Термический крекинг

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Топливно-энергетический комплекс - один из крупнейших народнохозяйственных комплексов страны.

В настоящее время ТЭК является одним из наиболее устойчивых работающих секторов экономик, надежно обеспечивающих секторов экономики, надежно обеспечивающих потребности населения и народного хозяйства в топливно-энергетических ресурсах. [4 с.21]

Нефтегазоперерабатывающая промышленность является одной из наиболее значимых составляющих топливно-энергетического комплекса любого государства. [1 с.13]

Основные пути развития нефтепереработки на сравнительно близкую перспективу могут планироваться с большой степенью вероятности, так как тенденции в этой области прямо связаны с научно-техническим уровнем настоящего времени, а динамика и сценарии развития экономики просчитываются достаточно точно, также как и основные требования к объемам производства и качеству важнейших видов промышленной продукции. [2 с.3]

Объемы переработки нефти в мире за последние годы изменились почти пропорционально темпам ее добычи. [1 с.368] В наступившем 21 в. актуальнейшей проблемой мировой экономики будет исчерпание запасов нефти, тогда как нефтепереработка России существенно отстает как по объему и глубине переработки нефти, так и по превращению ее в моторные виды топлива.

Рациональное использование нефти - невосполнимого источника энергии и сырья для производства множества нефтехимических продуктов, смазочных масел, битума, кокса и др. - является важнейшей государственной задачей. Показателем уровня развития нефтеперерабатывающей промышленности, принятым в нашей стране является глубина переработки нефти, представляющая собой процент выхода всех нефтепродуктов на нефть, за вычетом топочного мазута и величины безвозвратных потерь

Нефтеперерабатывающая промышленность США и Западной Европы развивается в направлении увеличения удельной мощности и степени загрузки предприятий, доли вторичных процессов, способствующих увеличению выхода товарной продукции на 100 %, и доли (выше 50%) деструктивных процессов по отношению к первичной переработке нефти [3 с.13]

На НПЗ России глубина переработки нефти не превышает 68-70 % против 80-95 % в развитых странах Запада. Повысить глубину переработки возможно за счет более полного извлечения топливных фракций из нефти при ее первичной перегонке, подбора наиболее благоприятного состава топливных продуктов, а самое главное, за счет развития деструктивных процессов переработки нефтяных остатков с получением ценных топливных и нефтехимических продуктов, К таким процессам относятся термические, каталитические и гидрогенизационные технологии переработки вакуумных дистиллятов, мазутов и гудронов. [5 с. 7]

Из процессов глубокой переработки гудронов, основанных на удалении избытка углерода, в мировой практике наибольшее распространение получили

- замедленное коксование, (ЗК, предназначенное для производства кускового нефтяного кокса, используемого как углеродистое сырье для последующего изготовления анодов, графитированных электродов для черной и цветной металлургии, а также низкокачественных диcтиллятных фракций моторных топлив и углеродных газов;

- термоконтактное коксование ТКК, целевым назначением которого является получение дистиллятных фракций, газов и побочного порошкообразного кокса, используемого как малоценное энергетическое топливо;

- комбинированный процесс ТКК с последующей парокислородной газификацией порошкообразного кокса (процесс Флексикокинг) с получением дистиллятов синтез-газов;

- процессы каталитического крекинга или гидрокрекинга нефтяных остатков после их предварительной деасфальтизации и деметализации посредством некаталитических процессов.

Перечисленные выше процессы, за исключением замедленного коксования не предусматриваются в государственных программах строительств и развития нефтепереработки России на ближайшую перспективу. В то же время на многих НПЗ страны осуществляется строительство бесперспективного процесса висбрекинга. Надо отметить, что в этом процессе не происходит удаление избыточного углерода гудрона, осуществляется лишь незначительное снижение вязкости остатка, что позволяет несколько уменьшить расход дистиллятного разбавителя при получении котельного топлива. [1 с.366]

Развитие отрасли будет реализовываться на основе укрупнения единичных мощностей энерготехнологического комбинирования процессов и комплексной автоматизации с применением ЭВМ с обеспечением требуемой экологической безопасности производств. Эти направления являются генеральной линией технологической политики нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в стране. [1 с.391 ]

1. Назначение, краткая характеристика процесса термического крекинга

Крекингом называется процесс расщепления углеводородов нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле. Под термическими процессами подразумевают процессы химических превращений нефтяного сырья совокупности реакций крекинга и уплотнения, осуществляемые термически, т. е. без применения катализаторов.

Изначально основным назначением этого «знаменитого» в свое время процесса было получение из тяжелых нефтяных остатков дополнительного количества бензинов, обладающих, по сравнению с прямогонными, повышенной детонационной стойкостью (60--65 пунктов по ОЧММ), но низкой химической стабильностью. В связи с внедрением и развитием таких более эффективных каталитических процессов процесс термического крекинга остаточного сырья как бензинопроизводящий ныне утратил свое промышленное значение. В настоящее время термический крекинг получил новое назначение - термоподготовка дистиллятных видов сырья для установок коксования и производства термогазойля - сырья для последующего получения технического углерода (сажи).

В качестве сырья установки термического крекинга дистиллятного сырья (ТКДС) предпочтительно используют ароматизированные высококипящие дистилляты: тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелую смолу пиролиза и экстракты селективной очистки масел.

Основными целевыми продуктами ТКДС являются термогазойль (фракция 200-480 ⁰С) и дистиллятный крекинг-остаток - сырье установок замедленного коксования- с целью получения высококачественного кокса. В процессе получают также газ и бензиновую фракцию.

Установка состоит из следующих секций: реакторное отделение, включающие печи крекинга тяжелого (П1) и легкого сырья (П2) выносную реакционную колонну (К1); отделение разделения продуктов крекинга, которое включает испарители высокого (К2) и низкого (К4) давления для отделения крекинг-остатка, комбинированную ректификационную колонну высокого давления (К3), вакуумную колонну (К7) для отбора вакуумного термогазойля и тяжелого крекинг-остатка и газосепараторов (С1 и С2) для отделения газа от нестабильного бензина.

