Медленное коксование

 

 

3.2 Материальный  баланс  основного аппарата

 

Таблица 3.2

                    Материальный баланс основного аппарата

 

Показатели	%масс	т/сутки	т/час
Поступило:
Гудрон	77	1911,8	45882,4
Рецеркулят	20	496,6	11917,5
Водяной пар	3	74,5	1787,6
Всего:	100	2482,8	59587,5
Газ	7	173,8	4171,1
Бензин	8	198,6	4767,0
Легкий газойль	19	471,7	11321,6
Тяжелый газойль	29	720,0	17280,4
Рецеркулят	20	496,6	11917,5
Кокс	14	347,6	8342,2
Водяной пар	3	74,5	1787,6
Всего:	100	2 482,8	59 587,5

3.3 Тепловой  баланс камеры коксования

 

Сырье, находящиеся в  камере L=0,16. Объем фазы пара:

 

Gп=(45882,4+11917,5)*0,16+1787,6=9248+1787,6=11035,6 т/час

 

Объем фазы воды:

 

Gв=(59587,5-11035,6)= 48551,9 кг/час

 

Для того чтобы найти  температуру пара, выделившегося  с печи, мы составляем тепловой баланс камеры. Объем тепла входящего  вместе с водой в камеру:

Qвп=Gρп*J,

 

где:    Gρп – объем фазы пара

J – энтальпия фазы пара

Jп – 4,19*775=3247,2 кДж/кг

тогда:

Qвп=1787,6*3247,2=5804694,7 кДж/час

Объем тепла входящий вместе  с паром углеводорода:

Qпу=Gρу*J,

где:

Gρб – объем фазы пара; Gρб=1787,6

J -  энтальпия фазы пара

 

Таблица 3.3 

                  Тепловой баланс камеры коксования

 

Компонент	кг/час	кДж/кг	10 кДж/час
Газ	4171123,0	1726,3	72006,1
Бензин	4766997,7	1661,7	79213,2
Легкий газойль	11321619,6	1357,8	153725,0
Тяжелый газойль	17280366,7	1314,4	227133,1
Рецеркулят	11917494,3	1358,8	161934,9
Кокс	8342246,0	800,2	66754,7
Водяной пар	1787624,1	416,8	7450,8

 

3.4 Основные  параметры камеры коксования

 

Принимаем температуру  сырья поступившую в камеру: t=490 ⁰С

Скорость подачи сырья : W=0,29

Плотность коксового  слоя: ρп.с.=0,85

Плотность сырья: ρ²⁰₄ =1,020 кг/м³

Количество сырья: Gн=1911,8 т/сутки

Коэффициент тления определяем с помощью этой формулы:

К кт=4,5+10,11 (486-490)

Коэффициент сырья входящего  в камеру Ккт=4,06

Формула массы тления:

Кρ.с=Sρс/Sк=hc/hк,

где:

Sρс – масса объема, м3

Sк – количество кокса за 1 час

Hc – высота массы ,  м

Hк – высота слоя кокса, м/час

Объем кокса в камере за 1 сутки рассчитываем по этой формуле:

 

Vк=Gk/ρk;

где:

Gk – количество образовавшегося кокса, т/сутки

Ρk – плотность слоя кокса, т/м3

 

Gk= Gk*Хк/100;

где:

Gk – количество  подаваемого сырья в камеру, т/сутки

Хк – потеря кокса, % масс

 

Gk= 1911,8*24/100=459 т/сутки

Тогда:

Vк= 459/0,15=3060 м3

Объем кокса за один час:

 

Vк= Vк/24; Vк=3060/24=127,5 м3/час

Тогда:

Vр.к= К р.к.* Vк

Vр.к=4,06*127,5=517,7 м3

 

Высота слоя кокса  в камере за 1 час:

 

hк=Vк/ F;

 

где: F- объем камеры, м3

Диаметр камеры Д=4,6 м, тогда 

 

F=3,14*4,6²/4=16,6 м2

Hк=127,5/16,6 м2=7,7 м/час

 

