Установка каталитического крекинга с реактором лифтного типа-Машины и аппараты нефтехимических производств-Дипломная работа

Установка каталитического крекинга с реактором лифтного типа-Машины и аппараты нефтехимических производств-Дипломная работа
Дипломный проект 149 с. машинописного текста, 18 иллюстраций, 59 таблиц, 36 использованных источников.
Ключевые слова: КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ, БЕНЗИНОВАЯ ФРАКЦИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА, ЦЕОЛИТОСОДЕРЖА-ЩИЙ КАТАЛИЗАТОР, КОЛОННА, ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС, ТЕП-ЛООБМЕННИК.
В данной работе приведены технологические расчеты основного оборудования процесса каталитического крекинга. Технико-экономические расчёты показали высокую рентабельность строительства аналогичных установок.
По данным Минэнерго, глубина переработки нефти в 2013 году со-ставила 71,5%, в то время как, в странах Западной Европы данный показа-тель достигает 80-95 %, поэтому углубление переработки нефти является актуальной проблемой нефтепереработки в России. Основным процессом углубления переработки нефти, по имеющимся оценкам и прогнозам, без-условно, является каталитический крекинг (КК). В России нет ни одного НПЗ глубокой и безостаточной переработки нефти, они находятся на ста-дии неглубокой и частично углубленной переработки нефти. Разумеется, что для глубокой и особенно безостаточной переработки нефтей требуется более высокая степень насыщения НПЗ вторичными процессами. По мере увеличения глубины переработки нефти будут возрастать капитальные и эксплуатационные затраты. Однако завышенные затраты на глубокую пе-реработку должны окупиться за счет выпуска дополнительного количества более ценных, чем нефтяные остатки, нефтепродуктов, прежде всего мо-торных топлив [1].
Целью работы является увеличение глубины переработки нефти за счёт вовлечения в переработку тяжёлого сырья, например, в качестве сы-рья КК можно использовать нефтяные остатки (мазут, асфальтит). Отече-ственной нефтепереработке предстоит решить ряд сложных насущных проблем, требующих достаточно больших капитальных затрат. Наряду с углублением нефтепереработки острейшей проблемой на российских НПЗ является обновление и модернизация процессов КК, оборудования и ма-шин с доведением их до современного уровня. Необходимы новые науко-емкие авангардные технологии и новая техника, активные и селективные отечественные катализаторы, комбинированные, высокопроизводитель-ные, экологически чистые и безотходные процессы глубокой и рациональ-ной переработки нефтяного сырья.

С нынешним, сильно отсталым и запущенным, уровнем нефтепереработки нельзя рассчитывать на успех в предстоящей рыночной конкурентной борьбе внутри и за пределами страны [2].
Для проведения грамотного расчета, конструирования и подбора оборудования необходимо изучить научно-техническую литературу, уметь пользоваться нормативными документами, а также знать конструк-цию и подбор типового оборудования.
В связи с этим были определены задачи дипломного проекта, кото-рые заключались:
- в проведении литературного обзора, с целью изучения современно-го состояния процессов, связанных с КК, а так же для выявления возмож-ных вариантов модернизации оборудования, применяемого на данной установке;
- в изучении технологической схемы установки КК, проведении не-обходимых технологических расчётов и методов выбора объектов проек-тирования: колонного, теплообменного аппаратов и центробежного насо-са;
- в изучении вопросов, связанных с безопасностью и экологичностью процесса КК;
- в проведении экономических расчётов установки КК.

2 Технологический раздел

2.1 Описание схемы технологического процесса
В качестве прототипа рассчитываемой установки выбираем установку каталитического крекинга с лифт-реактором типа Г-43-107М/1, катализатор - микросферический. Установки данного типа имеют более высокий выход целевых продуктов, являются наиболее совершенными, по сравнению с другими схемами установок применяемых в отечественной переработке.