Исходное сырье после нагрева в теплообменниках подают в нижнюю секцию колонны К3. Она разделена на две секции полуглухой тарелкой, которая позволяет перейти в верхнюю секцию только парам. Продукты конденсации паров крекинга в верхней секции накапливаются аккумуляторе (кармане) внутри колонны. Потоки тяжелого и легкого сырья, отбираемые соответственно 500 и 550 ⁰С и далее направляют для углубления крекинга в выносную реакционную камеру К1, режим в которой обеспечивает отделение жидкого крекинг-остатка от газа-паровой смеси.

Вход паров в реакционную камеру предусмотрен сверху, а выход - с низу. Камера заполнена парами крекируемой смеси, и объем жидкости, в котором сконцентрированы наиболее легко коксующиеся продукты, невелик. Вследствие довольно большого объема камеры продукт может долго (до 100 °С) находится в ней, что способствует углублению крекинга. Согласно опыту эксплуатации до 25 % от общего количества бензина, газа образуется в реакционной камере.

Продукты крекинга затем попадают в испаритель высокого давления К2, крекинг-остаток и термогазойль через редукционный клапан - в испаритель низкого давления К4, а газы и пары бензинокеросиновых фракций - в колонну К3. Уходящие с верха К3 и К4 газы и пары, подвергают вакуумной разгонке в колонне К5, на вакуумный термогазойль и вакуум-отогнанный дистиллятный крекинг-остаток. [1 с. 381]

Термический крекинг осуществляется в трубчатой печи под давлением, при температуре 480-540 ⁰С. После сброса давления происходит резкое охлаждение продуктов процесса для предотвращения дальнейшего крекинга до кокса и газа. С повышением температуры и времени пребывания сырья в зоне реакции увеличивается коксообразование в змеевиках печи, что ограничивает глубину крекинга и не позволяет достичь 70 ? масс. на сырье.

В целях обеспечения требуемой глубины превращения на большинстве установок, особенно при переработке тяжелого сырья, предусматриваются специальные реакционные аппараты, в которых сырье выдерживается определенное время при температуре реакции. На современных установках, как правило, применяют крекинг с рециркуляцией

Недостатком 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, от правильных показаний которых во многом зависит нормальная работа установки. Это имеет решающее значение потому, что при крекировании сырья повышение температуры на 10-12 °С углубляет реакцию крекинга вдвое, при этом увеличивается выход бензина, газа, начинается отложение кокса в змеевиках печи. [5 с.186]Технологический режим установки поддерживается в соответствии с технологическим регламентом и с технологическо и картой.

2. Теоретические основы процесса термического крекинга

Различное поведение углеводородов в условиях крекинга, а также скорость распада их, зависящая от молекулярно веса, обуславлавливают влияние химического и фракционного состава сырья на скорость и направление реакций крекинга. [14]

Термические превращения нефтяных фракций - весьма сложный химический процесс. Сырье состоит из большого числа индивидуальных компонентов, и предсказать или проследить судьбу каждого компонента сырья под воздействием высоких температур невозможно. [15 с.160]

Прямогонное сырье, поступающее на термический крекинг можно условно разделить на три основных класса углеводородов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические.

Легче всего расщепляются парафиновые углеводороды. Наиболее устойчивы к температурному воздействию ароматические. Нафтеновые углеводороды занимают промежуточное положение.

Крекинг парафина С₁₆Н₃₄:

СН₃(СН₂)₁₄СН₃ СН₃(СН₂)₆СН₃ + СН₃(СН₂)₅СН = СН₂

Распад может происходить и по другим связям с образованием углеводородов, содержащих 5,9 и иное количество атомов углеводорода.

С₈Н₁₈ С₄Н₁₀ + С₄Н₈

октан бутан бутен

С увеличением температуры разрыв происходит по краям цепи. [13]

С₁₆Н₃₄ С₁₅Н₃₀ + СН₄

В сырье крекинга алкены отсутствуют, но их роль в химии крекинга велика, так как они всегда образуются при распаде углеводородов других классов. Для алкенов характерно большое разнообразие химических превращений.[14 с.162] Непредельные углеводороды легко вступают в реакции полимеризации.

СН₂ = СН₂ + СН₂ = СН₂ + СН₂ = СН₂ + … - CН₂ - CН₂ - + - CН₂ - CН₂ - + …_n

- CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - …

Образующийся полимер имеет тот же состав, что и исходный непредельный углеводород, но больший молекулярный вес. [14]

Для циклоалканов характерны следующие типы превращений при высоких температурах:

- деалкилирование или укорочение боковых алкильных цепей;

- дегидрирование кольца с образованием циклоалкенов и аренов;

- частичная или полная дециклизация полициклических циклоалканов после деалкилирования;

- распад моноциклических циклоалканов. [15 с. 164]

Реакция дегидрогенизации.

С₆Н₁₂ С₆Н₆ + 3Н₂

Ароматические углеводороды без боковых цепей (бензол, нафталин) при температуре крекинга не подвергаются распаду. Ароматические углеводороды с боковыми цепями распадаются на более простые ароматические и непредельные углеводороды [14]

С₆Н₅ - СН₂ - СН₃ С₆Н₆ +СН₂ = СН₂

Арены наиболее термически устойчивы. Поэтому они накапливаются в жидких продуктах крекинга тем в больших количествах, чем выше температура процесса. [15 с.166]

Образующиеся в результате крекинга непредельные углеводороды претерпевают разнообразные превращения: они вступают во взаимодействие друг с другом (появляются полимеры), распадаются на более мелкие молекулы, перегруппировываются в циклические соединения - нафтены.

Нафтеновые углеводороды в условиях термического крекинга более устойчивы, чем предельные. При крекинге нафтеновых углеводородов характерной является реакция дегидрогенизации с образованием углеводородов ароматического ряда и водорода.

Парафины непредельные углеводороды нафтены ароматические углеводороды. Следовательно, исходя из химического состава лучшим для термического крекинга, если исходить из химического состава, является парафиновое сырье, а наиболее плохим - ароматическое [14]

Серосодержащие соединения, содержащиеся в сырье, либо разлагаются с выделением сероводорода, меркаптанов и углеродных осколков, либо, благодаря своей термической устойчивости (тиофены и им подобные), накапливаются в более высокомолекулярных продуктах.

