Késleltetett kokszoló egység: projekt, működési elv, teljesítményszámítás és alapanyagok

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A késleltetett kokszoló egységek a nehézolaj-finomítás leggyakoribb hardvermegoldásai. Készülékük 2 fő modult tartalmaz - reaktort, ahol az alapanyag melegítése és kokszolása történik, valamint mechanikai feldolgozást. Az üzemek tervezése szakaszosan történik, és magában foglalja a technológiai berendezések számítását és kiválasztását, a műszaki és gazdasági mutatók meghatározását.

Úticél

A kokszolás technológiai folyamata az olajfinomítás egyik módja. Fő célja nagy darabos kőolajkoksz előállítása. Az iparban 3 kokszolási módot használnak:

1. Időszakos, kockás. Az alapanyagot vízszintes berendezésbe töltjük, alatta tűztérrel felmelegítjük, majd 2-3 órán át kalcináljuk. Ezt követően a kemencét lehűtik, és a készterméket kirakodják. Ez a módszer a legegyszerűbb és legkevésbé produktív.
2. Folyamatos. Ez a módszer még az ipari fejlődés szakaszában van.
3. Félig folyamatos, jelenleg érkezetta legelterjedtebb.

Az ultrakésleltetett kokszolóegységek a technológiai berendezések legújabb típusai. Ezekben a nyersanyagot kemencében előmelegítik, majd fűtetlen reakciókamrákba töltik, amelyek hőszigetelő réteggel rendelkeznek a szükséges hőmérséklet fenntartása érdekében. A reaktorok száma és mérete, a kemencék teljesítménye befolyásolja az egész erőmű teljesítményét.

Az első oroszországi DCU működését 1965-ben kezdték meg Ufaneftekhimben. Az üzem késleltetett kokszolója ma is működik. Termelékenysége a 2007-es rekonstrukció után a feldolgozott alapanyag tömegére vonatkoztatva mintegy 700-750 ezer tonna/év.

Végső termékek

A következő anyagokat nyerték ultrahangos vizsgálat során, kivéve a kokszot:

• kokszos gázok (üzemanyagként használják vagy propán-bután frakció előállítására dolgozzák fel);
• benzin;
• kokszpárlatok (üzemanyag, krakkolási alapanyag).

A hazai ultrahangos vizsgálógépeken a kokszhozam 20-30 tömegszázalék. Ez a mutató elsősorban a nyersanyagok minőségétől függ. A kohászati iparban van a legnagyobb igény erre a termékre (anódok és elektródák, alumínium, csiszolóanyagok, karbidok, szén-grafit anyagok, vasötvözetek gyártása). Az első Ufa DCU mellett további késleltetett kokszoló egységek is épültek Oroszországban: az Omszki Finomítóban, Novokuibisevszki Finomítóban, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, az Angarsk Petrolkémiai Vállalatnál, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizsnekamsk).

Alapanyagok

A kokszoláshoz használt élelmiszer-anyagok 2 csoportra oszthatók: elsődleges és másodlagos feldolgozás termékei. A késleltetett kokszolóegységekben a következő anyagokat használják nyersanyagként:

• fűtőolaj;
• félkátrány;
• tar;
• szénkátrány szurok;
• aszf alt és egyéb ipari olajtermékek;
• folyékony szénmaradék;
• nehéz pirolízis és palakátrány;
• termikus repedés maradványai;
• ásványolaj-bitumen és nehézolajok.

Az erősen aromatizált olajmaradványok jelenleg a leggyakoribb alapanyagok.

Befolyásolás a technológiai paraméterekre

A kokszoló üzem alábbi paraméterei a takarmány-alapanyagok tulajdonságaitól függenek:

• a reakciókamra hatékonysága;
• beérkezett termékek minősége;
• kokszleadó;
• a folyamat feltételei.

A legfontosabb alapanyag-paraméterek:

• Kokszozás, az aszf alt-gyantaszerű anyagok tartalmától függően. A kokszosodási érték 10-20% tartományban legyen. Kisebb értéknél a kokszhozam csökken, nagyobbnál pedig lerakódások halmozódnak fel a kemencék tekercseiben. A kokszolóképességet a tégelyben lévő szilárd maradék tömege határozza meg, miután az olajtermékmintát melegítettük.
• Sűrűség.
• Kémiai összetétel. Tól tőlkáros szennyeződések, amelyek a legnagyobb hatással vannak a koksz minőségére, ként bocsátanak ki (nem lehet több, mint 1,5 tömegszázalék). Attól függően, hogy a koksz technológiai folyamatban milyen célt szolgál, célszerű különböző típusú nyersanyagokat használni. Tehát a végtermék rostos szerkezetének eléréséhez paraffin alapú anyagokat használnak.

