Расчет ректификационной колонны каталитического крекинга производительностью по сырью 450000 тонн/год

Основными регулируемыми параметрами в колонне являются: температура нижней и верхней части колонны, давление, расход, уровень.

   Таблица 1.3

            Спецификация приборов и средств автоматизации

Позиционное обозначение	Наименование, техническая характеристика	Марка, тип	Количество, шт.
1-1	Дифрагма камерная нормальная с разделительным сосудом. Условное давление 1,6 МПа	ОКН-25-150	1
1-2	Дифманометр мембранный с пневматическим входным сигналом 0,2-1кг/см2	ДМПК	1
2-1	Термоэлектрический преобразователь с защитной гильзой, диапазон измерения 0-600°С, глубина погружения 180мм	ТХК-0621	1
2-2	Многоточечный потенциометр электронный автоматический, самопишущий с ленточной диафрагмой. Класс точности 0,5	КСП-4	1
3-1	Манометр сильфонный с пневматическим сигналом. Измеряемое давление преобразуется на чувствительном элементе измерительного блока усилием сжатого воздуха. Класс точности 1	МС-П2	2
3-2	Вторичный пневматический прибор со станцией управления автоматического и программного регулирования. Класс точности 0,6	ПВ10.1Э	2
4-1	Регулятор уровня горизонтальный с механизмом контроля	РУПШ	1

 

Сборка ректификационной установки производится с помощью  сварки или пайки. После сборки необходимо проверить все соединения на герметичность, смазав все швы мыльным раствором и подав в трубки воздух под давлением (компрессором, насосом) и она готова к работе.

 

3. Устройство, принцип работы основного аппарата

Аппаратурное  оформление установок каталитического  крекинга состоит из трех частей: реактора, регенератора и ректификационной колонны.

Ректификационная  колонна не имеет отпарной зоны. В нижней части колонны расположены каскадные тарелки. Пары из реактора, поступающие в колонну под каскадные тарелки, охлаждаются и промываются от катализатора тяжелым газойлем. В нижней части колонны накапливается взвесь катализатора в тяжелом газойле – шлам, возвращаемый в реактор вместе с сырьем установки. Избыточное тепло отводится из колонны при помощи двух потоков циркуляционного орошения.

 

Рисунок 2 – Ректификационная колонна каталитического крекинга

Углеводородная  смесь, полученная в результате крекинга, подается в ректификационную колонну, предназначенную для разделения продуктов каталитического крекинга. В колонне смесь обычно разделяется  на следующие фракции: углеводородные газы (С₄ и более легкие С₄^-), крекинг-бензин, легкий крекинг-газойль, тяжелый крекинг-газойль и кубовый остаток который называется рециркулирующий газойль. Последний продукт может использоваться разными способами, но чаще его смешивают со свежей порцией сырья, с которой он снова поступает в процесс. Если число циклов достаточно велико, рециркулирующий газойль может полностью исчезнуть. Такой вариант носит зловещее название рециркуляция до уничтожения.

Тяжелый крекинг-газойль  можно использовать как сырье для термического крекинга или как компонент остаточного топлива (мазута). Легкий газойль является хорошим компонентом дизельного и дистиллятного топлива, а крекинг-бензин служит эффективным компонентом автомобильного бензина.

Граница между бензиновой фракцией и фракцией легкого газойля не является строго фиксированной. Перемещение этой границы позволяет регулировать соотношение между бензином и дистиллятом в зависимости от времени года. Когда наступает зимний отопительный сезон, многие нефтеперерабатывающие заводы переходят на режим максимального количества дистиллята. Для этого изменяют точку выкипания для крекинга бензина, так чтобы большое количество продукта попало во фракцию легкого газойля. Летом, чтобы перейти на режим максимального количества бензина, границу между фракциями сдвигают в противоположном направлении.