Таким образом, при термической переработке нефтяного сырья осуществляются следующие основные реакции: распад, деалкилирование, дегидрирование, полимеризация, циклизация алкенов, дециклизация циклоалканов, деструктивная конденсация алкенов, конденсация алканов в алкадиены, конденсация Аренов, реакции глубокого уплотнения до кокса. [15 с. 166]

3. Характеристика сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов

3.1 Характеристика сырья термического крекинга

При современном уровне развития термических процессов сырье для них может быть весьма разнообразным: от простейших газообразных углевдородов до тяжелых высокомолекулярных остатков.[11 c.20]Так в качестве сырья термического крекинга установки ТК2 используют:

- экстракты селективной очистки масел,

-газойль каталитический тяжелый, газойль вакуумный тяжелый уст. ТК2,3,

- газойль коксовый тяжелый,

-гудрон с установок АВТ,

-остаток смолы пиролиза с установки Риф1;

- асфальт с установок 36-1/1,2;

- вакуумный газойль с установок АВТ, АВТМ.,;

- термогазойль ТК3,4, чистый рисайкл ТК2,;

- гидроочищенный вакуумный газойль;

- остаток нефтеловушечного продукта с установки Риф1;

- остаток каталитического крекинга с установки Г-43-107 (ОАО «УНПЗ;

- продукт нефтеловушечный.

При использовании гудрона с установок АВТ, АВТМ для него нормируется:

- температур вспышки в закрытом тигле, которая должна составлять не менее 210 ⁰С;

- массовая доля серы же определяется, но не нормируется.

3.2 Характеристика получаемых продуктов

На установке термического крекинга получают:

- Газ жирный термического крекинга (висбрекинга, используется в качестве сырья на установке сероочистки или АГФУ-1;

- Рефлюкс термического крекинга (висбрекинга), не очищенный, используется в качестве сырья установки сероочистки;

- Бензин термического крекинга используется как компонент сырья ЛЧ-24-7, АГФУ-1 ,Жекса, или в качестве сырья блока стабилизации установок ТК-3, компонент товарного автобензина

Для него нормируется фракционный состав:

а) температура начала кипения (при работе блока стабилизации бензина), не ниже 40⁰С;

б) температура конца кипения, ⁰С, не выше:

-на АГФУ-1 205

-на ЛЧ-24-7 не нор.

- в товарное производство 195,

Цвет соломенный.[14]

По химическому составу крекинг-бензины существенно отличаются от бензинов прямой гонки высоким содержанием непредельных углеводородов, ароматических и парафиновых углеводородов изостроения. Присутствие этих углеводородов обуславливает более высокие антидетонационные свойства крекинг-бензинов по сравнению с бензинами прямой перегонки. Недостатком крекинг-бензинов по сравнению с бензином прямой гонки является его нестабильность при хранении вследствие высокого содержания непредельных с двумя двойными связями (алкадиенов), весьма склонных к осмолению. [9 c.235];

- Флегма используется в качестве сырья уст. гидроочистки дизельного. топлива, а также как компонент мазута.

Нормируется фракционный состав, ⁰С:

a) температура начала кипения, не менее 70,

б) 96%об. выкипает при температуре, не более 360;

Цвет в ед. ЦНТ, не более 3.;

- Чистый рисайкл (термогазойль).. Может быть использован в качестве сырья установок ТК-2,3,4, 21-10, АВТ, АВТМ, РИФ-1, а также как компонент топочного мазута;

- Легкий вакуумный газойль, используется как компонент сырья установок гидроочистки диз. топлива, ТК-2,3,4, 21-10, компонент котельного топлива, вакуумного газойля. При откачке на установку гидроочистки нормируется фракционный состав, ⁰С:

a) температура начала кипения, не менее 160;

б) 96% об. выкипает при температуре, не более 360

Цвет в ед. ЦНТ, не более 3.;

- Тяжелый вакуумный газойль используется как компонент сырья уст.ТК-2,3,4,21-10,АВТ, АВТМ, компонент котельного топлива;

- Остаток термического крекинга, для которого нормируются:

а) плотность при 20⁰С, г/см³, не менее 0,9,

б) температура вспышки в открытом тигле не ниже 110 ^оС,

в) массовая доля серы, %: на установку 21-10, не более 4,

Используется в качестве сырья на уст. 21-10, как компонент котельного топлива.

3.3 Вспомогательные материалы

В качестве вспомогательных материалов на установке термического крекинга используют:

- Воздух КИП и А, используемый для питания приборов КИП и А, системы ПАЗ. Точка росы, ⁰С, не более 40, вода, масла и механические примеси должны отсутствовать;

- Сжатый воздух, используется для технологических нужд. Содержание воды и масла в жидком состоянии в нем не допускается;

- Пар водяной используется для технологических нужд. Температура его составляет 200- 300 ⁰С, давление 12 кг/см²;

- Топливный газ, для которого устанавливается число Воббе 1300-16050.

УВГ состав,% об.:

а) водород, не более 15

б) метан, не менее 5

в) С₂ и С₃, не более 57

г) С₄, не более 25

д) С₅, не более 2. .

Объемная доля кислорода, %, не более 1,0, массовая доля Н₂S %, не более 0,05, теплота сгорания (низшая), Ккал/нм³ 16070±500. Используется в технологических печах установки.

- Инертный газ (азот) Используется для продувки систем перед пуском установки.. Содержание О₂ % масс ГОСТ 9293-74, не более 0,5;

- Теплоноситель АМТ-300 Используется для обогрева пекопроводов установок ТК-2,3. Температура вспышки, ⁰С, не менее:

а) в открытом тигле 195,

б) в закрытом тигле 170. [14]

4. Влияние основных факторов на выход и качество продукции термического крекинга

Термические превращения углеводородов весьма сложны и многообразны. На направление и глубину превращений их оказывают большое влияние такие факторы как температура, давление, состав сырья, продолжительность реакции

4.1 Состав сырья

Скорость и направление реакций крекинга зависят от химического и фракционного состава сырья, чем больше молекулярная масса углеводорода, тем легче распадается он при нагревании. Легче всего разлагаются при нагревании тяжелые нефтяные остатки, например мазут, гудрон, значительно труднее - соляровые фракции, еще труднее - керосиновые. Чем тяжелее сырье, т.е. чем выше молекулярная масса и выше пределы выкипания, тем легче оно крекируется и тем выше скорость крекинга. Малая скорость разложения легких фракций имеет большое практическое значение, т.к. обеспечивает сохранение получаемых крекинг-бензинов зоне крекинга во время разложения более тяжелых фракций сырья.