Высота слоя кокса  в заполненной камере:

h1=hк*24; h1=7,7*24=184,8 м

 

Высота цилиндрической части камеры:

 

h_ц=Vр/F;

 

где Vр –  реакционный объем камеры, м3

H2=Квс*hк; h2=4,06*7,7=31,3 м

Находим реакционный  объем камеры:

Vр= Gк/24*ρ²⁰₄*W;

где: ρ²⁰₄= плотность сырья; ρ²⁰₄=1,020 кг/м3

W – скорость подачи сырья;

 

Vр=1911,8/24*1,020*0,29=1911,8/7,099=23,56 м3,

тогда:

h_ц=23,56/16,6=1,42 м

 

Диаметр камеры рассчитываем так:

 

D=√4F/π=4*16,6/3,14=4,5м

 

Принимаем число реактора: n=4

 

Расчет процесса горения. Теоретическое количество воздуха необходимое для горения 1 кг  кокса

h0=0,115С+0,345Н

 

здесь : 0,115 и 0,345 постоянный параметр С и Н количество углерода и водорода: С=81,5 и Н=18,5;

 

α0=0,115*81,5+0,345*18,5=15,75кг;

 

Потеря воздуха в  нормальных условиях:

 

Vо=0,089*С+0,267*Н

Vо=0,089*81,5+0,267*18,5=7,25+4,93=12,18 м3

 

Физическая потеря воздуха  α= αо, где: α – коэффициент избытка воздуха,

 

α =1,2 ; α=15,75*1,2=18,9кг

 

Количество газа собравшегося в результате горения  1 кг горючего:

 

G=1+α* α0; G=1+1,2*15,75=19,9кг

Теоретический объем  газа собравшегося в результате горения  1 кг горючего:

Vт=Vо-0,056*Н+9Н/80,5;

Vт=12,18-0,056*18,5+(9*18,5/80,5)=12,18-1,03+80,5=91,65м3

V=Vт+( α-1)Vо;

V=91,65+(1,2-1)*12,18=91,65*2,43=94,08м3

Количество газа полученное в результате горения 1 кг горючего:

m_со2=0,0367*С;   m_со2=0,0367*81,5=2,9кг

m_н2о=0,09*Н;   m_н2о=0,09*18,5=1,6кг

m_N2= αo α*0.768;   m_N2=15,75*1,2*0,768=14,5кг

m_о2= αo(α-1)*0,232;  m_о2=15,75*(1,2-1)*0,232=0,73кг

 

Расчет процесса  коксования. Количество тепла горючего рассчитывают по этой формуле:

Q^н_р=339*С+1030*Н

Q^н_р=339*81,5+1030*18,5=27628,5+19055=46683,5 кДж/кг

 

r_m=1-q_пот/100   q_пот=2,5/3,0%

r_m=1-3,0/100=0,97

r_m=1- q_пот* q_ух/100;  q_ух=Q_ух/Q_p*100;

 

Q_ух=( m_со2*С+ m_н2о*С_н2о+ m_N2*С _N2+ m_о2*С _о2)(t_ух-t_o):

 

Где: С - тепловая емкость  продукта

 

t_pk-(100/150)⁰C

 

тогда:  С_со2=0,89кДж/кг;   С_н2о=1,14 кДж/кг

С _о2=0,91кДж/кг;   С_N2=1.03кДж/кг

 

Q_ух=(2,9*0,89+1,6*1,14+14,5*1,03+0,73*0,91)х

х(300-20)=(2,58+1,82+14,90+0,66)*280=5588,8

 

Из этого выходит:

Тогда:

,     

     

Потеря газа и вес  тепла поступившего в печь. Количество тепла поступившего в печь вместе с сырьем:

 

здесь:

- количество сырья поступившего  в печь;

- температура сырья, вышедшего с печи;

- температура сырья, поступившего  в печь;

- энтальпия сырья, поступившего  в печь;

- массовая доля сырья, вышедшего  с печи.

