Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Химическая технология переработки нефти и газа»

Контрольная работа

По теме:

«Необходимость прокаливания сырого кокса. Типы прокалочных печей. Изменение структуры кокса при прокаливании»

Студент IV-ЗФ-19 «» ------------------- А.А. Ермаков

Преподаватель «» ------------------ Е. О.Жилкина

Самара 2013

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Введение стр 3

2. Необходимость прокаливания сырого кокса стр 4

3. Изменение структуры кокса при прокаливании стр 6

4. Принципиальная технологическая схема процесса прокаливания

нефтяного кокса с автоматизацией стр 9

5. Список используемой литературы стр 11

ВВЕДЕНИЕ

Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов и ростом производств, использованием агрегатов большой мощности, усложнением технологических схем, предъявлением повышенных требований к получаемым продуктам.

При автоматизации химико-технологических процессов и производств технологическое оборудование оснащается приборами, регуляторами, управляющими машинами и другими устройствами. Для этого тщательно изучается технологический процесс, выявляются величины, влияющие на его протекание, находятся взаимосвязи между ними. В соответствии с заданной целью составляется схема регулирования или управления технологическим процессом. При необходимости ослабления или учета внутренних взаимосвязей, а также повышения качества регулирования используют многоконтурные системы или управляющие вычислительные машины.

Для каждого конкретного случая, для конкретных условий и требований, предъявляемых к функциям и точности средств измерения, выбираем свой метод и свои средства измерения.

На установке прокалки кокса предусмотрена система автоматического контроля и регулирования. Пневматическая передача показаний и сигналов более удобна, чем гидравлическая и безопаснее электрической, в отношении пожаров и взрывов.

В процессе прокалки для получения прокаленного кокса необходимого качества, нужно соблюдать постоянство многих факторов, в число которых входят: температура и давление.

Конечной целью автоматизации данного проекта является создание полностью автоматизированного производства, где роль человека сведется к принятию управленческих решений, составлению режимов и программ технологических процессов, к контролю за работой приборов, ЭВМ и их наладке.

1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПРОКАЛИВАНИЯ СЫРОГО КОКСА.

Сырой кокс из сырьевого бункера, в прокалочную печь, загружается по желобу с ручной регулировкой толщины слоя кокса. Дымовые газы отводятся через дымоход, расположенный над сводом печи. Загружаемый кокс сразу попадает в зону с высокой температурой - около 1000 С. Благодаря этому из кокса в течение нескольких минут удаляется влага, а потом происходит пиролитическое разложение смолистых веществ, выделяющихся из кокса при температуре 500 С и выше. Перепад температур между отходящими дымовыми газами и прокаленным коксом достигает 85 - 100 С и более

Схема принципиальной установки изображена на рис 1.

. Рис 1.

Сырой кокс практически не проводит электрического тока, при нагревании и прокалке его электросопротивление снижается. Изменение электросопротивления слоя кокса в зависимости от температуры нагрева предварительно изучали в лабораторных условиях, нагревая слой кокса в тигельной печи. Сырые коксы были прокалены в лабораторных печах при различных температурах, моделирующих промышленную технологию. Печи откоксованы в стандартных кубиках и полученные коксы прокалены при температурах использования анодов в электролизерах. Сырой кокс из загрузочной течки печи попадает в зону с температурой греющих газов 700 - 900 С и быстро нагревается. Вследствие этого значительно изменяется гранулометрический состав прокаленного материала: если в сыром коксе количество кусков размером 25 - 50 мм составляет 40 - 50 %, то после прокаливания оно уменьшается. Сырой кокс из сырьевого бункера в прокалочную печь загружается по желобу с ручной регулировкой толщины слоя кокса. Дымовые газы отводятся через дымоход, расположенный над сводом печи. Загружаемый кокс сразу попадает в зону с высокой температурой - около 1000 С. Благодаря этому из кокса в течение нескольких минут удаляется влага, а потом происходит пиролитическое разложение смолистых веществ, выделяющихся из кокса при температуре 500 С и выше. Перепад температур между отходящими дымовыми газами и прокаленным коксом достигает 85 - 100 С и более.

Сырой кокс, поступающий из бункера в шахту печи, проходит последовательно через три зоны: подогрева, обессеривания и, охлаждения. Выгрузка обессеренного кокса - порционная. Сырые коксы были прокалены в лабораторной печи при стандартных условиях. Пеки были откоксованы в стандартных кубиках и полученные коксы прокалены при температурах обжига анодов. Бункеры-накопители сырого кокса оборудован сигнализаторам. Из загрузочной воронки кокс самотеком подается на первую ступень нагрева - на наклоншй вращающийся вокруг вертикальной оси под печи. Скорость поступления кокса определяется высотой его слоя и скоростью вращения пода. Перемещение кокса на поде от загрузки к выгрузочной шахте осуществляется II скребками, сдвигающими кокс на шфжу скробка после каждого пода.

2. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ КОКСА ПРИ ПРОКАЛИВАНИИ.