Верхние погоны, выходящие из ректификационной колонны  крекинга, отличаются по составу от легких фракции, получающихся при ректификации сырой нефти. В процессе крекинга образуются олефины, поэтому поток углеводородных газов содержит не только метан, этан, пропан и бутаны, но также водород, этилен, пропилен и бутилены. Из-за этих дополнительных компонентов крекинга – направляют для разделения на установку фракционирования крекинг – газа. В этом состоит отличие от газа, полученного, например, при ректификации сырой нефти, который содержит только насыщенные соединения. В последнем случае газ направляют на установку фракционирования насыщенного газа. Изобутан, пропилен и бутилены, полученные с установки каталитического крекинга, оказываются полезными для процесса алкилирования, в котором эти олефины превращаются в компоненты компаундированного бензина.

 Для изготовления  колонны применяются: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, специальные сплавы, титан, алюминий.

Внутри аппарата смонтированы каскадные тарелки.

Смесь газов  и паров, состоящая из продуктов  разложения, воздуха, водяных паров  и незначительной части паров легких фракций, по шлемовым трубам (трубы большого диаметра для отвода паров) отводится с верха колонны в барометрический конденсатор через штуцера / под нижнюю каскадную тарелку.

Каскадные тарелки представляют собой перфорированные полки с отбортовкой вверх около слива.

Эти тарелки  отличаются тем, что обеспечивают тесный контакт жидкости с паром при высоких скоростях и их разделение под действием центробежной силы, тогда как на колпачковых и ситчатых тарелках разделение осуществляется лишь под действием разности удельных весов.

Рисунок 3-Тарелки  каскадного типа

Также применяются и каскадные кольца.

Эта насадка  разработана с целью повышения  производительности, эффективности и механической прочности. В качестве материала применяется PP, PVDF, HALAR, PFA.

                

Рисунок 2- Металлические  мини кольца

Таблица 1.4

Тип размера	Размеры, мм	Коэффициент пустот, м3/м3	Количество, н·м-3	Насыпная плотность, кг/м3	Фактор насадки (сухой), 1/м
25	25x12.5x0.6(0.5)	0.942 (0.951)	98120	459 (383)	266(257)
38	38x19x0.8(0.6)	0.945 (0.959)	30040	433 (325)	183(173)
50	50x25x1.0(0.8)	0.951 (0.961)	12340	385 (308)	129(123)
76	76x38x1.5(1.2)	0.951 (0.961)	3540	385 (306)	84 (81)

 

4. Техника безопасности

 

Нефть и нефтепродукты  обладают опасными и вредными свойствами, а технологические процессы переработки  нефти  проводятся при высоких температурах и давлениях. Поэтому созданию безопасных условий труда в нефтеперерабатывающей промышленности уделяется особое внимание.

На каждом заводе и каждой установке имеются свои, более конкретизированные и детализированные инструкций по технике безопасности, пожарной и электробезопасности, которые должны обязательно находиться в производственных помещениях.

При работе установок  могут возникать опасности, связанные  с особенностями технологическими и специфическими свойствами перерабатываемых продуктов.

Нефть и нефтепродукты испаряются при любой температуре, над их поверхностью всегда имеется определенное количество паров, которые способны воспламеняться при поднесении открытого огня. Кроме того, пары нефтепродуктов и газы могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при определенном содержании их в смеси. Для возникновения взрыва в помещении не обязательно чтобы все оно было заполнено взрывоопасной смесью. Достаточно, если такая смесь образуется в отдельном аппарате, лотке, где проложены трубопроводы и т.д.

Нефть и нефтепродукты  обладают также токсическими свойствами и способны оказывать вредное  действие при попадении на кожу человека и при вдыхании нефтяных паров. Наиболее опасен бензин. Пары бензина не имеют  цвета, обладают характерным запахом. При очень высоких концентрациях паров бензина в воздухе острое отравление может произойти мгновенно и привести к смерти. Невысокие концентрации вызывают постепенное отравление, пострадавшие чувствуют сначала головокружение, сухость во рту, а затем терять сознание.

