Термический крекинг

Содержание

 

1 Теоретические  основы термического крекинга 3

2 Технологическая схема двухпечной установки термического крекинга с выносом реакционной камеры 5

3 Трубчатые  печи 7

4 Графическая  часть 9

Список  использованных источников 12

 

 

1 Теоретические основы  термического крекинга

 

Термический крекинг (англ. termalcracking) - процесс переработки нефтяных фракций путём их термического разложения с целью получения дополнительного количества светлых нефтепродуктов (бензина), термогазойля для производства сажи и крекинг-остатка для производства игольчатого кокса. Одной из разновидностей термического крекинга является висбрекинг - процесс получения котельных топлив путём снижения вязкости тяжолого сырья (мазута и гудрона).

В процессе термокрекинга, наряду с реакциями разложения, в результате которых получается газ и бензин, идут вторичные реакции уплотнения образовавшихся продуктов, в результате которых получается крекинг – остаток и кокс. На химизм процесса оказывает влияние его продолжительность (время пребывания углеводородов в реакционной зоне), характер исходного сырья, давление.

Продуктами промышленных установок термического крекинга являются газ, бензин, крекинг – остаток. Иногда отбирают ещё и керосиновую или керосиногазойлевую фракцию. Повышение температуры увеличивает скорость протекающих реакций, глубину процесса, а также приводит к преобладанию реакций расщепления по сравнения с реакциями уплотнения. Глубина процесса оценивается выходом бензина, газа и кокса и их соотношением. Её выбирают в зависимости от склонности исходного сырья к коксооброзованию или газообразованию. С увеличением глубины превращения выход бензина вначале  растёт, затем достигает некоторого максимума и начинает снижаться. Данное явление связано с тем, что скорость разложения бензина на газ начинает превышать скорость образования бензина.

Влияние давления появляется как непосредственно на направленности  протекающих реакций, так и через  изменение фазового соотношения  в реакционной зоне.  Давление влияет на состав продуктов крекинга, уменьшает выход газообразных продуктов и увеличивает выход продуктов уплотнения. С повышением давления уменьшается доля паров и увеличивается доля жидкости в реакционной зоне, что позволяет при заданном времени пребывания углеводородов значительно уменьшить объём реакционной зоны или углубить процесс.

Важный момент при термокрекинге — обеспечение требуемой селективности процесса. При достаточно широком молекулярном спектре углеводородов сырье сначала разделяют на фракции, а затем осуществляют их термокрекинг при оптимальных рабочих условиях в отдельных реакторах.

При достижении определенной глубины термического крекинга начинается образование твердого продукта — кокса, который представляет собой результат последовательных превращений ароматических углеводородов в асфальтены и карбиды. Явление коксообразования негативно сказывается на эксплуатации реакторных устройств термического крекинга, ограничивая их межремонтный пробег из-за необходимости очищать реакционную аппаратуру от коксоотложений.

С целью достижения требуемой  глубины процесса при умеренной  температуре без значительных коксообразований осуществляют рециркуляцию части получаемых продуктов на повторный крекинг.

Реакторным устройством  служит трубчатая печь или трубчатая  печь с выносной полой реакционной  камерой. Последняя может быть заполнена  только паром или иметь некоторый  уровень жидкости.

 

2 Технологическая схема двухпечной установки термического

крекинга с выносом реакционной камеры

 

