Модернизация установки каталитического крекинга с движущимся слоем катализатора

2 Исследовательская часть.docx

2 Исследовательская часть
Описание методики получения НВП каталитической поликонденсацией
В наших исследованиях мы получали пек на установке представленной на рисунке 2.1.
В колбу заливаем 100 мл толуола включаем потенциометр. Заливаем в колбу 100 г нафталиновой фракции ТСП включаем мешалку. Включаем печь. Поднимаем температуру в колбе до 70-110 0С фиксируем время. По достижении заданной температуры постепенно засыпаем 40 мл предварительно приготовленного катализаторного комплекса на основе AlCl3. Газообразные продукты проходят обратный холодильник 4 который охлаждается водой. При этом высококипящие компоненты конденсируются в холодильнике и стекают в приемник 7. Газы удаляются с лабораторной установки при помощи вытяжной вентиляции. Далее процесс проводим при 90-110 0С в течение 1-4 часов.
Рисунок 2.1 - Лабораторная установка получения нефтяного волокнообразующего пека
– потенциометр 2 – мешалка 3 – колба с сырьем 4 водяной холодильник 5 – печь 6 – ЛАТР 7 – сборник газов
По истечении заданного времени выключаем печь и продолжаем перемешивание до того времени как температура не упадет до 50 0С. После отстаивания и охлаждения колбу устанавливаем под вакуум для удаления растворителя и паров непрореагировавшего нафталина. Отогнанный растворитель взвешиваем для составления материального баланса полученную пековую массу выгружаем взвешиваем измельчаем в ступке наносим на бумажный фильтр и промываем дистиллированной водой для удаления остатков катализатора.
После стадии промывки фильтр извлекаем пек равномерно распределяем на поверхности и ставим в сушильный шкаф на 1 час при 100 0С далее повторно измельчаем и устанавливаем под вытяжкой на 3 часа. Полученный пек взвешиваем составляем материальный баланс процесса. При составлении материального баланса допускаем что растворитель был полностью извлечен из пека.
Лабораторные опыты проводили с различным объемом катализатора и продолжительностью опыта от 1 до 4 часов. Составили матрицу экспериментов и представили в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Матрица экспериментов
Температура процесса °С
масса катализатора г
при продолжительности опыта ч
По полученным результатам определили зависимость процесса получения пека от различных параметров процесса: продолжительности опыта концентрации катализатора и температуры опыта.
Рисунок 2.2 – Зависимость выхода пека от продолжительности процесса при 90 оС.
Рисунок 2.3 – Зависимость выхода пека от продолжительности процесса при 110 оС.
Выход пека увеличивается при повышении температуры и продолжительности процесса. При изучении зависимости выхода пека при 110 оС очевидно что при использовании 15 и 20 г катализатора по истечении 2 ч конверсия в значительной степени не изменяется. Максимальный выход пека отмечается при проведении процесса в течении 4 часов при 110 оС с применением 20 г катализатора.
3 Исследования образцов НВП полученных из нафталиновой фракции
Образцы пеков проанализировали по следующим показателям:
) определили температуру размягчения ускоренным методом с помощью нагревания капилляра с образцом пека в кварцевой трубке через которую продувался воздух нагреваемый в трубчатой печи. При постепенном нагревании капилляра пек переходил из твердого состояния в расплавленное. Температуру размягчения принимали ту при которой твердые частички пека в капилляре переходили в пластичное состояние слипались и вследствие того что полости между крупицами пека исчезали капилляр становился абсолютно черным. Воспроизводимость анализа составила ± 4 оС;
) определили коксуемость методом Конрадсона по ГОСТ 19932-99;
) определили содержание летучих по ГОСТ 11858-66.
Температура размягчения – характеристика косвенно указывающая на степень поликонденсации. Как правило температура размягчения является функцией зависящей от времени термообработки или как в нашем случае времени реакции. Температура размягчения для различных серий опытов представлена на рисунках 2.4-2.5.
Как видно из результатов экспериментов температура реакции в значительной степени оказывает влияние на температуру размягчения пека. С увеличением температуры реакции увеличивается и температура размягчения. С увеличением времени пребывания температура размягчения пека так же возрастает. Также отмечается что при увеличении массы катализатора температура уменьшается.
Рисунок 2.4 – Зависимость температуры размягчения пека от продолжительности процесса при 90°C
Рисунок 2.5 – Зависимость температуры размягчения пека от продолжительности процесса при 110°C
Коксовое число является важной характеристикой помогающей управлять процессом превращения. Зависимость коксового числа от времени представлена на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – Зависимость коксового числа от продолжительности процесса при 110°C
При большей температуре и при большей массе катализатора достигается максимальный показатель коксового числа.
Выход летучих – характеристика указывающая на способность пека спекаться без значительной потери массы. Зависимость выхода летучих веществ по времени представлена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – Зависимость выхода летучих от продолжительности процесса при 110°C
Выход летучих веществ так же имеет тенденцию к снижению с течением времени но при увеличении температуры процесса и массы катализатора выход летучих увеличивается.
Исходя из полученных анализов оптимальным режимом ведения процесса принимаем 4 часа при 110 °C с использованием 15 г катализатора.

Ekonomicheskaya chast.docx

6 Экономическая часть
1 Анализ рынка нефтяных пеков
Электродная промышленность России потребляет значительные количества пеков каменноугольного происхождения. Известно что каменноугольные пеки отличаются низким содержанием серы но высоким содержанием канцерогенов в частности от 1 до 4% бензпиренов. Поэтому в мировой практике известны попытки перевода предприятий отрасли на использование нефтяных пеков.
Положительный опыт их применения имеется в США Канаде. В 1988—89 гг. на предприятиях Днепропетровский электродный завод и Иркутский алюминиевый завод были приняты промышленные партии нефтяных пеков фирмы «Ашланд петролеум» с температурой размягчения 65 °С и 105 °С. Их испытания прошли с положительными результатами [3].
Нефтяной специальный пек может применяться в алюминиевой промышленности при производстве анодной массы для выпуска алюминия а также в качестве спекающей добавки при производстве угольных брикетов на ТЭЦ. Необходимость замены традиционного каменноугольного электродного пека диктуется его ограниченным количеством высокой канцерогенностью значительной удаленностью производства а также желанием получить связующие материалы обладающие некоторыми специфическими физико-химическими технологическими и санитарно-гигиеническими характеристиками лучшими по сравнению с применяющимися пеками каменноугольного происхождения.
Рисунок 6.1 – Потребность в волокнообразующем пеке по потребителям
Цена реализации нефтяного пека от 20000 до 50000 руб.тонну.
1 Расчет единовременных капитальных затрат на проведение реконструкции
Реконструкция технологических установок связана со значительными дополнительными капитальными вложениями. В общем случае они определяются следующим образом:
К = Коб + Км + Кд - Лс (6.1)
где К – дополнительные капитальные затраты на реконструкцию установки;
Коб – затраты на приобретение оборудования;
Км – затраты на монтаж нового оборудования;
Кд - затраты на демонтаж оборудования подлежащего замене;
Лс – ликвидационная стоимость демонтируемого оборудования.
Затраты на приобретение нового оборудования определяются по прайс-листам и каталогам на новое оборудование.
Затраты на монтаж определяются на основании соответствующих ценников и прейскурантов или укрупненно порядок их расчета изложен выше.
Затраты на демонтаж оборудования рассчитываются аналогично затратам на монтаж. В данном дипломном проекте отсутствуют затраты на демонтаж.
На основании выполненных расчетов составляется смета затрат на реконструкцию (таблица 6.1).
Таблица 6.1 - Смета затрат на реконструкцию
Наименование оборудования
Емкость V=10м3 Материал - листовая сталь ВСт3сп5
Реактор термополиконденсации
Сепаратор продуктов реакции
Неучтенное оборудование
Приобретение технологического оборудования
Транспортно-заготовительные расходыТрубопроводы и арматура
Затраты на строительные работы
трубопроводы и арматура
прочие строит.расходы
2 Источник образования экономического эффекта
Источниками образования экономического эффекта являются:
- получение нового вида продукта за счет переработки отхода производства ЭП-300 – тяжелой смолы пиролиза – углеродного пека. Нефтяной пек может применяться в алюминиевой промышленности при производстве анодной массы для выпуска алюминия а также в качестве спекающей добавки при производстве угольных брикетов на ТЭЦ.
3 Расчет производственной мощности и производственной программы
Производственная мощность установки – это максимальный выпуск продукции который может выполнить установка при полном использовании оборудования во времени и по производительности.
Определим мощность станции по формуле
где Е – число однотипных установок;
П – производительность установки тсут;
– календарное время дн;
– время нормативных простоев дн. Принимается равным 30.
Мощность производства составит:
Производственная программа установки по форме представляет материальный баланс установки с указанием количества взятых и полученных продуктов технологических потерь процентов отбора целевых продуктов от исходного сырья таблица 6.2.
С включением блока производства нефтяного пека производственная мощность производства ЭП-300 выглядит следующим образом:
Таблица 6.2 – Материальный баланс установки
Продолжение таблицы 6.2
ПАФ (+пироконденсат)
4 Расчет себестоимости продукции
Расчет себестоимости пека на дополнительном блоке производства ЭП-300 приведен в таблице 6.3
Таблица 6.3 – Расчет себестоимости
Вспомогательные материалы
Топливо и энергетические ресурсы:
Энергетические затраты
Продолжение таблицы 6.3
Итого топливо и энергозатраты:
Текущий и капитальный ремонт
Итого побочная продукция
Себестоимость основной продукции
Себестоимость на 1 тонну пека
5 Расчет основных технико-экономических показателей
Относительные показатели рассчитываются следующим образом.
Уровень фондоотдачи:
где Q – объем производства тыс.руб.;
Ф – среднегодовая стоимость основных производственных фондов тыс.руб.
Ф0 = 393 312 21489 207 403361 = 190 рубруб.
Прибыль установки составит:
где Ц- цена нефтяного пека. Принимаем цену пека равной 8 15713 рублей.
Подставив значение получаем:
П=( 8 15713– 6798) 4821700 = 65 552 03581 рублей
Рассчитываем уровень производительности труда по формуле:
где Ч=45 чел - численность работников.
Рассчитаем уровень рентабельности производства по формуле
где О – средний остаток нормируемых оборотных средств тыс.руб.
Принимаем оборотные средства в размере 6 % к основных средствам.
Рассчитываем уровень рентабельности продукции по формуле
Рассчитываем удельные капитальные вложения на предлагаемую модернизацию по формуле
6 Расчет эффективности инвестиционного проекта
Под инвестициями понимают осуществление экономических проектов в настоящем с расчетом получить доходы в будущем.
Предполагается что затраты и доходы по проекту при реализации проекта будут обесцениваться. И степень обесценивания пропорциональна ставке банковского процента и уровню инфляции. Уровень обесценивания называется ставкой дисконта. Основные критерии используемые для оценки эффективности инвестиционных проектов:
Чистый доход – накопленный доход за расчетный период определяется по формуле
гдеДП – денежный поток определяемый как
гдеЧП – чистая прибыль;
К – капитальные затраты.
Чистый дисконтированный доход – это накопленный дисконтированный эффект за период времени. Для признания проекта эффективным необходимо чтобы ЧДД > 0.
гдеКi – коэффициент дисконтирования определяемый по формуле
гдеr – ставка дисконта;
t – число лет отделяющих год вложения от года приведения.
Внутренняя норма доходности показывает верхнюю границу допустимого уровня банковского процента превышение которого делает проект убыточным.
где – значение выбранной ставки дисконтирования при котором ;
– значение выбранной ставки дисконтирования при котором .
Срок окупаемости (простой) называют продолжительность периода от начального момента до момента когда накопленный денежный поток становится не отрицательным. Простой срок окупаемости рассчитывается по формуле
где - накопленный денежный поток;
- количество периодов с отрицательным значением НДП;
- последнее отрицательное значение НДП;
- первое положительное значение НДП.
Дисконтированный срок окупаемости - продолжительность периода от начального момента времени до момента когда накопленный дисконтированный денежный поток становится неотрицательным и определяется по формуле
где - накопленный дисконтированный денежный поток;
- количество периодов с отрицательным значением накопленного дисконтированного денежного потока;
- последнее отрицательное значение накопленного дисконтированного денежного потока.
Индексы доходности показывают относительную отдачу проекта на вложенные в него средства.
Индекс рентабельности
гдеn – количество рассматриваемых периодов.
Сведем расчеты эффективности инвестиций в таблицу 6.12
По рассчитанным показателям эффективности инвестиционного проекта построили график зависимости NPV от ставки дисконта и графики изменения дисконтированного денежного потока (ДДП) и накопленного денежного потока (НДП) по периодам инвестиционного проекта которые изображены на рисунках 6.1 и 6.2.
Таблица 6.12 – Показатели эффективности инвестиционного проекта
Капитальные вложения
Остаточная стоимость
1 Налог на прибыль 24%
2 Налог на имущество 220%
Накопительный денежный поток
Ставка дисконтирования
Дисконтированный денежный поток
Накопленный дисконтированный денежный поток
NPV(чистая приведенная стоимость)
Внутренняя норма доходности (IRR)
Срок окупаемости с начала реализации проекта
Дисконтированный срок окупаемости с начала реализации проекта
Таблица 6.13 – Расчет чистой приведенной стоимости (NPV)
Ставка дисконтирования
Таблица 6 14 – Основные технико-экономические показатели
Абсолютные показатели
Суточная производительность т
Мощность установки тыс.т
Объем перерабатываемого сырья тыс.т
Численность работников чел.
Стоимость основных фондов тыс.руб.
Относительные показатели
Производительность труда тчел. руб.чел.
Фондоотдача руб.руб.
Себестоимость 1т пека.
Рентабельность продукции %
Удельные капитальные вложения руб.т
Показатели экономической эффективности инвестиционного проекта
Экономический эффект (NPV) тыс.руб.
Внутренняя норма доходности (IRR) %
Срок окупаемости капитальных вложений лет:

Экономическая часть.docx

6 Экономическая часть
1 Анализ рынка нефтяных пеков
Электродная промышленность России потребляет значительные количества пеков каменноугольного происхождения. Известно что каменноугольные пеки отличаются низким содержанием серы но высоким содержанием канцерогенов в частности от 1 до 4% бензпиренов. Поэтому в мировой практике известны попытки перевода предприятий отрасли на использование нефтяных пеков.
Положительный опыт их применения имеется в США Канаде. В 1988—89 гг. на предприятиях Днепропетровский электродный завод и Иркутский алюминиевый завод были приняты промышленные партии нефтяных пеков фирмы «Ашланд петролеум» с температурой размягчения 65 °С и 105 °С. Их испытания прошли с положительными результатами [3].
Нефтяной специальный пек может применяться в алюминиевой промышленности при производстве анодной массы для выпуска алюминия а также в качестве спекающей добавки при производстве угольных брикетов на ТЭЦ. Необходимость замены традиционного каменноугольного электродного пека диктуется его ограниченным количеством высокой канцерогенностью значительной удаленностью производства а также желанием получить связующие материалы обладающие некоторыми специфическими физико-химическими технологическими и санитарно-гигиеническими характеристиками лучшими по сравнению с применяющимися пеками каменноугольного происхождения.
Рисунок 6.1 – Потребность в волокнообразующем пеке по потребителям
Цена реализации нефтяного пека от 20000 до 50000 руб.тонну.
1 Расчет единовременных капитальных затрат на проведение реконструкции
Реконструкция технологических установок связана со значительными дополнительными капитальными вложениями. В общем случае они определяются следующим образом:
К = Коб + Км + Кд - Лс(6.1)
где К – дополнительные капитальные затраты на реконструкцию установки;
Коб – затраты на приобретение оборудования;
Км – затраты на монтаж нового оборудования;
Кд - затраты на демонтаж оборудования подлежащего замене;
Лс – ликвидационная стоимость демонтируемого оборудования.
Затраты на приобретение нового оборудования определяются по прайс-листам и каталогам на новое оборудование.
Затраты на монтаж определяются на основании соответствующих ценников и прейскурантов или укрупненно порядок их расчета изложен выше.
Затраты на демонтаж оборудования рассчитываются аналогично затратам на монтаж. В данном дипломном проекте отсутствуют затраты на демонтаж.
На основании выполненных расчетов составляется смета затрат на реконструкцию (таблица 6.1).
Таблица 6.1 - Смета затрат на реконструкцию
Наименование оборудования
Емкость V=10м3 Материал - листовая сталь ВСт3сп5
Реактор термополиконденсации
Сепаратор продуктов реакции
Неучтенное оборудование
Приобретение технологического оборудования
Транспортно-заготовительные расходыТрубопроводы и арматура
Затраты на строительные работы
трубопроводы и арматура
прочие строит.расходы
2 Источник образования экономического эффекта
Источниками образования экономического эффекта являются:
- получение нового вида продукта за счет переработки отхода производства ЭП-300 – тяжелой смолы пиролиза – углеродного пека. Нефтяной пек может применяться в алюминиевой промышленности при производстве анодной массы для выпуска алюминия а также в качестве спекающей добавки при производстве угольных брикетов на ТЭЦ.
3 Расчет производственной мощности и производственной программы
Производственная мощность установки – это максимальный выпуск продукции который может выполнить установка при полном использовании оборудования во времени и по производительности.
Определим мощность станции по формуле
где Е – число однотипных установок;
П – производительность установки тсут;
– календарное время дн;
– время нормативных простоев дн. Принимается равным 30.
Мощность производства составит:
Производственная программа установки по форме представляет материальный баланс установки с указанием количества взятых и полученных продуктов технологических потерь процентов отбора целевых продуктов от исходного сырья таблица 6.2.
С включением блока производства нефтяного пека производственная мощность производства ЭП-300 выглядит следующим образом:
Таблица 6.2 – Материальный баланс установки
ПАФ (+пироконденсат)
4 Расчет себестоимости продукции
Расчет себестоимости пека на дополнительном блоке производства ЭП-300 приведен в таблице 6.3
Таблица 6.3 – Расчет себестоимости
Вспомогательные материалы
Продолжение таблицы 6.3
Топливо и энергетические ресурсы:
Энергетические затраты
Итого топливо и энергозатраты:
Текущий и капитальный ремонт
Итого побочная продукция
Себестоимость основной продукции
Себестоимость на 1 тонну пека
5 Расчет основных технико-экономических показателей
Относительные показатели рассчитываются следующим образом.
Уровень фондоотдачи:
где Q – объем производства тыс.руб.;
Ф – среднегодовая стоимость основных производственных фондов тыс.руб.
Ф0 = 393 312 21489 207 403361 = 190 рубруб.
Прибыль установки составит:
где Ц- цена нефтяного пека. Принимаем цену пека равной 8 15713 рублей.
Подставив значение получаем:
П=( 8 15713– 6798) 4821700 = 65 552 03581 рублей
Рассчитываем уровень производительности труда по формуле:
где Ч=45 чел - численность работников.
Рассчитаем уровень рентабельности производства по формуле
где О – средний остаток нормируемых оборотных средств тыс.руб.
Принимаем оборотные средства в размере 6 % к основных средствам.
Рассчитываем уровень рентабельности продукции по формуле
Рассчитываем удельные капитальные вложения на предлагаемую модернизацию по формуле
6 Расчет эффективности инвестиционного проекта
Под инвестициями понимают осуществление экономических проектов в настоящем с расчетом получить доходы в будущем.
Предполагается что затраты и доходы по проекту при реализации проекта будут обесцениваться. И степень обесценивания пропорциональна ставке банковского процента и уровню инфляции. Уровень обесценивания называется ставкой дисконта. Основные критерии используемые для оценки эффективности инвестиционных проектов:
Чистый доход – накопленный доход за расчетный период определяется по формуле
гдеДП – денежный поток определяемый как
гдеЧП – чистая прибыль;
К – капитальные затраты.
Чистый дисконтированный доход – это накопленный дисконтированный эффект за период времени. Для признания проекта эффективным необходимо чтобы ЧДД > 0.
гдеКi – коэффициент дисконтирования определяемый по формуле
гдеr – ставка дисконта;
t – число лет отделяющих год вложения от года приведения.
Внутренняя норма доходности показывает верхнюю границу допустимого уровня банковского процента превышение которого делает проект убыточным.
где – значение выбранной ставки дисконтирования при котором ;
– значение выбранной ставки дисконтирования при котором .
Срок окупаемости (простой) называют продолжительность периода от начального момента до момента когда накопленный денежный поток становится не отрицательным. Простой срок окупаемости рассчитывается по формуле
где - накопленный денежный поток;
- количество периодов с отрицательным значением НДП;
- последнее отрицательное значение НДП;
- первое положительное значение НДП.
Дисконтированный срок окупаемости - продолжительность периода от начального момента времени до момента когда накопленный дисконтированный денежный поток становится неотрицательным и определяется по формуле
где - накопленный дисконтированный денежный поток;
- количество периодов с отрицательным значением накопленного дисконтированного денежного потока;
- последнее отрицательное значение накопленного дисконтированного денежного потока.
Индексы доходности показывают относительную отдачу проекта на вложенные в него средства.
Индекс рентабельности
гдеn – количество рассматриваемых периодов.
Сведем расчеты эффективности инвестиций в таблицу 6.12
По рассчитанным показателям эффективности инвестиционного проекта построили график зависимости NPV от ставки дисконта и графики изменения дисконтированного денежного потока (ДДП) и накопленного денежного потока (НДП) по периодам инвестиционного проекта которые изображены на рисунках 6.1 и 6.2.
Таблица 6.12 – Показатели эффективности инвестиционного проекта
Капитальные вложения
Остаточная стоимость
1 Налог на прибыль 24%
2 Налог на имущество 220%
Накопительный денежный поток
Ставка дисконтирования
Дисконтированный денежный поток
Накопленный дисконтированный денежный поток
NPV(чистая приведенная стоимость)
Внутренняя норма доходности (IRR)
Срок окупаемости с начала реализации проекта
Дисконтированный срок окупаемости с начала реализации проекта
Таблица 6.13 – Расчет чистой приведенной стоимости (NPV)
Ставка дисконтирования
Таблица 6 14 – Основные технико-экономические показатели
Абсолютные показатели
Суточная производительность т
Мощность установки тыс.т
Объем перерабатываемого сырья тыс.т
Численность работников чел.
Стоимость основных фондов тыс.руб.
Относительные показатели
Производительность труда тчел. руб.чел.
Фондоотдача руб.руб.
Себестоимость 1т пека.
Рентабельность продукции %
Удельные капитальные вложения руб.т
Показатели экономической эффективности инвестиционного проекта
Экономический эффект (NPV) тыс.руб.
Внутренняя норма доходности (IRR) %
Срок окупаемости капитальных вложений лет:

Обзор1.docx

Перспективы развития нефтеперерабатывающей промышленности невозможно представить без глубокой переработки самой тяжёлой части нефти - нефтяных остатков а также рационального использования остаточных нефтепродуктов включая нефтяной пек. К тяжёлым нефтяным остаткам относятся: вакуумные остатки первичной переработки нефти - гудроны асфальты деасфальтизации гудронов крекинг-остатки и тяжёлые смолы пиролиза.
В настоящее время из тяжелых нефтяных остатков вырабатываются следующие нефтепродукты: котельные топлива (топочные мазуты); битумы - дорожные строительные и специальные; нефтяные связующие вещества - пеки; нефтяные коксы углеродные волокна и технический углерод (сажа) из нефтяного сырья.Перспективным и экономически целесообразным направлением переработки тяжелых нефтяных остатков представляется производство связующих - нефтяных пеков.
Существует несколько классификаций пеков. Так в зависимости от применения пеки классифицируются на следующие группы:
)пеки - связующие применяемые при изготовлении самообжигающихся или обожённых анодов графитированных электродов электроугольных изделий и конструкционных материалов на основе графита;
)пеки пропитывающие;
)брикетные пеки - связующие (для частичного брикетирования углей перед их коксованием литейных коксобрикетов коксобрикетов для цветной металлургии);
)пеки волокнообразующие (для производства углеродных графитированных волокон);
)специальные пеки (для производства наноматериалов);
)пеки как сырьё для коксования.
Пек в отличие от асфальтитов асфальтенов и лакового битума содержит карбены которые не растворяются в толуоле и подобных растворителях. Очевидно они нерастворимы и масле МП-1 что приводит к образованию в растворе нефтяного пека в масле МП-1 нерастворимой дисперсной фазы которая может служить центром формирования структурных образований. Кроме того они могут образовывать самостоятельную фазу с развитой цепочечной структурой например при температуре около 180 ºС в условиях приготовления раствора. Внутри этих структур может произойти объемная сорбция асфальтенов с образованием сольватного слоя сложной конфигурации. В зависимости от соотношения карбены: асфальтены в нефтяном пеке может образоваться пространственная сетка из компонентов различной природы.[7]
Актуальность темы и цель работы
Цель работы: расширение сырьевой базы и разработка новых методов получения пеков.
Совершенствование производства углеродных материалов и разработка технологии получения новых высокоэффективных материалов на основе углерода требуют применения качественного сырья обладающего низкой канцерогенной активностью и обеспечивающего выпуск прогрессивной конкурентоспособной продукции [11]. В настоящее время возникли реальные предпосылки для промышленного производства нефтяных пеков в России которое стало возможно в результате организаций опытно-промышленного производства нефтяного крекингового пека на Ново-Уфимском НПЗ. Промышленное производство нефтяных пеков важно с точки зрения более рационального использования нефтяного сырья.В качестве сырья для получения нефтяных пеков наиболее желательны высокоароматизированные нефтяные остатки обладающие низким содержанием серы [3]. Нефтяные пеки являются важным связующим компонентом электродных и анодных масс обеспечивающим текучесть пластичность однородность при смешении с коксом – наполнителем и прочность электросопротивление реакционную способность при последующих операциях обжига изделий [10].
Анализ опыта производства нефтяных пеков накопленного в Республике Башкортостан в последние годы позволяет сделать определённые выводы и наметить перспективы расширения этого производства.
Пекистановятся одним из основных видов сырья для получения углеродных волокон (УВ) - потребность в которых неуклонно растет и намного превышает объем их производства. В настоящее время УВ из пеков в промышленном масштабе получают только фирмы Куреха ( Япония) и Шион Карбайд ( США) однако десятки иностранных фирм работают над созданием своей технологии производства пековых УВ.[1]
Пеки полученные из смолы пиролиза обладают высокими качественными показателями как по технологическим свойствам так и до содержанию серы.[2]
Пеки полученные на основе нефти являются пизкозольными имеют малую ( по сравнению с каменноугольными пеками па один порядок ниже) канцерогенность и широкий диапазон температур размягчения. Нефтяные углеродистые волокна высококристалличны прочны и дешевы. Производство нефтяных пеков и углеродистых волокон пока не является крупномасштабным и в основном осуществляется на опытных установках.[3]
Пекиполучают из жидкого углеводородного сырья нефтяного происхождения и широко применяют в металлургии электроэнергетике и других областях при изготовлении различных углеродных материалов. Химический состав нефтяных пеков сложен и может включать в себя до нескольких тысяч индивидуальных соединений. Большую долю занимают соединения ароматического и нафтенового рядов.[4] Пеки получаемые из различных видов сырья значительно отличаются по физико-химическим свойствам от каменноугольного пека. По опытным данным [4] для нефтяного пека характерны низкая ароматичность высокое содержание алкилзамещенных соединений кислородсодержащих компонентов. Также нефтяные пеки характеризуются меньшим содержанием веществ нерастворимых в толуоле более высоким выходом летучих.[5]
Пеки в зависимости от спекающей способности классифицируются на следующие группы [1].
К первой группе спекающих добавок можно отнести нефтепродукты полученные недеструктивной переработкой нефти такие как битумы асфальты.
Испытания битумов показали их высокую вспучиваемость при коксовании в смеси с углями что приводит к снижению структурной прочности металлургического кокса. Для продуктов деасфальти- зации остатков нефти получены противоречивые результаты. По данным патента [4] добавка асфальтитов в шихты содержащие слабоспекающиеся угли позволяет получить кокс улучшенного качества. Однако испытания асфальтита полученного из гудрона сернистой нефти на Харьковском опытном коксохимическом заводе показали невысокие спекающие свойства данного продукта [1].
Вторую группу спекающих добавок составляют продукты деструктивной переработки нефти позволяющие осуществить частичную замену хорошо спекающихся углей в шихтах коксования. К таким могут быть отнесены продукты висбрекинга термического крекинга окисленные крекинг-остатки продукты гидрирования углей [25].
К третьей группе - сверхактивным спекающим добавкам относят каменноугольные пеки а также пеки полученные из продуктов пиролиза и в процессах термополиконденсации нефтяного сырья [5]. Отличительной чертой этих добавок является возможность обеспечения полной замены жирных углей в шихтах коксования. Известно что использование нефтяных пеков позволяет обеспечить качество изделий на уровне продукции изготовленной на основе каменноугольных пеков.
Применение высокоплавких пеков и нефтяных спекающих добавок связано с их способностью к карбонизации с достаточно высоким выходом углеродного остатка с требуемым качеством. Углеродный остаток выполняет наполняющие уплотняющие связующие и спекающие функции или используется как целевой продукт. В процессе карбонизации пеки выполняют также порообразующие функции. Известны направления использования высокоплавких пеков без карбонизации где они используются как наполняющие уплотняющие связующие стабилизирующие изолирующие компоненты.
В любой области применения нефтяные пеки конкурируют с пеками из другого природного сырья прежде всего с каменноугольными отличаясь от них более высокой реакционной способностью в термохимических процессах меньшей канцерогенностью и другими преимуществами.
Пеки с температурой размягчения 180 250 °С и коксуемостью 60 80% используются как сырьё для производства углеродных волокон и микросфер антифрикционных углеродных материалов формованного кокса и как спекающие добавки к каменным углям при получении металлургического кокса. Ещё более высокоплавкие пеки (полукоксы) с выходом летучих 14 20% находят применение в производстве электроэрозионного графита.
Таким образом высокоплавкие пеки представляют собой ценное сырье для различных отраслей промышленности потребность которых в них значительна и составляет от десятков до сотен тысяч тонн в год. Развитие пекового производства в России может идти путём реконструкции действующих процессов термического крекинга замедленного коксования и за счёт строительства специализированных установок термополиконденсации нефтяного остаточного сырья. Существующие и вновь строящиеся установки должны быть дооборудованы узлами хранения и отгрузки продукции системами обогрева трубопроводов и резервуаров теплоносителем дополнительными узлами переработки побочной продукции – дистиллятных фракций и факельным хозяйством.Решения в области производства нефтяного пека апробированные в промышленных масштабах на установках Ново-Уфимского НПЗ и на пилотных установках ИПНХП АН РБ создали необходимую технологическую базу для наращивания мощностей и строительства новых установок производства нефтяного пека.Внедрение нефтяного пека в качестве связующего и пропитывающего материала взамен каменноугольного имеет существенное значение для улучшения экологической обстановки на предприятиях.Квалифицированная переработка нефтяного остаточного сырья с получением большого количества товарной продукции повысит степень переработки углеводородного сырья и глубину переработки нефти что будет способствовать решению одной из актуальных проблем современной нефтепереработки.
2 Методы получения пека
Получение пеков включает термополиконденсацию тяжелой смолы пиролиза в проточном реакторе при повышенном давлении и температуре 330-400°С отгон низкомолекулярных продуктов реакции и выдержку полученного продукта при повышенной температуре и атмосферном давлении в присутствии перегретого водяного пара в качестве неокисляющего агента при этом в качестве сырья используют тяжелую смолу пиролиза очищенную от низкокипящих и неплавких компонентов обеспечивают нахождение реакционной массы в зоне реакции в течение заданного времени при давлении 10-25 ати.
Получение пека на установках гидрокрекинга.
Получение пека методом каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя серную кислоту.
Получение пека каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя смесь толуола и хлористого алюминия.
Процесс получениянефтяных пеков(пекование) - новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза ( карбонизации) тяжелого дистиллятного или остаточного сырья проводимый при пониженном давлении умеренной температуре ( 360 – 420 ºС) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта - пека - в процессе получают газы и керосино-газойлевые фракции.
Выбор условий процесса превращения нафталина в пек определяется тремя главными факторами: концентрацией катализатора; желательной температурой процесса; желаемым качеством получаемого пека.
Реакция весьма экзотермична. Для осуществления пекования нафталина принят температурный интервал 90-110 °С. Реакция чувствительна к изменению температуры как в отношении скорости так и в отношении состава продуктов (с повышением температуры повышается выход пека). Кроме того с ростом температуры ускоряется поликонденсация.
Реакция каталитической поликонденсации нафталина в пек проходит под атмосферным давлением отгон непрореагировавшего нафталина проводиться под вакуумом.
При приготовлении катализатора исключительно важно соблюдать условия обеспечивающие его стабильность. Катализатор на открытом воздухе подвергается окислению и быстро портиться. Так же он очень чувствителен к свету.
4 Сырье продукты катализаторы процесса
Таблица 1 – Характеристика исходного сырья готовой продукции
Наименование сырья готовой продукции
Номер национального или отраслевого стандарта технических условий стандарта предприятия
Показатели качества подлежащие проверке
Норма по нормативному документу
Показатель преломления
Массовая доля общей серы (S) % не более
Растворитель многих полимеров сырье для нефтехимии
Массовая доля хлористого алюминия % не менее
Массовая доля железа (Fe) % не более
Белый с оттенками серого или желтого цвета
Применяется как катализатор органического синтеза
Температура кристаллизации ºС не ниже
Сырье нефтехимического синтеза
Коксуемость % масс не более
Температура размягчения ºС не менее
Сырье для получения волокон стержней
Исследовательская часть
Описание методики получения НВП каталитической поликонденсацией
В наших исследованиях мы получали пек на установке представленной на рисунке 2.2.
В колбу заливаем 100 мл толуола включаем потенциометр. Заливаем в колбу 100 г нафталиновой фракции ТСП включаем мешалку. Включаем печь. Поднимаем температуру в колбе до 70-110 0С фиксируем время. По достижении заданной температуры постепенно засыпаем 40 мл предварительно приготовленного катализаторного комплекса на основе AlCl3. Газообразные продукты проходят обратный холодильник 4 который охлаждается водой. При этом высококипящие компоненты конденсируются в холодильнике и стекают в приемник 7. Газы удаляются с лабораторной установки при помощи вытяжной вентиляции. Далее процесс проводим при 90-110 0С в течение 1-4 часов.
– потенциометр 2 – мешалка 3 – колба с сырьем 4 водяной холодильник 5 – печь 6 – ЛАТР 7 – сборник газов
Рисунок 2.1 - Лабораторная установка получения нефтяного волокнообразующего пека
По истечении заданного времени выключаем печь и продолжаем перемешивание до того времени как температура не упадет до 50 ºС. После отстаивания и охлаждения колбу устанавливаем под вакуум для удаления растворителя и паров непрогеагировавшего нафталина. Отогнанный растворитель взвешиваем для составления материального баланса полученную пековую массу выгружаем взвешиваем измельчаем в ступке наносим на бумажный фильтр и промываем дистиллированной водой для удаления остатков катализатора.
После стадии промывки фильтр извлекаем пек равномерно распределяем на поверхности и ставим в сушильный шкаф на 1 час при 100 ºС далее повторно измельчаем и устанавливаем под вытяжкой на 3 часа. Полученный пек взвешиваем составляем материальный баланс процесса. При составлении материального баланса допускаем что растворитель был полностью извлечен из пека.
Лабораторные опыты проводили с различным объемом катализатора и продолжительностью опыта от 1 до 4 часов. Составили матрицу экспериментов и представили в таблице 2.
Таблица 2 – Матрица экспериментов
Температура процесса °С
масса катализатора г
при продолжительности опыта ч
Продолжение таблицы 2 – Матрица экспериментов
По полученным результатам определили зависимость процесса получения пека от различных параметров процесса: продолжительности опыта концентрации катализатора и температуры опыта. Кривые зависимостей выхода пека от различных параметров представлены на рисунках 2.2–2.3.
Рисунок 2.2 – Зависимость выхода пека от продолжительности процесса при 90 оС.
Рисунок 2.3 – Зависимость выхода пека от продолжительности процесса при 110 оС.
Выход пека увеличивается при повышении температуры и продолжительности процесса. При изучении зависимости выхода пека при 110 оС очевидно что при использовании 15 и 20 г катализатора по истечении 2 ч конверсия в значительной степени не изменяется. Максимальный выход пека отмечается при проведении процесса в течении 4 часов при 110 оС с применением 20 г катализатора.
3 Исследования образцов НВП полученных из нафталиновой фракции
Образцы пеков проанализировали по следующим показателям:
) определили температуру размягчения ускоренным методом с помощью нагревания капилляра с образцом пека в кварцевой трубке через которую продувался воздух нагреваемый в трубчатой печи. При постепенном нагревании капилляра пек переходил из твердого состояния в расплавленное. Температуру размягчения принимали ту при которой твердые частички пека в капилляре переходили в пластичное состояние слипались и вследствие того что полости между крупицами пека исчезали капилляр становился абсолютно черным. Воспроизводимость анализа составила ± 4 оС;
) определили коксуемость методом Конрадсона по ГОСТ 19932-99;
) определили содержание летучих по ГОСТ 11858-66.
Результаты анализов пеков представлены в таблице 3.
Температура размягчения – характеристика косвенно указывающая на степень поликонденсации. Как правило температура размягчения является функцией зависящей от времени термообработки или как в нашем случае времени реакции. Температура размягчения для различных серий опытов представлена на рисунках 2.4-2.5.
Как видно из результатов экспериментов температура реакции в значительной степени оказывает влияние на температуру размягчения пека. С увеличением температуры реакции увеличивается и температура размягчения. С увеличением времени пребывания температура размягчения пека так же возрастает. Также отмечается что при увеличении массы катализатора температура уменьшается.
Рисунок 2.4 – Зависимость температуры размягчения пека от продолжительности процесса при 90°C
Рисунок 2.5 – Зависимость температуры размягчения пека от продолжительности процесса при 110°C
Коксовое число является важной характеристикой помогающей управлять процессом превращения. Зависимость коксового числа от времени представлен на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – Зависимость коксового числа от продолжительности процесса при 110 ºC
При большей температуре и при большей массе катализатора достигается максимальный показатель коксового числа.
Выход летучих – характеристика указывающая на способность пека спекаться без значительной потери массы. Зависимость выхода летучих веществ по времени представлена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – Зависимость выхода летучих от продолжительности процесса при 110 ºC
Выход летучих веществ так же имеет тенденцию к снижению с течением времени но при увеличении температуры процесса и массы катализатора выход летучих увеличивается.
Исходя из полученных анализов оптимальным режимом ведения процесса принимаем 4 часа при 110 ºC с использованием 15 г катализатора.
В ходе работы была рассмотрена значимость исследуемого процесса а также проведено исследование реакции каталитической поликонденсации нафталина в пек. Были подобраны оптимальные концентрации катализатора и условия проведения процесса для достижения лучшего результата. Составлены таблицы и графики отражающие результат работы проведены анализы полученного пека. По полученным данным можно судить что наибольший выход пека и наилучшее его качество получается при следующих условиях:
- время поликонденсации 4 часа;
- температура процесса 110 ºС;
- навеска катализатора 20 гр.

Diplomny chertyozh dlya Borisenko Alexandra.cdw

Ректификационная колонна
Емкость для сбора вакуумного газойля
ХТП-240403.65- 00.00.000 ТС
Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ
Технологическая схема установки
из тяжелой смолы пиролиза

