Помощь студентам в учебе
Моделирование процесса коксования с варьируемым коэффициентом рециркуляции
|
Введение 4
1 Обзор и анализ научно - технической литературы 7
1.1 Основные термодеструктивные процессы переработки нефти 7
1.2 Основные разновидности процесса коксования в промышленности 10
1.3 Химизм процесса коксования 13
1.4 Промышленная технология процесса замедленного коксования 15
1.5 Сырье для коксования 17
1.6 Факторы, влияющие на качество продуктов коксования 18
1.6.1 Температура нагрева сырья 18
1.6.2 Давление в камере коксования 19
1.6.3 Сырье коксования 19
1.6.4 Однородность кокса 20
1.6.5 Время коксования 21
1.6.6 Глубина переработки нефти 21
1.6.7 Охлаждение и выгрузка кокса 21
1.6.8 Транспортировка и хранение кокса 22
1.6.9 Прокаливание (кальцинация) кокса 22
1.7 Влияние коэффициента рециркуляции на процесс коксования 22
2 Экспериментальная часть 23
2.1 Описание методик эксперимента 24
2.2 Результаты экспериментов 30
2.3 Результаты и их обсуждение 36
2.3.1 Зависимость материального баланса коксования от
коэффициента рециркуляции 36
2.3.2 Зависимость свойств кокса от коэффициента рециркуляции 38
2.3.3 Зависимость выхода фракций от коэффициента
рециркуляции 43
2.3.4 Зависимость свойств жидких продуктов от коэффициента
коэффициента рециркуляции 45
2.4 Выводы по результатам экспериментов 48
Заключение 50
Список сокращений 52
Список использованных источников 53
1 Обзор и анализ научно - технической литературы 7
1.1 Основные термодеструктивные процессы переработки нефти 7
1.2 Основные разновидности процесса коксования в промышленности 10
1.3 Химизм процесса коксования 13
1.4 Промышленная технология процесса замедленного коксования 15
1.5 Сырье для коксования 17
1.6 Факторы, влияющие на качество продуктов коксования 18
1.6.1 Температура нагрева сырья 18
1.6.2 Давление в камере коксования 19
1.6.3 Сырье коксования 19
1.6.4 Однородность кокса 20
1.6.5 Время коксования 21
1.6.6 Глубина переработки нефти 21
1.6.7 Охлаждение и выгрузка кокса 21
1.6.8 Транспортировка и хранение кокса 22
1.6.9 Прокаливание (кальцинация) кокса 22
1.7 Влияние коэффициента рециркуляции на процесс коксования 22
2 Экспериментальная часть 23
2.1 Описание методик эксперимента 24
2.2 Результаты экспериментов 30
2.3 Результаты и их обсуждение 36
2.3.1 Зависимость материального баланса коксования от
коэффициента рециркуляции 36
2.3.2 Зависимость свойств кокса от коэффициента рециркуляции 38
2.3.3 Зависимость выхода фракций от коэффициента
рециркуляции 43
2.3.4 Зависимость свойств жидких продуктов от коэффициента
коэффициента рециркуляции 45
2.4 Выводы по результатам экспериментов 48
Заключение 50
Список сокращений 52
Список использованных источников 53
В настоящее время важное значение в промышленности имеет глубокая переработка нефти, которая представляет собой превращение остатков первичной перегонки и тяжелых нефтяных фракций. Показателем эффективности нефтепереработки является глубина переработки нефти (ГПН) - это процент выхода всех нефтепродуктов на нефть, за вычетом топочного мазута и величины безвозвратных потерь.
По данным на 2006 год ГНП в России составляет 72%, в США 95,5%, в Западной Европе - 85 - 90%, в Китае 85%, по объемам переработки Россия занимает четвертое место [1].
Одним из самых эффективных и экономически выгодных технологических процессов, обеспечивающих увеличение ГПН, является процесс коксования тяжелых нефтяных остатков с получением электродного кокса и дистиллятных продуктов.
Мировые мощности производств коксования нефтяных остатков составляют 252,9 млн. тонн в год. Лидером в производстве как сырого, так и прокаленного кокса в настоящее время являются США, где сосредоточено более 60% мировых мощностей по прокаливанию кокса и производится около 80% всего объема кокса в мире [1]. Основной целью замедленного коксования за рубежом является максимальная выработка дистиллятов для последующего получения из них моторных топлив, а получаемый кокс рассматривается как побочный продукт, и все современные зарубежные технологии замедленного коксования направлены на снижение его выхода.
Мощности коксования по сырью на перерабатываемую нефть в РФ составляют ~ 2,5 %. Производимый на НПЗ РФ нефтяной кокс ни по объемам, ни по качеству не удовлетворяет потребностям потребителей. В 2010 г. в РФ было выработано приблизительно 1,3 млн тонн нефтяного кокса, тогда как потребность алюминиевой промышленности составляет около 2,0 млн тонн в год. В таблице 1 указаны данные по дефициту кокса на внутреннем рынке РФ.