2.1.1 Реакторный блок
Гидроочищенный вакуумный дистиллят (фракция 350-500 °С) из секции 100 насосом подается в прямоточный реактор Р-1 через распылительные форсунки, расположенные на высоте 6 метров от начала прямоточного реактора. Для распыла сырья в форсунки подается перегретый пар с температурой не ниже 220 °С.
Для транспортировки регенерированного катализатора, поступающего из регенератора Р-2, в низ прямоточного реактора Р-1 подается перегретый пар с температурой до 320°С на 6 разгонных форсунок, расположенных на высоте 4 метра от начала прямоточного реактора.
В нижний маточник прямоточного реактора Р-1 для шевеления катализатора подается перегретый пар. Также в нижнюю часть прямоточного реактора подается инертный газ для шевеления катализатора. В прямоточный реактор на высоте 8 метров через три распылительные форсунки подается шлам (фракция выше 420°С с низа К-1) насосом Н-3. Возврат шлама в количестве до 5 % масс, от расхода сырья позволяет достигать возврат катализатора, унесенного потоком из Р-1 в К-1, и замыкание теплового баланса реакторного блока, поддержание необходимой температуры регенерации катали¬затора в регенераторе Р-2 при переработке сырья с высоким содержанием

легкокипящих фракций.
В прямоточном реакторе происходит процесс каталитического крекинга в восходящем потоке регенерированного катализатора, поступающего из регенератора Р-2 с температурой 640-690°С. При контакте катализатора с парожидкостной смесью сырья, шламом, водяным паром жидкая фаза испаряется, снижая температуру катализатора до 490-540°С.
Прямоточный реактор заканчивается Т-образным баллистическим сепаратором с четырьмя выходами - высокоэффективное оконечное устройство, где продукты реакции отделяются от катализатора и поступают в отстойную зону реактора Р-1.
В отстойной зоне реактора Р-1 происходит отделение катализатора от парогазовой смеси. Парогазовая смесь проходит через четыре одноступенчатых циклона со спиральным вводом и поступает в сборную камеру реактора Р-1 и затем в ректификационную колонну К-1.
Уловленный в циклонах катализатор поступает в кипящий слой катализатора реактора Р-1. Для нормальной работы циклонов, в стояке циклона постоянно поддерживается определенный уровень (по высоте) катализатора, обусловленный весом плиты затвора.
Катализатор, с адсорбированными на его поверхности продуктами реакции, поступает в зону десорбции реактора. В зоне десорбции происходит отпарка углеводородов с поверхности закоксованного катализатора перегретым водяным паром температурой до 320°С, подаваемым в парораспределительные устройства (барботеры).
Отпаренный от углеводородов закоксованный катализатор из зоны десорбции реактора Р-1 самотеком поступает по наклонному катализаторопроводу в зону кипящего слоя регенератора Р-2.
Регенерированный катализатор с низа регенератора Р-2 по катализаторопроводу с температурой 640-690 °С поступает в прямоточный реактор Р-1.
Технологический воздух в Р-2 для регенерации катализатора подается компрессорами ЦК-1/1,2. Воздух из атмосферы поступает на всас компрессоров ЦК-1/1,2 и подается через топку под давлением П-1 в воздухораспре-









Рисунок 1.4 - Принципиальная технологическая схема установки каталитического крекинга Г-43-107

делитель регенератора Р-2. Топка под давлением П-1 используется при пуске и остановке реакторного бло¬ка для разогрева системы трубопроводов и аппаратов, катализатора во время загрузки и наладки горячей циркуляции.Технологический воздух в топке П-1 нагревается до температуры не выше 550 0С, поэтому для защиты корпуса от перегрева выполнена футеровка из огнеупорного шамотного кирпича.
В регенераторе Р-2 происходит выжиг кокса с поверхности катализатора при избыточном содержании кислорода 3-5% об. и температуре 640-700°С.
Для улавливания катализатора, уносимого с дымовыми газами из регенератора, смонтированы шесть двухступенчатых циклонов. Дымовые газы после второй ступени циклонов поступают в сборную камеру регенератора Р-2 и поступают в Е-2 - аппарат для подготовки газов к рекуперации.
Регенерированный катализатор с нижней зоны кипящего слоя регенератора Р-2 по наклонному катализаторопроводу, диаметром 1,0 м самотеком поступает в прямоточный реактор.
Дымовые газы в Е-2 проходят через мультициклоны, где происходит отделение катализаторной пыли из дымовых газов. Дымовые газы из Е-2 через двухшиберную задвижку поступают в аппарат снижения давления Д-1 и направляются в котлы-утилизаторы.
Уловленная катализаторная пыль с дымовыми газами снизу Е-2 поступает в бункер-классификатор Б-4. Бункер-классификатор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, разделенный внутри конической перегородкой. В верхней части бункера смонтированы двенадцать одноступенчатых циклонов. Дымовые газы проходят через циклоны Б-4 и по двум трубопроводам сбрасываются в газоход перед дымовой трубой блока утилизации тепла.
Уловленная катализаторная пыль по стоякам циклонов Б-4 поступает в нижнюю часть бункера, которая с низа идет в бункеры уловленного катализатора Б-3/1,2, работающие периодически, по мере наполнения. Из Б-3/1,2 катализаторная пыль техническим воздухом транспортируется в бункер-накопитель Б-1 (Б-1А). Уловленная катализаторная пыль из бункера-накопителя Б-1 по мере наполнения выгружается в цементовоз или в порожнюю тару и направляется на захоронение.
Аппарат снижения давления Д-1 предназначен для постепенного уменьшения давления за счет четырех тарелок (диафрагмовых устройств) – разной площади проходного сечения:
тарелка № 1 – 25 отверстий диаметром 140 мм;
тарелка № 2 – 29 отверстий диаметром 140 мм;
тарелка № 3 – 33 отверстия диаметром 140 мм;
тарелка № 4 – 32 отверстия диаметром 140 мм.
В связи с высокими температурами процесса и высокими эрозионными свойствами циркулирующего микросферического цеолитсодержащего катализатора внутренние поверхности корпусов аппаратов и поверхности внутренних устройств, газопроводы и катализаторопроводы футеруются теплоизоляционными жаростойким и износостойким торкретбетоном.

