יחידת קוקינג מושהה: פרויקט, עיקרון הפעלה, חישוב הספק וחומרי גלם

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

יחידות קוקינג מושהות הן פתרון החומרה הנפוץ ביותר עבור זיקוק נפט כבד. המכשיר שלהם כולל 2 מודולים עיקריים - כור, שבו חומר הגלם מחומם ומבשל, ועיבוד מכני. תכנון המפעלים מתבצע בשלבים וכולל חישוב ובחירת ציוד תהליך, קביעת מדדים טכניים וכלכליים.

Destination

תהליך טכנולוגי של קוקינג הוא אחת הדרכים לזיקוק נפט. מטרתו העיקרית היא להשיג קולה נפט גבשושי. ישנן 3 שיטות בישול בשימוש בתעשייה:

1. תקופתי, בקוביות. חומר הגלם נטען לתוך מנגנון אופקי, מחומם עם תא אש מתחתיו, ולאחר מכן מבורך במשך 2-3 שעות. לאחר מכן, התנור מקורר והמוצר המוגמר נפרק. שיטה זו היא הפשוטה והפחות פרודוקטיבית.
2. רציף. שיטה זו עדיין בשלב של פיתוח תעשייתי.
3. חצי רציף, התקבל כעתהנפוץ ביותר.

יחידות קוקינג מושהות במיוחד הן הסוג העדכני ביותר של ציוד תהליך. בהם חומר הגלם מחומם מראש בתנור, ולאחר מכן מועבר לתאי תגובה לא מחוממים, בעלי שכבת בידוד תרמי לשמירה על הטמפרטורה הנדרשת. מספר וגודל הכורים, כוחם של תנורים משפיעים על הביצועים של המפעל כולו.

הפעלת ה-DCU הראשון ברוסיה החלה ב-1965 ב-Ufaneftekhim. הקוקר המושהה של המפעל עדיין פועל כיום. לאחר בנייה מחדש ב-2007, התפוקה שלו היא כ-700-750 אלף טון לשנה במונחים של מסת חומרי גלם מעובדים.

מוצרים סופיים

החומרים הבאים מתקבלים בבדיקות אולטרסאונד, למעט קולה:

• גזי קוקינג (המשמשים כדלק תהליך או מעובדים להשגת שבריר פרופאן-בוטאן);
• benzine;
• תזקיקי קוקה (דלק, חומרי הזנה לפיצוח).

במכונות בדיקה קוליות מקומיות, תפוקת הקולה היא 20-30% לפי משקל. אינדיקטור זה תלוי בעיקר באיכות חומרי הגלם. תעשיית המתכות חווה את הצורך הגדול ביותר במוצר זה (ייצור של אנודות ואלקטרודות, אלומיניום, חומרי שוחקים, קרבידים, חומרי פחמן-גרפיט, סגסוגות ברזל). בנוסף ל-Ufa DCU הראשון, נבנו גם יחידות קוקר מושהות אחרות ברוסיה: בבית הזיקוק של אומסק, בית הזיקוק נובוקויביסבסק, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, בחברת Angarsk Petrochemical Company, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

חומרי גלם

חומרי מזון לקוקינג מחולקים ל-2 קבוצות: מוצרים של עיבוד ראשוני ומשני. החומרים הבאים משמשים כחומרי גלם ביחידות קוקינג מושהות:

• דלק;
• half-tar;
• tar;
• מגרש זפת-פחם;
• אספלט ומוצרי נפט תעשייתיים אחרים;
• שאריות פחם נוזלי;
• פירוליזה כבדה וזפת מפצלים;
• שאריות פיצוח תרמי;
• ביטומן נפט ושמנים כבדים.

שאריות שמן בעלות ארומה גבוהה הם חומר הזנה הנפוץ ביותר כיום.

השפעה על פרמטרים טכנולוגיים

הפרמטרים הבאים של מפעל הקוקינג תלויים במאפיינים של חומרי ההזנה:

• יעילות תא התגובה;
• איכות המוצרים שהתקבלו;
• שקע קוקי;
• תנאים לתהליך.

פרמטרי חומרי הגלם החשובים ביותר הם:

• קוקינג, תלוי בתכולת חומרים שרף-אספלט. ערך הקוקינג צריך להיות בטווח של 10-20%. עם ערך קטן יותר, תפוקת הקוקס יורדת, ובערך גדול יותר מצטברים משקעים בתוך הסלילים בתנורים. קיבולת הקוקס נקבעת על פי מסת השאריות המוצקות בכור ההיתוך לאחר חימום דגימת מוצר השמן בו.
• צפיפות.
• הרכב כימי. מזיהומים מזיקים שיש להם את ההשפעה הגדולה ביותר על איכות הקוקס פולטים גופרית (זה לא צריך להיות יותר מ-1.5% לפי משקל). בהתאם למטרת הקולה בתהליך הטכנולוגי, עדיף להשתמש בסוגים שונים של חומרי גלם. לכן, כדי להשיג מבנה סיבי של המוצר הסופי, משתמשים בחומרים עם בסיס פרפין.