Технологическая часть расчеты.doc

3 Технологическая часть
1 Описание технологической схемы блока получение пека из тяжелой
смолы пиролиза установки ЭП-480.
Необходимость эффективной комплексной переработки нефтяного сырья с
целью получения сырья для нефтехимии напрямую связана с возрастающими
потребностями народного хозяйства и промышленности в продуктах
нефтехимических производств получаемых прежде всего из четырех основных
представителей олефиновых углеводородов: этилена пропилена бутиленов и
бутадиена причем доля трех последних постоянно увеличивается.
Наиболее широко распространенным в промышленности методом пиролиза
является пиролиз в трубчатых печах. На рисунке 1 представлена
принципиальная технологическая схема установки пиролиза бензина.
Сырье (ШФЛУ) поступает в конвекционную камеру печи пиролиза П-1. На
выходе из камеры конвекции в сырье добавляется водяной пар разбавления. На
выходе из печи температура продуктов составляет 830 - 850 °С которые затем
поступают в закалочно–испарительный аппарат (ЗИА) Т-1Т-2. В межтрубное
пространство этого аппарата подается водяной конденсат который затем идет
в паровой барабан где происходит отделение пара от конденсата конденсат
Температура продукта на выходе из ЗИА 350 - 400 °С. После ЗИА
продукты пиролиза направляют в колонну предварительного разделения
продуктов К-1. В ней пирогаз отделяют от пироконденсата. Перед входом в
колонну в продукт впрыскивают тяжелую смолу пиролиза. Температура на входе
в колонну составляет 180 °С. Тепло горячей смолы пиролиза циркулирующей в
кубе колонны К-1 обычно используется для получения пара низкого давления.
Температура верха колонны К-1 порядка 100 °С. Часть ТСП с колонны К-1
отправляется на дальнейшую переработку в печь П-2. Перед печью смешивается
с водным конденсатом который является турболизатором. В печи П-2 исходное
сырье нагревается до температуры 420 - 460 °С затем подается сверху в
реактор термополикондесации Р-1где сырье двигаясь сверху вниз
подвергается термополиконденсации. При этом из-за отрицательного значения
суммарного тепла реакции и испарения образующихся дистиллятов температура
продукта в реакторе Р-1 снижается до 350-390 °С. С верха реактора Р-1
уходят газы и пары легких и средних дистиллятов термополиконденсации.
С низа реактора Р-1 часть продуктов термополиконденсации в
количестве 40-100 мас. % от исходного сырья возвращают в низ атмосферной
колонны К-1 в качество рециркулята где она смешивается с исходным сырьем.
Балансовое количество продукта с низа реактора Р-1 поступает в
вакуумную колонну К-2 для доотпарки нежелательных тяжелых фракций
дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа.
Часть вакуумного дистиллята (фр. 250-500°С) с верха вакуумной колонны
К-2 балансовое количество вакуумного газойля откачивают с установки. С
низа вакуумной колонны К-2 откачивают целевой продукт.
2 Технологические расчеты процесса получения пека из ТСП и основных
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Для получения 300 000 т этилена в год потребуется 300 000 ( 100 3419
( ( 877 450 т сырья в том числе: прямогонного бензина 250 700 т.;
вакуумного газойля – 626 750 т.
Материальный баланс нового блока печей представлен в таблице 3.2
Таблица 3.2 – Материальный баланс блока печей «KTI»
Показатели Количество
Прямогонный бензин 250 700 2857
Всего сырья: 877 450 10000
Продолжение таблицы 3.2
Метановодородная фракция 132 495 151
Водородсодержащий газ 18 602 212
Бутан – бутиленовая фракция 64 931 74
Этилен 300 000 3419
Пропилен 147 938 1686
Пироконденсат 124 510 1419
Тяжелая смола пиролиза 50 278 573
Пентан – амиленовая фракция 32 115 366
Итого: 877 450 10000
3 Технологические расчеты
3.1.1 Исходные данные для расчета
Состав топливного газа % масс: Н – 307; С – 672; W-12
Плотность газа – 0696 кгм3.
Молекулярный вес газа –1676.
Расход сырья – 20000 кгч.
Объемная скорость подачи сырья в печь - 30000 ч-1.
Температура сырья на входе в печь - 80 оС.
Температура газов на выходе из печи - 315 0С.
Абсолютное давление газа на входе в печь – 54 МПа.
3.1.2 Расчет теплового баланса печи
Расчет теплового баланса печи проводится для того чтобы определить
количество тепла Qпол. переданного через поверхность нагрева змеевика в
радиантной камере печи.
Уравнение теплового баланса в общем виде:
где Gc – расход продукта; [pic]- Удельные теплосодержания продукта на
выходе из печи и на входе в печь.
Удельное теплосодержание рассчитаем по формуле
3.1.3 Расчет процесса горения
Рассчитаем низшую теплотворную способность топлива которая может быть
определена по формуле Д.И. Менделеева
где СНОSW - содержание в топливе углерода водорода кислорода
Теоретическое количество воздуха необходимого для сжигания 1 кг
топлива рассчитывается по формуле:
где 232 - содержание кислорода в воздухе % масс.
Теоретический объем воздуха отсюда приведенный к нормальным условиям
рассчитывается по формуле:
где 1293 - плотность воздуха кгм
3.1.4 Состав продуктов горения
Коэффициент избытка воздуха в топке принимаемравным 125; на выходе из
камеры конвекции 134.
Количество продуктов горения одного килограмма топлива определяем по
следующим уравнениям:
где N - количество молей компонента в дымовых газах кмолькг;
На выходе из камеры конвекции:
3.1.5 Определение КПД печи и расхода топлива
КПД печи определяется из уравнения теплового баланса для 1 кг топлива
где qух - потери тепла с уходящими газами %; qпот - потери тепла
стенами печи в окружающую среду принимаем qпот=5 % в том числе 4 % в
радиантной и 1 % в конвекционной камерах; qхим и qмех - потери с химическим
и механическим недожогом %. Для газообразных топлив qух=qмех=0.
Величина qух рассчитывается по уравнению:
где Qух - потери тепла с отходящими газами кВт; рассчитывается по
где Ni - содержание i-го компонента в дымовых газах на выходе из камеры
конвекции; Cpmi - cредняя молярная теплоемкость i-го компонента
кДж(кмоль(град); tУХ tВ - температуры уходящих дымовых газов и
окружающего воздуха оС.
Средняя молярная теплоемкость определяется при средней температуре от
tУХ до tВ по уравнению:
где значения коэффициентов a b c приведены в [7 стр 9].
Принимаем температуру отходящих газов 300 оС или 573 К тогда:
или в долях это составит:
и следовательно КПД печи:
Определяем необходимый расхода топлива по формуле:
11 Скорость продукта на входе в печь
где S – внутреннее сечение трубы м2;
m – число параллельных потоков продукта в печи .
3.1.6 Определение поверхности нагрева радиантных труб
Количество тепла переданное продукту через радиантную поверхность
определим из уравнения теплового баланса топки
где (Т – коэффициент полезного действия топки
GCpm – средняя теплоемкость продуктов горения одного килограмма
топлива при температуре газов на выходе из топки;
tp – температура газов на выходе из топки 0С.
Теплосодержание продукта на входе в радиантные трубы определяется по
где Qk – количество тепла невоспринимаемое конвекционными трубами
Qk = 32505 – 138554 = 186496 кВт
Температуру продукта на входе в радиантные трубы определяем по формуле
Определим ориентировочную поверхность нагрева радиантных труб
Максимальную температуру горения рассчитывается по формуле:
где (Т – КПД топки (Т =0955.
Принимаем среднюю температуру наружной стенки труб на 30 (С больше
средней температуры продукта в камере радиации:
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к радиантным трубам для
случая теплоотдачи при свободной конвекции можно определить по формуле:
Определяем все величины необходимые для расчета эквивалентной
абсолютно черной поверхности для поверхностного горения определяемой по
среднем [pic] = 085.
Количество тепла переданное конвекцией в топке:
QРК =000892(13041((1233-908)=37806 кВт.
Потери тепла через стенки топки:
Температуру газа в топке определяем по формуле:
где GCрm - средняя теплоемкость газов в пределах температур от TР и TV
(практически можно принять при TP).
Находим степени черноты объема газа и факела - (V; трубного экрана (Н;
и неэкранированной поверхности кладки в топке (f
Для расчетов можно принять (H = (f =09.
где (- коэффициент избытка воздуха на перевале; (=115.
Угловой коэффициент определяем по справочной литературе ( = 056.
Размеры радиантной камеры (в м):длина – 990 ширина – 260 высота –
0. Диаметр труб змеевика 140 мм.
Суммарная поверхность кладки:
(F = 2(99(130+26(130(2+26(99=3325 м2.
Так как известна объемная скорость подачи сырья в радиантные трубы
(VОБ=3 ч-1) можем определить объем радиантных труб:
где VС - объемный расход сырья м3ч;
Объемный расход сырья рассчитывается по формуле:
Определяем необходимое число труб:
FТР = 314 ( 01242 4 = 0121м2.
Тогда число труб по формуле (3.35):
Плоская поверхность занимаемая трубами
где n1 - число труб в вертикальном экране равное 352(17; s - шаг
труб равный 2d = 2(014 = 028 м;
Эффективная лучевоспринимающая поверхность определяется из выражения:
где К - угловой коэффициент или фактор формы (коэффициент приведения
экранной поверхности и эквивалентной плоской поверхности).
При двухрядном экране двустороннего облучения и s = 2d К=172.
Нл = 172 ( 457 = 786 м2.
Неэкранированная поверхность кладки (при отсутствии пристенных экранов)
в данном случае равна:
Степень экранирования топки:
Угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей экрана и кладки
определяется в зависимости от отношения НлF. В данном случае:
НлF = 7863325 = 02464; если НлF [pic]05 то (FH = Нл
Величина [pic]F рассчитывается по формуле:
Величина эквивалентной абсолютно черной поверхности:
Определяем температурную поправку (( для величины теплоотдачи труб:
где Сs - постоянная излучения абсолютно черного тела кВт(м2(К)
Принимаем Сs=000577 кВт(м2(К).
Определяем величину аргумента излучения:
Характеристика излучения по уравнению
[pic]Температура дымовых газов на выходе из топки:
Полученное значение температуры отличается от заданной менее чем на 2
% поэтому пересчетов не делаем.
3.1.8 Расчет конвективной камеры печи пиролиза
Площадь поверхности нагрева конвективных труб определяем по формуле:
Коэффициент теплопередачи в конвективной камере вычисляем по формуле:
где (1 - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к
Коэффициент теплоотдачи конвекцией (1 находят по формуле:
где с - постоянная; для шахматного пучка труб с =033 [pic] -
коэффициент зависящий от числа рядов труб в пучке; полагая что число
рядов будет более 10 принимаем [p [pic]г - коэффициент
теплопроводности продуктов сгорания Вт(м(К).
Критерий Рейнольдса и Прандтля вычисляем при средней температуре
продуктов сгорания в конвективной камере:
tСР = (580 + 960) 2 = 770 oC.
Скорость газов рассчитываем для самого узкого сечения пучка. В камере
конвекции устанавливаем трубы с рабочей длиной lтр=55 м наружным
диаметром dн=0102 м в одном горизонтальном ряду в шахматном порядке
установлено n1= 4 трубы с шагом t=0172 м. Наименьшая площадь свободного
= [( 4 - 1)(0172+3(0102-4 (0102](55=228 м2
Линейная скорость продуктов сгорания в самом узком сечении пучка:
w=173872(273+770)(3600(273(228)=659 мс
Динамическую вязкость смеси рассчитывают по формуле:
Мсм(см=х1(М1(1+ х2(М2(2+ + хi(Мi(i
где Мсм М1 М2 Мi - относительные молекулярные массы смеси газов и
ее компонентов; (см (1 (2 (i - динамические вязкости смеси газов и
ее компонентов Па(с; х1 х2 хi - молярные доли компонентов в смеси.
Значения вязкостей компонентов продуктов сгорания рассчитываем по
Расчет динамической вязкости продуктов сгорания топливного газа
представлен в таблице 3.5.
Таблица 3.5 - Расчет динамической вязкости продуктов сгорания
Компоненты Мi Мi( хi100 [pic]i Мi(хi(100((i)(10-7
CO2 44 2684 4069 00066
H2O 18 2983 352 00085
N2 28 2028 4061 0050
O2 32 1564 4846 00032
(см=2751(10-7 00682 = 4032(10-7 Па(с.
Плотность продуктов сгорания:
Теплоемкость продуктов сгорания находим по формуле
где Сро - молярная теплоемкость при постоянном давлении Дж(мольК);
а b c - коэффициенты Т - температура К.
Значения коэффициентов уравнения (3.50) находят из справочной
литературы. Расчет средних объемных теплоемкостей продуктов сгорания
газового топлива представлен в таблице 3.6.
Таблица 3.6 - Расчет средних объемных теплоемкостей
Компонент xi кмольч [pic]i % Ср Срхi(100(224)
Дж(моль(К) кДж(м3(К)
CO2 4734 610 5278 01437
H2O 1286 166 412 03048
N2 5623 724 323 1046
O2 379 489 281 00756
Итого: 7762 1000 3465 1570
Удельная теплоемкость продуктов сгорания:
Критерий Прандтля для двухатомных газов Pr=072 .
Теплопроводность продуктов сгорания определяем по формуле:
( =с ( (см Pr =1278(4032(10-7072=00716
Критерий Рейнольдса:
R e= w ( d ( (см (см = 8093(0102(03215(4032(10-7) = 65827
Коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле (3.46):
(1=033((007160102)6582706(072033 = 406 Вт(м2(К).
Коэффициент теплоотдачи излучением (2 определяем по эмпирическому
(2 = 0025 ( tср – 2= 0025 ( 770 – 2 = 1725 Вт(м2(К) (3.54)
Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к парогазовой смеси по
К=11(406+1725)=636 Вт(м2(К).
Температурная схема теплообмена:
(tmax=960 - 420=540 оС
(tmin=580 - 80=500 оС.
Средняя разность температур между теплоносителями:
(tср=(540+500)2=520 оС.
Площадь поверхности нагрева конвективных труб:
F = 2358610 (636(520) = 713 м2.
Поверхность одной трубы:
4 ( 0012( 55 = 176 м2.
Потребное число труб в камере:
nпот = 713 176 = 44.
Число труб в ряду составляет 4 тогда число рядов
Высота занимаемая трубами в конвективной камере при шаге размещения
труб t =0148 м составит:
h = (11-1)(0148=148 м.
3.2 Расчёт емкости для сбора вакуумного газойля
Расход часовой вакуумного газойля через Е-2 на выход с блока получения
пека из тяжелой смолы пиролиза составляет[pic] кгч.
На рисунке 3.3 представлена схема для расчёт геометрии ёмкости.
Рисунок 3.3 – Схема ёмкости
Для расчёта объёма ёмкости примем полтора часовое удержание продукта
в аппарате. Объем рабочий Е-2 составит:
VE=[pic]GСВρСВ (3.14)
где ρСВ – плотность вакуумного газойля (примем 920 кгм3)
Максимальный расход вакуумного газойля примем 110% от рабочего
действительный рабочий объём Е-2 составит.
Так как на паровое пространство остаётся 02 D рассчитаем площадь
поперечного сечения аппарата без учёта данного сегмента. На рисунке 3.4
представлена схема расчёта.
Рисунок 3.4 – Схема расчёта площади поперечного сечения
Для расчёта рабочей площади поперечного сечения рассчитаем площадь
сегмента выше максимального уровня по следующему уравнению:
где α – угол образованной дуги r – радиус аппарата ST – площадь
треугольника с вершинами в центре круга и концах радиусов ограничивающих
соответствующий сектор.
где b – длина образованной хорды (по теореме Пифагора [pic]).
Площадь поперечного сечения рабочей зоны рассчитаем как разность
площади поперечного сечения всего аппарата и площади отсутствующего
или упростив выражение и подставив значение ST получим:
угол α найдём как 2arccos[pic]=2531=1062°.
Принимаем диаметр ёмкости 28 м. Рассчитаем длину аппарата.
2.5 Расчет насоса Н-4 (подача ТСП в печь П-2)
Необходимую производительность определим по формуле
где m – масса жидкости кгч;
ρ – плотность при температуре перекачки кгм3.
Выбираем насос по ТУ 26-02-766-77 характеристики которого приведены
Таблица 3.6. – Характеристики насоса
Марка Исполнение Подача Напор КавитационныПотребляемая
ротора м3ч м ст. й запас м мощность кВт
жидкости ст. жидкости
НК-200120-70 1 200 70 5 53

Титульник.docx

Министерство образования и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате
( Филиал ГОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате)
Кафедра «Химико-технологические процессы»
Заведующий кафедрой ХТП
Проект установки производства пеков из тяжелой смолы пиролиза
Пояснительная записка
к дипломному проекту на __ листах
Студент гр. ТП-09-21 А.Ю.Борисенко
Руководитель профессор Б.С. Жирнов
по исследовательской части профессор Б.С. Жирнов
по экономической части
ст.преподаватель О.С. Малышева
по автоматизации доцент Ф.Р. Муртазин
по безопасности жизнедеятельности
и экологии доцент Р.Г. Худайдатов
нормоконтроль профессор Б.С. Жирнов

3 Технологическая часть.docx

3 Технологическая часть
1 Описание технологической схемы блока получение пека из тяжелой смолы пиролиза установки ЭП-480.
Необходимость эффективной комплексной переработки нефтяного сырья с целью получения сырья для нефтехимии напрямую связана с возрастающими потребностями народного хозяйства и промышленности в продуктах нефтехимических производств получаемых прежде всего из четырех основных представителей олефиновых углеводородов: этилена пропилена бутиленов и бутадиена причем доля трех последних постоянно увеличивается.
Наиболее широко распространенным в промышленности методом пиролиза является пиролиз в трубчатых печах. На рисунке 1 представлена принципиальная технологическая схема установки пиролиза бензина.
Сырье (ШФЛУ) поступает в конвекционную камеру печи пиролиза П-1. На выходе из камеры конвекции в сырье добавляется водяной пар разбавления. На выходе из печи температура продуктов составляет 830 - 850 °С которые затем поступают в закалочно–испарительный аппарат (ЗИА) Т-1Т-2. В межтрубное пространство этого аппарата подается водяной конденсат который затем идет в паровой барабан где происходит отделение пара от конденсата конденсат возвращается в ЗИА.
Температура продукта на выходе из ЗИА 350 - 400 °С. После ЗИА продукты пиролиза направляют в колонну предварительного разделения продуктов К-1. В ней пирогаз отделяют от пироконденсата. Перед входом в колонну в продукт впрыскивают тяжелую смолу пиролиза. Температура на входе в колонну составляет 180 °С. Тепло горячей смолы пиролиза циркулирующей в кубе колонны К-1 обычно используется для получения пара низкого давления. Температура верха колонны К-1 порядка 100 °С. Часть ТСП с колонны К-1 отправляется на дальнейшую переработку в печь П-2. Перед печью смешивается с водным конденсатом который является турболизатором. В печи П-2 исходное сырье нагревается до температуры 420 - 460 °С затем подается сверху в реактор термополикондесации Р-1где сырье двигаясь сверху вниз подвергается термополиконденсации. При этом из-за отрицательного значения суммарного тепла реакции и испарения образующихся дистиллятов температура продукта в реакторе Р-1 снижается до 350-390 °С. С верха реактора Р-1 уходят газы и пары легких и средних дистиллятов термополиконденсации в атмосферную колонну.
С низа реактора Р-1 часть продуктов термополиконденсации в количестве 40-100 мас. % от исходного сырья возвращают в низ атмосферной колонны К-1 в качество рециркулята где она смешивается с исходным сырьем.
Балансовое количество продукта с низа реактора Р-1 поступает в вакуумную колонну К-2 для доотпарки нежелательных тяжелых фракций дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа.
Балансовое количество вакуумного газойля с верха вакуумной колонны К-2 откачивают с установки. С низа вакуумной колонны К-2 откачивают целевой продукт.
2 Технологические расчеты процесса получения пека из ТСП и основных аппаратов

4 Автоматизация.docx

Современные нефтеперерабатывающие производства характеризуются все возрастающей сложностью и многообразием операций и оборудования. Управление такими производствами возможно лишь при широком использовании методов и средств автоматизации.
Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической технологии в связи с взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ их агрессивностью и токсичностью с необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду. Указанные особенности высокая чувствительность к нарушениям заданного режима наличие большого числа точек контроля и управления процессом а также необходимость своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке воздействия на процесс в случае отклонения от заданных по регламенту условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить качественное ведение процесса вручную.
Поэтому в настоящее время эксплуатация процессов нефтеперерабатывающей промышленности без автоматизации практически немыслима.
1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования
Для автоматизации установки выбрана система АСУТП.
Основным регулируемыми параметром печи является температура на выходе и также в зоне конвекции. Уменьшение значения температуры приведёт к не эффективному процессу пиролиза (П-1) и процесса термополиконденсации (П-2). Поэтому регулирование расхода газа обеспечивает оптимальный режим работы ректификационной колонны и реактора термополиконденсации.
1.2. Паровой барабан Е-1.
Основным регулируемыми параметром парового барабана является уровень. Увеличение уровня жидкости поступающей в паровой барабан с ректификационной колонны ведет к неэффективному разделению пара от конденсата. Уровень жидкости обеспечивает нормальную работу аппарата.
1.3. Емкость для сбора вакуумного газойля Е-2.
Основным регулируемыми параметром емкости является уровень. Увеличение уровня жидкости поступающей в емкость с вакуумной колонны ведет к розливу продукта. Уровень жидкости обеспечивает нормальную работу аппарата.
1.4. Ректификационная колонна К-1.
Основной задачей регулирования ректификационной колонны является поддержание оптимальных условий для проведения процесса ректификации безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха колонны К-1;
- расход ТСП из ректификационной колонны К-1;
- расход рециркулята из реактора Р-1;
Управляющим воздействием для регулирования давления в колонне является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в колонне расход ТСП.
Регистрируется температура верха и низа колонны.
1.5. Реактор термополиконденсации Р-1.
Основной задачей регулирования реактора является поддержание оптимальных условий для проведения процесса термополиконденсации безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха реактора Р-1;
- расход ТСП в реактор Р-1;
- расход рециркулята с реактора Р-1;
Управляющим воздействием для регулирования давления в реакторе является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в реакторе расход ТСП.
Регистрируется температура верха и низа колонны.
1.6. Вакуумная колонна К-2.
Основной задачей регулирования вакуумной колонны является поддержание оптимальных условий для проведения процесса доотпарки нежелательных тяжелых фракций дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха колонны К-2;
- расход целевого продукта (пек) из колонны К-2;
Управляющим воздействием для регулирования давления в колонне является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в колонне расход целевого продукта (пека).
2 Выбор и обоснование средств автоматизации
Основное сырье двумя потоками (бензин и этан) центробежными насосами Н-2 Н-3 подается в двухсекционную печь П-1. Предусмотрен контроль расхода перед печью приборами FIRC - 301302.
Нагрев в печи П-1 осуществляется за счет подачи газового топлива. Температура сырья на выходе из печи регулируется каскадной системой регулирования АСУТП приборами TIRC - 101 104.
В последствии происходит смешение двух потоков который смешивается с ТСП а затем подается в низ ректификационной колонне К-1 сверху которой уходят пары газов С1-С6 на ГФУ образующееся в кубовой части колонны К-1 ТСП идет в печь П-2 предварительно смешиваясь с водным конденсатом (в качестве турболизатора) расход которых регулируется приборами FIRC - 305 и 303 соответственно.
Температура в печи регулируется расходом топливного газа при помощи каскадной системы регулирования АСУТП приборами TIRC - 111112. Затем подогретое сырье в печи П-2 подается на всас насоса Н-6 и дальнейшей подачи в верх реактора термополиконденсации Р-1 предварительно регулируется расход приборами FIRC - 307.
В реакторе Р-1 происходит процесс термополиконденсации где регистрируется температура в каждой из зон реактора приборами TIR - 113 116. Уровень жидкости в реакторе регулируется расходом рециркулята из Р-1 приборами LIRCA - 403. Давление в Р-1 регулируется расходом ГЖС приборами PIRCA - 203. Затем полученный продукт из Р-1 подается в вакуумную колонну К-2 где происходит доотпаривание нежелательных тяжелых фракций дистиллята. Температура в вакуумной колонне К-2 регистрируется приборами TIR - 117118. Давление в вакуумной колонне К-2 регулируется приборами PIRCA - 204. Уровень в вакуумной колонне К-2 регулируется приборами LIRCA - 404.
После вакуумной колонны К-2 целевой продукт идет на всас шестеренчатого насоса Н-8 после которого выводиться с установки целевой продукт.
Таблица 4.2 - Выбор и обоснования средств автоматического регулирования
Наименование и характеристика прибора
Интеллектуальный преобразователь температуры Метран-288-E цифровой HART. Пределы допускаемой основной погрешности ±°С: аналогового сигнала 07; цифрового сигнала 04.
Датчик избыточного давления Метран-100-ДИ 1160. Ряд верхних пределов измерения: 30; 10; 6; 4; 25; 16; 10; 06 МПа. Выходной сигнал: аналоговый 4-20 мА; цифровой HART
Датчик разности давлений Метран-100-ДД 1496. Ряд верхних пределов измерения: 630; 400; 250; 160; 100; 63; 40; 25 кПа. Основная погрешность измерений: до ±01% от диапазона. Выходной сигнал: аналоговый 4-20 мА; цифровой HART
Диафрагма камерная стандартная
Система сигнализации уровня жидкости Sapphire
Реле уровня Sapphire
3 Описание работы схем автоматического контроля и регулирования
Для решения задач АСУТП по управлению и защите выбрана распределенная система управления фирмы “Honeуwell” на базе двух контроллеров для управления процессом и одного контроллера для противоаварийной защиты установки.
Принцип действия датчиков давления основан на изменение сопротивления чувствительного элемента - кремниевого резонатора. Датчик давления предназначен для измерения избыточного давления различных сред: жидкости газа и пара.
Датчики уровня предназначены для работы в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами с взрывоопасными условиями производства и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - уровня жидкости или уровня границы раздела жидких фаз как нейтральных так и агрессивных сред в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
Датчик состоит из измерительного блока и электронного преобразователя.
В измерении расхода используется принцип перепада давления. Перепад давления происходит на сужающем устройстве (диафрагма) вмонтированного в трубопровод.
Датчик перепада давления предназначен для измерения расхода (при диафрагменном методе измерения).
Для измерения температура применяем термопреобразователи хромель-алюмелевые.
В качестве исполнительных механизмов установлены пневматические клапана оснащённые электропневматическими позиционерами. Пневматический сигнал поступает в мембранную коробку привода. Мембрана через жёсткий центр крепится к штоку. При поступлении пневматического сигнала шток начинает линейно двигаться и тем самым открывает или закрывает клапан в зависимости от направления движения (вверх или вниз). Позиционер также обеспечивает пропорциональность движения клапана.
АСУТП (АСУ ТП) предназначены для оптимизации технологических процессов производств и повышении их эффективности путем использования современных средств вычислительной и микропроцессорной техники эффективных методов и средств контроля измерения и управления.
Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) - совокупность аппаратно-программных средств осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса.
Одними из главных преимуществ АСУТП является снижение вплоть до полного исключения влияния так называемого "человеческого фактора" на управляемый процесс сокращение персонала минимизация расходов сырья и энергоресурсов повышение качества конечного продукта и в конечном итоге - существенное повышение эффективности производства.
Автоматизация призвана осуществлять управление технологическими процессами. В технологическом процессе многие операции которые выполняет человек можно отдать на выполнение программно-техническому комплексу состоящему из системы датчиков управляющих элементов контроллеров и промышленных компьютеров. При проведении на предприятии комплекса работ по автоматизации резко сокращается количество людей вовлеченных в весь технологический процесс повышается количество выпускаемой продукции снижается вероятность брака изделий.
Технические преимущества автоматизации состоят в:
возможности автоматического оперативного сбора технологической информации оперативного диспетчерского контроля и управления исполнительными устройствами;
автоматическое документирование и архивирование процесса с возможностью последующего анализа любой его стадии в том числе и оценки действий персонала и представление информации в удобном для оператора виде;
возможность создания контуров управления объектами с меняющимися во времени характеристиками а также систем адаптивного управления и реализации алгоритмов нечеткой логики.
Экономические преимущества использования автоматизации в производстве вытекают из технических преимуществ.