Схема двухпечной установки термического крекинга с выносной реакционной камерой представлена на рисунке 1. Сырье после нагрева в теплообменнике 7 теплом отходящего крекинг-остатка подается в нижнюю часть ректификационной колонны 5 и в верхнюю часть испарителя низкого давления 6. Деление сырья на два потока позволяет более полно использовать избыточное тепло паров в этих аппаратах. Из верхней части испарителя 6 сырье, разбавленное газойлевыми фракциями, направляют в нижнюю часть колонны 5. Объединенный поток сырья и рециркулята с низа колонны 5 направляют в печь 1 легкого крекинга (тяжелого сырья) и далее на верх выносной реакционной камеры 3. Газойлевые фракции со сборной тарелки верхней части колонны 5 направляют в печь 2 глубокого крекинга (легкого сырья) и далее на верх реакционной камеры 3, откуда продукты крекинга поступают через редукционный вентиль в испаритель высокого давления 4. После отделения паров газойля с низа испарителя 4 крекинг- остаток поступает в испаритель низкого давления, в котором отделяются пары газойлевых фракций. Тяжелую часть этих паров в испарителе 6 конденсируют и возвращают с его сборной тарелки в низ колонны 5 и далее в смеси с сырьем направляют на крекинг в печь 1. С низа колонны 6 через теплообменники 7 и холодильник 8 выводят крекинг-остаток. Легкую часть паров выводят с верха испарителя 6 через конденсатор 10 и газосепаратор низкого давления 9 как крекинговый газойль. Пары из испарителя 4 поступают на разделение в колонну 5, с верха которой через конденсатор 11 выводят бензин и газ, которые поступают в газосепаратор высокого давления 12. В дальнейшем бензин поступает на стабилизацию, а газ на ГФУ.

Режим крекинга: выход печи тяжелого сырья — температура  
470 — 490 °С, давление 2,2 — 2,7 МПа, для печи легкого сырья соответственно 530 — 540 °С и 2,2 — 2,8 МПа.

Выход бензина при термическом  крекинге зависит наряду с прочими  условиями от вида сырья: он составляет (по массе) для гудрона 10—12 %, мазута 30 — 35, газойля 50 — 55, керосина 60 — 65. Бензины  термического крекинга содержат непредельные углеводороды и имеют низкое качество. В связи с этим процесс термического крекинга не является перспективным, однако он завоевал историческую нишу и свое место в нефтепереработке.

 

3 Трубчатые печи

 

Трубчатые печи (англ. pipe, tubefurnace) — огневые нагреватели для нагрева, испарения, химического превращения нефтяного сырья, движущегося по трубчатому змеевику. Трубчатые печи широко распространены на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях и являются составной частью технологических установок первичной переработки нефти, каталитического крекинга, риформинга, гидроочистки и др.

Трубчатая печь состоит из камеры радиации и конвекции. В первой (топочной камере) сжигается топливо  и размещен радиантный экран, трубы которого поглощают тепло в основном от радиации факела, трехатомных газов сгорания и вторичного излучения кладки. В камере конвекции расположены трубы, получающие тепло от потока дымовых газов главным образом конвекцией. Газы сгорания из радиантной поступают в камеру конвекции, откуда направляются в воздухоподогреватель и через дымоход в атмосферу. В камере конвекции также размещаются трубы котла-утилизатора для получения перегретого водяного пара. Нагреваемая среда сначала поступает в конвекционные трубы, а затем в радиантные. Для змеевиков применяют бесшовные трубы диаметром от 60 до 325 мм из углеродистых и легированных сталей и сплавов, обладающих жаропрочными свойствами. Соединяют трубы крутоизогнутыми фитингами сваркой или при помощи двойников, допускающих механическую чистку внутренней поверхности трубы от кокса.

Конструкции трубчатых печей (рисунок 2, 3) разнообразны и зависят от следующих факторов: назначения; вида топлива (жидкое, газообразное, комбинированное); формы корпуса — коробчатые (ширококамерные, узко-камерные) и цилиндрические; способа сжигания топлива — беспламенные, со свободным или настильным факелом, с дифференциальным подводом воздуха по высоте факела; расположения труб в камерах радиации и конвекции  (вертикальное, горизонтальное, винтовое и др.); числа секций или камер радиации; относительного расположения труб и осей факела (параллельное и перпендикулярное); числа потоков в трубчатом змеевике; конструкции стен (подвесной, легковесный кирпич, торкрет-бетон, волокнистые материалы, специальные блоки-панели); расположения камеры конвекции относительно радиантной (верхнее, нижнее, боковое).