תפוקת הקולה היא פרופורציונלית לצפיפות ההזנה ולתכולת האספלטן.

שלבי בישול

התהליך הטכנולוגי ביחידות קוקינג מושהות הוא ארוך ומתמשך, מאספקת חומרי גלם ועד לפריקת המוצר המוגמר. באופן קונבנציונלי, הוא מחולק ל-3 שלבים:

1. תגובות פירוק, יצירת שברי תזקיק, תוצרי ביניים, עיבוי.
2. הפחתה משמעותית בתכולת הפחמימנים הבלתי רוויים בגזים, עליה במשקל המולקולרי של מרכיבי השיירים, תגובות מחזוריות.
3. עלייה בתכולת האספלטנים בשאריות עד 26%, הפחתה בכמות השרפים והשמנים. המרת שאריות נוזל לקוקה מוצק.

Classification

ישנם 2 סוגים עיקריים של יחידות קוקינג מושהות בהתאם לפריסתן: בלוק יחיד וכפול בלוק.

בין מפעלי שני בלוקים, ישנם 4 סוגים, המתאפיינים במאפיינים העיצוביים והטכנולוגיים הבאים:

1. קוטר פנימי של תאי קוקינג – 4.6 מ' תנורי חימום אוהלים, ארבעה תאים הפועלים בזוגות. הנפט ושמן הגז המתקבלים בתהליך הקוקינג משמשים לחימום.
2. קולהתאים Ø 5.5 מ'. חומרי הזנה - שמני מזוט בטווח ישיר עם החדרת פחמימנים ארומטיים במיוחד, המגדילים את התפוקה של מוצר איכותי.
3. כורים עשויים פלדה סגסוגת Ø 5.5 מ', גובה 27.6 מ', תנורים צינוריים עם לפיד הנחת נפח, שסתומים עיליים בעלי חתך רוחב מוגדל, מדי מפלס רדיואקטיביים המאפשרים רישום מיקום הפרדת הפאזות קוקס-קצף. החידוש האחרון עוזר להשתמש טוב יותר בנפח השימושי של הכור. אספקת טורבולטורים עם תוספי חומרי ניקוי להפחתת הקוקוס של סלילים, שמן גז מקורר בצינורות ראש.
4. תאי תגובה Ø 7 מ', גובה 29.3 מ' הזנה צירית של חומר גלם לכורים, מערכת הידראולית לפריקת קוק עם שלט רחוק, מנופים חשמליים, מחסנים עם אחסון מסוג רצפה.

ציוד שימושי

ציוד, המצויד במתקנים מסוג זה, מחולקים לקבוצות הבאות בהתאם למטרה:

1. טכנולוגי, מעורב ישירות בתהליך הקוקינג (תנורים, ציוד עמודים, מחליפי חום, תאי כורים, קוביות, מקררים, משאבות, צינורות, מכשור, ברזים ושסתומי סגירה ומיתוג אחרים).
2. שפכים - איסוף וטיפול במים לצורך החזרה למחזור העבודה (פעולות קירור והוצאת קוקס).
3. ציוד לפריקת קוקה מתאים (קוביות). במתקנים ממוכנים מודרניים, זה יכול להיות מסוג מכני והידראולי (מתלים, כננות, מסרקים, חותכים, מוטות, מגדלים, שרוולי גומי).
4. מכשירים לשינוע ועיבוד המוצר המוגמר (קבלת מצנחים ורמפות, מנופים, מסועים, מזינים, מגרסות, מחסנים).
5. מכונות וציוד למיכון העבודה.

כאשר מתכננים מפעלי קוקינג מושהים, יש צורך לשקול היטב את התכנון של תאי תגובה ותנורים, שכן משך מחזור העבודה תלוי באמינות פעולתם.

