Unità di cokefazione ritardata: progetto, principio di funzionamento, calcolo della potenza e materie prime

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Le unità di cokefazione ritardata sono la soluzione hardware più comune per la raffinazione del petrolio pesante. Il loro dispositivo comprende 2 moduli principali: reattore, dove la materia prima viene riscaldata e coke, e lavorazione meccanica. La progettazione degli impianti avviene per fasi e comprende il calcolo e la scelta delle apparecchiature di processo, la determinazione degli indicatori tecnici ed economici.

Destinazione

Il processo tecnologico di coke è uno dei metodi di raffinazione del petrolio. Il suo scopo principale è ottenere grande coke di petrolio grumoso. Esistono 3 metodi di cokefazione utilizzati nell'industria:

1. Periodico, al cubo. La materia prima viene caricata in un apparato orizzontale, riscaldata con un focolare sottostante, quindi calcinata per 2-3 ore. Successivamente, il forno viene raffreddato e il prodotto finito viene scaricato. Questo metodo è il più semplice e il meno produttivo.
2. Continuo. Questo metodo è ancora nella fase di sviluppo industriale.
3. Semicontinuo, attualmente ricevutoil più diffuso.

Le unità di cokefazione ultra ritardate sono l'ultimo tipo di attrezzatura di processo. In essi, la materia prima viene preriscaldata in un forno e quindi trasferita in camere di reazione non riscaldate, che hanno uno strato di isolamento termico per mantenere la temperatura richiesta. Il numero e le dimensioni dei reattori, la potenza dei forni influiscono sulle prestazioni dell'intero impianto.

L'operazione del primo DCU in Russia iniziò nel 1965 a Ufaneftekhim. Il coker ritardato dell'impianto è ancora in funzione oggi. Dopo la ricostruzione nel 2007, la sua produttività è di circa 700-750 mila tonnellate/anno in termini di massa di materie prime lavorate.

Prodotti finali

Le seguenti sostanze sono ottenute tramite test ad ultrasuoni, ad eccezione del coke:

• gas da coke (usati come combustibile di processo o trasformati per ottenere la frazione propano-butano);
• benzina;
• distillati di coke (carburante, materia prima per cracking).

Su macchine di prova a ultrasuoni domestiche, la resa di coke è del 20-30% in peso. Questo indicatore dipende principalmente dalla qualità delle materie prime. L'industria metallurgica sperimenta la maggiore esigenza di questo prodotto (produzione di anodi ed elettrodi, alluminio, abrasivi, carburi, materiali carbonio-grafite, ferroleghe). Oltre alla prima Ufa DCU, in Russia sono state costruite anche altre unità di coker ritardata: presso la raffineria di Omsk, la raffineria di Novokuibyshevsk, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, presso l'Angarsk Petrochemical Company, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Materie prime

I materiali alimentari per la cokeria si dividono in 2 gruppi: prodotti di prima e seconda trasformazione. Le seguenti sostanze sono utilizzate come materie prime nelle unità di cokefazione ritardata:

• olio combustibile;
• mezzo catrame;
• catrame;
• pece di catrame di carbone;
• asf alto e altri prodotti petroliferi industriali;
• residuo di carbone liquido;
• pirolisi pesante e catrame di scisto;
• residui di cracking termico;
• bitume di petrolio e oli pesanti.

I residui di olio altamente aromatizzati sono attualmente la materia prima più comune.

Influenza sui parametri tecnologici

I seguenti parametri della cokeria dipendono dalle proprietà delle materie prime:

• efficienza della camera di reazione;
• qualità dei prodotti ricevuti;
• coke;
• condizioni per il processo.

I parametri delle materie prime più importanti sono:

• Coking, a seconda del contenuto di sostanze resinose dell'asf alto. Il valore di coke dovrebbe essere compreso tra 10 e 20%. Con un valore inferiore diminuisce la resa di coke, con uno maggiore si accumulano depositi all'interno delle serpentine dei forni. La capacità di cokefazione è determinata dalla massa del residuo solido nel crogiolo dopo aver riscaldato il campione di prodotto petrolifero in esso contenuto.
• Densità.
• Composizione chimica. Dale impurità nocive che hanno il maggiore impatto sulla qualità del coke emettono zolfo (non dovrebbe essere superiore all'1,5% in peso). A seconda dello scopo del coke nel processo tecnologico, è preferibile utilizzare diversi tipi di materie prime. Quindi, per ottenere una struttura fibrosa del prodotto finale, vengono utilizzati materiali a base di paraffina.

