В настоящее время ОАО «Нафтан» - это крупный нефтеперерабатывающий и нефтехимический комплекс, который выпускает различные виды топлива, масла смазочные и битумы, ароматические углеводороды и продукты нефтехимии. Предприятие было задумано и построено по технологической схеме топливного варианта нефтеперерабатывающего завода. Основной комплекс технологических установок построен в 70-е годы, затем реконструирован и приближен к соответствующим стандартам технологических процессов. Главными разработчиками проектов строительства и реконструкции технологических установок были такие крупные проектные и конструкторско-технологические организации, как ЛЕНГИПРОНЕФТЕХИМ, ВНИИ НП, ВНИПИНЕФТЬ, UOP, KOCH GLITSCH.

Установка Юникрекинг была введена в эксплуатацию на ОАО «Нафтан» в 2004 году. Процесс Юникрекинг представляет собой процесс каталитического гидрокрекинга тяжелых нефтяных фракций в целях получения более легких и более ценных продуктов. Сырьем процесса Юникрекинг являются тяжелые атмосферные и вакуумные газойли, а также газойли каталитического или термического крекинга. Это сырье перерабатывается в продукты более низкого молекулярного веса с максимальным выходом бензина и дизельного топлива.

Тяжелая высокомолекулярная часть нефти, составляющая 25 -30 % нефтяного остатка, является основным резервом для эффективного решения проблемы углубления ее переработки. До настоящего времени значительная доля нефтяных остатков (гудронов, асфальтов) использовалась часто без гидрооблагораживания в качестве котельных топлив, сжигаемых в топках тепловых электростанций, котельных и бойлерных установках.

Гидрокрекинг является эффективным и исключительно гибким каталитическим процессом, позволяющим комплексно решить проблему глубокой переработки вакуумных дистиллятов (ГКВД) с получением широкого ассортимента моторных топлив в соответствии с современными требованиями и потребностями в тех или иных топливах.

За рубежом (особенно на НПЗ США, Западной Европы и Японии) получили широкое развитие процессы ГКВД при давлении 15 - 17 МПа, направленные на получение бензина (разработанные следующими четырьмя фирмами: ЮОП, ФИН, «Шелл» и «Юнион Ойл»). Оценка экономической эффективности процесса ГКВД в нашей стране свидетельствует о целесообразности реализации этого процесса. [1]

1. Технология и оборудование производства

Установка «Юникрекинг» однопоточная и состоит из:

*блока гидрокрекинга, в который входят:

-узел подготовки сырья;

-узел реакторов с сырьевой печью и теплообменом;

-узел компрессоров;

-узел стабилизации продуктов;

-узел подачи сырья с АВТ-2;

*блока регенерации моноэтаноламина (МЭА);

*блока отпарки высокосернистых вод;

*блока факельного хозяйства

Основными продуктами установки «Юникрекинг» являются:

1) нестабильный бензин юникрекинга (из сепаратора 210-V13 стабилизационной колонны 210 - V12), направляемый на установку «Фракционирование»;

2) стабильный продукт юникрекинга (из стабилизационной колонны 210-V12), направляемый на установку «Фракционирование»;

3) газ углеводородный неочищенный юникрекинга (из сепаратора 210-V13 стабилизационной колонны 210- V12), направляемый на установку «Фракционирование». реактор гидроочистка безаварийный

Полупродуктами установки являются:

1) раствор МЭА регенерированный блока «Регенерация МЭА», направляемый на установку «Фракционирование»;

2) сероводород блока «Регенерация МЭА», направляемый на « Установку получения серной кислоты»;

3) вода кислая блока «Регенерации МЭА», направляемая в блок «Отпарки высокосернистых вод».

4) сероводород блока «Отпарки высокосернистых вод», направляемый на «Установку получения серной кислоты»;

5) газ аммиачный секции «Отпарки высокосернистых вод», направляемый на утилизацию в Noxidizer;

6) Вода очищенная блока «Отпарки высокосернистых вод», направляемая на утилизацию на очистные сооружения предприятия.