При переработке  сернистых нефтей в составе нефтепродуктов содержится сероводород – сильный яд, действующий на нервную систему. Он ощущается только в малых концентрациях. При больших концентрациях запах сероводорода неощутим, так как у человека притупляется обоняние. Признаки отравления сероводородом: резь в глазах, тошнота, светобоязнь, а при остром отравлении – судороги, удушье, потери сознания. Длительное воздействие небольших концентраций сероводорода приводит к хроническому отравлению.

Для предотвращения аварий и несчастных случаев на установках необходимо обеспечить безусловное выполнение всеми работающими норм и правил техники безопасности. Все поступающие на работу обязательно проходят инструкцию по технике безопасности, пожарной и газобезопасности, изучают существующие инструкции. Особое внимание при эксплуатации установок должно быть обращено на герметизацию аппаратов и трубопроводов, контроль за исправным состоянием приборов автоматического регулирования.

В помещениях, где  возможно возникновение взрыво – или токсически опасных концентрации бензина, сероводорода, горючих газов и других продуктов, устанавливаются специальные приборы, которые сигнализируют о том, что концентрация взрывоопасных и токсических веществ приближается к максимально допустимой величине.

Все аппараты, работающие под избыточным давлением выше 0,7 ат, снабжаются предохранительными клапанами, которые открываются при опасном превышении давления в аппарате.

При эксплуатации установок каталитического крекинга с кипящим слоем могут возникать аварийные ситуации, в первую очередь при нарушении циркуляции катализатора. Например, падение уровня катализатора в реакторе к попаданию воздуха в реактор из регенератора по транспортной линии, а это может быть причиной возникновения пожара или взрыва. Падение уровня катализатора в регенераторе может вызвать проникновение в регенератор паров сырья, что приведет к загоранию в регенераторе. Поэтому при падении уровня катализатора в одном из этих аппаратов необходимо выключить пневмотранспорт, добавить катализатор в реактор и регенератор и лишь после этого снова восстановить циркуляцию.

Для установки  каталитического крекинга наиболее серьезными авариями являются аварии реакторного блока и пневмотранспорта. В случае отключения электроэнергии остановится циркуляция катализатора и не будет подачи воздуха в регенератор. В связи с этим необходимо немедленно прекратить подачу сырья в реактор. С прекращением подачи воды и охлаждение змеевиков регенератора   температура в секциях регенератора. В этом случае следует прекратить подачу воздуха в реактор, в змеевики пустить водяной пар, снизить производительность установки по сырью. Прекращение подачи водяного пара приведет к прекращению отпарки паров продукта с катализатора. Пары углеводородов, попадая с катализаторов в катализаторопровод, могут вызвать пожар. В этом случае необходимо остановить установку.

Пуск установки. Пуск установки начинается с налаживания кипящего слоя в реакторе и регенераторе при помощи горячего воздуха и разогрева катализатора за счет впрыска топлива в регенератор. После достижения нормальной высоты слоя и температуры 480°C в регенераторе кипящий слой и транспортные линии реактора переводят с воздуха на перегретый водяной пар. Когда температура сырья во фракционирующей части установки достигает 400°C, его можно подать в реактор и вывести установку на режим.

 

2. Расчетная часть

2.1 Материальный  баланс процесса

Таблица 2.1

Материальный  баланс установки каталитического  крекинга                  

 

№	Наименование продуктов	Выход, %( масс.)	Количество
			тонн/год	тонн/сутки	кг/ч	кг/с
1	2	3	4	5	6	7
2	Поступило: Сырье – фракция 350-500°C	100,0	450000	1323,53	55147,06	15,32
3	Всего:	100,0	450000	1323,53	55147,06	15,32
4	Получено: Жирный газ Бензин н.к. -195°С Фракция 195-350°C Фракция >350°C Кокс выжигаемый Потери	16,9 32,0 23,5 19,6 7,0 1,0	76050 144000 105750 88200 31500 4500	223,67 423,53 311,03 259,41 92,65 13,24	9319,85 17647,06 12959,56 10808,82 3860,29 551,47	2,59 4,90 3,61 3,00 1,07 0,15
5	Всего:	100,0	450000	1323,53	55147,06	15,32