Повышение эффективности работы установок термического крекинга за счет применения мелкодисперсных катализаторных суспензий
ВВЕДЕНИЕ
Потребление энергии является важным для существования и развития современной цивилизации. С развитием химической промышленности, энергетики, транспорта особое значение приобрели добыча и переработка нефти и газа с целью получения многих веществ, необходимых в народном хозяйстве. Нефть представляет собой природную дисперсную систему жидких углеводородов, в которой растворены газообразные и твердые вещества [1]. Добычу нефти осуществляют из нефтяных пластов с глубины до 7000 м и более. По итогам 2022 года добыча нефти в России составила 535,2 млн. тонн, что на 2% больше, чем в 2021 году. Переработанная нефть достигла 272 млн тонн, что на 3% ниже показателя 2021 года, часть нефти перерабатывается в моторное топливо (бензин и дизельное топливо), а остальное составляют мазут различных марок и тяжелые нефтяные остатки (гудрон, мазут и вакуумный газойль) [2]. Современные нефтеперерабатывающие предприятия представляют собой комплекс производственных цехов
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА 6
1.1.1. Назначение и краткая характеристика процесса 6
1.1.2. Химизм процесса 8
1.1.3. Механизм реакций уплотнения 12
1.1.4. Описание основных технологических параметров, влияющих на процесс 14
1.1.5. Основы термодинамики термического крекинга 20
1.1.6. Описание кинетики термического крекинга 21
1.2. Сравнение существующих промышленных технологий 23
1.2.1. Висбрекинг 23
1.3. Характеристика сырья и готовой продукции 26
1.4. Описание технологической схемы процесса, реализуемого СНПЗ 28
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 38
2.1. Характеристика сырья и получаемых продуктов 38
2.2. Исходные данные для расчёта 40
2.3. Материальный баланс установки 40
2.4. Расчёт трубчатой печи 42
2.5. Расчёт реакционной камеры 43
2.6. Расчёт сырьевых теплообменников 48
2.7. Лабораторный контроль на установке 50
3. МОДЕРНИЗАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ НА СНПЗ ТЕХНОЛОГИ-ЧЕСКОЙ СХЕМЫ ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО КАТАЛИЗАТОРА 61
3.1. Сравнение катализаторов КМК-5, КМК-10, ZSM-5 62
3.1.1. Описание цеолитов структурного типа – ZSM-5 62
3.1.2. Описание катализатора КМК-10 в режиме легких и средних температур 66
3.1.3. Описание низкотемпературного каталитического термокрекинга в присутствии КМК-5 70
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 75
4.1. Расчет капитальных затрат 75
4.2. Материальный баланс установки 78
4.3. Расчет фонда зарплат 80
4.4. Расчет затрат на содержание и эксплуатацию оборудования 83
4.5. Расчет себестоимости продукции установки 84
4.6. Расчет экономической эффективности 85
5. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 88
5.1. Мероприятия по безопасной эксплуатации установки 88
5.1.1. Анализ опасности технологического процесса, опасные и вредные производственные факторы 88
5.1.2. Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда 90
5.1.3. Мероприятия по производственной санитарии и гигиене труда 92
5.1.3.1. Нормирование параметров микроклимата 92
5.1.3.2. Организация воздухообмена в производственных помещениях 94
5.1.3.3. Организация производственного освещения 95
5.1.3.4. Защита работающих от шума и вибраций 96
5.1.4. Средства индивидуальной защиты 97
5.1.5. Противопожарные мероприятия 98
5.2. Мероприятия по охране окружающей среды на установки 100
5.2.1. Мероприятия по охране атмосферного воздуха 100
5.2.2. Мероприятия по охране и рациональному использованию вод 101
5.2.3. Мероприятия по охране и рациональному использованию земельных ресурсов и почвенного покрова 103
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
1. Вержичинская С.В., Дигуров Н.Г., Синицин С.А. Химия и технология нефти и газа: учебное пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: ФОРУМ, 2009. – 400 с.: ил. – (Профессиональное образование).
2. https://neftegaz.ru/news/finance/770112-a-novak-predstavil-skorrektirovannye-dannye-po-rezultatam-raboty-rossiyskogo-tek-v-2022-g/
3. Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб: ХИМИЗДАТ, 2007. – 944 с.: ил.