В процессе гидрокрекинга происходит одновременно расщепление и гидрирование сырья. Отличительная черта гидрокрекинга - получение продуктов значительно меньшей молекулярной массы, чем исходное сырье. С этой точки зрения процесс гидрокрекинга имеет много общего с процессом каталитического крекинга, но его основное отличие - присутствие водорода, тормозящее реакции, протекающие по цепному механизму. В результате в продуктах гидрокрекинга практически отсутствуют или содержатся в небольших количествах низшие углеводороды - метан и этан. Гидрокрекингу присущи также все основные реакции процесса гидроочистки.

Важнейшими реакциями гидрокрекинга являются:

- разрыв и насыщение (гидрогенолиз) парафиновых углеводородов по связи С-С;

- гидрирование присутствующих в сырье олефинов и других непредельных соединений;

- гидродеалкилирование и изомеризация;

- гидрирование моно-, би- и полициклических ароматических углеводородов;

- разрыв и насыщение кислородных, сернистых и азотистых соединений по связям С-О, C-S и C-N;

- разложение металлоорганических соединений;

- полимеризация и коксообразование на поверхности и в объеме катализатора.

Необходимая степень гидрокрекинга зависит от температуры процесса, парциального давления водоpода, конверсии, объемной скорости подачи сыpья, кратности циркулирующего водородосодержащего газа к сырью, активности катализатора и качества углеводородного сыpья.

Основным элементом установки Юникрекинг является реакторный блок, состоящий из двух реакторов, располагающихся последовательно. Реактор 1-й ступени процесса предназначен для гидроочистки сырья, реактор 2-й ступени - для гидрокрекинга. Стадия гидроочистки обязательна из-за высокого содержания вредных примесей в перерабатываемом сырье, поэтому реактор гидроочистки является одним из ключевых аппаратов в технологической схеме процесса Юникрекинга.

Нагретая газосырьевая смесь поступает из сырьевой печи в реактор гидроочистки, содержащий стационарный слой катализатора. Катализатор размещен в реакторе отдельными слоями в несколько ярусов с промежуточными распределительными устройствами, куда подается часть холодного циркулирующего газа, чтобы ограничить подъём температуры в результате протекающей экзотермической реакции. Количество охлаждающих потоков регулируют, поддерживая во всех слоях катализатора изотермический режим. Число слоев катализатора определяется количеством выделяющегося тепла, скоростью реакции и необходимостью ограничить подъём температуры минимальной величиной.

В реакторе гидроочистки протекают процессы удаления металлов из сырья и реакции гидроочистки сырья. 1-ый катализаторный слой - катализатор ТК-10: этот катализатор изготовлен из инертного материала и имеет форму, специально разработанную для максимального увеличения объёма пустот. Представляет собой цилиндрические таблетки с 7 осевыми отверстиями и выпуклыми основаниями. Этот катализатор предназначен для захвата и рассеивания крупных частиц примесей, кроме того он способствует более равномерному распределению потока сырья.

2-ой катализаторный слой - катализатор ТК-711 (деметаллизация). Этот катализатор используется для удаления металлических примесей, в особенности никеля и ванадия. Кольцевая форма обеспечивает увеличение объёма пустот. Умеренная каталитическая активность и хорошая селективность к металлам способствует разрушению органических соединений, содержащих металлы, что позволяет металлам осаждаться в порах катализатора.

3-ий катализаторный слой - катализатор HC-DM (деметаллизация). Этот катализатор также используется для удаления металлических примесей до 20-30% (никель и ванадий).

4-ый катализаторный слой - катализатор RF-200 (деметаллизация). Этот катализатор также используется для удаления металлических примесей (никель и ванадий).

5-ый и 6-ой катализаторные слои - катализатор UF-220 (гидроочистка). Этот катализатор используется для удаления большей части серы и азота из сырья. Так как реакции деметаллизации и гидроочистки идут с выделением тепла, по всей высоте реактора внутри в слоях катализатора установлены многозонные термопары.

Спецификация основного оборудования приведена в таблице 1.

2. Объект дипломного проектирования

Конструктивно реактор гидроочистки представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат внутренним базовым диаметром 3000 мм и высотой 23850 мм, закрытый по торцам полушаровыми днищами. Схема реактора представлена на рисунке 1.1. Корпус реактора состоит из шести обечаек, изготовленных из листовой двухслойной стали 12ХМ+08Х18Н10Т. Обечайки между собой сварены встык таким образом, что продольные сварные швы смещены относительно друг друга на 120°. Корпус аппарата снаружи изолирован минеральной ватой, толщина тепловой изоляции 200 мм. Для стыковки днищ на корпусе аппарата предусмотрены специальные переходы постепенным утонением обечаек на длине 340 мм. Днища сварены из отдельных штампованных элементов.