БЖД.doc

5 Безопасность жизнедеятельности и экология
1 Характеристика токсичности пожаровзрывоопасности веществ
образующихся на установке
Характеристика пожаровзрывоопасных и токсических свойств продуктов
применяемых и получаемых в процессе пиролиза представлена в таблице 5.1.
2 Основные опасности производства наиболее опасные места на
Установка получения пека из тяжелой смолы пиролиза является пожаро- и
Наиболее опасными местами в отношении пожаро- взрывоопасности и
вредности производства являются помещения насосной печь колодцы
промышленной канализации лотки приямки места отбора пробы
нефтепродуктов места дренирования аппаратов так как в результате утечки
газа нефтепродуктов через неплотности в аппаратуре соединениях
уплотнениях насосов задвижек могут образовываться взрывоопасные смеси и
загазованность установки. Кроме того при вскрытии аппаратов на ремонт в
результате быстрого окисления возможно самовоспламенение пирофорных
Эксплуатация установки связана со следующими опасностями для
- Высокая температура процесса термополиконденсации вследствие чего
а) возникновение пожара или взрыва в результате воспламенения газов
или паров бензина в случае разгерметизации оборудования и трубопроводов или
при нарушении установленного режима работы;
б) термический ожог работающих горячей водой кроме того возможен
ожог работающих при соприкосновении с горячими частями трубопроводов и
в) ожог работающих пламенем при розжиге форсунок печи.
- Наличие тока высокого напряжения вследствие чего возможно
поражение работающих электрическим током в случае неисправности заземления
токоведущих частей электрооборудования или пробоя электроизоляции.
3 Коллективные и индивидуальные средства защиты
Индивидуальные средства защиты предназначены для предупреждения
профессиональных заболеваний и отравлений. На установке комплексной
подготовки газа используются следующие индивидуальные средства защиты:
шланговые противогазы марки ПШ-1 ПШ-2 комплекты спецодежды комплекты
спецобуви защитные каски фильтрующие противогазы марки БКФ
противопылевые респираторы. Предусмотрены защитные средства для работы в
условиях возможного поражения электрическим током: диэлектрические
перчатки коврики изолирующие подставки защитные очки.
Средствами коллективной защиты работающих от воздействия опасных и
вредных производственных факторов на установке являются:
- приточная и вытяжная вентиляция в горячей и холодной насосных;
- во избежание ожогов обслуживающего персонала все поверхности
горячих трубопроводов изолированы;
- аппараты и трубопроводы установки оборудованы предохранительными
- освещенность рабочих мест в помещениях и наружных установках
выполнена в соответствии с санитарными нормами и правилами (СанПин);
- все вращающиеся части агрегатов ограждены кожухами;
- насосы и воздуходувки расположены в специальных помещениях
снабжены запорной арматурой и контрольно-измерительными приборами
обеспечивающими безопасность при эксплуатации.
4 Пожаро- и взрывобезопасность
Установка производства пека из тяжелой смолы пиролиза является пожаро-
и взрывоопасной. По противопожарным нормам ПТУСП-02-62 (Противопожарные
технические условия строительного проектирования) она относится к категории
А. Производственный процесс спланирован так что на установке не имеется
стадий процесса и отдельных параметров которыми невозможно управлять
Во взрывоопасных помещениях и наружных взрывоопасных установках
принято электрооборудование во взрывозащищенном исполнении для
соответствующих категорий групп взрывоопасных смесей.
Во взрывоопасных помещениях установлены датчики для определения
состояния воздушной среды звуковая и световая сигнализация которая
продублирована в операторной.
Для тушения пожара на установке предусмотрены кольцевая сеть
противопожарного трубопровода с пожарными гидрантами на расстоянии не более
метров друг от друга. Предусмотрены лафетные стволы на расстоянии не
более 60 метров друг от друга.
На пожарных щитах по установке имеются: огнетушители типа ОХП - 10
ОУ - 2 ОУ - 5 ОПУ - 10; пожарный инвентарь и ящики с песком; асбестовые
Для обеспечения пожарной защиты здания и сооружения установки в
основном выполняем из несгораемых и трудносгораемых материалов. Все здания
и сооружения располагаем на расстоянии друг от друга в соответствии с
пожаро- и взрывоопасностью сооружений и степенью огнестойкости здания. В
зданиях и сооружениях устраиваем несгораемые перекрытия – противопожарные
стены. Для предотвращения распространения пожара по трубопроводам
устанавливаем огнепреградители автоматические задвижки на линии подачи
топлива и сырья. Применяются пассивные методы подавления взрыва:
предохранительные клапаны и дыхательная арматура на аппаратах работающих
под давлением (печь на линии перегретого пара и так далее).
Для быстрой и точной передачи сообщения о пожаре и месте его
возникновения приведения в действие производственных автоматических
средств пожаротушения централизованного управления пожарными
подразделениями устанавливаем на установке автоматическую пожарную
сигнализацию сообщающую о пожаре и месте его возникновения.
Для выявления пожара установлены в зданиях и сооружениях установки
комбинированные извещатели реагирующие на тепловой и дымовой фактор.
Для обеспечения безопасности персонала от взрыва на ближайшей
территории имеется бомбоубежище.
Экологичность — качество чего-либо отражающее его способность не
наносить вреда окружающей природе.
Под экологической безопасностью понимают комплекс организационно-
технических мер направленных на обеспечение соответствия природоохранной
деятельности предприятия нормативным требованиям. В свете повышения уровня
экологической ответственности безопасность предприятия для окружающей среды
и населения в известной степени определяет его конкурентоспособность.
Экологическая безопасность напрямую связана с организацией и
проведением производственного контроля предусматривающего также
формирования оптимальных условий не только для снижения вредности
производства но и для уменьшения ресурсоемкости техпроцессов.
Экологический ПК подразумевает модернизацию защитного комплекса
обеспечивающего снижение объема вредных выбросов и разработку мероприятий
направленных на минимизацию вероятности возникновения нештатных ситуаций.
Осуществление производственного контроля в разрезе обеспечения
экологической безопасности подразумевает контроль над техническим
состоянием оборудования обеспечивающего безопасность работников и
возможность устранения последствий возникновения нештатной ситуации.
Своевременное проведение экологического аудита на предприятии и применение
необходимых мер позволит избежать штрафных санкций.
6 Гражданская оборона и чрезвычайные ситуации
Гражданская оборона представляет собой систему общегосударственных
оборонных мероприятий проводимых в мирное и военное время для защиты
населения и народного хозяйства от оружия массового поражения а также для
проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ в
очагах поражения и в районах стихийных бедствий.
Старший диспетчер согласно инструкции по действию при аварии
включает сирены что означает “внимание всем“. При этом рабочие и служащие
должны подойти к радиотрансляционным точкам и выслушать передаваемую
Химический контроль проводят группы цеха КИП и А с привлечением
специалистов газоспасательного отряда. Начальник ВГСО получив сигнал об
аварии высылает дежурные смены газоспасателей с задачей ликвидации
производственной аварии и установления глубины и ширины очага заражения
концентрации и токсической дозы ядовитых веществ.
Тушение пожаров осуществляется совместно командами ВПЧ и
территориальными командами пожаротушения по чрезвычайным ситуациям и
войсковыми подразделениями.
Действия службы гражданской обороны по предупреждению и ликвидации
чрезвычайных ситуаций направлены на ослабление или исключения воздействия
чрезвычайных ситуаций на производственный персонал.
В случае аварии в цехе персонал цеха эвакуируется в убежище по
маршруту согласно схеме приведенной на рисунке 5.1.
В случае глобальной аварии на комбинате персонал эвакуируется в
загородную зону по маршруту согласно схеме приведенной на рисунке 5.2.
Рисунок 5.1 – План эвакуации персонала в убежище
Рисунок 5.2 – План эвакуации населения в загородную зону
7 Электробезопасность и защита от статического электричества
Продукты сырье на установке имеют удельное объемное сопротивление
выше 105 Омм что способствует возникновению статического электричества
при их перекачке при течении по трубопроводам в аппараты.
Основные технические мероприятия по защите от статического
- электростатическая искробезопасность обеспечивается созданием
условий предупреждающих возникновение разрядов статического электричества
за счет выбора оптимальных скоростей движения продуктов по трубопроводам и
исключения подачи продуктов в аппараты падающей струей;
- для защиты от заноса высоких потенциалов по коммуникациям все
трубопроводы присоединены к заземляющим контурам;
- для защиты обслуживающего персонала от попадания под опасное для
жизни напряжение которое может возникнуть при неисправности изоляции
предусмотрено защитное заземление и зануление электроприемников;
- заземлению подлежат нормально нетоковедущие элементы
электроустановок электрооборудования которые могут оказаться под
напряжением вследствие пробоя изоляции;
- защита от статического электричества обеспечивается присоединением
соответствующего оборудования к контуру заземления;
- ремонт заземления проводится совместно с ремонтом оборудования;
- места подсоединения заземления проводника к заземляющему
оборудованию должны быть видимыми;
- внеплановые измерения сопротивления производятся после капитальных
ремонтов или реконструкции заземляющих устройств;
- все оборудование в границах установки должно представлять собой
непрерывную цепь которая должна быть присоединена к контуру заземления
через каждые 40-50 м но не менее чем в двух точках;
- ручной отбор проб и измерение уровня в емкостях разрешается делать
только после окончания времени что превышает тройную величину постоянной
времени релаксации после прекращения движения жидкости (в состоянии покоя);
- для предупреждения возникновения опасных искровых разрядов которые
появляются в результате накопления на теле человека заряда статического
электричества при контакте с оборудованием спецодежда и спецобувь
обслуживающего персонала должна быть в антиэлектростатическом исполнении.
Кроме того запрещается одевать носки из синтетических волокон так как они
ограничивают стекание заряда через антистатическую обувь.
- при проведении работ по отбору проб замеру уровня дренированию
аппаратов обслуживающий персонал должен сначала прикоснуться оголенной
кистью руки к заземленному оборудованию для стекания заряда с тела в землю;
- запрещается проводить ремонтные работы внутри аппаратов в
спецодежде из синтетических тканей.
Во взрывоопасных зонах в которых требуется установка
взрывозащищенного электрооборудования не допускается эксплуатировать
электрооборудование не имеющее маркировки по взрывозащите на корпусе
электрооборудования. Возможность применения электрооборудования
встраиваемого в технологические установки рассматривается при наличии
письменного заключения испытательных организаций аккредитованных в
установленном порядке.
Подача напряжения на электрооборудование в помещениях с
взрывоопасными технологическими процесса допускается только при работающих
вентиляционных системах.
7.1 Расчет молниеотвода для колонны стабилизации
Опасность поражения молнией заключается в прямом ударе и во вторичном
проявлении молнии вследствие электростатической и электромагнитной
индукции. Сила тока в молнии – до 200 тыс. А; температура канала 6000
000 ºС. Наиболее подвержены поражению высокие объекты (трубы мачты
Нормативный документ в соответствии с которым определяются
мероприятия по защите от молний СН 305-77 а также "Инструкция по
устройству молниезащиты зданий и сооружений" РД 34.21 122-87.
Молниезащитой называется комплекс защитных устройств предназначенных
для обеспечения безопасности людей сохранности зданий и сооружений
оборудования и материалов от возможных взрывов загорании и разрушений
вызванных электрическим тепловым или механическим воздействием молнии.
Физическая сущность молниезащиты заключается в направлении потока
электричества по специальному проводнику молниеотводу от защищаемого
объекта в землю для дальнейшего растекания тока.
Категория молниезащиты и тип зоны защиты зависят от назначения здания
и сооружения интенсивности грозовой деятельности в районе ожидаемого
количества поражений молний в год.
Зона защиты молниеотвода это часть пространства внутри которого
здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной
степенью надежности (зона защиты А 995%; Б 95% и выше).
На рисунке 5.3 представлена зона защиты одиночного стержневого
Рисунок 5.3 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
– граница зоны защиты на уровне высоты объекта; 2 – то же на
уровне земли; h – высота молниеотвода; h0 – высота конуса защиты;
h rx – радиус зоны защиты на уровне высоты
объекта; r0 – радиус зоны зашиты объекта на уровне земли.
Зона защиты для данного молниеотвода представляет собой конус высотой
h0 с радиусом основания на земле r0.
Ожидаемое число поражений молний в год рассчитываем по формуле:[pic]
N=(S + 6(hx)((L + 6(hx)( n(10-6 (5.1)
где: S - длина сооружения S=10 м;
L - ширина сооружения L=38 м;
n - число ударов молний в 1 км2 земной поверхности в год n=3
N=(10+6(109)(38+6(2723)(3(10-6=0156
Зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой конус.
Выбираем стержневой молниеотвод высотой h=14 м.
Вершина конуса находится на высоте:
На уровне земли зона защиты образует круг радиусом:
Требуемый радиус защиты на расчетной высоте защищаемого объекта
определяем по формуле:
rx= 15( ( h - hx092 ) (5.4)
rx= 15( ( 14 – 109 092 )= 32 м
Выбранный стержневой одиночный молниеотвод высотой h=14 м
обеспечивает защиту колонны от поражения ее молнией.
Таблица 5.1 - Пожароопасные и токсичные свойства сырья и получаемой
Наименование Класс Температура 0С КонцентрационныПДК вредныхХарактеристика
опасности й предел веществ в токсичности(воздейст
по воспламенения воздухе вия на организм
ГОСТ-12.1 % об. рабочей человека)
вспышки воспл. самовоспл. нижний верхний 1 2 3 4 5 6 7
9 1 Вакуумный газойль 4 140 ( ( ( ( 300 Горючая жидкость
относится к малотоксичным веществам. 2 Углеводородные газы 4 ( ( 356
95 100 Углеводородные газы взрывоопасны и токсичны; 3 Бензин
50 ( 400 10 70 100 Обладает высокой испаряемостью при обычной
температуре. Пары бензина опасны для жизни; 4 Легкий и тяжелый газойль
65-130 ( 250-295 15 75 300 Возможно хроническое отравление
парами при длительном контакте с ними

6 Экономическая часть.docx

6 Экономическая часть
1 Анализ рынка нефтяных пеков
Электродная промышленность России потребляет значительные количества пеков каменноугольного происхождения. Известно что каменноугольные пеки отличаются низким содержанием серы но высоким содержанием канцерогенов в частности от 1 до 4% бензпиренов. Поэтому в мировой практике известны попытки перевода предприятий отрасли на использование нефтяных пеков.
Положительный опыт их применения имеется в США Канаде. В 1988—89 гг. на предприятиях Днепропетровский электродный завод и Иркутский алюминиевый завод были приняты промышленные партии нефтяных пеков фирмы «Ашланд петролеум» с температурой размягчения 65 °С и 105 °С. Их испытания прошли с положительными результатами [3].
Нефтяной специальный пек может применяться в алюминиевой промышленности при производстве анодной массы для выпуска алюминия а также в качестве спекающей добавки при производстве угольных брикетов на ТЭЦ. Необходимость замены традиционного каменноугольного электродного пека диктуется его ограниченным количеством высокой канцерогенностью значительной удаленностью производства а также желанием получить связующие материалы обладающие некоторыми специфическими физико-химическими технологическими и санитарно-гигиеническими характеристиками лучшими по сравнению с применяющимися пеками каменноугольного происхождения.
Рисунок 6.1 – Потребность в волокнообразующем пеке по потребителям
Цена реализации нефтяного пека от 20000 до 50000 руб.тонну.
1 Расчет единовременных капитальных затрат на проведение реконструкции
Реконструкция технологических установок связана со значительными дополнительными капитальными вложениями. В общем случае они определяются следующим образом:
К = Коб + Км + Кд - Лс(6.1)
где К – дополнительные капитальные затраты на реконструкцию установки;
Коб – затраты на приобретение оборудования;
Км – затраты на монтаж нового оборудования;
Кд - затраты на демонтаж оборудования подлежащего замене;
Лс – ликвидационная стоимость демонтируемого оборудования.
Затраты на приобретение нового оборудования определяются по прайс-листам и каталогам на новое оборудование.
Затраты на монтаж определяются на основании соответствующих ценников и прейскурантов или укрупненно порядок их расчета изложен выше.
Затраты на демонтаж оборудования рассчитываются аналогично затратам на монтаж. В данном дипломном проекте отсутствуют затраты на демонтаж.
На основании выполненных расчетов составляется смета затрат на реконструкцию (таблица 6.1).
Таблица 6.1 - Смета затрат на реконструкцию
Наименование оборудования
Емкость V=10м3 Материал - листовая сталь ВСт3сп5
Реактор термополиконденсации
Сепаратор продуктов реакции
Неучтенное оборудование
Приобретение технологического оборудования
Транспортно-заготовительные расходыТрубопроводы и арматура
Затраты на строительные работы
трубопроводы и арматура
прочие строит.расходы
2 Источник образования экономического эффекта
Источниками образования экономического эффекта являются:
- получение нового вида продукта за счет переработки отхода производства ЭП-300 – тяжелой смолы пиролиза – углеродного пека. Нефтяной пек может применяться в алюминиевой промышленности при производстве анодной массы для выпуска алюминия а также в качестве спекающей добавки при производстве угольных брикетов на ТЭЦ.
3 Расчет производственной мощности и производственной программы
Производственная мощность установки – это максимальный выпуск продукции который может выполнить установка при полном использовании оборудования во времени и по производительности.
Определим мощность станции по формуле
где Е – число однотипных установок;
П – производительность установки тсут;
– календарное время дн;
– время нормативных простоев дн. Принимается равным 30.
Мощность производства составит:
Производственная программа установки по форме представляет материальный баланс установки с указанием количества взятых и полученных продуктов технологических потерь процентов отбора целевых продуктов от исходного сырья таблица 6.2.
С включением блока производства нефтяного пека производственная мощность производства ЭП-300 выглядит следующим образом:
Таблица 6.2 – Производственная мощность тепловой станции
ПАФ (+пироконденсат)
4 Расчет себестоимости продукции
Расчет себестоимости пека на дополнительном блоке производства ЭП-300 приведен в таблице 6.3
Таблица 6.3 – Расчет себестоимости пара на станции до реконструкции
Вспомогательные материалы
Продолжение таблицы 6.3
Топливо и энергетические ресурсы:
Энергетические затраты
Итого топливо и энергозатраты:
Текущий и капитальный ремонт
Итого побочная продукция
Себестоимость основной продукции
Себестоимость на 1 тонну пека
5 Расчет основных технико-экономических показателей
Относительные показатели рассчитываются следующим образом.
Уровень фондоотдачи:
где Q – объем производства тыс.руб.;
Ф – среднегодовая стоимость основных производственных фондов тыс.руб.
Ф0 = 393 312 21489 207 403361 = 190 рубруб.
Прибыль установки составит:
где Ц- цена нефтяного пека. Принимаем цену пека равной 8 15713 рублей.
Подставив значение получаем:
П=( 8 15713– 6798) 4821700 = 65 552 03581 рублей
Рассчитываем уровень производительности труда по формуле:
где Ч=45 чел - численность работников.
Рассчитаем уровень рентабельности производства по формуле
где О – средний остаток нормируемых оборотных средств тыс.руб.
Принимаем оборотные средства в размере 6 % к основных средствам.
Рассчитываем уровень рентабельности продукции по формуле
Рассчитываем удельные капитальные вложения на предлагаемую модернизацию по формуле
6 Расчет эффективности инвестиционного проекта
Под инвестициями понимают осуществление экономических проектов в настоящем с расчетом получить доходы в будущем.
Предполагается что затраты и доходы по проекту при реализации проекта будут обесцениваться. И степень обесценивания пропорциональна ставке банковского процента и уровню инфляции. Уровень обесценивания называется ставкой дисконта. Основные критерии используемые для оценки эффективности инвестиционных проектов:
Чистый доход – накопленный доход за расчетный период определяется по формуле
гдеДП – денежный поток определяемый как
гдеЧП – чистая прибыль;
К – капитальные затраты.
Чистый дисконтированный доход – это накопленный дисконтированный эффект за период времени. Для признания проекта эффективным необходимо чтобы ЧДД > 0.
гдеКi – коэффициент дисконтирования определяемый по формуле
гдеr – ставка дисконта;
t – число лет отделяющих год вложения от года приведения.
Внутренняя норма доходности показывает верхнюю границу допустимого уровня банковского процента превышение которого делает проект убыточным.
где – значение выбранной ставки дисконтирования при котором ;
– значение выбранной ставки дисконтирования при котором .
Срок окупаемости (простой) называют продолжительность периода от начального момента до момента когда накопленный денежный поток становится не отрицательным. Простой срок окупаемости рассчитывается по формуле
где - накопленный денежный поток;
- количество периодов с отрицательным значением НДП;
- последнее отрицательное значение НДП;
- первое положительное значение НДП.
Дисконтированный срок окупаемости - продолжительность периода от начального момента времени до момента когда накопленный дисконтированный денежный поток становится неотрицательным и определяется по формуле
где - накопленный дисконтированный денежный поток;
- количество периодов с отрицательным значением накопленного дисконтированного денежного потока;
- последнее отрицательное значение накопленного дисконтированного денежного потока.
Индексы доходности показывают относительную отдачу проекта на вложенные в него средства.
Индекс рентабельности
гдеn – количество рассматриваемых периодов.
Сведем расчеты эффективности инвестиций в таблицу 6.12
По рассчитанным показателям эффективности инвестиционного проекта построили график зависимости NPV от ставки дисконта и графики изменения дисконтированного денежного потока (ДДП) и накопленного денежного потока (НДП) по периодам инвестиционного проекта которые изображены на рисунках 6.1 и 6.2.
Таблица 6.12 - – Показатели эффективности инвестиционного проекта
Капитальные вложения
Остаточная стоимость
1 Налог на прибыль 24%
2 Налог на имущество 220%
Накопительный денежный поток
Ставка дисконтирования
Дисконтированный денежный поток
Накопленный дисконтированный денежный поток
NPV(чистая приведенная стоимость)
Внутренняя норма доходности (IRR)
Срок окупаемости с начала реализации проекта
Дисконтированный срок окупаемости с начала реализации проекта
Таблица 6 13 – Основные технико-экономические показатели
Абсолютные показатели
Суточная производительность т
Мощность установки тыс.т
Объем перерабатываемого сырья тыс.т
Численность работников чел.
Стоимость основных фондов тыс.руб.
Относительные показатели
Производительность труда тчел. руб.чел.
Фондоотдача руб.руб.
Себестоимость 1т пека.
Рентабельность продукции %
Удельные капитальные вложения руб.т
Показатели экономической эффективности инвестиционного проекта
Экономический эффект (NPV) тыс.руб.
Внутренняя норма доходности (IRR) %
Срок окупаемости капитальных вложений лет:

Zadanie k DP.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате
( Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате)
Кафедра химико-технологических процессов
Заведующий кафедрой профессор
К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
утверждена приказом № по ВУЗу от
Срок сдачи студентом законченного проекта
Исходные данные к проекту:
Содержание расчётно – пояснительной записки (перечень подлежащих
разработке вопросов)
Исследовательская часть (механический расчет)
Технологическая часть
Безопасность жизнедеятельности и экология
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных
Исследовательская (механическая) часть –
Технологическая часть –
Экономическая часть –
Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов
технологическая часть
исследовательская (механическая) часть
автоматизация доцент
безопасность жизнедеятельности и экология доцент
экономическая часть доцент
Задание принял к исполнению (дата и подпись студента)

