, gas i gasolina d' alta qualitat, però disminueix la quantitat de gasoil pesat.
• Pressió a la cambra de reacció. La seva disminució comporta un augment del rendiment de gasoil, una disminució del rendiment de coc i gas i un augment de l'escuma.
• Temperatura de procés. Com més gran és, més gran és la qualitat del coc pel que fa a la quantitat de substàncies volàtils, la seva força i densitat. El valor màxim està limitat pel risc de cocització del forn i les canonades, reduint la durabilitat de les bobines. Cada tipus de matèria primera té la seva temperatura òptima.

La construcció d'unitats de cocatge retardada està associada a uns costos de capital elevats. Per tant, sovint es realitza la reconstrucció d'un complex d'equips que ja funciona. Això s'aconsegueix reduint el ciclecoc, introduint noves cambres de reacció o reduint la relació de recirculació.

Principi de funcionament

Les unitats de cocatge retardat consisteixen en un o més grups de cambres aparellats, en els quals una cambra funciona en l'etapa de producció de coc i l' altra en la descàrrega o en un estat intermedi. El procés de descomposició del material d'origen comença en un forn de tubs, on s'escalfa a 470-510 °C. Després d'això, la matèria primera entra a les cambres sense escalfar, on es coca profundament a causa de la calor que l'acompanya.

Els hidrocarburs líquids i gasosos es descarreguen per a la separació fraccionada en una columna de destil·lació. El coke entra al departament de processament mecànic, on es descarrega, classifica i transporta. Es perfora un pou a la capa del producte acabat i s'hi col·loca un tallador hidràulic. Els seus broquets funcionen sota pressió de fins a 20 MPa. Trossos de coc separat cauen sobre una plataforma de drenatge on es drena l'aigua. A continuació, el producte es tritura en trossos més petits i es divideix en fraccions. A continuació, el coca-cola es trasllada al magatzem.

El diagrama principal de l'ecografia es mostra a la figura següent.

Càmeres de coca

Les cambres són un reactor, que és la base de tota la instal·lació. El cicle de funcionament de la cambra sol ser de 48 hores, però en els darrers anys s'han dissenyat dispositius d'ultrasons que funcionen en modes de 18 i 36 hores.

Un cicle de funcionament del reactor consta de les operacions següents:

• càrrega de matèries primeres, procés de cocització (1 dia);
• descompte (1/2 hora);
• tractament hidrotermal (2,5 hores);
• refrigeració per aigua del producte, eliminació d'aigua (4 hores);
• descarregueu el producte (5 hores);
• tancament de tanques de registre, prova de pressió amb vapor calent (2 hores);
• escalfament amb vapors d'oli, canvi al cicle de treball (3 hores).

Disseny

El projecte de la unitat de coquització retardada s'està desenvolupant en l'ordre següent:

• determinació de la productivitat requerida, t/any;
• anàlisi de la base de recursos;
• elaboració d'un balanç de materials teòric del procés de cocització per a diferents tipus de matèries primeres;
• determinació dels principals fluxos de materials;
• desenvolupament del concepte d'instal·lació;
• justificació de la mida i el nombre de reactors;
• determinar la durada d'ompliment d'una cambra amb coc i el seu càlcul hidràulic, elaborant un calendari de funcionament del reactor;
• càlculs de la càrrega de temperatura a la cambra;
• càlcul de les càmeres de convecció i radiació;
• desenvolupament del disseny de la línia de producció;
• càlculs tecnològics d' altres equips principals (columna de destil·lació, forns, neveres, etc.);
• desenvolupament d'un sistema de seguiment i control, selecció d'eines d'automatització;
• descripció dels esquemes de protecció d'emergència;
• desenvolupament d'aspectes mediambientals i mesures de seguretat;
• determinació d'indicadors econòmics (costos de capital, nombre de personal de servei, nòmines,costos de producció de matèries primeres i materials auxiliars, efecte econòmic anual, cost del producte).

El càlcul de la capacitat de la unitat de cocatge retardada anualment es fa segons la fórmula:

N=P x t, on P és la capacitat de la planta, t/dia;

t és el nombre de dies laborables en un any.

La producció del producte en termes físics segons la base i les opcions de disseny es determina en funció del balanç de materials de la instal·lació.