Для обвязки в технологическую схему в верхнем и нижнем днищах имеются штуцера. Осмотр и монтаж внутренних устройств аппарата, загрузку катализатора выполняют через верхний штуцер ввода сырья, который выполняет роль люка-лаза и имеет внутренний диаметр 762 мм. Для подсоединения трубопроводов служат отводы 90°, внутренний диаметр которых равен 273 мм.

Под верхним штуцером расположен входной диффузор. Он вставляется во впускной патрубок для устранения асимметричной структуры потока, снижения скорости потока и для равномерного распределения жидкости по поверхности распределительной тарелки.

Верхняя распределительная тарелка паров и жидкости находится над первым слоем катализатора. Она состоит из 9 сегментов, причём центральный сегмент можно демонтировать для выполнения необходимых работ внутри реактора. Для этого предусмотрено его фланцевое крепление и специальные подъёмные ушки. Внутри корпуса аппарата тарелка поддерживается балками и кольцом на стенке реактора. Все сегменты тарелки имеют различные габаритные размеры, однако они позволяют вписывать полотна тарелки в сечение реактора.

Оптимальное функционирование катализатора достигается посредством эффективного взаимодействия реагирующих веществ и катализатора. Существенным является равномерное распределение жидкости на поверхности слоя катализатора, которое обеспечивается с помощью тарелки распределения жидкости. Тарелка служит для одинакового радиального распределения в нормальных условиях технологического режима. Стаканы колпачкового типа имеют прорези и равномерно распределены в верхней части тарелки. Количество колпачков на тарелке 453 штуки, они расположены по вершинам равностороннего треугольника. Стаканы в тарелку вварены. Уровень жидкости поддерживается на высоте промежуточной прорези, где пары и содержащаяся в них жидкость протекают через кольцевое пространство между стаканом и колпачком. Затем жидкость проходит вниз по внутренней стенке стакана и стекает в виде кольца капель на слой катализатора.

Рисунок 1.1 - Схема реактора гидроочистки: 1 - штуцер выхода продуктов реакции; 2 - вход холодного водорода между слоями катализатора; 3 - штуцер входа сырья в реактор; 4 - термопара; 5 - полка для слоя катализатора; 6 - корпус реактора; 7 - футеровка реактора; 8 - распределитель холодного водорода; 9 - слой катализатора; 10 - керамические шарики внизу слоя катализатора

Реакторная система разделена на несколько слоев катализатора, при этом каждый слой отделяется секцией охлаждения. Узел охлаждения предназначен для полного смешения охлаждающего газа с продуктовой смесью, выходящей из предыдущего катализаторного слоя, и для равномерного перераспределения реагирующих веществ вверху последующего слоя катализатора. Эффективность процесса достигается за счет применения в секции охлаждения запатентованных внутренних устройств ЮОП. В каждой секции охлаждения имеется опорная решетка катализатора, распределитель охлаждения, смесительная камера, тарелка первичного распределения потока и тарелка окончательного распределения потока.

Опорная решетка катализатора изготавливается из фасонной проволоки Джонсона и состоит из 9 сегментов. Сегменты уложены на усиленные несущие элементы, которые стянуты между собой шестью соединительными зажимами. По периферии сегменты опираются на опорный контур. Между сегментами и несущими элементами, а также между сегментами и корпусом реактора уложен канат диаметром 25 мм из керамоволокна. Слой инертного керамического материала отделяет решетку от катализатора. Охлаждающий газ подается через Т-образный распределитель охлаждения, расположенный непосредственно под опорной решеткой.

Реагирующие вещества и охлаждающий газ протекают вниз на ярус охлаждения, где они скапливаются на сливных прямоугольных каналах и выводятся в кольцевую смесительную камеру. Крышки сливных каналов выставлены для тангенциального ввода жидкости и паров в смесительную камеру. Центробежное движение жидкости и паров позволяет тщательно перемешать обе фазы до вывода через кольцевое отверстие в центре нижней части. Вокруг этого кольцевого отверстия расположен короткий сливной затвор, способствующий созданию уровня жидкости и обеспечивающий дополнительное время пребывания в смесительной камере.