Оригинал дипломного проекта Борисенко А..docx

В настоящее время из тяжелых нефтяных остатков вырабатываются следующие нефтепродукты: котельные топлива (топочные мазуты); битумы - дорожные строительные и специальные; нефтяные связующие вещества - пеки; нефтяные коксы углеродные волокна и технический углерод (сажа) из нефтяного сырья.Перспективным и экономически целесообразным направлением переработки тяжелых нефтяных остатков представляется производство связующих - нефтяных пеков.
Существует несколько классификаций пеков. Так в зависимости от применения пеки классифицируются на следующие группы:
)пеки - связующие применяемые при изготовлении самообжигающихся или обожённых анодов графитированных электродов электроугольных изделий и конструкционных материалов на основе графита;
)пеки пропитывающие;
)брикетные пеки - связующие (для частичного брикетирования углей перед их коксованием литейных коксобрикетов коксобрикетов для цветной металлургии);
)пеки волокнообразующие (для производства углеродных графитированных волокон);
)специальные пеки (для производства наноматериалов);
)пеки как сырьё для коксования.
Пек в отличие от асфальтитов асфальтенов и лакового битума содержит карбены которые не растворяются в толуоле и подобных растворителях. Очевидно они нерастворимы и масле МП-1 что приводит к образованию в растворе нефтяного пека в масле МП-1 нерастворимой дисперсной фазы которая может служить центром формирования структурных образований. Кроме того они могут образовывать самостоятельную фазу с развитой цепочечной структурой например при температуре около 180 ºС в условиях приготовления раствора. Внутри этих структур может произойти объемная сорбция асфальтенов с образованием сольватного слоя сложной конфигурации. В зависимости от соотношения карбены асфальтены в нефтяном пеке может образоваться пространственная сетка из компонентов различной природы.
Поэтому в данной дипломной работе рассчитывается проект блока производства пеков из тяжелой смолы пиролиза установки ЭП-480 который даст возможность увеличить глубину переработки тяжелых нефтяных остатков.
Рост внимания к разработке технологий и применению нефтяных электродных пеков обусловлен постоянно увеличивающимся дефицитом каменноугольных пеков (по некоторым данным этот дефицит в 1995 году составил более 150 тыс. тонн) их меньшей канцерогенностью и большим объемом потенциально пригодного сырья. Квалифицированное использование последнего для промышленного производства электродных пеков позволит одновременно существенно увеличить глубину переработки нефти.
Анализ многочисленных литературных данных показывает что высококачественный нефтяной электродный пек сопоставимый по эксплуатационным свойствам с каменноугольным можно получить только методом термополиконденсации высокоароматизированных нефтяных остатков. По результатам экспериментов на пилотных установках были обоснованы основные требования к технологическим параметрам термополиконденсации различных нефтяных остатков и основные принципы технологического оформления процесса обеспечивающие получение пеков различного качества. Однако из-за отсутствия на отечественных нефтеперерабатывающих заводах специализированных установок термополиконденсации организация промышленного производства пеков затруднена.
Имеются сообщения о попытках получения нефтяных пеков на кубовых установках коксования. Однако дальнейшего развития эти работы не получили. На наш взгляд широкие возможности варьирования температуры и времени выдержки - основных за исключением давления параметров процесса термополиконденсации различных видов сырья а так же возможности оперативного обора и анализа любых продуктов на любой стадии процесса позволяет использовать эти установки для отработки промышленной технологии и изучение механизма получения нефтяных пеков с различными физико-химическими и эксплуатационными свойствами.
В ДАО "Лукойл-Вологограднефтепереработка" на кубовой установке коксования проведен опытно-промышленный пробег для получения нефтяного электродного пека. Его цели: отработать технологию и подобрать параметры термополиконденсации сырья различных видов; выработать опытную партию нефтяного пека и испытать ее в производствах графитированных электродов и анодной массы для определения целесообразности организации постоянно действующих промышленных производств.
При отработке технологии получения нефтяного пека в качестве сырья использовали тяжелую смолу пиролиза и крекинг-остаток.
2 Получение нефтяного пека
Получение пеков включает термополиконденсацию тяжелой смолы пиролиза в проточном реакторе при повышенном давлении и температуре 330-400°С отгон низкомолекулярных продуктов реакции и выдержку полученного продукта при повышенной температуре и атмосферном давлении в присутствии перегретого водяного пара в качестве неокисляющего агента при этом в качестве сырья используют тяжелую смолу пиролиза очищенную от низкокипящих и неплавких компонентов обеспечивают нахождение реакционной массы в зоне реакции в течение заданного времени при давлении 10-25 атм.
Получение пека на установках гидрокрекинга.
Получение пека методом каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя серную кислоту.
Получение пека каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя смесь толуола и хлористого алюминия.
Процесс получениянефтяных пеков(пекование) - новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжелого дистиллятного или остаточного сырья проводимый при пониженном давлении умеренной температуре ( 360 – 420 ºС) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта - пека - в процессе получают газы и керосино-газойлевые фракции.
Технологическая часть
1 Описание технологической схемы блока получение пека из тяжелой смолы пиролиза установки ЭП-480.
Необходимость эффективной комплексной переработки нефтяного сырья с целью получения сырья для нефтехимии напрямую связана с возрастающими потребностями народного хозяйства и промышленности в продуктах нефтехимических производств получаемых прежде всего из четырех основных представителей олефиновых углеводородов: этилена пропилена бутиленов и бутадиена причем доля трех последних постоянно увеличивается.
Наиболее широко распространенным в промышленности методом пиролиза является пиролиз в трубчатых печах. На рисунке 1 представлена принципиальная технологическая схема установки пиролиза бензина.
Сырье (ШФЛУ) поступает в конвекционную камеру печи пиролиза П-1. На выходе из камеры конвекции в сырье добавляется водяной пар разбавления. На выходе из печи температура продуктов составляет 830 - 850 °С которые затем поступают в закалочно–испарительный аппарат (ЗИА) Т-1Т-2. В межтрубное пространство этого аппарата подается водяной конденсат который затем идет в паровой барабан где происходит отделение пара от конденсата конденсат возвращается в ЗИА.
Температура продукта на выходе из ЗИА 350 - 400 °С. После ЗИА продукты пиролиза направляют в колонну предварительного разделения продуктов К-1. В ней пирогаз отделяют от пироконденсата. Перед входом в колонну в продукт впрыскивают тяжелую смолу пиролиза. Температура на входе в колонну составляет 180 °С. Тепло горячей смолы пиролиза циркулирующей в кубе колонны К-1 обычно используется для получения пара низкого давления. Температура верха колонны К-1 порядка 100 °С. Часть ТСП с колонны К-1 отправляется на дальнейшую переработку в печь П-2. Перед печью смешивается с водным конденсатом который является турболизатором. В печи П-2 исходное сырье нагревается до температуры 420 - 460 °С затем подается сверху в реактор термополикондесации Р-1где сырье двигаясь сверху вниз подвергается термополиконденсации. При этом из-за отрицательного значения суммарного тепла реакции и испарения образующихся дистиллятов температура продукта в реакторе Р-1 снижается до 350-390 °С. С верха реактора Р-1 уходят газы и пары легких и средних дистиллятов термополиконденсации.
С низа реактора Р-1 часть продуктов термополиконденсации в количестве 40-100 мас. % от исходного сырья возвращают в низ атмосферной колонны К-1 в качество рециркулята где она смешивается с исходным сырьем.
Балансовое количество продукта с низа реактора Р-1 поступает в вакуумную колонну К-2 для доотпарки нежелательных тяжелых фракций дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа.
Часть вакуумного дистиллята (фр. 250-500°С) с верха вакуумной колонны К-2 балансовое количество вакуумного газойля откачивают с установки. С низа вакуумной колонны К-2 откачивают целевой продукт.
2 Технологические расчеты процесса получения пека из ТСП и основных аппаратов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Для получения 300 000 т этилена в год потребуется 300 000 100 3419 877 450 т сырья в том числе: прямогонного бензина 250 700 т.; вакуумного газойля – 626 750 т.
Материальный баланс нового блока печей представлен в таблице 3.2
Таблица 3.2 – Материальный баланс блока печей «KTI»
Продолжение таблицы 3.2
Метановодородная фракция
Водородсодержащий газ
Бутан – бутиленовая фракция
Тяжелая смола пиролиза
Пентан – амиленовая фракция
3 Технологические расчеты
Исходные данные для расчета
Состав топливного газа % масс: Н – 307; С – 672; W-12
Плотность газа – 0696 кгм3.
Молекулярный вес газа –1676.
Расход сырья – 20000 кгч.
Объемная скорость подачи сырья в печь - 30000 ч-1.
Температура сырья на входе в печь - 80 оС.
Температура газов на выходе из печи - 315 0С.
Абсолютное давление газа на входе в печь – 54 МПа.
3.1.2 Расчет теплового баланса печи
Расчет теплового баланса печи проводится для того чтобы определить количество тепла Qпол. переданного через поверхность нагрева змеевика в радиантной камере печи.
Уравнение теплового баланса в общем виде:
где Gc – расход продукта; - Удельные теплосодержания продукта на выходе из печи и на входе в печь.
Удельное теплосодержание рассчитаем по формуле
3.1.3 Расчет процесса горения
Рассчитаем низшую теплотворную способность топлива которая может быть определена по формуле Д.И. Менделеева
где СНОSW - содержание в топливе углерода водорода кислорода серы и воды % масс.
Теоретическое количество воздуха необходимого для сжигания 1 кг топлива рассчитывается по формуле:
где 232 - содержание кислорода в воздухе % масс.
Теоретический объем воздуха отсюда приведенный к нормальным условиям рассчитывается по формуле:
где 1293 - плотность воздуха кгм
3.1.4 Состав продуктов горения
Коэффициент избытка воздуха в топке принимаем равным 125; на выходе из камеры конвекции 134.
Количество продуктов горения одного килограмма топлива определяем по следующим уравнениям:
где N - количество молей компонента в дымовых газах кмолькг;
На выходе из камеры конвекции:
3.1.5 Определение КПД печи и расхода топлива
КПД печи определяется из уравнения теплового баланса для 1 кг топлива
где qух - потери тепла с уходящими газами %; qпот - потери тепла стенами печи в окружающую среду принимаем qпот=5 % в том числе 4 % в радиантной и 1 % в конвекционной камерах; qхим и qмех - потери с химическим и механическим недожогом %. Для газообразных топлив qух=qмех=0.
Величина qух рассчитывается по уравнению:
где Qух - потери тепла с отходящими газами кВт; рассчитывается по уравнению
где N Cpm tУХ tВ - температуры уходящих дымовых газов и окружающего воздуха оС.
Средняя молярная теплоемкость определяется при средней температуре от tУХ до tВ по уравнению:
где значения коэффициентов a b c приведены в [7 стр 9].
Принимаем температуру отходящих газов 300 оС или 573 К тогда:
или в долях это составит:
и следовательно КПД печи:
Определяем необходимый расход топлива по формуле:
11 Скорость продукта на входе в печь
гдеS – внутреннее сечение трубы м2;
m – число параллельных потоков продукта в печи.
3.1.6 Определение поверхности нагрева радиантных труб
Количество тепла переданное продукту через радиантную поверхность определим из уравнения теплового баланса топки
где Т – коэффициент полезного действия топки
GCpm – средняя теплоемкость продуктов горения одного килограмма топлива при температуре газов на выходе из топки;
tp – температура газов на выходе из топки 0С.
Теплосодержание продукта на входе в радиантные трубы определяется по уравнению
где Qk – количество тепла невоспринимаемое конвекционными трубами
Qk = Qпол – Qp (3.18)
Qk = 32505 – 138554 = 186496 кВт
Температуру продукта на входе в радиантные трубы определяем по формуле
Определим ориентировочную поверхность нагрева радиантных труб
Максимальную температуру горения рассчитывается по формуле:
где Т – КПД топки Т =0955.
Принимаем среднюю температуру наружной стенки труб на 30 С больше средней температуры продукта в камере радиации:
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к радиантным трубам для случая теплоотдачи при свободной конвекции можно определить по формуле:
Определяем все величины необходимые для расчета эквивалентной абсолютно черной поверхности для поверхностного горения определяемой по уравнению:
где - функция. зависящая от распределения температур в топке; в среднем = 085.
Количество тепла переданное конвекцией в топке:
QРК =00089213041(1233-908)=37806 кВт.
Потери тепла через стенки топки:
Температуру газа в топке определяем по формуле:
где GCрm - средняя теплоемкость газов в пределах температур от TР и TV (практически можно принять при TP).
Находим степени черноты объема газа и факела - V; трубного экрана Н; и неэкранированной поверхности кладки в топке f
Для расчетов можно принять H = f =09.
где - коэффициент избытка воздуха на перевале; =115.
Угловой коэффициент определяем по справочной литературе = 056.
Размеры радиантной камеры (в м):длина – 990 ширина – 260 высота – 130. Диаметр труб змеевика 140 мм.
Суммарная поверхность кладки:
F = 299130+261302+2699=3325 м2.
Так как известна объемная скорость подачи сырья в радиантные трубы (VОБ=3 ч-1) можем определить объем радиантных труб:
где VС - объемный расход сырья м3ч;
Объемный расход сырья рассчитывается по формуле:
Определяем необходимое число труб:
FТР = 314 01242 4 = 0121м2.
Тогда число труб по формуле (3.35):
Плоская поверхность занимаемая трубами
где n1 - число труб в вертикальном экране равное 35217; s - шаг труб равный 2d = 2014 = 028 м;
Эффективная лучевоспринимающая поверхность определяется из выражения:
где К - угловой коэффициент или фактор формы (коэффициент приведения экранной поверхности и эквивалентной плоской поверхности).
При двухрядном экране двустороннего облучения и s = 2d К=172.
Нл = 172 457 = 786 м2.
Неэкранированная поверхность кладки (при отсутствии пристенных экранов) в данном случае равна:
Степень экранирования топки:
Угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей экрана и кладки определяется в зависимости от отношения НлF. В данном случае:
НлF = 7863325 = 02464; если НлF 05 то FH = Нл F=02464.
Величина F рассчитывается по формуле:
Величина эквивалентной абсолютно черной поверхности:
Определяем температурную поправку для величины теплоотдачи труб:
где Сs - постоянная излучения абсолютно черного тела кВт(м2К)
Принимаем Сs=000577 кВт(м2К).
Определяем величину аргумента излучения:
Характеристика излучения по уравнению
Температура дымовых газов на выходе из топки:
Полученное значение температуры отличается от заданной менее чем на 2 % поэтому пересчетов не делаем.
3.1.8 Расчет конвективной камеры печи пиролиза
Площадь поверхности нагрева конвективных труб определяем по формуле:
Коэффициент теплопередачи в конвективной камере вычисляем по формуле:
где 1 - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к трубам Вт(м2К).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией 1 находят по формуле:
где с - постоянная; для шахматного пучка труб с =033 - коэффициент зависящий от числа рядов труб в пучке; полагая что число рядов будет более 10 принимаем =1; г - коэффициент теплопроводности продуктов сгорания Вт(мК).
Критерий Рейнольдса и Прандтля вычисляем при средней температуре продуктов сгорания в конвективной камере:
tСР = (580 + 960) 2 = 770 oC.
Скорость газов рассчитываем для самого узкого сечения пучка. В камере конвекции устанавливаем трубы с рабочей длиной lтр=55 м наружным диаметром dн=0102 м в одном горизонтальном ряду в шахматном порядке установлено n1= 4 трубы с шагом t=0172 м. Наименьшая площадь свободного сечения составит:
= [( 4 - 1)0172+30102-4 0102]55=228 м2 (3.47)
Линейная скорость продуктов сгорания в самом узком сечении пучка:
w=173872(273+770)(3600273228)=659 мс
Динамическую вязкость смеси рассчитывают по формуле:
Мсмсм=х1М11+ х2М22+ + хiМii (3.48)
где Мсм М1 М2 М см 1 2 х1 х2 хi - молярные доли компонентов в смеси. Значения вязкостей компонентов продуктов сгорания рассчитываем по справочным данным.
Расчет динамической вязкости продуктов сгорания топливного газа представлен в таблице 3.5.
Таблица 3.5 - Расчет динамической вязкости продуктов сгорания
см=275110-7 00682 = 403210-7 Пас.
Плотность продуктов сгорания:
Теплоемкость продуктов сгорания находим по формуле
Сро = а +bt+ cT2 (3.50)
где Сро - молярная теплоемкость при постоянном давлении Дж(мольК); а b c - коэффициенты Т - температура К.
Значения коэффициентов уравнения (3.50) находят из справочной литературы. Расчет средних объемных теплоемкостей продуктов сгорания газового топлива представлен в таблице 3.6.
Таблица 3.6 - Расчет средних объемных теплоемкостей
Удельная теплоемкость продуктов сгорания:
Критерий Прандтля для двухатомных газов Pr=072 .
Теплопроводность продуктов сгорания определяем по формуле:
=с см Pr =1278403210-7072=00716 Вт(мК). (3.52)
Критерий Рейнольдса:
R e= w d см см = 8093010203215(403210-7) = 65827 (3.53)
Коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле (3.46):
=033(007160102)6582706072033 = 406 Вт(м2К).
Коэффициент теплоотдачи излучением 2 определяем по эмпирическому уравнению Нельсона:
= 0025 tср – 2= 0025 770 – 2 = 1725 Вт(м2К) (3.54)
Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к парогазовой смеси по формуле (3.45):
К=11(406+1725)=636 Вт(м2К).
Температурная схема теплообмена:
tmax=960 - 420=540 оС
tmin=580 - 80=500 оС.
Средняя разность температур между теплоносителями:
tср=(540+500)2=520 оС.
Площадь поверхности нагрева конвективных труб:
F = 2358610 (636520) = 713 м2.
Поверхность одной трубы:
Потребное число труб в камере:
nпот = 713 176 = 44.
Число труб в ряду составляет 4 тогда число рядов
Высота занимаемая трубами в конвективной камере при шаге размещения труб t =0148 м составит:
h = (11-1)0148=148 м.
3.2 Расчёт емкости для сбора вакуумного газойля
Расход часовой вакуумного газойля через Е-2 на выход с блока получения пека из тяжелой смолы пиролиза составляет кгч.
На рисунке 3.3 представлена схема для расчёт геометрии ёмкости.
Рисунок 3.3 – Схема ёмкости
Для расчёта объёма ёмкости примем полтора часовое удержание продукта в аппарате. Объем рабочий Е-2 составит:
где ρСВ – плотность вакуумного газойля (примем 920 кгм3)
Максимальный расход вакуумного газойля примем 110% от рабочего действительный рабочий объём Е-2 составит.
Так как на паровое пространство остаётся 02 D рассчитаем площадь поперечного сечения аппарата без учёта данного сегмента. На рисунке 3.4 представлена схема расчёта.
Рисунок 3.4 – Схема расчёта площади поперечного сечения
Для расчёта рабочей площади поперечного сечения рассчитаем площадь сегмента выше максимального уровня по следующему уравнению:
где α – угол образованной дуги r – радиус аппарата ST – площадь треугольника с вершинами в центре круга и концах радиусов ограничивающих соответствующий сектор.
где b – длина образованной хорды (по теореме Пифагора ).
Площадь поперечного сечения рабочей зоны рассчитаем как разность площади поперечного сечения всего аппарата и площади отсутствующего сегмента (3.17).
или упростив выражение и подставив значение ST получим:
угол α найдём как 2arccos=2531=1062°.
Принимаем диаметр ёмкости 28 м. Рассчитаем длину аппарата.
2.5 Расчет насоса Н-4 (подача ТСП в печь П-2)
Необходимую производительность определим по формуле
где m – масса жидкости кгч;
ρ – плотность при температуре перекачки кгм3.
Выбираем насос по ТУ 26-02-766-77 характеристики которого приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6. – Характеристики насоса
Кавитационный запас м ст. жидкости
Потребляемая мощность кВт
Современные нефтеперерабатывающие производства характеризуются все возрастающей сложностью и многообразием операций и оборудования. Управление такими производствами возможно лишь при широком использовании методов и средств автоматизации.
Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической технологии в связи с взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ их агрессивностью и токсичностью с необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду. Указанные особенности высокая чувствительность к нарушениям заданного режима наличие большого числа точек контроля и управления процессом а также необходимость своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке воздействия на процесс в случае отклонения от заданных по регламенту условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить качественное ведение процесса вручную.
Поэтому в настоящее время эксплуатация процессов нефтеперерабатывающей промышленности без автоматизации практически немыслима.
1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования
Для автоматизации установки выбрана система АСУТП.
Основным регулируемыми параметром печи является температура на выходе и также в зоне конвекции. Уменьшение значения температуры приведёт к не эффективному процессу пиролиза (П-1) и процесса термополиконденсации (П-2). Поэтому регулирование расхода газа обеспечивает оптимальный режим работы ректификационной колонны и реактора термополиконденсации.
1.2. Паровой барабан Е-1.
Основным регулируемыми параметром парового барабана является уровень. Увеличение уровня жидкости поступающей в паровой барабан с ректификационной колонны ведет к неэффективному разделению пара от конденсата. Уровень жидкости обеспечивает нормальную работу аппарата.
1.3. Емкость для сбора вакуумного газойля Е-2.
Основным регулируемыми параметром емкости является уровень. Увеличение уровня жидкости поступающей в емкость с вакуумной колонны ведет к розливу продукта. Уровень жидкости обеспечивает нормальную работу аппарата.
1.4. Ректификационная колонна К-1.
Основной задачей регулирования ректификационной колонны является поддержание оптимальных условий для проведения процесса ректификации безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха колонны К-1;
- расход ТСП из ректификационной колонны К-1;
- расход рециркулята из реактора Р-1;
Управляющим воздействием для регулирования давления в колонне является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в колонне расход ТСП.
Регистрируется температура верха и низа колонны.
1.5. Реактор термополиконденсации Р-1.
Основной задачей регулирования реактора является поддержание оптимальных условий для проведения процесса термополиконденсации безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха реактора Р-1;
- расход ТСП в реактор Р-1;
- расход рециркулята с реактора Р-1;
Управляющим воздействием для регулирования давления в реакторе является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в реакторе расход ТСП.
Регистрируется температура верха и низа колонны.
1.6. Вакуумная колонна К-2.
Основной задачей регулирования вакуумной колонны является поддержание оптимальных условий для проведения процесса доотпарки нежелательных тяжелых фракций дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха колонны К-2;
- расход целевого продукта (пек) из колонны К-2;
Управляющим воздействием для регулирования давления в колонне является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в колонне расход целевого продукта (пека).
2 Выбор и обоснование средств автоматизации
Основное сырье двумя потоками (бензин и этан) центробежными насосами Н-2 Н-3 подается в двухсекционную печь П-1. Предусмотрен контроль расхода перед печью приборами FIRC - 301302.
Нагрев в печи П-1 осуществляется за счет подачи газового топлива. Температура сырья на выходе из печи регулируется каскадной системой регулирования АСУТП приборами TIRC - 101 104.
В последствии происходит смешение двух потоков который смешивается с ТСП а затем подается в низ ректификационной колонне К-1 сверху которой уходят пары газов С1-С6 на ГФУ образующееся в кубовой части колонны К-1 ТСП идет в печь П-2 предварительно смешиваясь с водным конденсатом (в качестве турболизатора) расход которых регулируется приборами FIRC - 305 и 303 соответственно.
Температура в печи регулируется расходом топливного газа при помощи каскадной системы регулирования АСУТП приборами TIRC - 111112. Затем подогретое сырье в печи П-2 подается на всас насоса Н-6 и дальнейшей подачи в верх реактора термополиконденсации Р-1 предварительно регулируется расход приборами FIRC - 307.
В реакторе Р-1 происходит процесс термополиконденсации где регистрируется температура в каждой из зон реактора приборами TIR - 113 116. Уровень жидкости в реакторе регулируется расходом рециркулята из Р-1 приборами LIRCA - 403. Давление в Р-1 регулируется расходом ГЖС приборами PIRCA - 203. Затем полученный продукт из Р-1 подается в вакуумную колонну К-2 где происходит доотпаривание нежелательных тяжелых фракций дистиллята. Температура в вакуумной колонне К-2 регистрируется приборами TIR - 117118. Давление в вакуумной колонне К-2 регулируется приборами PIRCA - 204. Уровень в вакуумной колонне К-2 регулируется приборами LIRCA - 404.
После вакуумной колонны К-2 целевой продукт идет на всас шестеренчатого насоса Н-8 после которого выводиться с установки целевой продукт.
Таблица 4.2 - Выбор и обоснования средств автоматического регулирования
Наименование и характеристика прибора
Интеллектуальный преобразователь температуры Метран-288-E цифровой HART. Пределы допускаемой основной погрешности ±°С: аналогового сигнала 07; цифрового сигнала 04.
Датчик избыточного давления Метран-100-ДИ 1160. Ряд верхних пределов измерения: 30; 10; 6; 4; 25; 16; 10; 06 МПа. Выходной сигнал: аналоговый 4-20 мА; цифровой HART
Датчик разности давлений Метран-100-ДД 1496. Ряд верхних пределов измерения: 630; 400; 250; 160; 100; 63; 40; 25 кПа. Основная погрешность измерений: до ±01% от диапазона. Выходной сигнал: аналоговый 4-20 мА; цифровой HART
Диафрагма камерная стандартная
Система сигнализации уровня жидкости Sapphire
Реле уровня Sapphire
3 Описание работы схем автоматического контроля и регулирования
Для решения задач АСУТП по управлению и защите выбрана распределенная система управления фирмы “Honeуwell” на базе двух контроллеров для управления процессом и одного контроллера для противоаварийной защиты установки.
Принцип действия датчиков давления основан на изменение сопротивления чувствительного элемента - кремниевого резонатора. Датчик давления предназначен для измерения избыточного давления различных сред: жидкости газа и пара.
Датчики уровня предназначены для работы в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами с взрывоопасными условиями производства и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - уровня жидкости или уровня границы раздела жидких фаз как нейтральных так и агрессивных сред в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
Датчик состоит из измерительного блока и электронного преобразователя.
В измерении расхода используется принцип перепада давления. Перепад давления происходит на сужающем устройстве (диафрагма) вмонтированного в трубопровод.
Датчик перепада давления предназначен для измерения расхода (при диафрагменном методе измерения).
Для измерения температура применяем термопреобразователи хромель-алюмелевые.
В качестве исполнительных механизмов установлены пневматические клапана оснащённые электропневматическими позиционерами. Пневматический сигнал поступает в мембранную коробку привода. Мембрана через жёсткий центр крепится к штоку. При поступлении пневматического сигнала шток начинает линейно двигаться и тем самым открывает или закрывает клапан в зависимости от направления движения (вверх или вниз). Позиционер также обеспечивает пропорциональность движения клапана.
АСУТП (АСУ ТП) предназначены для оптимизации технологических процессов производств и повышении их эффективности путем использования современных средств вычислительной и микропроцессорной техники эффективных методов и средств контроля измерения и управления.
Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) - совокупность аппаратно-программных средств осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса.
Одними из главных преимуществ АСУТП является снижение вплоть до полного исключения влияния так называемого "человеческого фактора" на управляемый процесс сокращение персонала минимизация расходов сырья и энергоресурсов повышение качества конечного продукта и в конечном итоге - существенное повышение эффективности производства.
Автоматизация призвана осуществлять управление технологическими процессами. В технологическом процессе многие операции которые выполняет человек можно отдать на выполнение программно-техническому комплексу состоящему из системы датчиков управляющих элементов контроллеров и промышленных компьютеров. При проведении на предприятии комплекса работ по автоматизации резко сокращается количество людей вовлеченных в весь технологический процесс повышается количество выпускаемой продукции снижается вероятность брака изделий.
Технические преимущества автоматизации состоят в:
возможности автоматического оперативного сбора технологической информации оперативного диспетчерского контроля и управления исполнительными устройствами;
автоматическое документирование и архивирование процесса с возможностью последующего анализа любой его стадии в том числе и оценки действий персонала и представление информации в удобном для оператора виде;
возможность создания контуров управления объектами с меняющимися во времени характеристиками а также систем адаптивного управления и реализации алгоритмов нечеткой логики.
Экономические преимущества использования автоматизации в производстве вытекают из технических преимуществ.