Невыгодно подвергать крекингу широкую фракцию потому, что крекинг ее будет происходить неравномерно. В то время как более легкие части еще не крекировались, тяжелая часть его уже подвергается глубокому крекингу и образует большое количество кокса. Поэтому целесообразно широкую фракцию предварительно разделить на ряд узких и крекировать каждую в оптимальных для нее условиях. Это же относится и к мазуту, который при крекинге разделяют на две фракции - более легкую и более тяжелую.

Ароматические углеводороды, не содержащие боковых цепей или содержащие короткие боковые цепи, в условиях высоких температур не подвергаются распаду. Длинные боковые цепи ароматического углеводорода при термическом крекинге отрываются, а его ядро остается неизменным.

Ароматические углеводороды, содержащие короткие олефиновые цепи, вступают в реакции поликонденсации, в результате чего образуются высокомолекулярные продукты уплотнения и кокс.[9 с.225]

В одинаковых условиях крекинга скорость реакции растет с повышением температуры кипения сырья. Это объясняется различной термической стабильностью углеводородов. Высокомолекулярные парафиновые углеводороды, а также ароматические с длинной парафиновой цепью менее термически стабильны, чем низкомолекулярные углеводороды. При умеренных температурах крекинга заметного изменения структуры молекул расщепляющихся углеводородов не происходит.[14]

Сырье для крекинга должно быть однородно как по фракционному, так и по химическому составу. Для разных видов сырья требуется особый режим крекирования.

В начале процесса крекинга идут реакции распада, т.е. разложения крупных молекул предельных углеводородов с образованием более легких предельных углеводородов с образованием легких предельных и непредельных, составляющих фракции бензина, керосина, соляра и газ. При дальнейшем углублении крекинга начинают происходить реакции конденсации, возрастает концентрация ароматических углеводородов, образующиеся продукты еще более уплотняются и объединяются водородом, давая последовательно смолы, асфальтены и кокс.

При значительном углублении крекинга углеводороды, составляющие фракции бензина, также могут подвергаться разложению с образованием газа. Таким образом, количество бензина, возрастающее по мере углубления крекинга, после достижения некоторого максимума начинает падать, а выход газа возрастает. Следовательно, глубина крекинга ограничивается, с одной стороны, коксообразованием, с другой - газообразованием.[9 с. 229]

4.2 Температура и продолжительность процесса

В одинаковых условиях крекинга скорость реакции растет с повышением температуры кипения сырья. Это объясняется различной термической стабильностью углеводородов. Высокомолекулярные парафиновые углеводороды, а также ароматические с длинной парафиновой цепью менее термически стабильны, чем низкомолекулярные углеводороды.

При умеренных температурах крекинга заметного изменения структуры молекул расщепляющихся углеводородов не происходит.

Эти факторы, влияющие на выход и качество продуктов термокрекинга, при определенных температурах взаимозаменяемы. Увеличивая температуру крекинга и уменьшая продолжительность времени пребывания сырья в зоне высоких температур, можно получить ту же глубину разложения сырья, что при более мягкой температуре, но большей длительности .[14] При этом необходимо увеличение размеров нагревательных реакционных устройств для сохранения производительность на прежнем уровне. Чтобы не создавать громоздкие аппараты, проводят крекинг при более высокой температуре и меньшей продолжительности процесса. [9 с..230]

Термическое разложение углеводородов начинается при 380-400 ⁰С. С увеличением температуры скорость крекинга быстро растет. Повышение температуры крекинга при постоянном давлении и постоянной степени превращения приводит к повышению содержания легких компонентов, к снижению выхода тяжелых фракций и увеличению выхода кокса. Выход газа с повышением температуры заметно увеличивается, причем растет содержание в нем непредельных углеводородов. [14]

Температура и продолжительность крекинга определяют собой так называемую степень жесткости процесса. Чем выше степень жесткости, тем глубже протекают процессы крекинга и тем больше выход бензина. Однако с повышением степени жесткости крекинга возрастает выход кокса и увеличивается газообразование за счет разложения части образовавшегося бензина.

Поэтому для каждого вида сырья подбирают наиболее выгодные оптимальные условия крекинга, т.е. наиболее подходящую степень жесткости процесса. [9 с. 231]

4.3 Давление

С увеличением давления повышаются температура кипения сырья и продуктов крекинга. Поэтому изменением давления можно влиять на фазовое состояние в зоне крекинга. Термический крекинг может осуществляться в паровой, жидкой и смешанной фазах. В паровой фазе проводится крекинг бензина, керосино-газойлевых фракций, для которых температура крекинга выше критической. Повышение давления при парофазном крекинге позволяет увеличить производительность установки и уменьшить выход газа. [14] Давление влияет на вторичные реакции при крекинге (реакции полимеризации и конденсации протекают легче при повышенном давлении.). [9 с. 231]. Влияние давления на жидкофазный крекинг тяжелых видов сырья (мазута, гудрона) невелико. При смешаннофазном крекинге давление способствует гомогенизации сырья - газ частично растворяется в жидкости, уменьшая ее плотность, а газовая фаза уплотняется.