פרמטרי תהליך

הפרמטרים העיקריים של טכנולוגיית קוקינג הם:

• יחס מחזור חוזר, מוגדר כיחס בין העומס הכולל של סלילי התגובה של התנורים לעומס המפעל כולו מבחינת חומרי גלם. עם עליית ערכו, התשואה של קוק, גז ובנזין איכותיים עולה, אך כמות הנפט הכבד יורדת.
• לחץ בתא התגובה. הירידה שלו מביאה לעלייה בתפוקת הנפט, לירידה בתפוקת הקוקס והגז ולעלייה בהקצפה.
• טמפרטורת תהליך. ככל שהוא גדול יותר, כך איכות הקוק גבוהה יותר מבחינת כמות החומרים הנדיפים, חוזקו וצפיפותו. הערך המרבי מוגבל על ידי הסיכון לקוקינג של התנור והצינורות, מה שמפחית את עמידות הסלילים. לכל סוג של חומר גלם יש טמפרטורה אופטימלית משלו.

בניית יחידות קוקינג מושהות קשורה בעלויות הון גבוהות. לכן, לרוב מתבצע השחזור של קומפלקס ציוד שכבר מתפקד. זה מושג על ידי הפחתת המחזורבישול, הכנסת תאי תגובה חדשים או הפחתת יחס המחזור.

עקרון הפעולה

יחידות קוקינג מושהות מורכבות מקבוצת תאים זוגית אחת או יותר, שבהן תא אחד פועל בשלב ייצור הקוק והשני בעת פריקה או במצב ביניים. תהליך הפירוק של חומר המקור מתחיל בכבשן צינורות, שם הוא מחומם ל-470-510 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, חומר הגלם נכנס לחדרים לא מחוממים, שם הוא מבושל עמוק בשל החום שהגיע איתו.

פחמימנים גזים ונוזלים נפלטים להפרדה חלקית בעמודת זיקוק. קולה נכנס למחלקת העיבוד המכני, שם הוא נפרק, ממוין ומוביל. בשכבת המוצר המוגמר קודחים באר ובתוכה מניחים חותך הידראולי. החרירים שלו פועלים בלחץ של עד 20 MPa. חתיכות קולה מופרדות נופלות על משטח ניקוז שבו המים מנוקזים. לאחר מכן, המוצר נמעך לחתיכות קטנות יותר ומופרדים לשברים. לאחר מכן, הקולה מועבר למחסן.

התרשים העקרוני של האולטרסאונד מוצג באיור למטה.

תאי קולה

החדרים הם כור, שהוא הבסיס לכל המתקן. מחזור הפעולה של החדר הוא בדרך כלל 48 שעות, אולם בשנים האחרונות תוכננו מכשירים אולטראסוניים הפועלים במצבי 18 ו-36 שעות.

מחזור פעולת כור אחד מורכב מהפעולות הבאות:

• טעינת חומרי גלם, תהליך קוקינג (יום אחד);
• off (1/2 שעה);
• טיפול הידרותרמי (2.5 שעות);
• קירור מים של המוצר, פינוי מים (4 שעות);
• פריקת מוצר (5 שעות);
• איטום בורות ביוב, בדיקת לחץ עם קיטור חם (שעתיים);
• חימום עם אדי שמן, מעבר למחזור עבודה (3 שעות).

עיצוב

פרויקט יחידת הקוקינג המושהה מפותח בסדר הבא:

• קביעת הפרודוקטיביות הנדרשת, t/year;
• ניתוח בסיס משאבים;
• עריכת מאזן חומרים תיאורטי של תהליך הקוקינג עבור סוגים שונים של חומרי גלם;
• קביעת זרימות החומר העיקריות;
• פיתוח קונספט ההתקנה;
• הצדקה לגודל ומספר הכורים;
• קביעת משך מילוי תא אחד בקוקס וחישוב הידראולי שלו, עריכת לוח זמנים להפעלת הכור;
• חישובים של עומס הטמפרטורה על החדר;
• חישוב של תאי הסעה וקרינה;
• פיתוח פריסת קו ייצור;
• חישובים טכנולוגיים של ציוד עיקרי אחר (עמוד זיקוק, תנורים, מקררים וכו');
• פיתוח מערכת ניטור ובקרה, בחירת כלי אוטומציה;
• תיאור של תוכניות הגנה לשעת חירום;
• פיתוח היבטים סביבתיים ואמצעי בטיחות;
• קביעת אינדיקטורים כלכליים (עלויות הון, מספר אנשי שירות, שכר,עלויות ייצור של חומרי גלם וחומרי עזר, השפעה כלכלית שנתית, מחיר מוצר).

חישוב הקיבולת של יחידת הקוקינג המושהית על בסיס שנתי נעשה לפי הנוסחה:

N=P x t, כאשר P הוא הקיבולת של המפעל, t/day;

t הוא מספר ימי העבודה בשנה.

תפוקת המוצר במונחים פיזיים בהתאם לאפשרויות הבסיס והעיצוב נקבעות על סמך מאזן החומרים של ההתקנה.