Охлажденные потоки выходят из смесительной камеры и стекают на кольцевой улавливающий поддон, где они перенаправляются на тарелку первичного распределения. Тарелка первичного распределения имеет перфорацию и служит для равномерного распределения жидкости на расположенной ниже колпачковой тарелке. Круговой сливной затвор около стенки реактора служит для поддержания данного уровня жидкости и для перетока избыточной жидкости с тарелки вниз на колпачковую тарелку. Пары проходят вниз через кольцевое пространство между сливным затвором и стенкой реактора.

Нижняя тарелка перераспределения жидкости является последним ярусом в секции охлаждения. Данная тарелка выполнена в виде сплошной пластины с колпачками (подобно верхней тарелке для распределения паров и жидкости). Вся секция охлаждения поддерживается балками, прикрепленными к кольцам на стенке аппарата.

Выпускной коллектор находится в нижней части реактора непосредственно над выпускным патрубком. Коллектор имеет отверстия для фильтрации жидкости и газа через данное устройство и препятствует выносу из реактора катализатора или катализаторной подложки. Внутренняя часть выпускного коллектора усилена элементами жёсткости, выполненными из полосового материала толщиной 10 мм, поставленного на ребро. К корпусу реактора коллектор крепится при помощи специальных пластин (болтами) и прихваток (сваркой). Пластины расположены под углом 90° друг к другу. Катализаторная подложка загружается в нижнюю часть реактора до уровня не менее 76 мм (3 дюйма) над верхней поверхностью выпускного коллектора.

В нижней части каждого слоя катализатора устанавливается несколько гибких термопар. Эти термопары служат для контроля температуры в поперечном сечении катализатора. Блок нескольких термопар позволяет определить на ранней стадии неправильное распределение потока и возможные зоны перегрева, которые могут привести к резким изменениям температуры и преждевременному останову.

На внешней стороне стенок реактора устанавливается несколько поверхностных термопар для контроля температуры отдельных точек стенок и днищ реактора. Эти поверхностные термопары используются для текущего контроля температуры металла реактора во время пуска, останова, а также при нормальной эксплуатации установки.

На уровне каждой опорной катализаторной решетки имеется штуцер в стенке аппарата для выгрузки катализатора. Ось штуцера наклонена под углом 45° к оси реактора. Нижний штуцер для выгрузки катализатора имеет специальный патрубок (дренажную трубу) для его вывода за пределы опоры, ось смещена на 30° относительно оси реактора.

В аппарате предусмотрена компенсация ослабления стенок отверстиями за счёт использования утолщенных штуцеров. Штуцера вварены с подрезкой патрубка заподлицо с корпусом.

К корпусу аппарата снаружи встык приварена опорная часть. Она представляет собой 2 цилиндрические обечайки, также сваренные встык. Внешние диаметры аппарата и опоры равны. Толщина металла опоры составляет 25 мм. Опора снабжена фундаментным кольцом и кольцевым опорным поясом. Кольцо крепится к фундаменту болтами М36. Внутри опора укреплена распорными уголками. Трубопроводы, соединенные со штуцерами на нижнем днище, выводятся из-под аппарата через отверстия в обечайке опоры. Имеется два люка-лаза для доступа людей под аппарат. Все отверстия и люки-лазы укреплены вваркой отрезка трубы. В верхней части опоры для естественного выхода паров, которые могут скапливаться в результате негерметичности трубопровода, имеются 4 вентиляционные трубы диаметром 154 мм.

Реакции деметаллизации и коксообразования являются основными источниками относительно быстрой дезактивации катализаторов процессов каталитического гидрооблагораживания. Значительное содержание в остаточном сырье смолисто-асфальтеновых веществ и металлорганических соединений обуславливает специфические требования к катализаторам гидрогенизационной переработки, функцией которых является удаление как тяжелых металлов, так и сернистых соединений.

Катализаторы гидродеметаллизации и гидрообессеривания при переработке остаточного сырья сравнительно быстро теряют активность под действием тяжелых металлов и кокса, отлагающихся на активной поверхности катализатора, блокирующих его поры и в некоторых случаях полностью забивающих слой.