A kokszhozam arányos a takarmánysűrűséggel és az aszf alténtartalommal.

Kokszolási szakaszok

A késleltetett kokszoló egységek technológiai folyamata hosszú és folyamatos, az alapanyag beszállítástól a késztermék kirakodásáig. Hagyományosan 3 szakaszra oszlik:

1. Bomlási reakciók, desztillátumfrakciók képződése, intermedierek, kondenzáció.
2. A gázok telítetlen szénhidrogén-tartalmának jelentős csökkenése, a maradékkomponensek molekulatömegének növekedése, ciklizációs reakciók.
3. A maradék aszf altének tartalmának akár 26%-os növelése, a gyanták és olajok mennyiségének csökkenése. A folyékony maradékot szilárd kokszlá alakítsa.

Osztályozás

A késleltetett kokszolóegységeknek 2 fő típusa van elrendezésük szerint: egyblokkos és duplablokkos.

A kétblokkos üzemek között 4 típus létezik, melyeket a következő tervezési és technológiai jellemzők jellemeznek:

1. Kokszolókamrák belső átmérője – 4,6 m Sátorfűtő kemencék, négy párban működő kamra. A kokszolás során nyert kerozint és gázolajat melegítésre használják.
2. Kóklakamrák Ø 5,5 m Nyersanyag - közvetlen lepárlású fűtőolajok erősen aromás szénhidrogének bevezetésével, amelyek növelik a minőségi termék hozamát.
3. Ötvözött acélból készült reaktorok Ø 5,5 m, magasság 27,6 m, cső alakú kemencék térfogati fektető égővel, megnövelt keresztmetszetű felső szelepek, radioaktív szintmérők, amelyek lehetővé teszik a koksz-hab fázisleválasztás helyének regisztrálását. A legújabb innováció segít a reaktor hasznos térfogatának jobb kihasználásában. Turbulátorok ellátása mosószer adalékokkal a tekercsek kokszosodásának csökkentésére, hűtött gázolaj a fejcsövekben.
4. Reakciókamrák Ø 7 m, magasság 29,3 m Nyersanyag tengelyirányú bevitel a reaktorokba, távirányítós kokszleeresztő hidraulikus rendszer, elektromos daruk, raktárak padló típusú tárolóval.

Alkalmazott berendezések

Az ilyen típusú berendezésekkel felszerelt berendezések a céltól függően a következő csoportokba sorolhatók:

1. Technológiai, közvetlenül részt vesz a kokszolási folyamatban (kemencék, oszlopberendezések, hőcserélők, reaktorkamrák, kockák, hűtőszekrények, szivattyúk, csővezetékek, műszerek, csapok és egyéb elzáró- és kapcsolószelepek).
2. Szennyvíz – a víz összegyűjtése és kezelése a munkaciklusba való visszatéréshez (hűtési és kokszkinyerési műveletek).
3. Berendezés a koksz kamrákból történő kiürítésére (kockák). A modern gépesített beépítéseknél lehet mechanikus és hidraulikus (hevederek, csörlők, fésűk, vágók, rudak, tornyok, gumihüvelyek).
4. A késztermék szállítására és feldolgozására szolgáló eszközök (befogadó csúszdák és rámpák, daruk, szállítószalagok, adagolók, zúzógépek, raktárak).
5. Gépek és berendezések a munka gépesítéséhez.

A késleltetett kokszoló üzemek tervezésekor alaposan át kell gondolni a reakciókamrák és kemencék kialakítását, mivel a munkaciklus időtartama működésük megbízhatóságától függ.

