Дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1

На установке нефть с содержанием в ней бензиновых фракций 18,9 % вводится в колонну К-1 с температурой 205°С. В колонне размещено 28 тарелок. Нефть в количестве 725 т/ч подается на 16 тарелку (счет с низа). В расчетах массо - и теплообменный КПД тарелок укрепляющей секции принят равным 0,55, отгонной секции 0,35, что соответствует КПД относительно теоретической тарелки 0,40 и 0,20 соответственно. Давление верха колонны 0,40 МПа. Вывод тяжелой фракции бензина осуществляется с 24 тарелки колонны в кипятильник с паровым пространством. Пары кипятильника возвращаются в место вывода бокового погона из колонны.

Как и в предыдущем примере, с увеличением расхода выводимого бокового погона облегчается фракционный состав дистиллята. В связи с этим увеличивается количество газа, выводимого из. емкости орошения. Как показывают итоги расчетов, для данной установки приемлемым расходом бокового погона, выводимого из кипятильника, является 15 т/ч или 2,1 % на нефть. При одинаковой величине теплоподвода в кипятильник увеличение количества бокового погона с 15 до 20 т/ч приводит к повышению содержания в нем легких фракций и растворенных газов с 0,39 до 0,53 мас. %, сероводорода с 3,9х104 до 5,3х 102 % ,то есть он становится менее стабильным и при переработке нефтей с большим содержанием сернистых соединений может оказаться коррозионным. Тогда возникает необходимость в его стабилизации или защелачивании. Кроме того, при таком отборе бокового погона значительно возрастают потери пропана, бутана и ценных легких бензиновых фракций с газом, выводимым из емкости орошения колонны    К-1. При температуре в емкости орошения 50°С расход газа по сравнению с промышленным вариантом увеличивается с 2,34 до 3,37, при температуре 55°С с 4,38 до 5,56 и при 60°С с 6,93 до 8,01 т/ч.

Анализ итогов расчета двух установок показывает, что при наличии достаточно большого числа тарелок в укрепляющей секции колонны К-1 и верхней части колонны К-2 возможно получение тяжелой фракции бензина для риформинга. В рассмотренном первом примере фракционирования нефти, содержащей большое количество бензиновых фракций, отбор бокового погона из обеих колонн позволяет получать 6-7 %-на нефть тяжелой фракции бензина, направляемой на риформинг. Во втором примере отбор такой фракции составил лишь около 2 %, что связано с отсутствием отпарной секции для получения тяжелой фракции бензина и выводом бокового погона лишь из укрепляющей секции колонны К-1. Способ получения тяжелой фракции бензина боковым погоном из колонн К-1 и К-2, разработанный на основе расчетных исследований на ЭВМ, внедрен на установке ЛК-6У Павлодарского НПЗ в 1991 г. Эксплуатация установки после реконструкции показала, что отбор боковым погоном фр. 80 - 180°С и использование ее без стабилизации в качестве сырья риформинга позволяет разгрузить колонну стабилизации по сырью, улучшить качество продуктов разделения и уменьшить энергозатраты на фракционирование.

 

1.2. Классификация  и конструкция трубчатых печей  нефтепереработки и нефтехимии

Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оснащены различными трубчатыми печами, предназначенными для огневого нагрева, испарения и перегрева жидких и газообразных сред, а также для проведения высокотемпературных термотехнологических и химических процессов. Трубчатые печи различаются по технологическим, теплотехническим, конструктивным и другим признакам.

Одним из основных классификационных признаков промышленных трубчатых печей является их целевая принадлежность - использование в условиях определенной технологической установки. Так, большая группа печей, применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуются высокой производительностью и умеренными температурами нагрева(300-500°С) углеводородных сред (установки AT, ABT, вторичная перегонка бензина, ГФУ). Другая группа печей многих нефтехимических производств одновременно с нагревом и перегревом сырья используется в качестве реакторов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпературного процесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью (установки пиролиза, конверсии и др.).

Выбор типа печи, конструктивные решения по отдельным узлам, материальное оформление, система сжигания топлива, оснащение приборами контроля и автоматического управления и другие вопросы прорабатываются на стадии проектирования печей с учетом свойств углеводородных сред и рабочих условий эксплуатации [4].