По данным компании РУСАЛ, потребность в коксе будет еще расти, в то время как его производство не сможет покрыть этот рост. Электродные коксы хорошего качества для электродной и алюминиевой отраслей становятся дорогостоящим дефицитом В России почти не производится нефтяной кокс с содержанием серы менее 1% для электродной продукции, электродные заводы РФ вынуждены покупать этот кокс у зарубежных поставщиков по завышенным ценам. Для удовлетворения потребности в электродном коксе России приходится импортировать около 500 тыс. т кокса ежегодно (в основном из Китая и стран СНГ) [2]. На рисунке 1 представлена динамика потребности алюминиевой промышленности в нефтяном коксе.
Все установки коксового производства в РФ эксплуатируются уже более 20 лет (за исключением установки замедленного коксования (УЗК) на ОАО «Уфанефтехим», запущенной в августе 2009 г.) и, естественно, морально и физически устарели. Высококачественный малосернистый нефтяной кокс с содержанием серы до 1,5% имеют возможность вырабатывать только три нефтеперерабатывающих завода: в Волгограде, Омске, Ангарске, что обусловлено переработкой на этих НПЗ малосернистых западносибирских нефтей В таблице 2 представлены данные по объему производства кокса в России за 2008 год.
Реализованные на установках коксования технологии устарели, что создает существенные трудности, обусловленные короткими межремонтными пробегами установок, недостаточной автоматизацией процесса и механизацией трудоемких операций, низкими выходами и качеством получаемых продуктов, высокими потерями и эксплуатационными затратами [2].
Вышеуказанное подтверждает высокое значение процесса коксования не только для углубления переработки нефти (что остается весьма актуальным для России), но и для получения важного ценного продукта - кокса. Поэтому специалистами - нефтепереработчиками предлагается расширение коксового производства за счет строительства новых установок коксования на действующих НПЗ.
Стоит отметить, что несмотря на неопровержимую ценность кокса многие НПЗ стали переориентировать УЗК на процессы с максимальным выходом более дорогостоящих дистиллятов и минимальным входом кокса, который в среднем составляет 25%.
Каждое направление потребления предъявляет специфические требования к качеству получаемой продукции. Определение оптимальных технологических параметров для получения продукции с заданными показателями качества является важной производственной задачей .
В данной работе проведено физическое моделирование процесса коксования на экспериментальной лабораторной установке.
По данным на 2006 год ГНП в России составляет 72%, в США 95,5%, в Западной Европе - 85 - 90%, в Китае 85%, по объемам переработки Россия занимает четвертое место [1].
Одним из самых эффективных и экономически выгодных технологических процессов, обеспечивающих увеличение ГПН, является процесс коксования тяжелых нефтяных остатков с получением электродного кокса и дистиллятных продуктов.
Мировые мощности производств коксования нефтяных остатков составляют 252,9 млн. тонн в год. Лидером в производстве как сырого, так и прокаленного кокса в настоящее время являются США, где сосредоточено более 60% мировых мощностей по прокаливанию кокса и производится около 80% всего объема кокса в мире [1]. Основной целью замедленного коксования за рубежом является максимальная выработка дистиллятов для последующего получения из них моторных топлив, а получаемый кокс рассматривается как побочный продукт, и все современные зарубежные технологии замедленного коксования направлены на снижение его выхода.
Мощности коксования по сырью на перерабатываемую нефть в РФ составляют ~ 2,5 %. Производимый на НПЗ РФ нефтяной кокс ни по объемам, ни по качеству не удовлетворяет потребностям потребителей. В 2010 г. в РФ было выработано приблизительно 1,3 млн тонн нефтяного кокса, тогда как потребность алюминиевой промышленности составляет около 2,0 млн тонн в год. В таблице 1 указаны данные по дефициту кокса на внутреннем рынке РФ.
По данным компании РУСАЛ, потребность в коксе будет еще расти, в то время как его производство не сможет покрыть этот рост. Электродные коксы хорошего качества для электродной и алюминиевой отраслей становятся дорогостоящим дефицитом В России почти не производится нефтяной кокс с содержанием серы менее 1% для электродной продукции, электродные заводы РФ вынуждены покупать этот кокс у зарубежных поставщиков по завышенным ценам. Для удовлетворения потребности в электродном коксе России приходится импортировать около 500 тыс. т кокса ежегодно (в основном из Китая и стран СНГ) [2]. На рисунке 1 представлена динамика потребности алюминиевой промышленности в нефтяном коксе.
Все установки коксового производства в РФ эксплуатируются уже более 20 лет (за исключением установки замедленного коксования (УЗК) на ОАО «Уфанефтехим», запущенной в августе 2009 г.) и, естественно, морально и физически устарели. Высококачественный малосернистый нефтяной кокс с содержанием серы до 1,5% имеют возможность вырабатывать только три нефтеперерабатывающих завода: в Волгограде, Омске, Ангарске, что обусловлено переработкой на этих НПЗ малосернистых западносибирских нефтей В таблице 2 представлены данные по объему производства кокса в России за 2008 год.