4.4 Тепловой эффект реакции крекинга

При термическом крекинге одновременно протекают реакции термического распада и реакции уплотнения. Первые из этих реакций идут с поглощением теплоты, вторые - с выделением теплоты. Суммарный тепловой эффект процесса деструктивного разложения зависит от того, какие из этих реакций преобладают. Суммарный тепловой эффект термического крекинга отрицателен и поэтому необходимо подводить тепло со стороны. [14]

5. Устройство и принцип работы основных аппаратов

Основные аппараты крекинг-установок, работающих под давлением, - трубчатые реакционно-нагревательные печи и так называемые реакционные камеры. [11 с.59]

5.1 Устройство и принцип работы печей П1 и П2

Как показали исследования, широкую фракцию или мазут следует разделять на две части, выделяя легкую фракцию для раздельного крекирования. Дальнейшее разделение более тяжелой части (свыше 350 °С) на отдельные узкие фракции нецелесообразно, так как раздельное крекирование их не приводит к большим экономическим выгодам; коэффициент рециркуляции при раздельном крекинге узких тяжелых фракций мало изменяется.

Раздельно крекируют мазут или широкую фракцию на двухпечных крекинг-установках; в одной печи проводится легкий крекинг части сырья, а в другой - глубокий крекинг легкой части сырья. [9 с.238]

На действующих установках термического крекинга применяются радиантно-конвекционные двухскатные трубчатые печи шатрового типа. Они имеют две камеры радиации (топочные камеры), в которых по периметру потолка и пода находится однорядный экран, и одну камеру конвекции, в которой помещен змеевик. В камере радиации сжигается топливо, и расположенные там трубы (экран) воспринимают теплоту преимущественно через излучение. Из отходящих дымовых газов теплота передается главным образом путем конвекции - при непосредственном контакте дымовых газов с трубами конвекционной камеры. Сырье последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы [11 с.87]

Печь тяжелого сырья П1 предназначена для нагревания и легкого крекинга тяжелой флегмы. [9 с.260] В конвекционной секции размещены 110 труб диаметром 127 10 мм. Материал труб и двойников 12Х18Н10Т. Общая поверхность нагрева равна 1492,74 м ². [14]Трубы конвекционной камеры и подовых экранов радиантных камер крепятся в решетках из легированной стали. Потолочные трубы подвешены на подвесках из той же стали. Металлический каркас печи состоит из шести ферм, соединенных швеллерами. Каркас принимает на себя и передает на фундамент всю основную нагрузку печи. [9 с. 260]

Сырье поступает в печь тремя потоками. Правый и левый потоки прокачиваются через 42 трубы конвекционной камеры, 10 витков вертикального и 18 витков спирального змеевика в камере радиации. Средний поток прокачивается через 6 труб конвекционной камеры, 8 витков надконвекционного спирального змеевика и по 11 витков спирального змеевика в левой правой камера радиации. [14]

Печь легкого сырья П2 предназначена для нагрева и глубокого крекинга легкой флегмы. Это также двухкамерная печь с наклонным сводом, отличающаяся от печи П1 меньшими размерами, меньшей тепловой мощностью, а также схемой движения продукта в змеевике.. [9 с. 261] В конвекционной камере размещены 42 трубы диаметром 102 10 мм., выполненные из стали 15Х5М. Общая поверхность нагрева 3606,48 м ².

Сырье поступает в печь двумя потоками. Каждый поток прокачивается через 21 трубу конвекционной камеры, 4 витка надконвекционного спирального змеевика и 16 витков радиантной камеры. [14]

Реакция крекинга протекает в радиантной камере, в основном, в левом подовом и левом потолочном экранах. нефть термический крекинг

Огромные количества тепла, содержащиеся в обоих потоках, используют для углубления реакций крекинга, которые должны протекать в отдельном аппарате - выносной необогреваемой камере.

Для этого оба потока по выходе из печей, прежде всего, смешиваются, в результате чего за счет более высокой температуры продуктов глубокого крекинга повышается температура продуктов легкого крекинга, т.е. более тяжелой части, что будет способствовать ее дальнейшему распаду. [9 с.248]

На обеих печах имеются площадки для обслуживания и для чистки со стороны двойников. На форсуночных фронтах имеются площадки с завесом. [9 с. 261]

5.2 Устройство и принцип работы реакционной камеры

Реакционная камера представляет собой пустотелый цилиндрический сварной аппарат диаметром 1800 мм и высотой 14 200 мм со сферическими днищами. (рисунок 2) Изготовлен аппарат из биметалла. Основной материал - молибденовая сталь марки 12 МХ; обкладка аппарата выполнена из легированной стали марки ЭИ496.

В реакционной камере происходит процесс крекирования сырья, поступающего из трубчатой печи. [7 с.120]. Она служит для дополнительного крекирования термоустойчивых газойлевых фракций и углубления легкого крекинга тяжелых фракций

В верхней боковой поверхности имеются три штуцера; штуцер 1 служит для ввода продукта из печи тяжелого сырья, штуцер 5 для ввода из печи легкого сырья и штуцер 4 - для предохранительного клапана. Для осмотра, чистки и ремонта аппарата предусмотрены три люка диаметром 450 мм каждый. В крышке верхнего люка имеется штуцер 6 для ввода продукта из камеры к редукционному вентилю.

Снаружи камера изолирована шлаковатными изделиями.

Рабочие условия аппарата: давление не выше 25 атм., температура 500 ⁰C, среда - коррозийная. [9 с.262]

Так как реакция крекинга протекает с отрицательным тепловым эффектом, температура на выходе из камеры ниже, чем на входе. Относительно низкая температура крекинга в реакционной камере компенсируется ее значительным объемом. Так, согласно поверочному расчету одной из эксплуатируемых камер, средняя длительность пребывания в ней продукта составила около 100 сек.

Особенное значение приобретает реакционная камера при крекинге тяжелого сырья: при углублении крекинга такого сырья в выносной реакционной камере уменьшается возможность закоксовывания труб в крекинг-печи и тем самым удлиняется пробег установки.

Выносная реакционная камера очень экономична, так как позволяет углубить крекинг без затрат топлива.