Большинство применяемых трубчатых печей радиантно-конвекционные. Они состоят из радиационной камеры, где сжигается топливо, и тепло к трубчатым сырьевым змеевикам передается, главным образом, излучением от пламени и раскаленных поверхностей огнеупорной футеровки, и конвекционной камеры, куда поступают продукты сгорания топлива из камеры радиации. В камере конвекции тепло к сырью передается в основном конвекцией и частично излучением трехатомных компонентов дымовых газов.

Нагреваемое углеводородное сырье проходит последовательно сначала по змеевикам камеры конвекции, а затем направляется в змеевики камеры радиации. При таком противоточном движении сырья и продуктов сгорания топлива наиболее полно используется тепло. полученное при его сжигании.

Радиантно-конвекционные печи отличаются одна от другой следующими признаками:

-формой - коробчатые ширококамерные  и коробчатые узкокамерные, цилиндрические, кольцевые, секционные, многокамерные;

-расположением змеевиков - горизонтальные, вертикальные;

-топливной системой и  способом сжигания - для жидкого  либо газообразного топлива, либо

-комбинированного жидкого  и газообразного топлива; факельное  горение, беспламенное сжигание  и др.;

-конструктивными решениями - по отводу дымовых газов из  печи; числом камер радиации и  конвекции; длиной и геометрией  трубчатых змеевиков, видом огнеупорной  обмуровки и т. п. [5].

 

1.3. Методы снижения  выбросов окислов азота

В связи с ужесточившимися в последние годы требованиями к охране окружающей среды борьба с вредными выбросами в атмосферу оксидов азота, являющихся одним из основных загрязнителей, пробрела особую актуальность.

В различных странах мира разработаны десятки методов обезвреживания отходящих газов, многие из которых прошли опытно-промышленную проверку и внедрены в ряде отраслей промышленности. Многообразие методов объясняется разнохарактерностью газовых выбросов (объёмы газов, их температура и влагосодержание, степень окисления и концентрация оксидов, наличие пыли и сопутствующих газообразных примесей и т.д.), фоновыми загрязнениями конкретных регионов, которые определяют требования к глубине очистки газов, наличие требуемых хемосорбентов или катализаторов, потребность в продуктах утилизации либо возможность утилизации отработанного поглотителя или катализатора, экономику процессов и т.д.

Выбор метода очистки зависит от конкретных условий и определяется технико-экономическими расчётами.

Важным мероприятием по снижению образования NOх является усовершенствование технологии сжигания топлива, с помощью которого удаётся снизить содержание NOх  в дымовых газах на 10-40%. Этого, однако, недостаточно для удовлетворения норм, введённых в ряде индустриально развитых стран. Указанное мероприятие, как правило, эффективно лишь в сочетании с очисткой газов. Ниже мы кратко остановимся на основных методах очистки.

 

1) Селективное некаталитическое  восстановление:

Наиболее распространённым восстановителем NOх является аммиак.

На процесс восстановления влияют следующие параметры: степень  перемешивания NH3 с дымовыми газами, соотношение NH3/NOх, температура. Процесс рекомендуется проводить в области температур 800-1000оС. При температуре 1100оС и выше аммиак окисляется до NO, что отрицательно сказывается на эффективности очистки. При применении в качестве восстановителя водорода или метана оптимальная температура снижается. Так, при соотношении H2/ NOх =2 оптимальная температура составляет 697оС.

Достаточно большой опыт по применению некаталитического восстановления даёт основание сделать вывод о том, что процесс не позволяет достигнуть требуемой по стандартам степени очистки газов от NOх.

Таким образом, метод некаталитического восстановления может быть применён лишь в отдельных случаях.

 

2) Селективное каталитическое  восстановление:

Данный процесс получил в настоящее время наибольшее распространение в различных странах, особенно в сочетании с технологическими мероприятиями по предотвращению образования оксидов азота.

Все установки полностью автоматизированы. Автоматическое регулирование подачи аммиака базируется на сигнале о содержании NOх до реактора и после него с коррекцией о содержании NH3  за реактором. Измерения показали хорошую равномерность в распределении потоков NOх (±5%) и NH3 (±10%). Отмечено, что при подаче избытка аммиака возможно образование сульфатов и сульфитов аммония, которые откладываются в воздухоподогревателе и в другом оборудовании. При этом в одном случае было отмечено увеличение аэродинамического сопротивления воздухоподогревателя на 1000 Па в течение месяца, что требует периодических водных промывок.