La resa di coke è proporzionale alla densità del mangime e al contenuto di asf altene.

Stadi di cottura

Il processo tecnologico nelle cokerie ritardate è lungo e continuo, dall'approvvigionamento delle materie prime allo scarico del prodotto finito. Convenzionalmente, è diviso in 3 fasi:

1. Reazioni di decomposizione, formazione di frazioni distillate, intermedi, condensazione.
2. Significativa riduzione del contenuto di idrocarburi insaturi nei gas, aumento del peso molecolare dei componenti residui, reazioni di ciclizzazione.
3. Aumento del contenuto di asf alteni nel residuo fino al 26%, riduzione della quantità di resine e oli. Converti il residuo liquido in coke solido.

Classificazione

Ci sono 2 tipi principali di unità di cokefazione ritardata in base alla loro disposizione: blocco singolo e doppio blocco.

Tra gli impianti a due blocchi, ne esistono 4 tipologie, che si caratterizzano per le seguenti caratteristiche progettuali e tecnologiche:

1. Diametro interno delle camere di cokefazione – 4,6 m Forni di riscaldamento a tenda, quattro camere funzionanti in coppia. Il cherosene e il gasolio ottenuti durante il processo di cokefazione vengono utilizzati per il riscaldamento.
2. Coca Colacamere Ø 5,5 M. Feedstock - oli combustibili di prima fase con introduzione di idrocarburi altamente aromatici, che aumentano la resa di un prodotto di qualità.
3. Reattori in acciaio legato Ø 5,5 m, altezza 27,6 m, forni tubolari con torcia di posa volumetrica, valvole in testa di sezione maggiorata, indicatori di livello radioattivi che consentono di rilevare la posizione della separazione di fase della schiuma di coke. L'ultima innovazione aiuta a sfruttare al meglio il volume utile del reattore. Fornitura di turbolatori con additivi detergenti per ridurre la cokefazione delle batterie, gasolio raffreddato nei tubi di sterzo.
4. Camere di reazione Ø 7 m, altezza 29,3 m Ingresso assiale della materia prima nei reattori, impianto idraulico per lo scarico del coke con telecomando, gru elettriche, magazzini con stoccaggio a pavimento.

Attrezzature applicate

Le apparecchiature, che sono dotate di installazioni di questo tipo, sono suddivise nei seguenti gruppi a seconda dello scopo:

1. Tecnologico, direttamente coinvolto nel processo di cokefazione (forni, apparecchiature per colonne, scambiatori di calore, camere del reattore, cubi, frigoriferi, pompe, tubazioni, strumentazione, rubinetti e altre valvole di intercettazione e commutazione).
2. Acque reflue - raccolta e trattamento delle acque per il ritorno al ciclo di lavoro (operazioni di raffreddamento ed estrazione del coke).
3. Attrezzature per lo scarico del coke dalle camere (cubetti). Nelle moderne installazioni meccanizzate può essere di tipo meccanico e idraulico (brache, argani, pettini, frese, tiranti, torri, manicotti in gomma).
4. Dispositivi per il trasporto e la lavorazione del prodotto finito (scivoli e rampe di ricezione, gru, nastri trasportatori, alimentatori, frantoi, magazzini).
5. Macchine e attrezzature per la meccanizzazione del lavoro.

Nella progettazione di cokerie ritardate, è necessario considerare attentamente la progettazione delle camere di reazione e dei forni, poiché la durata del ciclo di lavoro dipende dall'affidabilità del loro funzionamento.

Parametri di processo

I parametri principali della tecnologia di cokefazione sono:

• Rapporto di ricircolo, definito come il rapporto tra il carico totale delle bobine di reazione dei forni e il carico dell'intero impianto in termini di materie prime. Con un aumento del suo valore, la resa di coke, gas e benzina di alta qualità aumenta, ma la quantità di gasolio pesante diminuisce.
• Pressione nella camera di reazione. La sua diminuzione porta ad un aumento della resa di gasolio, una diminuzione della resa di coke e gas e un aumento della formazione di schiuma.
• Temperatura di processo. Più è grande, maggiore è la qualità del coke in termini di quantità di sostanze volatili, forza e densità. Il valore massimo è limitato dal rischio di coking del forno e delle tubazioni, riducendo la durata delle bobine. Ogni tipo di materia prima ha la sua temperatura ottimale.