BZhD.doc

5 Безопасность жизнедеятельности и экология
1 Характеристика токсичности пожаровзрывоопасности веществ
образующихся на установке
Характеристика пожаровзрывоопасных и токсических свойств продуктов
применяемых и получаемых в процессе пиролиза представлена в таблице 5.1.
2 Основные опасности производства наиболее опасные места на
Установка получения пека из тяжелой смолы пиролиза является пожаро- и
Наиболее опасными местами в отношении пожаро- взрывоопасности и
вредности производства являются помещения насосной печь колодцы
промышленной канализации лотки приямки места отбора пробы
нефтепродуктов места дренирования аппаратов так как в результате утечки
газа нефтепродуктов через неплотности в аппаратуре соединениях
уплотнениях насосов задвижек могут образовываться взрывоопасные смеси и
загазованность установки. Кроме того при вскрытии аппаратов на ремонт в
результате быстрого окисления возможно самовоспламенение пирофорных
Эксплуатация установки связана со следующими опасностями для
- Высокая температура процесса термополиконденсации вследствие чего
а) возникновение пожара или взрыва в результате воспламенения газов
или паров бензина в случае разгерметизации оборудования и трубопроводов или
при нарушении установленного режима работы;
б) термический ожог работающих горячей водой кроме того возможен
ожог работающих при соприкосновении с горячими частями трубопроводов и
в) ожог работающих пламенем при розжиге форсунок печи.
- Наличие тока высокого напряжения вследствие чего возможно
поражение работающих электрическим током в случае неисправности заземления
токоведущих частей электрооборудования или пробоя электроизоляции.
3 Коллективные и индивидуальные средства защиты
Индивидуальные средства защиты предназначены для предупреждения
профессиональных заболеваний и отравлений. На установке комплексной
подготовки газа используются следующие индивидуальные средства защиты:
шланговые противогазы марки ПШ-1 ПШ-2 комплекты спецодежды комплекты
спецобуви защитные каски фильтрующие противогазы марки БКФ
противопылевые респираторы. Предусмотрены защитные средства для работы в
условиях возможного поражения электрическим током: диэлектрические
перчатки коврики изолирующие подставки защитные очки.
Средствами коллективной защиты работающих от воздействия опасных и
вредных производственных факторов на установке являются:
- приточная и вытяжная вентиляция в горячей и холодной насосных;
- во избежание ожогов обслуживающего персонала все поверхности
горячих трубопроводов изолированы;
- аппараты и трубопроводы установки оборудованы предохранительными
- освещенность рабочих мест в помещениях и наружных установках
выполнена в соответствии с санитарными нормами и правилами (СанПин);
- все вращающиеся части агрегатов ограждены кожухами;
- насосы и воздуходувки расположены в специальных помещениях
снабжены запорной арматурой и контрольно-измерительными приборами
обеспечивающими безопасность при эксплуатации.
4 Пожаро- и взрывобезопасность
Установка производства пека из тяжелой смолы пиролиза является пожаро-
и взрывоопасной. По противопожарным нормам ПТУСП-02-62 (Противопожарные
технические условия строительного проектирования) она относится к категории
А. Производственный процесс спланирован так что на установке не имеется
стадий процесса и отдельных параметров которыми невозможно управлять
Во взрывоопасных помещениях и наружных взрывоопасных установках
принято электрооборудование во взрывозащищенном исполнении для
соответствующих категорий групп взрывоопасных смесей.
Во взрывоопасных помещениях установлены датчики для определения
состояния воздушной среды звуковая и световая сигнализация которая
продублирована в операторной.
Для тушения пожара на установке предусмотрены кольцевая сеть
противопожарного трубопровода с пожарными гидрантами на расстоянии не более
метров друг от друга. Предусмотрены лафетные стволы на расстоянии не
более 60 метров друг от друга.
На пожарных щитах по установке имеются: огнетушители типа ОХП - 10
ОУ - 2 ОУ - 5 ОПУ - 10; пожарный инвентарь и ящики с песком; асбестовые
Для обеспечения пожарной защиты здания и сооружения установки в
основном выполняем из несгораемых и трудносгораемых материалов. Все здания
и сооружения располагаем на расстоянии друг от друга в соответствии с
пожаро- и взрывоопасностью сооружений и степенью огнестойкости здания. В
зданиях и сооружениях устраиваем несгораемые перекрытия – противопожарные
стены. Для предотвращения распространения пожара по трубопроводам
устанавливаем огнепреградители автоматические задвижки на линии подачи
топлива и сырья. Применяются пассивные методы подавления взрыва:
предохранительные клапаны и дыхательная арматура на аппаратах работающих
под давлением (печь на линии перегретого пара и так далее).
Для быстрой и точной передачи сообщения о пожаре и месте его
возникновения приведения в действие производственных автоматических
средств пожаротушения централизованного управления пожарными
подразделениями устанавливаем на установке автоматическую пожарную
сигнализацию сообщающую о пожаре и месте его возникновения.
Для выявления пожара установлены в зданиях и сооружениях установки
комбинированные извещатели реагирующие на тепловой и дымовой фактор.
Для обеспечения безопасности персонала от взрыва на ближайшей
территории имеется бомбоубежище.
Экологичность — качество чего-либо отражающее его способность не
наносить вреда окружающей природе.
Под экологической безопасностью понимают комплекс организационно-
технических мер направленных на обеспечение соответствия природоохранной
деятельности предприятия нормативным требованиям. В свете повышения уровня
экологической ответственности безопасность предприятия для окружающей среды
и населения в известной степени определяет его конкурентоспособность.
Экологическая безопасность напрямую связана с организацией и
проведением производственного контроля предусматривающего также
формирования оптимальных условий не только для снижения вредности
производства но и для уменьшения ресурсоемкости техпроцессов.
Экологический ПК подразумевает модернизацию защитного комплекса
обеспечивающего снижение объема вредных выбросов и разработку мероприятий
направленных на минимизацию вероятности возникновения нештатных ситуаций.
Осуществление производственного контроля в разрезе обеспечения
экологической безопасности подразумевает контроль над техническим
состоянием оборудования обеспечивающего безопасность работников и
возможность устранения последствий возникновения нештатной ситуации.
Своевременное проведение экологического аудита на предприятии и применение
необходимых мер позволит избежать штрафных санкций.
6 Гражданская оборона и чрезвычайные ситуации
Гражданская оборона представляет собой систему общегосударственных
оборонных мероприятий проводимых в мирное и военное время для защиты
населения и народного хозяйства от оружия массового поражения а также для
проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ в
очагах поражения и в районах стихийных бедствий.
Старший диспетчер согласно инструкции по действию при аварии
включает сирены что означает “внимание всем“. При этом рабочие и служащие
должны подойти к радиотрансляционным точкам и выслушать передаваемую
Химический контроль проводят группы цеха КИП и А с привлечением
специалистов газоспасательного отряда. Начальник ВГСО получив сигнал об
аварии высылает дежурные смены газоспасателей с задачей ликвидации
производственной аварии и установления глубины и ширины очага заражения
концентрации и токсической дозы ядовитых веществ.
Тушение пожаров осуществляется совместно командами ВПЧ и
территориальными командами пожаротушения по чрезвычайным ситуациям и
войсковыми подразделениями.
Действия службы гражданской обороны по предупреждению и ликвидации
чрезвычайных ситуаций направлены на ослабление или исключения воздействия
чрезвычайных ситуаций на производственный персонал.
В случае аварии в цехе персонал цеха эвакуируется в убежище по
маршруту согласно схеме приведенной на рисунке 5.1.
В случае глобальной аварии на комбинате персонал эвакуируется в
загородную зону по маршруту согласно схеме приведенной на рисунке 5.2.
Рисунок 5.1 – План эвакуации персонала в убежище
Рисунок 5.2 – План эвакуации населения в загородную зону
7 Электробезопасность и защита от статического электричества
Продукты сырье на установке имеют удельное объемное сопротивление
выше 105 Омм что способствует возникновению статического электричества
при их перекачке при течении по трубопроводам в аппараты.
Основные технические мероприятия по защите от статического
- электростатическая искробезопасность обеспечивается созданием
условий предупреждающих возникновение разрядов статического электричества
за счет выбора оптимальных скоростей движения продуктов по трубопроводам и
исключения подачи продуктов в аппараты падающей струей;
- для защиты от заноса высоких потенциалов по коммуникациям все
трубопроводы присоединены к заземляющим контурам;
- для защиты обслуживающего персонала от попадания под опасное для
жизни напряжение которое может возникнуть при неисправности изоляции
предусмотрено защитное заземление и зануление электроприемников;
- заземлению подлежат нормально нетоковедущие элементы
электроустановок электрооборудования которые могут оказаться под
напряжением вследствие пробоя изоляции;
- защита от статического электричества обеспечивается присоединением
соответствующего оборудования к контуру заземления;
- ремонт заземления проводится совместно с ремонтом оборудования;
- места подсоединения заземления проводника к заземляющему
оборудованию должны быть видимыми;
- внеплановые измерения сопротивления производятся после капитальных
ремонтов или реконструкции заземляющих устройств;
- все оборудование в границах установки должно представлять собой
непрерывную цепь которая должна быть присоединена к контуру заземления
через каждые 40-50 м но не менее чем в двух точках;
- ручной отбор проб и измерение уровня в емкостях разрешается делать
только после окончания времени что превышает тройную величину постоянной
времени релаксации после прекращения движения жидкости (в состоянии покоя);
- для предупреждения возникновения опасных искровых разрядов которые
появляются в результате накопления на теле человека заряда статического
электричества при контакте с оборудованием спецодежда и спецобувь
обслуживающего персонала должна быть в антиэлектростатическом исполнении.
Кроме того запрещается одевать носки из синтетических волокон так как они
ограничивают стекание заряда через антистатическую обувь.
- при проведении работ по отбору проб замеру уровня дренированию
аппаратов обслуживающий персонал должен сначала прикоснуться оголенной
кистью руки к заземленному оборудованию для стекания заряда с тела в землю;
- запрещается проводить ремонтные работы внутри аппаратов в
спецодежде из синтетических тканей.
Во взрывоопасных зонах в которых требуется установка
взрывозащищенного электрооборудования не допускается эксплуатировать
электрооборудование не имеющее маркировки по взрывозащите на корпусе
электрооборудования. Возможность применения электрооборудования
встраиваемого в технологические установки рассматривается при наличии
письменного заключения испытательных организаций аккредитованных в
установленном порядке.
Подача напряжения на электрооборудование в помещениях с
взрывоопасными технологическими процесса допускается только при работающих
вентиляционных системах.
7.1 Расчет молниеотвода для колонны стабилизации
Опасность поражения молнией заключается в прямом ударе и во вторичном
проявлении молнии вследствие электростатической и электромагнитной
индукции. Сила тока в молнии – до 200 тыс. А; температура канала 6000
000 ºС. Наиболее подвержены поражению высокие объекты (трубы мачты
Нормативный документ в соответствии с которым определяются
мероприятия по защите от молний СН 305-77 а также "Инструкция по
устройству молниезащиты зданий и сооружений" РД 34.21 122-87.
Молниезащитой называется комплекс защитных устройств предназначенных
для обеспечения безопасности людей сохранности зданий и сооружений
оборудования и материалов от возможных взрывов загорании и разрушений
вызванных электрическим тепловым или механическим воздействием молнии.
Физическая сущность молниезащиты заключается в направлении потока
электричества по специальному проводнику молниеотводу от защищаемого
объекта в землю для дальнейшего растекания тока.
Категория молниезащиты и тип зоны защиты зависят от назначения здания
и сооружения интенсивности грозовой деятельности в районе ожидаемого
количества поражений молний в год.
Зона защиты молниеотвода это часть пространства внутри которого
здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной
степенью надежности (зона защиты А 995%; Б 95% и выше).
На рисунке 5.3 представлена зона защиты одиночного стержневого
Рисунок 5.3 – Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
– граница зоны защиты на уровне высоты объекта; 2 – то же на
уровне земли; h – высота молниеотвода; h0 – высота конуса защиты; hx –
высота защищаемого объекта; rx – радиус зоны защиты на уровне высоты
объекта; r0 – радиус зоны зашиты объекта на уровне земли.
Зона защиты для данного молниеотвода представляет собой конус высотой
h0 с радиусом основания на земле r0.
Ожидаемое число поражений молний в год рассчитываем по формуле:[pic]
N=(S + 6(hx)((L + 6(hx)( n(10-6 (5.1)
где: S - длина сооружения S=10 м;
L - ширина сооружения L=38 м;
n - число ударов молний в 1 км2 земной поверхности в год n=3
N=(10+6(109)(38+6(2723)(3(10-6=0156
Зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой конус.
Выбираем стержневой молниеотвод высотой h=14 м.
Вершина конуса находится на высоте:
На уровне земли зона защиты образует круг радиусом:
Требуемый радиус защиты на расчетной высоте защищаемого объекта
определяем по формуле:
rx= 15( ( h - hx092 ) (5.4)
rx= 15( ( 14 – 109 092 )= 32 м
Выбранный стержневой одиночный молниеотвод высотой h=14 м
обеспечивает защиту колонны от поражения ее молнией.
Таблица 5.1 - Пожароопасные и токсичные свойства сырья и получаемой
Наименование Класс Температура 0С КонцентрационныПДК вредныхХарактеристика
опасности й предел веществ в токсичности(воздейст
по воспламенения воздухе вия на организм
ГОСТ-12.1 % об. рабочей человека)
вспышки воспл. самовоспл. нижний верхний 1 2 3 4 5 6 7
9 1 Вакуумный газойль 4 140 ( ( ( ( 300 Горючая жидкость
относится к малотоксичным веществам. 2 Углеводородные газы 4 ( ( 356
95 100 Углеводородные газы взрывоопасны и токсичны; 3 Бензин
50 ( 400 10 70 100 Обладает высокой испаряемостью при обычной
температуре. Пары бензина опасны для жизни; 4 Легкий и тяжелый газойль
65-130 ( 250-295 15 75 300 Возможно хроническое отравление
парами при длительном контакте с ними

Расчеты.docx

4 Технологические расчеты процесса и основных аппаратов
В процесс вовлекается ШФЛУ(этана - 50%пропана – 30% и бутана – 20%).
- температура процесса ТК = 850 °С;
- время контакта = 030 с;
- температура сырья на входе в печь ТН = 40°С (рекомендуется 40-100 °С);
- разбавление водяным паром составляет 20 % масс. на сырье (для этана рекомендуется брать 10-20 % масс.; для пропана – 10-30 % масс.; для бензина 30-50 % масс.);
- производительность печи по сырью GУСТ = 300000 тгод;
- количество дней работы печи в году 330.
1 Материальный баланс процесса
Для определения выхода продуктов используются рисунки 2а 2б. Выходы продуктов зависят от фактора жесткости предложенного Линденом который увязывает два переменных параметра – температуру и время контакта в один и дает возможность представить зависимость выхода целевых продуктов от жесткости процесса. Фактор жесткости рассчитывается по следующему уравнению:
где F – фактор жесткости; ТК – температура процесса °С; – время контакта процесса с.
Из рисунков 2а и 2б определим выходы основных продуктов пиролиза бензина.
По формуле (4.2) определяется выход тяжелой смолы пиролиза:
где – сумма выходов остальных продуктов % масс.
Для упрощения расчетов принимается что в ходе пиролиза не происходит образования кокса соответственно его выход равен нулю.
Поскольку доля водяного пара участвующего в химических превращениях в ходе пиролиза крайне мала то принимается что приход водяного пара равен его расходу.
Таблица 4.1 – Материальный баланс процесса
Из формулы (4.2) определяется выход тяжелой смолы пиролиза:
Для дальнейших расчетов необходимы молекулярная масса пирогаза и его плотность. Соответствующие расчеты сводятся в таблицу 4.2.
Молекулярная масса пирогаза из таблицы 4.2 составляет МПИР = 3493 гмоль.Молекулярная масса сырья (ШФЛУ) равна MC = 1721 гмоль.
Плотность сырья и пирогаза вычисляется по формуле:
Для сырья и пирогаза плотность соответственно составит:
Таблица 4.2 – Состав и свойства пирогаза (без водяного пара)
Мольный расход сырья определятся по формуле:
где – массовый расход сырья кгс.
2 Тепловая нагрузка печи КПД печи и расход топлива
Полезное тепло печи:
где Q1 – расход тепла на нагревание смеси газов в камере конвекции кВт; Q2 – расход тепла на нагревание парогазовой смеси и химическую реакцию в камере радиации печи кВт.
Температура сырья перед реакционным змеевиком (радиантная секция печи) должна быть ниже той при которой начинается его пиролиз.Согласно литературным данным [4] в случае пиролиза бензина температура сырья перед камерой конвекции принимается равной порядка 500-600 °С.
В данном случае принимается температура сырьевой смеси на выходе из камеры конвекции равной ТКОНВ = 600 °С.
Количество тепла Q1:
где GУСТ и Z – расходы сырья и водяного пара соответственно кгс; – энтальпия паросырьевой смеси на выходе из камеры конвекции при температуре ТКОНВ = 600 °С (873 К); – энтальпия паросырьевой смеси на входе печь при температуре ТН = 40 °С (313 К).
Энтальпия парогазовой смеси определяется по правилу аддитивности при этом энтальпия отдельных компонентов вычисляется по уравнению:
где а b c – коэффициенты зависящие от компонента; Т – температура К.
Коэффициенты для расчета энтальпий приведены в таблице 4.3.
Результаты расчета энтальпий сведены в таблицу 4.4. В таблице доли массовые указаны в пересчете на 100 % например массовая доля этилена определена из таблицы 4.2 как 0234130 = 00018. В таблице 4.4 также вычислена энтальпия продуктовой смеси при заданной температуре ТК = 850 °С (1123 К).
Таблица 4.3 – Коэффициенты для расчета энтальпий компонентов
Коэффициенты к уравнению (4.7)
При пиролизе ШФЛУ ввиду сложного углеводородного состава исходного сырья пироконденсата и тяжелой смолы пиролиза условно можно принять за тяжелую смолу пиролиза – н-октан.
Таким образом количество тепла переданное паросырьевой смеси в камере конвекции составит:
Таблица 4.4 – Результаты расчета энтальпий потоков
ТКОНВ = 873 К (600 °С)
ТК = 1123 К (850 °С)
Количество тепла Q2:
где QP – расход тепла на реакцию пиролиза кВт; QНРАД – расход тепла на нагрев парогазовой смеси в камере радиации печи от ТКОНВ = 873 К до ТК = 1123 К.
Расход тепла на нагрев парогазовой смеси в камере радиации печи:
Расход тепла на реакцию пиролиза:
где Н – тепловой эффект реакции кДжмоль сырья; - расход сырья мольс.
Тепловой эффект реакции определяется по уравнению:
где НПРОД и НС – теплоты образования продуктов реакции (пирогаза) и исходного сырья соответственно кДжмоль.
Теплоты образования индивидуальных углеводородов приведены в литературе [9]. В интервале температур 300-1500 К теплоту образования можно приближенно вычислить по формул:
где а b c d – коэффициенты зависящие от углеводорода; Т – температура К.
Коэффициенты для расчета теплоты образования углеводородов приведены в таблице 4.5.
Таблица 4.5 – Коэффициенты для расчета теплоты образования
Коэффициенты к уравнению (4.12)
При температуре ТК = 1123 К расчет значений и представлен в таблице 4.6.
Из таблицы 4.6теплота реакции составит:
Таблица 4.6 – Расчет теплового эффекта химической реакции
Теплота образования кДжмоль
мольмоль сырья Gi'G'УСТ
Радиантное тепло печи:
Определение КПД печи.
Потери тепла в окружающую среду q1принимаются равными в количестве 6 % от теплоты сгорания топлива в том числе 4 % в камере радиации 2 % в камера конвекции.
Ввиду довольно большого объема расчета процесса горения топливаон здесь опускается. Принимается что в качестве топлива используется метан низшая теплота сгорания которого определенная по формуле Менделеева составляет = 51183 кДжкг. Принимается коэффициент избытка воздуха печи равным 105. Зависимость энтальпии продуктов сгорания метана от температуры при этих условиях представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Зависимость энтальпии продуктов сгорания метана от температуры
Температуру уходящих дымовых газов рекомендуется принимать в пределах 300-400 °С (с дальнейшим их охлаждением в котле-утилизаторе). Температура уходящих из печи дымовых газов принимается ТУХ = 300 °С (573 К). В этом случае по рисунку 3 определяется энтальпия продуктов сгорания топлива которая составит q2 = 6536 кДжкг.
КПД печи определяется по уравнению:
Расход топлива определяется по уравнению:
3 Определение температуры дымовых газов покидающих камеру радиации
Используя уравнение теплового баланса топки (камеры радиации):
(Т – КПД топки равный 1-003 = 097 где 003 –потери тепла в окружающую среду в камере радиации) находится энтальпия уходящих из нее дымовых газов:
По рисунку 2определяется что этой энтальпии соответствует температура дымовых газов ТДГ = 1542 К.
4 Определение поверхности нагрева реакционного змеевика
Поверхность нагрева реакционного змеевика:
где qP – средняя теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб кВтм2.
Печи современной конструкции отличаются высокой теплонапряженностью (~100 кВтм2) поэтому приблизительно принимается qP =70 кВтм2 (при необходимости можно принять70-120 кВтм2).
Для камеры радиации принимается диаметр труб dH = 010 м (рекомендуется 010-014 м) толщина стенок труб = 0008 м. Тогда общая рабочая длина труб составит:
Число параллельных потоков сырья на входе в печь принимается m = 1 (рекомендуется m = 1 3). Тогда рабочая длина труб в одном потоке составит:
Рабочую длину одной трубы принимаем lТ = 125 м. Тогда число труб в одном потоке реакционного змеевика составит:
При полной длине одной трубы = 13 м (значение может быть меньше значения lТ) общая длина труб в одном потоке составит:
5 Время пребывания парогазовой смеси в реакционном (радиантном) змеевике
Время пребывания смеси в реакционном змеевике определяется по уравнению:
где СР – средняя линейная скорость газа в реакционном змеевике мс.
Для определения wСР проводятся следующие вычисления.
Массовая скорость парогазовой смеси в реакционном змеевике:
где dВ – внутренний диаметр реакционных труб в камере радиации dВ = 0124 м.
Принимается перепад давления в радиантном змеевике РР = 195 кПа (рекомендуется принимать РР = 100 300 кПа). Давление РК на выходе из печи рекомендуется принимать в пределах 130 190 кПа в данном случае принимаетсяРК = 190 кПа.
Тогда давление в начале радиантного змеевика будет равно:
Для расчета молекулярной массы и плотности парогазовой смеси в начале и в конце реакционного змеевика производится соответствующий расчет сведенный в таблицу 4.7. Мольные доли компонентов и мольный расход определяются аналогично таблице 4.4.
Таблица 4.7 – Состав парогазовой смеси
Парогазовая смесь на входе в змеевик
Парогазовая смесь на выходе из змеевика
Молекулярная масса парогазовой смеси на входе в радиантный змеевик:
Молекулярная масса парогазовой смеси на выходе из змеевика:
Плотность парогазовой смеси в начале реакционного змеевика при нормальных условиях (по формуле (4.3)):
Плотность парогазовой смеси в начале реакционного змеевика при РН:
Плотность парогазовой смеси в конце реакционного змеевика при нормальных условиях (по формуле (4.3)):
Плотность парогазовой смеси в конце реакционного змеевика при РК и ТК:
Средняя плотность в реакционном змеевике:
Линейная скорость парогазовой смеси в начале реакционного змеевика:
Аналогично находится скорость парогазовой смеси в конце змеевика:
Полученное значение подставляется в формулу (4.22):
Полученное значение времени контакта несильно отличается от заданного поэтому пересчет не делается. В случае расхождения результата с заданием можно попробовать поменять: теплонапряженность труб диаметр труб змеевика число потоков в печи рабочую длину трубы задать другой перепад давления и давление на выходе из печи (при необходимости разрешается незначительно выходить за рамки рекомендуемых значений этих параметров).
6 Потеря напора в реакционном (радиантном) змеевике печи
В этом пункте проверяется ранее выбранная величина потери напора в радиантной секции печи равная РР = 300 кПа. Правильность выбранной величины проверяется по уравнению:
где λ – коэффициент гидравлического сопротивления; lЭКВ – эквивалентная длина труб одного потока змеевика м.
Для определения величины λ вначале определяется величина критерия Рейнольдса:
где – кинематическая вязкость парогазовой смеси в змеевике м2с.
Средняя температура парогазовой смеси в реакционном змеевике:
Средняя молекулярная масса углеводородных газов (без водяного пара) в реакционном змеевике:
Среднее содержание водяного пара в парогазовой смеси (из таблицы 4.7):
Далее определяется кинематическая вязкость водяного пара и углеводородных газов. С целью упрощения расчета можно считать что углеводородный газ в реакционном змеевике является алканом. Величины кинематической вязкости водяного пара и н-алканов могут быть приблизительно описаны следующими эмпирическими уравнениями:
где – средняя температура парогазовой смеси в реакционном змеевике °С;
- для углеводородных газов
где а = 25910-6; b = 182410-3; c = -992310-3; d = 1678; e = 1981; f = 2612
Кинематическая вязкость парогазовой смеси:
Критерий Рейнольдса:
Величину гидравлического сопротивления с достаточной точностью можно определить по формуле Коо [7]:
Эквивалентная длина труб одного потока определяется по формуле:
где – коэффициент зависящий от типа соединения труб. Принимается = 50. Тогда:
Следовательно величина потери напора составит:
Расхождение с ранее принятой величиной составляет:
что менее 5 % следовательно пересчет делать не надо.
7 Расчетзакалочно – испарительного аппарата
Определяем энтальпии паров продуктов процесса при температуре 350 и 850С по формуле:
где t - температура С ; p- плотность паровпаров продуктов p=071 кгм3 [2].
Энтальпию питательной воды на входепри 200С принимаем 27951кДжкг на входе 85476 кДжкг [56].
Определяем количество воды необходимое для закалки пирогаза по формуле:
где Gc - количество сырья Gc = 3098 кгс ;
Gвп- количество водяного пара Gвп = 71 кгс ;
Выбираем противоточную схему теплообмена:
Находим среднюю разность температур по формуле:
Необходимую поверхность теплообмена определяем по формуле:
k - коэффициент теплопередачи к=120 кДж(м2чград)
Расчет сепаратора производим в программе ОИДР
Таблица 4.8 – Исходные данные
Количество компонентов
Количество компонентов с известной молекулярной массой
Количество компонентов с известными критическими параметрами
Какой процесс нужно рассчитывать?
Однократное испарение
Количество водяного пара доля мольная на сырье
Количество углеводородного сырья кгс
Доля отгона мольная доля
Таблица 4.8.1 – Исходные данные
Массовая доля в долях масс.
Плотность компонентов
Температура кипения компонентов °С
Молекулярная масса компонентов
Таблица 4.9 – Результаты расчета однократного испарения
Наименование параметра
Массовая доля отгона
Критическая температура
Критическое давление
Молекулярная масса сырья
Количество водяного пара
Таблица 4.10 - Результаты расчета однократного испарения
9 Расчет конденсатора - холодильника
Определяем энтальпию на входе пироконденсата и воды соответственно
Аналогично определяем энтальпии на выходе
Тепловая нагрузкапироконденсата и воды соотвествено равны
Qпир=56·(50 - 39) =616 кДжкг
Qводы=10·(80 - 42) =380 кДжкг.
где Q - количество тепла кДж( с град);
F=(616 + 380)(1203600 625) = 212 м2.