Углублением крекинга можно повысить также пропускную способность установки по свежему сырью, так как уменьшается коэффициент рециркуляции. [11 с. 64]

Продукты крекинга, входящие в камеру, представляют собой смесь жидких (более тяжелых) и парообразных (более легких) фракций. Углубление крекинга всей этой массы в целом невозможно, так как тяжелые жидкие фракции разложатся с образованием бензинам. Поэтому углубленному крекингу подвергают только легкую часть продуктов крекинга, находящуюся в парах. Для этой цели продукты крекинга из обоеих печей вводят в реакционную камеру через верх ее. Жидкие тяжелые продукты уплотнения проходят камеру быстрее, чем пары, так как стекают по стенам аппаратов вниз и,0 подвергнувшись незначительному крекингу, выводятся с низа камеры. Пары более легких продуктов, заполнив камеру, находятся в ней дольше и подвергаются дополнительно более глубокому крекингу, что без значительного коксообразования дает дополнительный выход бензина и повышает его октановое число. Реакционная камера заполнена парами крекируемых продуктов, а жидкость (тяжелая смолистая часть) находится в аппарате на низком уровне. Тепло продуктов крекинга, вступивших в камеру, расходуется на реакции дополнительного крекинга, и поэтому температура в камере снижается по высоте аппарата. [9 с.249]

6. Описание технологической схемы установки термического крекинга

Сырье из сырьевого коллектора или резервуаров товарного производства забирается сырьевым насосом Н1 , прокачивается параллельными потоками через теплообменники Т1, где подогревается за счет тепла отходящего с установки остатка, и Т2, где подогревается за счет тепла тяжёлого вакуумного газойля (далее ТВГ). На выходе из теплообменников оба потока соединяются и поступают в ректификационную колонну К3 двумя потоками: на 6-ю тарелку на ректификацию и в низ К3 с целью регулирования температуры низа колонны. Часть сырья может подаваться в аккумулятор К4 для регулирования уровня в аккумуляторе К4.

Под нижнюю каскадную тарелку К3 поступают пары из К2. С низа К3 тяжелая флегма с температурой не выше 385 °С забирается печными насосами Н3, Н4 и подается в змеевики печи тяжелого сырья П1 тремя потоками и в печь легкого сырья П2 двумя потоками. На выходе из печей потоки соединяются и направляются в верхнюю часть реакционной камеры К1.

Не сконденсировавшиеся пары с низа К3 по отпарной трубе поступают в верхнюю часть колонны, где за счет подачи орошения конденсируются наиболее тяжелые фракции, образуя легкую флегму, накапливающуюся в аккумуляторе К3. С аккумулятора К3 легкая флегма поступает на прием насосов Н3, Н4. В приемную линию Н3 врезан прием квенченгового насоса Н11, которым флегма прокачивается через рибойлер Т8 и подогреватель сухого газа Т7. Далее флегма поступает в водяной холодильник Х2 и используется в качестве уплотняющей жидкости сальников насосов и в качестве охлаждающей жидкости торцевых уплотнений печных насосов.

Пары легких нефтепродуктов и газы с верха К3 с температурой не выше 200 °С по шлемовой трубе поступают в конденсатор воздушного охлаждения (далее ХВО) ХВО1 и, конденсируясь, направляются в емкость нестабильного бензина Е1.

Нестабильный бензин из Е1 забирается насосами Н2, основным потоком и откачивается на блок стабилизации установок ТК2 или ТК3, а второй поток используется как острое орошение верха колонны К3. Жирный газ из Е1 выводится с установки в общезаводскую магистраль жирного газа.

Реакционная смесь снизу колонны К1 с температурой не выше 465 °С выводится под собственным давлением в испаритель высокого давления К2. Продукты реакции в К2 разделяются на паровую и жидкую фазы. Пары из К2 с температурой не выше 450 °С по шлемовой трубе поступают на ректификацию в К3 (под нижнюю тарелку), а жидкость (легкий крекинг-остаток) под собственным давлением перепускается в испаритель низкого давления К4 (под аккумулятор).

В К4 от легкого остатка из К2 отпариваются легкие нефтепродукты.

При работе вакуумного блока остаток с низа К4 под собственным давлением перепускается в вакуумную колонну К7.

Пары с низа К4 по отпарной трубе поступают в среднюю часть колонны и, вступая в процесс ректификации с сырьем, накапливаются в аккумуляторе, образуя чистый рисайкл (термогазойль), который забирается насосом Н6 и закачивается в К3 на 6-ю тарелку.

Пары легких нефтепродуктов, воды и газы с верха К4 по шлемовой трубе поступают в ХВО2 и собираются во емкости Е2. Фляшдистиллят из Е2 насосами Н5 может быть откачен в К3 на 15-ю тарелку, на орошение К4, на блок стабилизации или откачен с установки. Газ из Е2 выводится в линию сухого газа.

В вакуумную колонну К7, с температурой не выше 380 С, поступает остаток с К4. С низа К7 остаток поступает на приём насосов Н7 и прокачивается через фильтр Ф1, по трубному пространству Т1, далее через водяной холодильник Х1 и выводится с установки.

Из аккумулятора К7 ТВГ поступает на приём насосов Н8 прокачивается через трубное пространство Т2, далее откачивается с установки.

Из кармана 10-й тарелки колонны К7 лёгкий вакуумный газойль (ЛВГ) поступает на приём насосов Н9 прокачивается через Т3. Часть потока идёт на острое орошение К7, а балансовое количество откачивается с установки. С верха вакуумной колонны К7 водяной пар и газы разложения с температурой не выше 200 °С направляется к вакуумсоздающей аппаратуре.

Нестабильный бензин из Е1 забирается насосами Н2, прокачивается через теплообменники Т5, Т4, подогревается теплом стабильного бензина, и поступает на 21-ю тарелку К5.

Бензин с низа К5 по перетоку поступает в рибойлер Т8, где подогревается теплом циркулирующей флегмы до температуры не выше 250 ⁰С

Пары из Т8 отводятся под нижнюю тарелку К5, а стабильный бензин переливается через перегородку, накапливается в кармане рибойлера, под собственным давлением проходит теплообменники Т4, Т5, а затем Т6 и выводится с установки.