Folyamatparaméterek

A kokszolási technológia fő paraméterei:

• Recirkulációs arány, a kemencék reakciótekercseinek teljes terhelésének és a teljes üzem terhelésének aránya a nyersanyagok tekintetében. Értékének növekedésével a jó minőségű koksz, gáz és benzin hozama nő, a nehézgázolaj mennyisége viszont csökken.
• Nyomás a reakciókamrában. Ennek csökkenése a gázolaj hozamának növekedéséhez, a koksz és gáz hozamának csökkenéséhez, valamint a habzás növekedéséhez vezet.
• Folyamat hőmérséklet. Minél nagyobb, annál jobb a koksz minősége az illékony anyagok mennyisége, szilárdsága és sűrűsége szempontjából. A maximális értéket korlátozza a kemence és a csővezetékek kokszosodásának veszélye, ami csökkenti a tekercsek tartósságát. Minden nyersanyagtípusnak megvan a maga optimális hőmérséklete.

A késleltetett kokszoló egységek építése magas tőkeköltséggel jár. Ezért leggyakrabban egy már működő berendezés-komplexum rekonstrukcióját végzik. Ezt a ciklus csökkentésével érik elkokszolás, új reakciókamrák bevezetése vagy a recirkulációs arány csökkentése.

Működési elv

A késleltetett kokszoló egységek egy vagy több páros kamracsoportból állnak, amelyekben az egyik kamra a kokszgyártás szakaszában, a másik pedig a kirakodáskor vagy közbenső állapotban működik. A kiindulási anyag bomlási folyamata csőkemencében kezdődik, ahol 470-510 °C-ra melegítik fel. Ezt követően a nyersanyag fűtetlen kamrákba kerül, ahol a vele együtt járó hő hatására mélyen kokszosodik.

A gáz-halmazállapotú és folyékony szénhidrogéneket frakcionált elválasztás céljából egy desztillációs oszlopba engedik ki. A koksz a gépi feldolgozó részlegbe kerül, ahol kirakodják, szétválogatják és elszállítják. A késztermék rétegébe kutat fúrnak, és egy hidraulikus vágót helyeznek el. Fúvókái 20 MPa nyomásig működnek. Az elválasztott kokszdarabok egy vízelvezető platformra esnek, ahol a vizet leeresztik. A terméket ezután kisebb darabokra aprítják és frakciókra osztják. Ezután a koksz a raktárba kerül.

Az ultrahang elvi diagramja az alábbi ábrán látható.

Kokszkamrák

A kamrák egy reaktor, amely a teljes telepítés alapja. A kamra működési ciklusa általában 48 óra, azonban az elmúlt években 18 és 36 órás üzemmódban működő ultrahangos készülékeket terveztek.

Egy reaktor működési ciklusa a következő műveletekből áll:

• alapanyag berakodás, kokszolási folyamat (1 nap);
• off (1/2 óra);
• hidrotermikus kezelés (2,5 óra);
• a termék vízhűtése, víz eltávolítása (4 óra);
• termék kirakása (5 óra);
• aknák tömítése, nyomáspróba forró gőzzel (2 óra);
• fűtés olajgőzökkel, átkapcsolás üzemi ciklusra (3 óra).

Dizájn

A késleltetett kokszolóegység projekt fejlesztése a következő sorrendben történik:

• a szükséges termelékenység meghatározása, t/év;
• erőforrásbázis elemzés;
• a kokszolási folyamat elméleti anyagmérlegének elkészítése különféle típusú nyersanyagokhoz;
• a fő anyagáramlások meghatározása;
• telepítési koncepció kidolgozása;
• a reaktorok méretének és számának indoklása;
• egy kamra koksztöltési idejének meghatározása és hidraulikai számítása, a reaktor működési ütemtervének elkészítése;
• a kamra hőmérsékleti terhelésének kiszámítása;
• konvekciós és sugárzási kamrák számítása;
• gyártósor-elrendezés fejlesztése;
• egyéb fő berendezések technológiai számításai (desztillációs oszlop, kemencék, hűtőszekrények stb.);
• felügyeleti és vezérlőrendszer fejlesztése, automatizálási eszközök kiválasztása;
• vészhelyzeti védelmi rendszerek leírása;
• környezetvédelmi szempontok és biztonsági intézkedések fejlesztése;
• gazdasági mutatók meghatározása (tőkeköltség, kiszolgáló személyzet létszáma, bérszámfejtés,nyersanyagok és segédanyagok előállítási költségei, éves gazdasági hatás, termékköltség).

A késleltetett kokszoló egység éves kapacitásának kiszámítása a következő képlet szerint történik:

N=P x t, ahol P az üzem kapacitása, t/nap;

t az egy év munkanapjainak száma.

A termék fizikai kibocsátása az alap- és a tervezési lehetőségek szerint a telepítés anyagmérlegétől függ.