La costruzione di unità di cokefazione ritardata è associata a costi di capitale elevati. Pertanto, molto spesso viene eseguita la ricostruzione di un complesso di apparecchiature già funzionante. Ciò si ottiene riducendo il ciclocoke, introducendo nuove camere di reazione o riducendo il rapporto di ricircolo.

Principio di funzionamento

Le unità di cokefazione ritardata sono costituite da uno o più gruppi accoppiati di camere, in cui una camera opera nella fase di produzione del coke e l' altra in fase di scarico o in uno stato intermedio. Il processo di decomposizione del materiale di partenza inizia in un forno tubolare, dove viene riscaldato a 470-510 °C. Dopodiché, la materia prima entra in camere non riscaldate, dove viene profondamente coke a causa del calore che l'ha accompagnata.

Gli idrocarburi gassosi e liquidi vengono scaricati per la separazione frazionata in una colonna di distillazione. La coca cola entra nel reparto di lavorazione meccanica, dove viene scaricata, smistata e trasportata. Un pozzo viene perforato nello strato del prodotto finito e al suo interno viene inserita una taglierina idraulica. I suoi ugelli funzionano sotto pressione fino a 20 MPa. Pezzi di coke separati cadono su una piattaforma di drenaggio dove viene scaricata l'acqua. Il prodotto viene poi frantumato in pezzi più piccoli e separato in frazioni. Successivamente, la coca cola viene spostata nel magazzino.

Il diagramma principale degli ultrasuoni è mostrato nella figura seguente.

Camere di coke

Le camere sono un reattore, che è la base dell'intera installazione. Il ciclo di funzionamento della camera è solitamente di 48 ore, tuttavia, negli ultimi anni sono stati progettati dispositivi a ultrasuoni che funzionano in modalità 18 e 36 ore.

Un ciclo di funzionamento del reattore consiste nelle seguenti operazioni:

• carico materie prime, processo di cokefazione (1 giorno);
• sconto (1/2 ora);
• trattamento idrotermale (2,5 ore);
• raffreddamento ad acqua del prodotto, rimozione dell'acqua (4 ore);
• scarica prodotto (5 ore);
• sigillatura pozzetti, prova di pressione con vapore caldo (2 ore);
• riscaldamento con vapori d'olio, passaggio al ciclo di lavoro (3 ore).

Design

Il progetto dell'unità di cokefazione ritardata viene sviluppato nel seguente ordine:

• determinazione della produttività richiesta, t/anno;
• analisi della base delle risorse;
• elaborare un bilancio materiale teorico del processo di cokefazione per vari tipi di materie prime;
• determinazione dei principali flussi di materiale;
• sviluppo del concetto di installazione;
• giustificazione per dimensioni e numero di reattori;
• determinare la durata del riempimento di una camera di coke e il suo calcolo idraulico, stilare un programma per il funzionamento del reattore;
• calcoli del carico di temperatura sulla camera;
• calcolo delle camere di convezione e irraggiamento;
• sviluppo del layout della linea di produzione;
• calcoli tecnologici di altre apparecchiature principali (colonna di distillazione, forni, frigoriferi, ecc.);
• sviluppo di un sistema di monitoraggio e controllo, scelta degli strumenti di automazione;
• descrizione degli schemi di protezione di emergenza;
• sviluppo degli aspetti ambientali e delle misure di sicurezza;
• determinazione degli indicatori economici (costi in conto capitale, numero del personale di servizio, buste paga,costi di produzione delle materie prime e dei materiali ausiliari, effetto economico annuo, costo del prodotto).

Il calcolo della capacità della cokefazione ritardata su base annua viene effettuato secondo la formula:

N=P x t, dove P è la capacità dell'impianto, t/giorno;

t è il numero di giorni lavorativi in un anno.

La resa del prodotto in termini fisici in base alle opzioni di base e di progettazione è determinata in base al bilancio materiale dell'installazione.