Теплопроизводительность трубчатых печей находится в пределах 0,12 — 240 МВт, поверхность нагрева радиантных труб составляет 15 — 2000 м² , производительность по нагреваемой среде достигает 8 - 105 кг/ч. Температура среды на выходе из печи зависит от технологического процесса и достигает 900°С , а давление в змеевике — от 0,1 до 30 МПа. В реакционных трубах печей конверсии углеводородных газов, парового риформинга, каталитического пиролиза размещают гранулированный катализатор. В трубчатых печах с факельным способом сжигания топлива применяют комбинированные горелки, рассчитанные на жидкое и газообразное топливо (теплопроизводительность от 2,0 до 5,8 МВт), в трубчатых печах со стенами из панельных горелок применяют беспламенные панельные горелки (от 0,052 до 0,32 МВт) и щелевые беспламенные горелки (0,349 МВт).

Важным показателем, характеризующим  работу трубчатых печей и эффективность  использования трубчатого змеевика, является теплонапряженность поверхности нагрева. Величина тепловой напряженности зависит от назначения трубчатой печи, способа сжигания топлива, равномерности теплового потока по длине и окружности трубы змеевика, опасности термического разложения нагреваемой среды, теплоустойчивости и жаростойкости материала трубы. Средняя теплонапряженность радиантных труб (кВт/м) печей установок атмосферной перегонки нефти 30 — 60, вакуумной перегонки мазута 20 — 40, вторичной переработки 30 — 60, замедленного коксования 20 — 40, пиролиза бензина 12 — 24. Коэффициент полезного действия трубчатых печей лежит в пределах 0,65 — 0,85.

 

4.  Графическая часть

 

1 - печь тяжелого сырья (легкого крекинга);

2- печь легкого сырья  (глубокого крекинга);

3- выносная реакционная  камера;

4- испаритель высокого  давления; 5- ректификационная колонна;

6- испаритель низкого  давления; 7- теплообменник;

8- холодильник; 9- газосепаратор низкого давления;

10,11- конденсатор-холодильник;

12- газосепаратор высокого давления.

 

Рисунок 1 - Технологическая схема двухпечной установки термического

крекинга с выносом реакционной камеры

 

1- беспламенные панельные горелки; 2- змеевик радиантных труб;

3- змеевик конвекционных  труб; 4- футеровка; 5- дымовая труба;

6- каркас; 7- выхлопное окно; 8- смотровое окно; 9- люк-лаз;

10- резервные горелки

Рисунок 2 - Коробчатая узкокамерная трубчатая печь беспламенного

горения с резервным жидким топливом

1 - горелка; 2- змеевик радиантных труб; 3- каркас; 4- футеровка;

5- змеевик конвекционных  труб; 6- шибер; 7- дымовая труба. 

Потоки: I- продукт на входе; II- продукт на выходе.

Рисунок 3 - Цилиндрическая трубчатая печь со свободным факелом

 

Список использованных источников

 

1. Баннов, П.Г. Процесы переработки нефти / П.Г. Баннов. -М. : ЦНИИТЭнефтехим, 2000. – 224 с.
2. Вержичинская, С. В. Химия и технология нефти и газа : учебное пособие / С. В. Вержичинская, Н.Г. Дигуров, С.А. Синицин. - М. : ФОРУМ, 2007. – 400 с.
3. Владимиров, А.И. Основные процессы и аппараты нефтегазопереработки : учебное пособие для вузов / А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов,  
   С.А. Круглов. - М. : ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. – 227 с.
4. Капустин, В.М. Технология переработки нефти : учебное пособие для вузов / В.М. Капустин, А.А. Гуреев. - М. : Колос, 2008. – 334 с.
5. Молоканов, Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки : учебное пособие для вузов / Ю.К. Молоканов. - М. : Химия, 1980. – 408 с.