Otzyv.docx

руководителя проекта о качестве
дипломного проекта студента филиала ФГБОУ ВПО
«Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате
Фамилия имя отчество студента: Дятлов Роман Игоревич
Специальность: 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»
Тема: Модернизация установки каталитического крекинга с движущимся слоем катализатора с целью повышения октанового числа
Дипломный проект Дятлова Р.И. состоит из пояснительной записки на 93 страницах и графической части на 2 листах выполнен в соответствии с заданием на дипломное проектирование.
Во введении дипломник рассмотрел преимущества технологии каталитического крекинга на нефтеперерабатывающих заводах.
В литературном обзоре рассмотрены основные параметры процесса и их влияние на качество продукции химизм процесса рассмотрены существующие технологии и схемы проведения процесса.
В исследовательской части разработана модернизация установки каталитического крекинга включающая в себя замену катализатора и увеличение производительности установки по сырью с 40 тч до 50 тч.
В технологической части Дятлов Р.И. провел выбор и обоснование схемы процесса каталитического крекинга исходя из достоинств и недостатков. Привел описание технологической схемы установки. Произвел расчет основного и вспомогательного оборудования.
В разделе автоматизации рассмотрены принципы автоматического управления процессом и подобраны интеллектуальные приборы которые обеспечивают получение продуктов заданного качества и безопасную эксплуатацию оборудования установки.
В разделе безопасность жизнедеятельности дипломник охарактеризовал основные опасности на установке и ее экологичность.
В экономической части рассчитал затраты на модернизацию установки провел расчеты себестоимости продукции эффективности инвестиционного проекта и срока окупаемости которые показали экономическую целесообразность реализации проекта.
Пояснительная записка и графическая часть дипломного проекта выполнены в соответствии с требованиями государственных стандартов оформления технической документации.
При работе над дипломным проектом дипломник проявил самостоятельность в принятии инженерных решений показал себя как целеустремленный ответственный и грамотный технолог.
Дятлов Р.И. заслуживает присвоения ему звания инженера-технолога специальности «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».
Место работы и должность руководителя проекта: Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате профессор заведующий кафедрой ХТП
Фамилия имя отчество: Жирнов Борис Семенович
С отзывом ознакомлен:

1,2Лит. обзор.docx

В настоящее время из тяжелых нефтяных остатков вырабатываются следующие нефтепродукты: котельные топлива (топочные мазуты); битумы - дорожные строительные и специальные; нефтяные связующие вещества - пеки; нефтяные коксы углеродные волокна и технический углерод (сажа) из нефтяного сырья.Перспективным и экономически целесообразным направлением переработки тяжелых нефтяных остатков представляется производство связующих - нефтяных пеков.
Существует несколько классификаций пеков. Так в зависимости от применения пеки классифицируются на следующие группы:
)пеки - связующие применяемые при изготовлении самообжигающихся или обожённых анодов графитированных электродов электроугольных изделий и конструкционных материалов на основе графита;
)пеки пропитывающие;
)брикетные пеки - связующие (для частичного брикетирования углей перед их коксованием литейных коксобрикетов коксобрикетов для цветной металлургии);
)пеки волокнообразующие (для производства углеродных графитированных волокон);
)специальные пеки (для производства наноматериалов);
)пеки как сырьё для коксования.
Пек в отличие от асфальтитов асфальтенов и лакового битума содержит карбены которые не растворяются в толуоле и подобных растворителях. Очевидно они нерастворимы и масле МП-1 что приводит к образованию в растворе нефтяного пека в масле МП-1 нерастворимой дисперсной фазы которая может служить центром формирования структурных образований. Кроме того они могут образовывать самостоятельную фазу с развитой цепочечной структурой например при температуре около 180 ºС в условиях приготовления раствора. Внутри этих структур может произойти объемная сорбция асфальтенов с образованием сольватного слоя сложной конфигурации. В зависимости от соотношения карбены: асфальтены в нефтяном пеке может образоваться пространственная сетка из компонентов различной природы.
Поэтому в данной дипломной работе рассчитывается проект блока производства пеков из тяжелой смолы пиролиза установки ЭП-480 который даст возможность увеличить глубину переработки тяжелых нефтяных остатков.
2 Получение нефтяного пека
Получение пеков включает термополиконденсацию тяжелой смолы пиролиза в проточном реакторе при повышенном давлении и температуре 330-400°С отгон низкомолекулярных продуктов реакции и выдержку полученного продукта при повышенной температуре и атмосферном давлении в присутствии перегретого водяного пара в качестве неокисляющего агента при этом в качестве сырья используют тяжелую смолу пиролиза очищенную от низкокипящих и неплавких компонентов обеспечивают нахождение реакционной массы в зоне реакции в течение заданного времени при давлении 10-25 атм.
Получение пека на установках гидрокрекинга.
Получение пека методом каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя серную кислоту.
Получение пека каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя смесь толуола и хлористого алюминия.
Процесс получениянефтяных пеков(пекование) - новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза ( карбонизации) тяжелого дистиллятного или остаточного сырья проводимый при пониженном давлении умеренной температуре ( 360 – 420 ºС) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта - пека - в процессе получают газы и керосино-газойлевые фракции.
Безводный хлорид алюминия получается принепосредственном взаимодействии хлорас алюминием. Он широко применяется в качестве катализатора при различных органических синтезах. В воде А1С13 растворяется с выделением большого количества теплоты. При выпаривании раствора происходит гидролиз выделяется хлороводород и получается гидрооксид алюминия.
Важнейший способ получения хлорида алюминияв промышленности— действие смесиCl2иCOна обезвоженныйкаолинилибокситв шахтных печах:
Al2O3+ ЗСО+ ЗСl2 2AlCl3+ 3CO2
Также есть и другие способы получения хлорида алюминия:
Al(OH)3+ 3HCl AlCl3+ 3H2O
CuCl2+ 2Al 2AlCl3+ 3Cu
Al+ 6HCl 2AlCl3+ 3H2
4 Сырье продукты катализаторы процесса
Таблица 1 – Характеристика исходного сырья готовой продукции
Наименование сырья готовой продукции
Номер национального или отраслевого стандарта технических условий стандарта предприятия
Показатели качества подлежащие проверке
Норма по нормативному документу
Показатель преломления
Массовая доля общей серы (S) % не более
Растворитель многих полимеров сырье для нефтехимии
Массовая доля хлористого алюминия % не менее
Массовая доля железа (Fe) % не более
Белый с оттенками серого или желтого цвета
Применяется как катализатор органического синтеза
Температура кристаллизации ºС не ниже
Сырье нефтехимического синтеза
Коксуемость % масс не более
Температура размягчения ºС не менее
Сырье для получения волокон стержней

Retsenzia.docx

на дипломный проект студента филиала ФГБОУ ВПО
«Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате
Фамилия имя отчество студента: Дятлов Роман Игоревич
Специальность: 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»
Тема: Модернизация установки каталитического крекинга с движущимся слоем катализатора с целью повышения октанового числа
Дипломный проект состоит из пояснительной записки на 93 страницах графической части на 2 листах выполнен в соответствии с заданием на дипломное проектирование.
Во введении рассмотрены преимущества технологии каталитического крекинга на нефтеперерабатывающих заводах.
На основании анализа имеющейся литературы в литературном обзоре изложены принципы ведения процесса каталитического крекинга. Рассмотрены основные параметры процесса и их влияние на качество готовой продукции химизм процесса применяемые технологии и схемы проведения процесса.
В исследовательской части представлена модернизация установки каталитического крекинга включающая в себя замену катализатора и увеличение производительности установки по сырью с 40 тч до 50 тч.
В технологической части дипломного проекта подобрана схема проведения процесса и эффективный катализатор. Приведено описание технологической схемы установки. Рассчитано основное и вспомогательное оборудование. При этом использованы литературные данные и данные аналогичных промышленных установок.
В разделе автоматизации рассмотрены принципы автоматического управления процессом и подобраны приборы обеспечивающие получение продуктов необходимого качества и безопасную эксплуатацию оборудования установки.
В разделе безопасность жизнедеятельности приведены краткая характеристика опасностей и экологичности установки.
В экономической части рассчитаны затраты на проектируемую установку проведены расчеты себестоимости бензина КК легкого газойля КК эффективности инвестиционного проекта и срока окупаемости. Расчеты показывают экономическую целесообразность реализации проекта.
Пояснительная записка и графическая часть дипломного проекта выполнены в соответствии с требованиями государственных стандартов оформления технической документации.
Положительным моментов является актуальность дипломного проекта поскольку его внедрение позволит нефтеперерабатывающему заводу повысить качество и выход выпускаемых автомобильных бензинов.
Выполнение проекта в целом заслуживает отличной оценки.
Фамилия имя отчество рецензента: Максимов Александр Валерьевич