2.1.2 Блок ректификации
Пары продуктов крекинга из реактора Р-1 поступают в отмывочно-сепарационную зону ректификационной колонны К-1, оборудованную тремя ситчатыми двухпоточными тарелками с отбойными элементами. На ситчатых тарелках происходит контакт паров, поступающих из реактора Р-1, загрязненных катализатором, с нижним циркуляционным орошением (НЦО) колонны К-1, подаваемым тремя параллельными потоками на каждую тарелку. При контактировании паров с жидкостью происходит, отмыв, их от катализаторной пыли и частичная конденсация высококипящих углеводородов. Жидкость с катализатором с каждой ситчатой тарелки по самостоятельным слив¬ным трубам поступает в нижнюю часть колонны, где происходит частичный отстой от катализаторной пыли. Отмытые от катализатора пары поступают в концентрационную часть колонны на разделение.
Ректификационная колонна оборудована 30-ю клапанно-балластными тарелками, 3-мя ситчато-просечными и тремя глухими тарелками.
С верха колонны К-1 ректификат (углеводородный газ, нестабильный бензин, водяной пар) поступает в конденсаторы-холодильники воздушного охлаждения ХВ-1/1-14. где конденсируются пары бензина и водяной пар, охлаждается газ. Газоконденсатная смесь после ХВ-1/1-14 охлаждается в водяных холодильниках Х-1/1-3 оборотной водой I системы и поступает в газоводоотделитель О-1, в котором разделяется на жирный газ, нестабильный бензин и воду (технологический конденсат).
Жирный газ каталитического крекинга из О-1 направляется в приемный сепаратор Е-3 секции 300. Нестабильный бензин из О-1 насосом Н-11 подается в качестве острого орошения на верхнюю тарелку колонны К-1, балансовый избыток откачивается на блок абсорбции в колонну К-3.
Вода (неочищенный технологический паровой конденсат) снизу О-1 выводится под собственным давлением в буферную емкость Е-1 блока очистки технологического конденсата.
Для возможности регулирования температурного режима наверху колонны К-1, достижения качества компонента высокооктанового бензина предусмотрено верхнее циркуляционное орошение (ВЦО) К-1. Нестабильный бензин (ВЦО) с 8-й глухой тарелки К-1 поступает на приём насосов Н-6 и последовательно прокачивается через:
- межтрубное пространство теплообменника Т-1, где охлаждается нестабильным бензином секции 300;
- межтрубное пространство теплообменника Т-2, где охлаждается неочищенным технологическим конденсатом;
- аппараты воздушного охлаждения ХВ-2 и ХВ-3 и подается на 5-ю тарелку колонны К-1.
С 22-й глухой тарелки колонны К-1 фракция 195-325°С (легкий газойль каталитического крекинга) по линии перетока поступает в отпарную колонну К-2. Колонна К-2 оборудована 6-ю клапанно-балластными тарелками. Снизу отпарной колонны К-2 легкий газойль каталитического крекинга поступает на прием насосов Н-10 и откачивается через:
- межтрубное пространство теплообменника Т-3, где охлаждается сырьем секции 100;
- три секции аппарата воздушного охлаждения ХВ-4 (секция 100) и выводится в товарный парк в качестве сырья установок Л-24-5, Л-24-7.
Для отпарки легких углеводородных фракций и сероводорода в низ К-2
подается пар. Для возможности регулирования температурного режима на 22-й тарелке колонны К-1, достижения качества легкого газойля каталитического крекинга предусмотрено I ПЦО (первое промежуточное циркуляционное орошение) колонны К-1.
I ПЦО (фракция 195-325 °С) с 22-й глухой тарелки К-1 поступает на прием насосов Н-6 и прокачивается через:
- межтрубное пространство теплообменника Т-4, где охлаждается сырьём секции 100;
- аппарат воздушного охлаждения ХВ-5 и подается на 19-ю тарелку колонны К-1. Часть охлажденной фракции 195-325°С (I ПЦО) после ХВ-4 поступает на прием насосов Н-7 и подается в качестве доабсорбента в доабсорбер сухого газа секции 300.
С 31-й глухой тарелки колонны К-1 фракция 325-420°С (тяжелый газойль каталитического крекинга) поступает на прием насоса Н-5, и откачивается через:
-межтрубное пространство теплообменника Т-5, где охлаждается сырьем секции 100;
-две секции аппарата воздушного охлаждения ХВ-6 и выводится в товарный парк в качестве компонента котельного топлива или на установку висбрекинга гудрона КУ-1.
Для возможности регулирования температурного режима на 31-й тарелке колонны К-1, достижения качества тяжелого газойля каталитического крекинга предусмотрено II ПЦО (второе промежуточное циркуляционное орошение) К-1.
II ПЦО (фракция 325-420°С) с 31-й глухой тарелки колонны К-1 поступает на прием насосов Н-4 и прокачивается через:
- трубное пространство подогревателя Т-6 секции 300, где охлаждается кубовым продуктом колонны К-6;
- трубное пространство теплообменника Т-7, где охлаждается сырьем секции 100 и подается на 28-ю тарелку колонны К-1.
Для возможности регулирования температурного режима в кубовой части колонны К-1 и отмыва от катализаторной пыли продуктов реакции крекинга, поступающих из Р-1 в отмывочно-сепарационную зону колонны К-1, предусмотрено нижнее циркуляционное орошение (НЦО) колонны К-1.
НЦО (фракция выше 420 °С) с верха отстойной зоны куба К-1 поступает на прием насосов Н-3 и прокачивается через трубное пространство теплообменника Т-8, где охлаждается сырьем секции 100 и поступает тремя потоками на 1,2,3-ю ситчатые тарелки К-1.
Снизу колонны К-1 кубовой остаток с катализаторной пылью (фракция выше 420 °С) поступает на прием насосов Н-8 и откачивается:
- в качестве шлама в прямоточный реактор Р-1;
- в низ колонны К-1, для предотвращения коксообразования;
- балансовый избыток фракции выше 420°С через трубное пространство теплообменника Т-9, где охлаждается сырьем секции 100, одну секцию аппарата воздушного охлаждения ХВ-7 выводится с установки в товарный парк в качестве компонента котельного топлива или на установку висбрекинга гудрона КУ-1.