Определение энтальпии 340⁰С –ного разбавленной нефти:

 

 

Тогда:  d- энтальпия (340⁰С продукта);

- плотность сырья;

 

 

340⁰С – энтальпия пара

;

 

160⁰С – энтальпия нефти

тогда:

 

С помощью этой формулы  определяем потеря горючего:

;

 

Расчет тепла первичного сырья. Определяем количество тепла сырья, проходящего через радиантную трубу:

 

Находим среднюю скорость сырья в состоянии колебания:

 

t_A=800⁰C

;

Из этого:

Определяем вес тепла  конвекционной камеры:

 

;

 

Средняя разница тепла Fcp:

800⁰С    300⁰С

140⁰С    160⁰С

;     

Определяем секундную  потерю:

 

Определим ширину камеры:

Здесь: n=7шт; d=0,127м

Тогда:      

Разрез конвекционной камеры:

Отсюда:      

 тогда Е=21,2; d=0,127

Рассчитываем радиацию отдачи трехатомного газа:

 

  

Расчет коэффициента теплоотдачи:

 

К=1,1(Q_k+Qp);

К=1,1(22,1+10,75)=36,1 Вт/(м²к)

 

Нужная сторона конвекционной  трубы:

 

 

Число труб в конвекционной  камере:

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Подбор основного и вспомогательного  оборудования

 

Оборудование  установок замедленного коксования разделяют на три группы.

1. Технологическое оборудование, с помощью которого проводится процесс коксования. К этой группе относятся трубчатые печи, коксовые камеры, колонная аппаратура, насосы, запорная и переключающая арматура, теплообменники, конденсаторы и др.

2. Оборудование для  гидравлической выгрузки кокса  из камер. Сюда входят гидрорезаки, водяные насосы высокого давления,  штанги,  вертлюги,  роторы,  гибкие резиновые рукава,  лебедки, вышки, а также отстойные сооружения для сбора, очистки и возврата воды при замкнутом цикле водопотребления.

3.Оборудование для  обработки и транспортирования  кокса. Эта  группа включает  мостовые и  козловые грейферные краны, питатели,   дробилки,    конвейеры,    грохоты,    бункеры, склады и др.

Оборудование первой группы широко применяется на нефтеперерабатывающих заводах, оборудование второй и третьей группы является специальным, характерным для установок замедленного коксования.

 

4.1 Реакционная  камера

 

Коксовые камеры —  основной реакционный агрегат установок  замедленного коксования. Эндотермический  процесс коксования протекает в  камерах за счет аккумулированной энергии, которую вторичное сырье поглощает  в трубчатой печи. Камеры работают периодически, при этом циклическое изменение температуры составляет около 500 °С.

Конструктивно коксовая камера представляет собой сварной  цилиндрический вертикально установленный  пустотелый сосуд с верхним и  нижним днищами. На различных установках камеры имеют разные размеры и изготовлены из разных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — корпус;   2,   5 — горловины;   3 и 4 — полушаровое   и   коническое днища; 6 — фундаментное кольцо; 7 — опорное кольцо; 8 — лапы;  9 — опора; / — сырье;  // — пары. Рисунок 4.1 -  Коксовая   камера   установки   типа   21-10/ЗМ

 

Коксовая камера установки  замедленного коксования типа 21-10/ЗМ показана на рисунке 4.1 Верхняя горловина 2 предназначена для ввода гидрорезака, а нижняя 5 — для выхода кокса и воды при гидровыгрузке. Корпус, днища, горловина и штуцеры изготовлены из двухслойной стали. Опора 9 представляет собой коническую обечайку высотой 2 м, приваренную по периметру горизонтальным швом к нижнему днищу. Снизу к обечайке приварено опорное кольцо 7, которое, в свою очередь, опирается на фундаментное кольцо. Для крепления к фундаменту опора камеры имеет лапы 8, выполненные в виде столиков. В верхней пластине столиков имеется отверстие, а в опорном кольце — вырез овальной формы, предназначенный для прохода фундаментного болта. Вырез расположен своей длинной осью по направлению радиуса кольца. Снаружи камера покрыта слоем изоляции толщиной 250 мм.