Оригинал дипломного проекта Борисенко А.1.docx

В настоящее время из тяжелых нефтяных остатков вырабатываются следующие нефтепродукты: котельные топлива (топочные мазуты); битумы - дорожные строительные и специальные; нефтяные связующие вещества - пеки; нефтяные коксы углеродные волокна и технический углерод (сажа) из нефтяного сырья.Перспективным и экономически целесообразным направлением переработки тяжелых нефтяных остатков представляется производство связующих - нефтяных пеков.
Существует несколько классификаций пеков. Так в зависимости от применения пеки классифицируются на следующие группы:
)пеки - связующие применяемые при изготовлении самообжигающихся или обожённых анодов графитированных электродов электроугольных изделий и конструкционных материалов на основе графита;
)пеки пропитывающие;
)брикетные пеки - связующие (для частичного брикетирования углей перед их коксованием литейных коксобрикетов коксобрикетов для цветной металлургии);
)пеки волокнообразующие (для производства углеродных графитированных волокон);
)специальные пеки (для производства наноматериалов);
)пеки как сырьё для коксования.
Пек в отличие от асфальтитов асфальтенов и лакового битума содержит карбены которые не растворяются в толуоле и подобных растворителях. Очевидно они нерастворимы и масле МП-1 что приводит к образованию в растворе нефтяного пека в масле МП-1 нерастворимой дисперсной фазы которая может служить центром формирования структурных образований. Кроме того они могут образовывать самостоятельную фазу с развитой цепочечной структурой например при температуре около 180 ºС в условиях приготовления раствора. Внутри этих структур может произойти объемная сорбция асфальтенов с образованием сольватного слоя сложной конфигурации. В зависимости от соотношения карбены асфальтены в нефтяном пеке может образоваться пространственная сетка из компонентов различной природы.
Поэтому в данной дипломной работе рассчитывается проект блока производства пеков из тяжелой смолы пиролиза установки ЭП-480 который даст возможность увеличить глубину переработки тяжелых нефтяных остатков.
Рост внимания к разработке технологий и применению нефтяных электродных пеков обусловлен постоянно увеличивающимся дефицитом каменноугольных пеков (по некоторым данным этот дефицит в 1995 году составил более 150 тыс. тонн) их меньшей канцерогенностью и большим объемом потенциально пригодного сырья. Квалифицированное использование последнего для промышленного производства электродных пеков позволит одновременно существенно увеличить глубину переработки нефти.
Сибирь — бурно развивающийся регион с постоянно растущими объемами производства алюминия. С целью поддержания экологического баланса внутри региона наиболее актуальна проблема поставки качественной и экологичной углеродной продукции для металлургических предприятий Иркутской области и Восточно-Сибирского региона.
В настоящее время резко повысились требования к качеству углеродных материалов и санитарно-гигиеническим условиям связанным с получением и переработкой пеко-коксовых композиций в виде графитовых электродов анодной массы обожженных анодов конструкционных материалов электроугольных изделий.
Широко используемые для приготовления этих углеродных материалов каменноугольные пеки это продукт черного цвета однородный по внешнему виду. Пек застывает в определенном температурном интервале в твердую хрупкую массу имеет раковистый излом. Определенной температуры плавления и застывания он не имеет: плавится в температурном интервале. Плавление и затвердевание пека не сопровождается тепловым эффектом – он не имеет скрытой теплоты плавления. По своей химической природе каменноугольный пек представляет многокомпонентную смесь многоядерных углеводородов и гетероциклов образующихся не только в процессе получения каменноугольной смолы при коксовании углей но и при ее переработке в результате термической поликонденсации.
Соединения входящие в состав пека могут быть разбиты на три группы:
) мальтены или -вещества растворимые в нейтральном эфире (смешанный раствор кристаллизующихся веществ образующих вязкую маслообразную фазу);
) асфальтены или -вещества растворимые в толуоле но нерастворимые в петралейном эфире (плавкое вещество черного цвета) эта часть может вытягиваться в нити;
) нерастворимый остаток или -вещества нерастворимые в толуоле (неплавкий и непластичный порошок черного цвета).
При температуре размягчения пека 63–70°С выход -составляющей части около 25%; -составляющей 41% и -составляющей 34%.
По физической природе каменноугольный пек представляет собой переохлажденную систему истинных и коллоидных растворов в результате чего по своим свойствам он резко отличается от обычных твердых кристаллических веществ. Для пека характерен температурный интервал пластичности. Он определяется разностью двух условных температурных точек: температуры размягчения и температуры появления хрупкости. Этот интервал является важным техническим показателем характеризующим пригодность пека для тех или иных процессов.
В зависимости от температуры размягчения пеки разделяются на мягкие средние и твердые. Мягкие пеки имеют температуру размягчения 40–55°С (плотность 1286 кгм3) средние 65–90°С (плотность 1290 кгм3) и твердые 135–150°С (плотность 1320 кгм3). Отечественная коксохимическая промышленность выпускает пеки двух видов: среднетемпературные марки А и Б и высокотемпературный пек.
Каменноугольные пеки отличаются довольно высоким содержанием бензапирена (12–4 %) чем обусловлена их канцерогенная активность [1]. Бензапирен относится к первому классу опасности и опасен для человека даже при малой концентрации поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Поэтому в мировой практике известны попытки перевода предприятий на использование нефтяных пеков которые обладают более низким содержанием канцерогенных веществ. Концентрация бензапирена по результатам исследований [12] составляет в пеках из крекинг-остатков 004–01 % в пиролизных пеках — 003–008 %. Многолетний опыт исследования различных видов сырья и качественных показателей получаемых нефтяных пеков показывает что для их производства в наибольшей степени пригодны высокоароматизированные продукты: смолы пиролиза этиленового производства и крекинг-остатки [3–4]. Но полученные нефтяные пеки из этого вида сырья по сравнению с каменноугольными содержат меньшее количество поликонденсированных ароматических соединений имеют более низкое соотношение СН и следовательно значительно меньший выход коксового остатка.
Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика нефтяного и каменноугольного пеков.
Наименование показателя
Массовая доля воды в
твердом пеке % не более
Температура размягчения °С
Выход летучих веществ %
Зольность % не более
Содержание бензапиренов %
Замена в цветной металлургии каменноугольного пека нефтяным пеком позволяет:
— снизить вредные выбросы на производстве устранением источника загрязнения — каменноугольного пека;
— сократить содержание канцерогенов (34-бензапирена) в воздухе рабочей зоны тем самым улучшить санитарно-гигиенические условия работы персонала металлургического производства;
— получить высококачественное углеродное сырье для электродного производства с постоянными физико-химическими свойствами и групповым составом.
— таким образом нефтяной пек ПНД является перспективным заменителем существующему каменноугольному пеку в производстве анодной массы в связи с преимуществом по экологическим технологическим и экономическим параметрам.
2 Получение нефтяного пека
Получение пеков включает термополиконденсацию тяжелой смолы пиролиза в проточном реакторе при повышенном давлении и температуре 330-400°С отгон низкомолекулярных продуктов реакции и выдержку полученного продукта при повышенной температуре и атмосферном давлении в присутствии перегретого водяного пара в качестве неокисляющего агента при этом в качестве сырья используют тяжелую смолу пиролиза очищенную от низкокипящих и неплавких компонентов обеспечивают нахождение реакционной массы в зоне реакции в течение заданного времени при давлении 10-25 атм.
Получение пека на установках гидрокрекинга.
Получение пека методом каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя серную кислоту.
Получение пека каталитической поликонденсации нафталина в качестве катализатора используя смесь толуола и хлористого алюминия.
Выбор условий процесса превращения нафталина в пек определяется тремя главными факторами: концентрацией катализатора; желательной температурой процесса; желаемым качеством получаемого пека.
Реакция весьма экзотермична. Для осуществления пекования нафталина принят температурный интервал 90-110 °С. Реакция чувствительна к изменению температуры как в отношении скорости так и в отношении состава продуктов (с повышением температуры повышается выход пека). Кроме того с ростом температуры ускоряется поликонденсация.
Реакция каталитической поликонденсации нафталина в пек проходит под атмосферным давлением отгон непрореагировавшего нафталина проводиться под вакуумом.
При приготовлении катализатора исключительно важно соблюдать условия обеспечивающие его стабильность. Катализатор на открытом воздухе подвергается окислению и быстро портиться. Так же он очень чувствителен к свету.
Сырье продукты катализаторы процесса
Таблица 1.2 – Характеристика исходного сырья готовой продукции
Наименование сырья готовой продукции
Номер национального или отраслевого стандарта технических условий стандарта предприятия
Показатели качества подлежащие проверке
Норма по нормативному документу
Показатель преломления
Массовая доля общей серы (S) % не более
Растворитель многих полимеров сырье для нефтехимии
Массовая доля хлористого алюминия % не менее
Массовая доля железа (Fe) % не более
Белый с оттенками серого или желтого цвета
Применяется как катализатор органического синтеза
Температура кристаллизации ºС не ниже
Сырье нефтехимического синтеза
Коксуемость % масс не более 2 Температура размягчения ºС не менее
Сырье для получения волокон стержней
Процесс получениянефтяных пеков(пекование) - новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжелого дистиллятного или остаточного сырья проводимый при пониженном давлении умеренной температуре (360 – 420 ºС) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта - пека - в процессе получают газы и керосино-газойлевые фракции.
Исследовательская часть
Имеются сообщения о попытках получения нефтяных пеков на кубовых установках коксования. Однако дальнейшего развития эти работы не получили. На наш взгляд широкие возможности варьирования температуры и времени выдержки - основных за исключением давления параметров процесса термополиконденсации различных видов сырья а так же возможности оперативного сбора и анализа любых продуктов на любой стадии процесса позволяет использовать эти установки для отработки промышленной технологии и изучение механизма получения нефтяных пеков с различными физико-химическими и эксплуатационными свойствами.
На существующей установке ЭП – 300 «Газпром Нефтехим Салават» основными продуктами являются этилен и пропилен образуется в процессе тяжёлая смола пиролиза не находящая квалифицированного применения. В данном дипломном проекте я предлагаю ТСП отправлять на дальнейшую переработку для получения нефтяного пека так как ТСП является качественным сырьём.
Методика процесса основана на термополиконденсации которая описана выше. Технологическая схема процесса получения нефтяного пека из ТСП методом термополиконденсации представлена ниже на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Технологическая схема топочного блока установки
Экономическую целесообразность данного процесса можно увидеть в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Материальный баланс установки
Резюмируя вышеизложенный материал приходим к выводу – данный дипломный проект даёт возможность увеличить глубину переработки нефти из побочного продукта процесса пиролиза при этом имея возможность получить хорошую прибыль.
Технологическая часть
1 Описание технологической схемы блока получение пека из тяжелой смолы пиролиза установки ЭП-480.
Необходимость эффективной комплексной переработки нефтяного сырья с целью получения сырья для нефтехимии напрямую связана с возрастающими потребностями народного хозяйства и промышленности в продуктах нефтехимических производств получаемых прежде всего из четырех основных представителей олефиновых углеводородов: этилена пропилена бутиленов и бутадиена причем доля трех последних постоянно увеличивается.
Наиболее широко распространенным в промышленности методом пиролиза является пиролиз в трубчатых печах. На рисунке 1 представлена принципиальная технологическая схема установки пиролиза бензина.
Сырье (ШФЛУ) поступает в конвекционную камеру печи пиролиза П-1. На выходе из камеры конвекции в сырье добавляется водяной пар разбавления. На выходе из печи температура продуктов составляет 830 - 850°С которые затем поступают в закалочно–испарительный аппарат (ЗИА) Т-1Т-2. В межтрубное пространство этого аппарата подается водяной конденсат который затем идет в паровой барабан где происходит отделение пара от конденсата конденсат возвращается в ЗИА.
Температура продукта на выходе из ЗИА 350 - 400 °С. После ЗИА продукты пиролиза направляют в колонну предварительного разделения продуктов К-1. В ней пирогаз отделяют от пироконденсата. Перед входом в колонну в продукт впрыскивают тяжелую смолу пиролиза. Температура на входе в колонну составляет 180 °С. Тепло горячей смолы пиролиза циркулирующей в кубе колонны К-1 обычно используется для получения пара низкого давления. Температура верха колонны К-1 порядка 100 °С. Часть ТСП с колонны К-1 отправляется на дальнейшую переработку в печь П-2. Перед печью смешивается с водным конденсатом который является турболизатором. В печи П-2 исходное сырье нагревается до температуры 420 - 460 °С затем подается сверху в реактор термополикондесации Р-1где сырье двигаясь сверху вниз подвергается термополиконденсации. При этом из-за отрицательного значения суммарного тепла реакции и испарения образующихся дистиллятов температура продукта в реакторе Р-1 снижается до 350-390 °С. С верха реактора Р-1 уходят газы и пары легких и средних дистиллятов термополиконденсации.
С низа реактора Р-1 часть продуктов термополиконденсации в количестве 40-100 мас. % от исходного сырья возвращают в низ атмосферной колонны К-1 в качество рециркулята где она смешивается с исходным сырьем.
Балансовое количество продукта с низа реактора Р-1 поступает в вакуумную колонну К-2 для доотпарки нежелательных тяжелых фракций дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа.
Часть вакуумного дистиллята (фр. 250-500°С) с верха вакуумной колонны К-2 балансовое количество вакуумного газойля откачивают с установки. С низа вакуумной колонны К-2 откачивают целевой продукт.
2 Технологические расчеты процесса получения пека из ТСП и основных аппаратов
Таблица 3.1 - Материальный баланс установки
3 Технологические расчеты
Исходные данные для расчета
Состав топливного газа % масс: Н – 307; С – 672; W-12
Плотность газа – 0696 кгм3.
Молекулярный вес газа –1676.
Расход сырья – 20000 кгч.
Объемная скорость подачи сырья в печь - 30000 ч-1.
Температура сырья на входе в печь - 80 оС.
Температура газов на выходе из печи - 815 0С.
Абсолютное давление газа на входе в печь – 54 МПа.
3.1.2 Расчет теплового баланса печи
Расчет теплового баланса печи проводится для того чтобы определить количество тепла Qпол. переданного через поверхность нагрева змеевика в радиантной камере печи.
Уравнение теплового баланса в общем виде:
где Gc – расход продукта; - Удельные теплосодержания продукта на выходе из печи и на входе в печь.
Удельное теплосодержание рассчитаем по формуле
3.1.3 Расчет процесса горения
Рассчитаем низшую теплотворную способность топлива которая может быть определена по формуле Д.И. Менделеева
где СНОSW - содержание в топливе углерода водорода кислорода серы и воды % масс.
Теоретическое количество воздуха необходимого для сжигания 1 кг топлива рассчитывается по формуле:
где 232 - содержание кислорода в воздухе % масс.
Теоретический объем воздуха отсюда приведенный к нормальным условиям рассчитывается по формуле:
где 1293 - плотность воздуха кгм
3.1.4 Состав продуктов горения
Коэффициент избытка воздуха в топке принимаем равным 125; на выходе из камеры конвекции 134.
Количество продуктов горения одного килограмма топлива определяем по следующим уравнениям:
где N - количество молей компонента в дымовых газах кмолькг;
На выходе из камеры конвекции:
3.1.5 Определение КПД печи и расхода топлива
КПД печи определяется из уравнения теплового баланса для 1 кг топлива
где qух - потери тепла с уходящими газами %; qпот - потери тепла стенами печи в окружающую среду принимаем qпот=5 % в том числе 4 % в радиантной и 1 % в конвекционной камерах; qхим и qмех - потери с химическим и механическим недожогом %. Для газообразных топлив qух=qмех=0.
Величина qух рассчитывается по уравнению:
где Qух - потери тепла с отходящими газами кВт; рассчитывается по уравнению
где N Cpm tУХ tВ - температуры уходящих дымовых газов и окружающего воздуха оС.
Средняя молярная теплоемкость определяется при средней температуре от tУХ до tВ по уравнению:
где значения коэффициентов a b c приведены в [7 стр 9].
Принимаем температуру отходящих газов 300 оС или 573 К тогда:
или в долях это составит:
и следовательно КПД печи:
Определяем необходимый расход топлива по формуле:
3.1.6 Скорость продукта на входе в печь
гдеS – внутреннее сечение трубы м2;
m – число параллельных потоков продукта в печи.
3.1.7 Определение поверхности нагрева радиантных труб
Количество тепла переданное продукту через радиантную поверхность определим из уравнения теплового баланса топки
где Т – коэффициент полезного действия топки
GCpm – средняя теплоемкость продуктов горения одного килограмма топлива при температуре газов на выходе из топки;
tp – температура газов на выходе из топки 0С.
Теплосодержание продукта на входе в радиантные трубы определяется по уравнению
где Qk – количество тепла невоспринимаемое конвекционными трубами
Qk = Qпол – Qp (3.20)
Qk = 32505 – 138554 = 186496 кВт
Температуру продукта на входе в радиантные трубы определяем по формуле
Определим ориентировочную поверхность нагрева радиантных труб
Максимальную температуру горения рассчитывается по формуле:
где Т – КПД топки Т =0955.
Принимаем среднюю температуру наружной стенки труб на 30 С больше средней температуры продукта в камере радиации:
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к радиантным трубам для случая теплоотдачи при свободной конвекции можно определить по формуле:
Определяем все величины необходимые для расчета эквивалентной абсолютно черной поверхности для поверхностного горения определяемой по уравнению:
где - функция. зависящая от распределения температур в топке; в среднем = 085.
Количество тепла переданное конвекцией в топке:
QРК =00089213041(1233-908)=37806 кВт.
Потери тепла через стенки топки:
Температуру газа в топке определяем по формуле:
где GCрm - средняя теплоемкость газов в пределах температур от TР и TV (практически можно принять при TP).
Находим степени черноты объема газа и факела - V; трубного экрана Н; и неэкранированной поверхности кладки в топке f
Для расчетов можно принять H = f =09.
где - коэффициент избытка воздуха на перевале; =115.
Угловой коэффициент определяем по справочной литературе = 056.
Размеры радиантной камеры (в м):длина – 990 ширина – 260 высота – 130. Диаметр труб змеевика 140 мм.
Суммарная поверхность кладки:
F = 299130+261302+2699=3325 м2.
Так как известна объемная скорость подачи сырья в радиантные трубы (VОБ=3 ч-1) можем определить объем радиантных труб:
где VС - объемный расход сырья м3ч;
Объемный расход сырья рассчитывается по формуле:
Определяем необходимое число труб:
FТР = 314 01242 4 = 0121м2.
Тогда число труб по формуле (3.32):
Плоская поверхность занимаемая трубами
где n1 - число труб в вертикальном экране равное 35217; s - шаг труб равный 2d = 2014 = 028 м;
Эффективная лучевоспринимающая поверхность определяется из выражения:
где К - угловой коэффициент или фактор формы (коэффициент приведения экранной поверхности и эквивалентной плоской поверхности).
При двухрядном экране двустороннего облучения и s = 2d К=172.
Нл = 172 457 = 786 м2.
Неэкранированная поверхность кладки (при отсутствии пристенных экранов) в данном случае равна:
Степень экранирования топки:
Угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей экрана и кладки определяется в зависимости от отношения НлF. В данном случае:
НлF = 7863325 = 02464; если НлF 05 то FH = Нл F=02464.
Величина F рассчитывается по формуле:
Величина эквивалентной абсолютно черной поверхности:
Определяем температурную поправку для величины теплоотдачи труб:
где Сs - постоянная излучения абсолютно черного тела кВт(м2К)
Принимаем Сs=000577 кВт(м2К).
Определяем величину аргумента излучения:
Характеристика излучения по уравнению
Температура дымовых газов на выходе из топки:
Полученное значение температуры отличается от заданной менее чем на 2 % поэтому пересчетов не делаем.
3.1.8 Расчет конвективной камеры печи пиролиза
Площадь поверхности нагрева конвективных труб определяем по формуле:
Коэффициент теплопередачи в конвективной камере вычисляем по формуле:
где 1 - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к трубам Вт(м2К).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией 1 находят по формуле:
где с - постоянная; для шахматного пучка труб с =033 - коэффициент зависящий от числа рядов труб в пучке; полагая что число рядов будет более 10 принимаем =1; г - коэффициент теплопроводности продуктов сгорания Вт(мК).
Критерий Рейнольдса и Прандтля вычисляем при средней температуре продуктов сгорания в конвективной камере:
tСР = (580 + 960) 2 = 770 oC.
Скорость газов рассчитываем для самого узкого сечения пучка. В камере конвекции устанавливаем трубы с рабочей длиной lтр=55 м наружным диаметром dн=0102 м в одном горизонтальном ряду в шахматном порядке установлено n1= 4 трубы с шагом t=0172 м. Наименьшая площадь свободного сечения составит:
= [( 4 - 1)0172+30102-4 0102]55=228 м2 (3.44)
Линейная скорость продуктов сгорания в самом узком сечении пучка:
w=173872(273+770)(3600273228)=659 мс
Динамическую вязкость смеси рассчитывают по формуле:
Мсмсм=х1М11+ х2М22+ + хiМii (3.45)
где Мсм М1 М2 М см 1 2 х1 х2 хi - молярные доли компонентов в смеси. Значения вязкостей компонентов продуктов сгорания рассчитываем по справочным данным.
Расчет динамической вязкости продуктов сгорания топливного газа представлен в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Расчет динамической вязкости продуктов сгорания
см=275110-7 00682 = 403210-7 Пас.
Плотность продуктов сгорания:
Теплоемкость продуктов сгорания находим по формуле
Сро = а +bt+ cT2 (3.47)
где Сро - молярная теплоемкость при постоянном давлении Дж(мольК); а b c - коэффициенты Т - температура К.
Значения коэффициентов уравнения (3.50) находят из справочной литературы. Расчет средних объемных теплоемкостей продуктов сгорания газового топлива представлен в таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Расчет средних объемных теплоемкостей
Удельная теплоемкость продуктов сгорания:
Критерий Прандтля для двухатомных газов Pr=072 .
Теплопроводность продуктов сгорания определяем по формуле:
=с см Pr =1278403210-7072=00716 Вт(мК). (3.49)
Критерий Рейнольдса:
R e= w d см см = 8093010203215(403210-7) = 65827 (3.50)
Коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле (3.43):
=033(007160102)6582706072033 = 406 Вт(м2К).
Коэффициент теплоотдачи излучением 2 определяем по эмпирическому уравнению Нельсона:
= 0025 tср – 2= 0025 770 – 2 = 1725 Вт(м2К) (3.51)
Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к парогазовой смеси по формуле (3.42):
К=11(406+1725)=636 Вт(м2К).
Температурная схема теплообмена:
tmax=960 - 420=540 оС
tmin=580 - 80=500 оС.
Средняя разность температур между теплоносителями:
tср=(540+500)2=520 оС.
Площадь поверхности нагрева конвективных труб:
F = 2358610 (636520) = 713 м2.
Поверхность одной трубы:
Потребное число труб в камере:
nпот = 713 176 = 44.
Число труб в ряду составляет 4 тогда число рядов
Высота занимаемая трубами в конвективной камере при шаге размещения труб t =0148 м составит:
h = (11-1)0148=148 м.
4 Расчёт емкости для сбора вакуумного газойля
Расход часовой вакуумного газойля через Е-2 на выход с блока получения пека из тяжелой смолы пиролиза составляет кгч.
На рисунке 3.1 представлена схема для расчёт геометрии ёмкости.
Рисунок 3.1 – Схема ёмкости
Для расчёта объёма ёмкости примем полтора часовое удержание продукта в аппарате. Объем рабочий Е-2 составит:
где ρСВ – плотность вакуумного газойля (примем 920 кгм3)
Максимальный расход вакуумного газойля примем 110% от рабочего действительный рабочий объём Е-2 составит.
Так как на паровое пространство остаётся 02 D рассчитаем площадь поперечного сечения аппарата без учёта данного сегмента. На рисунке 3.2 представлена схема расчёта.
Рисунок 3.2 – Схема расчёта площади поперечного сечения
Для расчёта рабочей площади поперечного сечения рассчитаем площадь сегмента выше максимального уровня по следующему уравнению:
где α – угол образованной дуги r – радиус аппарата ST – площадь треугольника с вершинами в центре круга и концах радиусов ограничивающих соответствующий сектор.
где b – длина образованной хорды (по теореме Пифагора ).
Площадь поперечного сечения рабочей зоны рассчитаем как разность площади поперечного сечения всего аппарата и площади отсутствующего сегмента (3.55).
или упростив выражение и подставив значение ST получим:
угол α найдём как 2arccos=2531=1062°.
Принимаем диаметр ёмкости 28 м. Рассчитаем длину аппарата.
5 Расчет насоса Н-4 (подача ТСП в печь П-2)
Необходимую производительность определим по формуле
где m – масса жидкости кгч;
ρ – плотность при температуре перекачки кгм3.
Выбираем насос по ТУ 26-02-766-77 характеристики которого приведены в таблице 3.4.
Таблица 3.4. – Характеристики насоса
Кавитационный запас м ст. жидкости
Потребляемая мощность кВт
Современные нефтеперерабатывающие производства характеризуются все возрастающей сложностью и многообразием операций и оборудования. Управление такими производствами возможно лишь при широком использовании методов и средств автоматизации.
Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической технологии в связи с взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ их агрессивностью и токсичностью с необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду. Указанные особенности высокая чувствительность к нарушениям заданного режима наличие большого числа точек контроля и управления процессом а также необходимость своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке воздействия на процесс в случае отклонения от заданных по регламенту условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить качественное ведение процесса вручную.
Поэтому в настоящее время эксплуатация процессов нефтеперерабатывающей промышленности без автоматизации практически немыслима.
1 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования
Для автоматизации установки выбрана система АСУТП.
Основным регулируемыми параметром печи является температура на выходе и также в зоне конвекции. Уменьшение значения температуры приведёт к не эффективному процессу пиролиза (П-1) и процесса термополиконденсации (П-2). Поэтому регулирование расхода газа обеспечивает оптимальный режим работы ректификационной колонны и реактора термополиконденсации.
1.2. Паровой барабан Е-1.
Основным регулируемыми параметром парового барабана является уровень. Увеличение уровня жидкости поступающей в паровой барабан с ректификационной колонны ведет к неэффективному разделению пара от конденсата. Уровень жидкости обеспечивает нормальную работу аппарата.
1.3. Емкость для сбора вакуумного газойля Е-2.
Основным регулируемыми параметром емкости является уровень. Увеличение уровня жидкости поступающей в емкость с вакуумной колонны ведет к розливу продукта. Уровень жидкости обеспечивает нормальную работу аппарата.
1.4. Ректификационная колонна К-1.
Основной задачей регулирования ректификационной колонны является поддержание оптимальных условий для проведения процесса ректификации безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха колонны К-1;
- расход ТСП из ректификационной колонны К-1;
- расход рециркулята из реактора Р-1;
Управляющим воздействием для регулирования давления в колонне является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в колонне расход ТСП.
Регистрируется температура верха и низа колонны.
1.5. Реактор термополиконденсации Р-1.
Основной задачей регулирования реактора является поддержание оптимальных условий для проведения процесса термополиконденсации безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха реактора Р-1;
- расход ТСП в реактор Р-1;
- расход рециркулята с реактора Р-1;
Управляющим воздействием для регулирования давления в реакторе является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в реакторе расход ТСП.
Регистрируется температура верха и низа колонны.
1.6. Вакуумная колонна К-2.
Основной задачей регулирования вакуумной колонны является поддержание оптимальных условий для проведения процесса доотпарки нежелательных тяжелых фракций дистиллята (фр. 250-500oС) не отпарившихся в реакторе при 05-06 МПа безопасной работы установки. Поэтому регулируемыми величинами являются:
- давление верха колонны К-2;
- расход целевого продукта (пек) из колонны К-2;
Управляющим воздействием для регулирования давления в колонне является изменение расхода газов регулирования уровня жидкости в колонне расход целевого продукта (пека).
2 Выбор и обоснование средств автоматизации
Основное сырье двумя потоками (бензин и этан) центробежными насосами Н-2 Н-3 подается в двухсекционную печь П-1. Предусмотрен контроль расхода перед печью приборами FIRC - 301302.
Нагрев в печи П-1 осуществляется за счет подачи газового топлива. Температура сырья на выходе из печи регулируется каскадной системой регулирования АСУТП приборами TIRC - 101 104.
В последствии происходит смешение двух потоков который смешивается с ТСП а затем подается в низ ректификационной колонне К-1 сверху которой уходят пары газов С1-С6 на ГФУ образующееся в кубовой части колонны К-1 ТСП идет в печь П-2 предварительно смешиваясь с водным конденсатом (в качестве турболизатора) расход которых регулируется приборами FIRC - 305 и 303 соответственно.
Температура в печи регулируется расходом топливного газа при помощи каскадной системы регулирования АСУТП приборами TIRC - 111112. Затем подогретое сырье в печи П-2 подается на всас насоса Н-6 и дальнейшей подачи в верх реактора термополиконденсации Р-1 предварительно регулируется расход приборами FIRC - 307.
В реакторе Р-1 происходит процесс термополиконденсации где регистрируется температура в каждой из зон реактора приборами TIR - 113 116. Уровень жидкости в реакторе регулируется расходом рециркулята из Р-1 приборами LIRCA - 403. Давление в Р-1 регулируется расходом ГЖС приборами PIRCA - 203. Затем полученный продукт из Р-1 подается в вакуумную колонну К-2 где происходит доотпаривание нежелательных тяжелых фракций дистиллята. Температура в вакуумной колонне К-2 регистрируется приборами TIR - 117118. Давление в вакуумной колонне К-2 регулируется приборами PIRCA - 204. Уровень в вакуумной колонне К-2 регулируется приборами LIRCA - 404.
После вакуумной колонны К-2 целевой продукт идет на всас шестеренчатого насоса Н-8 после которого выводиться с установки целевой продукт.
Таблица 4.2 - Выбор и обоснования средств автоматического регулирования
Наименование и характеристика прибора
Интеллектуальный преобразователь температуры Метран-288-E цифровой HART. Пределы допускаемой основной погрешности ±°С: аналогового сигнала 07; цифрового сигнала 04.
Датчик избыточного давления Метран-100-ДИ 1160. Ряд верхних пределов измерения: 30; 10; 6; 4; 25; 16; 10; 06 МПа. Выходной сигнал: аналоговый 4-20 мА; цифровой HART
Датчик разности давлений Метран-100-ДД 1496. Ряд верхних пределов измерения: 630; 400; 250; 160; 100; 63; 40; 25 кПа. Основная погрешность измерений: до ±01% от диапазона. Выходной сигнал: аналоговый 4-20 мА; цифровой HART
Диафрагма камерная стандартная
Система сигнализации уровня жидкости Sapphire
Реле уровня Sapphire
3 Описание работы схем автоматического контроля и регулирования
Для решения задач АСУТП по управлению и защите выбрана распределенная система управления фирмы “Honeуwell” на базе двух контроллеров для управления процессом и одного контроллера для противоаварийной защиты установки.
Принцип действия датчиков давления основан на изменение сопротивления чувствительного элемента - кремниевого резонатора. Датчик давления предназначен для измерения избыточного давления различных сред: жидкости газа и пара.
Датчики уровня предназначены для работы в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами с взрывоопасными условиями производства и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - уровня жидкости или уровня границы раздела жидких фаз как нейтральных так и агрессивных сред в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
Датчик состоит из измерительного блока и электронного преобразователя.
В измерении расхода используется принцип перепада давления. Перепад давления происходит на сужающем устройстве (диафрагма) вмонтированного в трубопровод.
Датчик перепада давления предназначен для измерения расхода (при диафрагменном методе измерения).
Для измерения температура применяем термопреобразователи хромель-алюмелевые.
В качестве исполнительных механизмов установлены пневматические клапана оснащённые электропневматическими позиционерами. Пневматический сигнал поступает в мембранную коробку привода. Мембрана через жёсткий центр крепится к штоку. При поступлении пневматического сигнала шток начинает линейно двигаться и тем самым открывает или закрывает клапан в зависимости от направления движения (вверх или вниз). Позиционер также обеспечивает пропорциональность движения клапана.
АСУТП (АСУ ТП) предназначены для оптимизации технологических процессов производств и повышении их эффективности путем использования современных средств вычислительной и микропроцессорной техники эффективных методов и средств контроля измерения и управления.
Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) - совокупность аппаратно-программных средств осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса.
Одними из главных преимуществ АСУТП является снижение вплоть до полного исключения влияния так называемого "человеческого фактора" на управляемый процесс сокращение персонала минимизация расходов сырья и энергоресурсов повышение качества конечного продукта и в конечном итоге - существенное повышение эффективности производства.
Автоматизация призвана осуществлять управление технологическими процессами. В технологическом процессе многие операции которые выполняет человек можно отдать на выполнение программно-техническому комплексу состоящему из системы датчиков управляющих элементов контроллеров и промышленных компьютеров. При проведении на предприятии комплекса работ по автоматизации резко сокращается количество людей вовлеченных в весь технологический процесс повышается количество выпускаемой продукции снижается вероятность брака изделий.
Технические преимущества автоматизации состоят:
в возможности автоматического оперативного сбора технологической информации оперативного диспетчерского контроля и управления исполнительными устройствами;
автоматическое документирование и архивирование процесса с возможностью последующего анализа любой его стадии в том числе и оценки действий персонала и представление информации в удобном для оператора виде;
возможность создания контуров управления объектами с меняющимися во времени характеристиками а также систем адаптивного управления и реализации алгоритмов нечеткой логики.
Экономические преимущества использования автоматизации в производстве вытекают из технических преимуществ.