4. Документация технологического процесса технологический регламент АО «СНПЗ». Установка термического крекинга ТК-3 цеха № 1. №П1-02.02 ТО ДТП-ТР-0003-2021 ЮЛ-039.
5. Заботин Л.И. Химия и технология вторичных процессов переработки нефти: Учеб. пособие/ Л.И. Заботин. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т,2014, - 332 с.: 86 ил.
6. Каминский, Э.Ф. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты / Э.Ф. Каминский, В.А. Хавкин.- М.: Издательство «Техника». ООО«ТУМА ГРУПП», 2001.- 384с.
7. Варфоломеев, Д.Ф. Висбрекинг нефтяных остатков / Д.Ф. Варфоломеев, В.В. Фрязинов, Г.Г. Валявин.- М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982.- 52с.
8. Документация технологического процесса технологический регламент АО «СНПЗ». Установки термического крекинга ТК-4 цеха № 1. П1-02.02 ТО ТР-0004-2015 ЮЛ-039.
9. В. Демина. Ингибитор коксования Dewaxol (ГК «Миррико») / Нефтепереработка и нефтехимия. – 2018. – № 10. – С. 102-104.
10. Т. М. Мурзагалеев. Превращение тяжелого углеводородного сырья в присутствии цеолитных катализаторов различного структурного типа / А. В. Восмериков, А. К. Головко // Институт химии нефти. – 2011. – № 3. – С. 113-116.
11. А. К. Мановян. Технология переработки природных энергоносителей. – М.: Химия, КолосС, 2004. – 456 с.
12. Сергиенко С. Р., Таимова Б. А., Талалаев Е. И. Высокомолекулярные неуглеводородные соединения нефти. Смолы и асфальтены. – М.: Наука, 1979. – 269 с.
13. Василенко В. В., Калугин В. М., Гюль
ООО «КИНЭКС» совместно с кафедрой «Химическая технология пе-реработки нефти и газа» Самарского государственного технического университета (г. Самара) провели тестовые испытания катализатора КМК-10 в режиме лёгких и средних температур в процессе термокрекинга с использованием в качестве сырья вакуумных погонов одного из региональных НПЗ. При этом рабочие температуры, как правило, не превышали 440 С, давление поддерживалось 10-45 ати. Разработанный тонкодисперсный катализатор одноразового применения позволяет при относительно низких температурных условиях режима термокрекинга (висбрекинга) при стандартном времени контакта и малой подаче катализатора на перерабатываемое сырьё (от 0,005 до 0,05 % мас.) достигать до 70 % об. выхода светлых углеводородов (газ, нафта, реактивное и дизельное топливо) практически при отсутствии каких-либо капитальных затрат (кроме узла ввода катализатора КМК). Основное направление в работе катализатора серии «КМК» сделано на снижение рабочих температур процесса каталитического термокрекинга для избежания негативных процессов коксования аппаратуры и на снижение энергоёмкости установки. Получаемые светлые крекинг-дистилляты достаточно легко перерабатываются до товарного уровня по сере и непредельным углеводородам на традиционных установках гидроочистки моторных топлив.
Пробные испытания по определению возможностей катализатора в режиме термокрекинга проводились специально на тяжёлом вакуумном погоне как наиболее «грязном» продукте, чтобы выявить наиболее слабые места в самой технологии. В качестве сырья был взят тяжёлый вакуумный погон с установки АВТ одного из региональных НПЗ Самарской области. Рабочую температуру процесса варьировали от 420 до 460 С, расход катализатора на сырьё менялся от 1,0 до 0,005 % мас. Время выдержки в автоклаве при отмеченных температурах всегда составляло 30 мин, что отвечает требованию технологического регламента типовых установок термокрекинга.
На первом этапе исследований при крекировании тяжёлого вакуумного газойля расход катализатора на сырьё установили предельно возможным (1,0 % мас.) из-за опасения закоксовывания аппаратуры. В то же время первоначальную температуру установили достаточно лояльную — 420 С. После получения выхода светлых продуктов на уровне 68,0 % об. дальнейшее повышение температуры процесса не производили.