С верха К5 пары и газы поступают в конденсатор-холодильник ХВО3 и накапливаются в рефлюксной ёмкости Е3. Рефлюкс из Е3 насосом Н10 подается на орошение К5.[14]

7. Нормы технологического режима

Таблица 1 - Нормы технологического режима

Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима.	Единица измерения	Допускаемые пределы технологических параметров
1	2	3
Расход сырья на установку	м 3/час	50-170
Печь тяжелого сырья П1
Загрузка на потоке	м 3/час	Не менее 50
Давление на входе	кгс/см 2(МПа)	Не более 50 (5,0)
Температура на выходе: - при крекировании гудрона, ЗНП. - при крекировании масляных экстрактов, тяжелых газойлей.	оС оС	Не более 480 Не более 500
Температура на перевалах	оС	Не более 830
Печь легкого сырья П2
Загрузка на потоке	м 3/час	Не менее 40
Давление на входе	кгс/см 2(МПа)	Не более 40 (4,0)
Температура продукта на выходе из печи: - при крекировании флегмы с акк. К3 - при крекировании тяжелой флегмы с низа К3: - при работе установки на гудроне и ЗНП - при работе установки на масляных экстрактах, тяжелых газойлях, - при нагреве горячей струи колонн К4,К7	оС оС оС оС	Не более 530 Не более 480 Не более 500 Не более 410
Температура на перевалах	оС	Не более 830
Коэффициент избытка воздуха в печах : - на газообразном топливе - на смешанном топливе		Не более 1,6 Не более 1,7
Давление Температура перетока из К1 в К2	кгс/см 2(МПа)	Не более 18 (1,8)
	оС	Не более 465
Испаритель высокого давления К2
Давление	кгс/см 2(МПа)	Не более 13,7 (1,37)
Температура верха	оС	Не более 450
Уровень низа	%	Не более 90 Не менее 10
Ректификационная колонна К3
Давление	кгс/см 2	Не более 11,7
Температура верха	оС	Не более 200
Температура низа	оС	Не более 385
Уровень аккумулятора	%	Не более 90 Не менее 20
Уровень низа	%	Не более 90 Не менее 20
Испаритель низкого давления К4
Давление	кгс/см 2(МПа)	Не более 4,0 (0,4)
Температура верха	оС	Не более 300
Температура низа	оС	Не более 400
Уровень аккумулятора	%	Не более 90 Не менее 20
Уровень низа	%	Не более 80 Не менее 5
Блок дебутанизации К5
Давление в рибойлере	кгс/см 2(МПа)	Не более 15 (1,5)
Температура верха	оС	Не более 120
Температура в рибойлере	оС	Не более 250
Уровень в рибойлере	%	Не более 90 Не менее 20
Вакуумный блок К5
Вакуум	мм.рт.ст	Не более 740
Температура верха	оС	Не более 200
Температура низа	оС	Не более 380
Уровень аккумулятора	%	Не более 90 Не менее 20
Уровень низа	%	Не более 90 Не менее 20
Вспомогательные системы
Давление водяного пара на установку	кгс/см 2(МПа)	Не менее 6,0 (0,6)
Бензин: - откачиваемый в парк - на прямое питание в газокатал. пр-во	оС оС	Не более 40 Не более 70
Крекинг-остаток: - откачиваемый в товарный парк - на прямое питание установки 21-10	оС оС	Не более 150 Не более 250
Легкий вакуумный газойль	оС	Не более 90
Тяжелый вакуумный газойль: - откачиваемый в парк (тов.пр-во)1 - в резервуары котельного топлива1 - на питание уст. ТК2,3,4,уст. 21-10	оС оС оС	Не более 100 Не более 130 Не более 250
Рефлюкс в газокатал. производство	оС	Не более 50
Флегма с установки	оС	Не более 90
Сброс стоков в канализацию	оС	Не более 40
Температура дымовых газов П1	оС	Не более 500
Температура дымовых газов П2	оС	Не более 500

8. Охрана труда

В соответствии с ГОСТ 12.3.002.85 безопасность производственного процесса обеспечивается выбором режима работы технологического процесса, оборудования, размещением производственного оборудования.

Предусмотрено следующее:

-процесс осуществляется по непрерывной схеме в герметичных аппаратах;

-вся основная аппаратура располагается на открытой площадке;

-для безопасного ведения процесса управление технологическим процессом осуществляется с помощью автоматических регуляторов из помещения операторной;

-при наиболее опасных нарушениях технологического режима предусмотрена сигнализация и блокировка.

Для обеспечения безопасного ведения технологического процесса необходимо соблюдать следующее:

-не допускать резких изменений давления и температуры в аппаратах, строго соблюдать технологические параметры ведения процесса, согласно технологической карте;

-во время работы установки необходимо обеспечить контроль за давлением в аппаратах;

-показания контрольно-измерительных приборов, находящихся на щите в операторной, должны периодически проверяться дублирующими приборами, установленными непосредственно на аппаратах;

-все аппараты и оборудование должны эксплуатироваться в соответствии с технологическим регламентом установки.

Все запорные устройства должны содержаться в исправности и обеспечивать быстрое и надежное прекращение поступления или выхода нефтепродуктов.

Все неработающие аппараты и коммуникации должны быть освобождены, надежно отключены и отглушены от рабочих систем. Перед включением в работу теплообменников, рибойлеров, подогревателей необходимо проверить укомплектованность шпильками всех фланцевых соединений на аппаратах и подходящих к ним трубопроводах.

После проверки аппарата преступают к его включению. Для этого осторожно (в течении пяти минут) открывают задвижку на трубопроводе выходящего «холодного» продукта из аппарата. При этом осматривают фланцевые соединения на предмет герметичности. После чего открывают задвижку на трубопроводе входящего «холодного» продукта. Если замечаний нет, то закрывается задвижка на линии помимо аппарата (байпас).

При работе установки в резерве находятся только насосы. Нормальное положение резервного насоса: задвижка на приемном трубопроводе открыта, задвижка на нагнетательном трубопроводе закрыта, напряжение на электродвигатель подано.

8.1 Пожарная безопасность

- Пожарные гидранты вокруг установки установлены на закольцованном противопожарном водопроводе. Пожарные гидранты установлены на сети завода;

- для предотвращения проникновения к печи облака горючих газов и тушения загорания внутри печи предусмотрена наружная паровая завеса печи, подача пара в камеру сгорания и в змеевик печи, в коробку ретурбендов печи;

- для ликвидации местных очагов пожара предусмотрена система паротушения, пенотушения в холодной, горячей, печной и открытой насосных;

- в качестве первичных средств пожаротушения небольших очагов применяются кошмы, песок, водяной пар, огнетушители;

- для тушения загорании на электрооборудовании предусмотрены: кошма, песок порошковый огнетушитель ОПУ-5.