Важнейшим является вопрос о правильном выборе катализатора для очистки газов с различными характеристиками. Процесс восстановления оксидов азота в дымовых  газах состоит из нескольких элементарных актов: адсорбция NH3 на поверхности катализатора; диффузия NOх к NH3 и их реакция; десорбция продуктов реакции и регенерация катализаторов. Наиболее распространённым на промышленных установках является катализатор, основу которого составляет V2O5 на носителе (чаще TiO2).

Используются также катализаторы, выполненные из керамики с добавкой оксидов металлов. Срок службы катализаторов достигает 16000 ч.

В качестве катализаторов используют также цеолиты, содержащие активные по отношению к NOх оксиды металлов.

Предложен процесс очистки дымовых газов от оксидов азота на катализаторе, содержащем благородный металл, при температуре 180-250оС. Очистка проводится с добавлением аммиака при объёмной скорости газа 10-15 тыс.ч-1. При наличии в газах диоксида серы образуются значительные количества сульфата аммония.

Продолжается поиск и других катализаторов, позволяющих проводить процесс при более низких температурах и имеющих более низкую стоимость.

 

3) Неселективное каталитическое  восстановление:

Восстановление оксидов азота возможно при температурах 200-500оС

на катализаторах, содержащих благородные  металлы. В качестве восстановительного агента применяются водород, монооксид углерода и лёгкие углеводороды. Наиболее предпочтительным является применение метана.

 

4) Адсорбционные методы  очистки:

К преимуществам адсорбционных методов следует отнести развитую поверхность контакта между твёрдой и газовой фазами, компактность аппаратуры и простоту её конструкции, отсутствие жидких стоков.

Основными недостатками этих методов очистки являются цикличность (стадии адсорбции-регенерации) и необходимость проведения высокотемпературной регенерации с последующей утилизацией оксидов азота. Широкое внедрение адсорбционных методов в промышленность осложняется и тем, что адсорбент поглощает не только оксиды азота, но и другие примеси, включая влагу.

Перечень предлагаемых в настоящее время твёрдых поглотителей NOх довольно обширен, однако большинство исследований и патентов базируется на основных сорбентах: активированных углях, силикагелях, цеолитах.

 

5) Применение обводненного  жидкого топлива:

Жидкие тяжёлые вязкие обводнённые топлива, влажностью от 10 до 20 %, могут быть достаточно эффективно использованы в широких масштабах без применения дорогих и малопроизводительных способов их обезвоживания.

При использовании влажного жидкого топлива, конечно, понижается его теплопроизводительность, увеличивается содержание  водяных паров в продуктах сгорания, вследствие чего растут потери тепла с уходящими газами и уменьшается к.п.д. установки.

Вместе с тем, нужно отметить, что недостатков при использовании топлив не так много, как кажется на первый взгляд.

Влажность жидких топлив в пределах до 20% не даёт резкого снижения показателей топочного процесса. При влажности топлива до 10% эти показатели почти не отличаются от показателей, получаемых при сжигании топлива влажностью 1 %, соответствующей ГОСТу.

Главной причиной, вызывающей трудности сжигания влажных жидких топлив, является не присутствие воды, а неравномерное распределение в массе топлива. Чтобы добиться устойчивой работы топок при сжигании влажных жидких топлив, необходимо воду, содержащуюся в топливе слоями, распределить по всей его массе равномерно. Так как в мазуте содержатся природные поверхностно-активные вещества – эмульгаторы, процесс превращения топливно-водяных смесей в стойкие  и совершенные эмульсии является естественным, технически эффективным и экономически целесообразным.

Известно, что все тяжёлые жидкие топлива обладают меньшей теплоёмкостью и теплотой испарения, чем вода. В то же время температура кипения мазута в три раза выше, чем для воды.

Естественно, что когда капли эмульсии, представляющие систему из двух жидкостей, начинают прогреваться, то при достижении 150-200оС физическое состояние каждой жидкости начинает изменяться. Топливная часть капли ещё остаётся в жидком состоянии, тогда как другая её составляющая – вода – превращается в пар.