В данном дипломном проекте рассмотрена установка каталитическо-го крекинга производительностью по сырью 1500 тыс. т/год, которая включает в себя реактор, регенератор, теплообменник и насос.
В литературном обзоре дипломного проекта изучено современное состояние процессов, связанных с каталитическим крекингом, выявлены возможные варианты модернизации оборудования, применяемого на установке.
Приведены технологические и механические расчёты реактора, теп-лообменника и насоса. Прочностные параметры элементов рассмотренно-го оборудования отвечают выполнению требуемых условий эксплуатации.
Разработаны сборочные единицы ректора, теплообменника и насоса, а также рабочие чертежи их деталей. В процессе расчета и конструирова-ния аппаратуры были изучены ГОСТы, ОСТы, ТУ, РТМ и другие норма-тивно-технические материалы. При этом результаты расчета во многом определяются конструктивными решениями и материальным оформлением аппарата.
В дипломном проекте также разработаны меры по охране труда ра-ботников предприятия и безопасной эксплуатации производства, и защите окружающей среды.
В экономическом разделе рассчитаны основные технико-экономические показатели проекта, определена себестоимость получаемой целевой продукции и прибыль от ее реализации. Полученные результаты расчета показателей экономической эффективности разработанная техно-логия может быть реализована в промышленном масштабе, ЧДД за 5 лет составляет 2 113 512,733 тыс. руб.