Температура -- один из основных факторов, влияющих на скорости реакций гидрогенолиза серо- и азоторганических соединений и удаления металлоорганических соединений, глубину превращения сырья и качество получаемых продуктов. При температурах ниже 340--360°С степень гидрообессеривания остатков невелика -- менее 50%. С повышением температуры до 410°С степень гидрообессеривания мазута западно-сибирской нефти увеличивается до 85%.

При температурах выше 420°С усиливается гидрокрекинг сырья что ведет, с одной стороны, к интенсивному закоксовыванию катализатора и снижению его активности, а с другой -- к понижению выхода жидких продуктов и увеличению выхода газа.

Повышение температуры благоприятно влияет на скорость удаления металлорганических соединений (ванадия и никеля). Объемная скорость подачи сырья зависит от качества исходного сырья и заданной глубины удаления серы и металлов.

Весьма важным фактором является парциальное давление водорода. Повышение парциального давления приводит к углублению деметаллизации и обессеривания сырья, снижению его коксуемости. С повышением парциального давления степень превращения остатка в легкие фракции изменяется незначительно, но реакции полимеризации и конденсации тормозятся, т.е. снижается образование кокса на катализаторе и увеличивается срок его службы.

Так, при увеличении давления с 10 до 15 МПа содержание кокса на катализаторе снижается в 1,5 раза, поэтому процессы гидрообессеривания остатков проводят при парциальном давлении водорода 14 - 16 МПа.

Использование повышенного давления по сравнению с вариантами процесса при 7,0 и 3,5 МПа обеспечивает практически полную деметаллизацию сырья и, как следствие, -- возможность проведения процесса без падения активности катализатора в течение длительного времени. [2]

Кроме отмеченных выше к недостаткам процессов гидрокрекинга можно отнести большую металлоемкость, большие капитальные и эксплуатационные затраты, высокую стоимость водородной установки и самого водорода. Особенностью работы оборудования и аппаратуры реакторных блоков являются высокие температура и давление, а также присутствие водорода при жестком режиме. Реакторы установок гидроочистки работают в условиях химической и электрохимической коррозии. Химическая коррозия реакторов обусловлена содержанием в высокотемпературных газовых потоках сероводорода и водорода, а электрохимическая коррозия -- содержанием в циркулирующих дымовых газах регенерации паров воды и двуокиси серы.

Сероводородная коррозия металла аппаратов реакторного блока установок тем сильнее, чем больше концентрация серы в сырье и чем выше содержание сероводорода в циркулирующем газе.

Водород, циркулирующий в системе реакторного блока, вызывает межкристаллитную коррозию металла, сопровождающуюся снижением его прочности и увеличением хрупкости. Межкристаллитное растрескивание, образование раковин и вздутий в металле оборудования под действием водорода усиливаются при повышении температуры и давления в системе.

Сульфидная коррозия практически протекает очень медленно, однако продукты коррозии засоряют катализатор, забивают поры между таблетками, а также трубы теплообменников, что нарушает технологический режим процесса гидроочистки, ухудшает теплопередачу и приводит к недопустимому возрастанию гидравлического сопротивления. По возникновению большого перепада давления между входом в реактор и выходом из него часто судят о степени сульфидной коррозии.

Реактор и катализатор засоряются также из-за присутствия в газовых потоках кислорода, хлоридов и азотсодержащих соединений. Кислород способствует окислению сернистых соединений, поэтому его концентрация в циркулирующем газе должна быть ограничена (0,0002…0,0006 %). Хлориды и азотсодержащие соединения при взаимодействии с водородом образуют соответственно хлористый водород и аммиак, которые, связываясь, превращаются в хлористый аммоний, выпадающий в виде осадка. Осадок удаляют периодической промывкой, для чего в процессе эксплуатации установки по ходу продуктов реакции от реактора до сепаратора в систему впрыскивают воду. Промывку продолжают до тех пор, пока перепад давления не уменьшится до значения, определенного технологической картой.

3. Эксплуатация и ремонт

В ходе преддипломной практики рассмотрена технология процесса гидрокрекинга на установке Юникрекинг. Подробна рассмотрена конструкция одного из ключевых аппаратов блока высокого давления - реактора гидроочистки. Освещены вопросы эксплуатации и ремонта объекта дипломного проектирования. Подробно описана схема автоматизации проектируемого аппарата. Описаны мероприятия, обеспечивающие безопасную и безаварийную работу персонала и всей установки в целом.

Размещено на Allbest.ru