Реализованные на установках коксования технологии устарели, что создает существенные трудности, обусловленные короткими межремонтными пробегами установок, недостаточной автоматизацией процесса и механизацией трудоемких операций, низкими выходами и качеством получаемых продуктов, высокими потерями и эксплуатационными затратами [2].
Вышеуказанное подтверждает высокое значение процесса коксования не только для углубления переработки нефти (что остается весьма актуальным для России), но и для получения важного ценного продукта - кокса. Поэтому специалистами - нефтепереработчиками предлагается расширение коксового производства за счет строительства новых установок коксования на действующих НПЗ.
Стоит отметить, что несмотря на неопровержимую ценность кокса многие НПЗ стали переориентировать УЗК на процессы с максимальным выходом более дорогостоящих дистиллятов и минимальным входом кокса, который в среднем составляет 25%.
Каждое направление потребления предъявляет специфические требования к качеству получаемой продукции. Определение оптимальных технологических параметров для получения продукции с заданными показателями качества является важной производственной задачей .
В данной работе проведено физическое моделирование процесса коксования на экспериментальной лабораторной установке.
В результате анализа научно - технической литературы было выявлено, что коксование является одним из самых недорогих и перспективных процессов полной переработки нефтяных остатков с получением дистиллятных продуктов и кокса, что особо актуально в настоящее время, в условиях высоких цен на нефть, когда важнейшие предприятия алюминиевой промышленности, в том числе Красноярский алюминиевый завод, Братский алюминиевый завод испытывают дефицит в качественном малосернистом коксе, а потребление светлых продуктов растет.
Для экспериментальной части на основании литературных данных была смоделирована установка замедленного коксования.
Были осуществлены эксперименты по коксованию тяжелых нефтяных остатков (гудрона и мазута).
На основании полученных в ходе экспериментов данных была выявлена зависимость качественных и количественных характеристик коксов и дистиллятов от свойств исходного сырья и от условий технологического режима коксования, к которым относятся давление, температура, время коксования и коэффициент рециркуляции.
Для достижения оптимальных показателей выхода и качества продуктов коксования предлагаются следующие значения технологических параметров процесса: температура в диапазоне 480 - 500 °C; атмосферное давление; сырье - гудрон без рециркуляции.
Полученный в результате экспериментов кокс может использоваться в качестве сырья для выпуска анодов.
Возможные пути использования жидких продуктов коксования: бензиновую фракцию (и.к. - 180 °C) - на гидроочистку для удаления нежелательных гетероатомных соединений и снижения количества олефинов, также ее рекомендуется использовать как компонент сырья каталитического риформинга с целью получения высокооктановых компонентов бензина или 50
выделения ароматических углеводородов. Фракцию легкого газойля коксования (180 - 360 °C) - на гидроочистку, либо гидродепарафинизацию для улучшения основных показателей дизельного топлива. Фракцию тяжелого газойля коксования (360 °C - к.к.) - на гидроочистку, фракции в компаундирование котельного топлива, часть фракции может быть направлена на рециркуляцию в случае перевода УЗК на увеличение выпуска нефтяного кокса, а также на каталитический крекинг или гидрокрекинг, который позволяет использовать в качестве сырья как легкие, так и тяжелые фракции жидких продуктов коксования, так как в ходе процесса даже тяжелый газойль коксования переходит в легкие дистилляты.
Для экспериментальной части на основании литературных данных была смоделирована установка замедленного коксования.
Были осуществлены эксперименты по коксованию тяжелых нефтяных остатков (гудрона и мазута).
На основании полученных в ходе экспериментов данных была выявлена зависимость качественных и количественных характеристик коксов и дистиллятов от свойств исходного сырья и от условий технологического режима коксования, к которым относятся давление, температура, время коксования и коэффициент рециркуляции.
Для достижения оптимальных показателей выхода и качества продуктов коксования предлагаются следующие значения технологических параметров процесса: температура в диапазоне 480 - 500 °C; атмосферное давление; сырье - гудрон без рециркуляции.
Полученный в результате экспериментов кокс может использоваться в качестве сырья для выпуска анодов.
Возможные пути использования жидких продуктов коксования: бензиновую фракцию (и.к. - 180 °C) - на гидроочистку для удаления нежелательных гетероатомных соединений и снижения количества олефинов, также ее рекомендуется использовать как компонент сырья каталитического риформинга с целью получения высокооктановых компонентов бензина или 50
выделения ароматических углеводородов. Фракцию легкого газойля коксования (180 - 360 °C) - на гидроочистку, либо гидродепарафинизацию для улучшения основных показателей дизельного топлива. Фракцию тяжелого газойля коксования (360 °C - к.к.) - на гидроочистку, фракции в компаундирование котельного топлива, часть фракции может быть направлена на рециркуляцию в случае перевода УЗК на увеличение выпуска нефтяного кокса, а также на каталитический крекинг или гидрокрекинг, который позволяет использовать в качестве сырья как легкие, так и тяжелые фракции жидких продуктов коксования, так как в ходе процесса даже тяжелый газойль коксования переходит в легкие дистилляты.