Вызов пожарной части осуществляется по пожарному извещателю или по телефону.

8.2 Методы и средства контроля за содержанием взрывоопасных и токсичных веществ в воздухе рабочей зоны

В соответствии с требованиями п.5.4 ПБ 09-540-03 на установке имеются датчики сигнализирующие о появлении минимального количества взрывоопасного газа в холодной, горячей, печной и насосной стабилизации, контроль за содержанием вредных веществ ведется отбором проб лабораторией ГСО.

8.3 Способы обезвреживания и нейтрализации продуктов производства при разливах и авариях

При разливах сырья нефтепродукта во время эксплуатации или ремонта установки необходимо:

- прекратить ведение ремонтных работ на установке;

-удалить с установки весь персонал, проводящий ремонт, убрать разлитый нефтепродукт путем засыпки места разлива песком, после пропитанный нефтепродуктом песок вывезти в шламонакопитель.

- вызвать лаборанта ГСО для отбора анализа воздуха в данном месте.

- если розлив произошёл из неисправного оборудования, то это оборудование отключить от действующей схемы.

8.4 Меры по предупреждению аварийной разгерметизации технологических систем

Для предупреждения аварийной разгерметизации технологической системы необходимо:

- все подвергшиеся ремонту и вновь смонтированные трубопроводы, аппараты подвергнуть гидравлическому испытанию на плотность и прочность с составлением актов;

- обогрев тупиковых участков и периодического действия трубопроводов в холодное время;

- при пуске установки плавно поднимать температуру на выходе из печей (для предотвращения температурной деформации оборудования);

- проводить остаточный ресурс аппаратов, оборудования и трубопроводов;

- строго соблюдать нормы технологического режима.

8.5 Периодичность и методы контроля за образованием в процессе эксплуатации производства взрывоопасных побочных продуктов

Согласно утвержденного « Плана графика по отбору воздуха рабочей зоны в производственных помещениях установок», лабораторией ГСО завода производится отбор проб по содержанию вредных веществ в рабочей зоне, результаты которой записываются в журнале « Учета анализов воздушной среды производственных помещений установки [14]

8.6 Средства коллективной защиты работающих

-средства нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест (вентиляция и очистка воздуха, кондиционирование воздуха, устройства локализации вредных факторов, отопление, устройства автоматического контроля и сигнализации);

- средства нормализации освещения производственных помещений и рабочих мест (источники света, осветительные приборы, световые проемы, светозащитные устройства, светофильтры);

- средства защиты от электромагнитных излучений (оградительные устройства, защитные покрытия, герметезирующие устройства устройства автоматического контроля и сигнализации, устройства дистанционного управления, знаки безопасности);

- средства защиты от магнитных и электрических полей (оградительные устройства, защитные заземления, изолирующие покрытия и устройства, знаки безопасности); от шума (устройства: оградительные, звукоизолирующие, звукопоглощающие, автоматического контроля и сигнализации, дистанционного управления; глушители шума);

- средства защиты от вибрации (устройства: оградительные, виброизолирующие, виброгасящие и вибропоглощающие, автоматического контроля и сигнализации, дистанционного управления);

- средства защиты от поражения электрическим током (оградительные устройства, устройства автоматического контроля и сигнализации, изолирующие устройства и покрытия, устройства защитного заземления и зануления, устройства автоматического отклонения, устройства выравнивания потенциалов и понижения напряжения, устройства дистанционного управления, предохранительные устройства, молниеотводы и разрядники, знаки безопасности);

- средства защиты от статического электричества (заземляющие устройства);

- средства защиты от высоких и низких температур окружающей среды (устройства: оградительные, автоматического контроля и сигнализации, термоизолирующие, дистанционного управления, для радиационного обогрева и охлаждения);

- средства защиты от воздействия механических факторов (устройства: оградительные, автоматического контроля и сигнализации, предохранительные, дистанционного управления, тормозные; знаки безопасности);

- средства защиты от воздействия химических факторов (устройства: оградительные, автоматического контроля и сигнализации, герметизирующие, для вентиляции и очистки воздуха, для удаления токсических веществ, дистанционного управления; знаки безопасности).

9. Охрана окружающей среды

Промышленные предприятия топливно-энергетического комплекса, в том числе химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а также автомобильный транспорт в настоящее время являются одними из наиболее крупных источников загрязнения природы: атмосферы, почвы, водоемов, море. [1 c. 768]

9.1 Защита атмосферы от загрязнений газовыми выбросами НПЗ

Самым крупным источником загрязнения атмосферного воздуха являются заводские резервуары для нефти и нефтепродуктов. Выброс осуществляется через специальные дыхательные клапаны, через открыты люки, возможны плотности в кровле резервуаров и при заполнении резервуаров нефтью или нефтепродуктами. Загрязнение атмосферы происходит в результате испарения нефти и нефтепродуктов с открытых поверхностей очистных сооружений. Загрязняют атмосферу и оборотные воды при уносе и испарении с градирен. Сточные воды от барометрических конденсаторов, сбросы охлаждающей воды из конденсаторов смешения паров и др. являются источниками загрязнения атмосферы сероводородом.

Вентиляционные газы, выделяющиеся от оборудования, установленного в закрытых помещениях, объекты общезаводского хозяйства - такие, как дренажи колонн и аппаратов, лотки и канализационные колодцы - тоже являются серьезными источниками загрязнения атмосферы.

Для уменьшения испарения углеводородов при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов усовершенствовывают конструкции резервуаров сырьевых и товарных парков, что является одним из самых эффективных средств снижения потерь нефтепродукто при «дыхании» резервуаров. Направления усовершенствования:

- замена резервуаров с шатровой крышей на резервуары с плавающими крышами, понтонами ил резервуары, работающие при избыточном давлении;

- применение для светлых нефтепродуктов герметичных резервуаров, соединенных с газгольдером, откуда газы откачиваются;