Выход сырого кокса из малосернистого сырья составляет 14 - 16 %, а из сернистого - 20 - 21 % от сырья коксования; выход обессеренного кокса - 84 %, а прокаленного - 78 % от общего количества сырого кокса. Истираемость сырого кокса зависит от содержания в нем летучих веществ: чем выше выход летучих, тем выше истираемость кокса. Кроме того, истираемость зависит от формы и размера поверхности испытуемых образцов. Куски с острыми углами и выступами разру - шаются в большей степени, чем куски окатанной формы. Термообработка сырого кокса при температурах 500 - 1300 С приводит к дальнейшим деструктивным превращениям углеводородного каркаса, в результате чего кокс постепенно обогащается углеродом. Удаление низкомолекулярных соединений, отрываемых от этого углеродного материала в ходе термообработки начинается с выделения углеводородных газов. Выше 800 С основным компонентом газов термообработки является водород. В этих условиях степень удаления серы незначительна. Если для сырых коксов 1 и 3 Кинт отличается в 2 5 раза, то для этих же коксов, прокаленных при 1300 С, Кинт различается в 23 раза. Процесс прокаливания сырого кокса осуществляется с целью придания коксовому сырью свойств, необходимых для получения обожженного анода с высокими эксплуатационными характеристиками. При прокаливании удаляются влага и летучие, происходит усадка материала и уплотнение его структуры, формируется кристаллическая решетка и изменяются физико-химические свойства. Качественные характеристики сырых коксов показывают, что с увеличением давления содержание серы и зольность изменяются незначительно, плотность возрастает, а содержание летучих веществ уменьшается. Повышение давления положительно сказывается и на свойствах кокса после его термообработки. В структуре сырого кокса сера прочно связанна с углеродом. Но так как энергия связи сера-углерод значительно ниже энергии связи углерод-углерод, в процессе прокалки появляются разорванные связи. Этим объясняется более высокая адсорбционная способность и концентрация кислородных групп на единице внешней поверхности у сернистых коксов по сравнению с малосернистыми коксами.

Американские спецификации на сырой кокс менее жестки, чем отечественные, как по содержанию влаги, летучих, так и по количеству зольных компонентов. Подобраны УСЛОВИЯ съемки сырого кокса в высокотемпературной камере ГПВТ-1500. Установлено, что на стадии карбонизации коксов наибольшие структурные преобразования наблюдаются в интервале 600 - 900 С. Было исследовано качество сырых коксов, прокаленных в лабораторной печи при стандартных условиях (t 1300, 5ч) и в промышленных печах. Подобраны УСЛОВИЯ съемки сырого кокса в высокотемпературной камере ГПВТ-1500. Установлено, что на стадии карбонизации коксов наибольшие структурные преобразования наблюдаются в интервале 600 - 900 С. Анализируя физико-химические свойства сырых коксов, отметим, что с увеличением температуры коксования плотность образцов кокса возрастает, а содержание летучих веществ в них снижается. Значения этих показателей взаимосвязаны: чем меньше летучих веществ в коксе, тек больше его плотность. Очевидно, низкий процент выхода кокса с ростом температуры коксования связан, вероятно, с уменьшением содержания летучих веществ.

В каждую камеру подводится сырой кокс и подогретый до 400 С воздух. За счет тепла сгорания кокса нагреваются трубы змеевика, расположенные в каждой камере печи в два ряда, в шахматном порядке. В соответствии со схемой сырой кокс из загрузочного бункера подается в верхнюю часть шахты электрокальцинатора сечением 300 600 мм. В этом месте организована фурменная подача холодного или предварительно нагретого до 700 - 800 С воздуха, что обеспечивает Горение летучих веществ и части кокса с нагревом кокса. В зависимости от качества сырого кокса деструктивные преобразования проходят неодинаково.

На стадии прокаливания выделяется энергия в результате чего общий запас энергии продуктов реакции будет меньше, чем у исходного кокса. На стадии прокаливания выделяется энергия. Содержание летучих и серы в сырых коксах составляло 7 3 - 10 3 и 3 85 – 0,34 соответственно. Показатель содержания летучих веществ в сырых коксах является одним из важнейших показателей качества. Кроме того, для определения качества сырого кокса иногда используются и другие характеристики, такие как пикнометрическая плотность (13 - 1 4 г / см3); насыпная плотность (фракция 1 4 - 2 4 мм должна иметь насыпную плотность 0 61 - 0 72 кг / м3), удельное электросопротивление (не более 3 7 - 1010 - Ом - мм2 / м) и др. В то же время показатель истинной (пикнометрической) плотности после прокаливания используется, как правило, для характеристики прокаленного кокса. Сырой кокс из емкости пневмотранспортом подается в бункер и через регулятор расхода (питатель) по стояку поступает в верхнюю ступень реактора, в которой проводится предварительная прокалка кокса до температуры 650 - 750 G дымовыми газами, поступающими из нижних ступеней. Между первой и второй ступенями предусмотрена подача холодного воздуха на дожиг части летучих и окиси углерода. С выходом летучих веществ тесно связана действительная плотность сырых коксов. Необходимо отметить, что ранее НПЗ в части качества нефтяных сырых коксов руководствовались ГОСТ 22898 - 78 и выполняли его требования. К категории высокосернистых коксов условно можно отнести: по сырым коксам - коксы производства Перми, Новоуфимска, Новокуйбышевска, по прокаленным - производства Атырау. Идентичность компонентов солей морской воды и солей, отмытых из сырого кокса, свидетельствует о переходе солей морской воды при гидрорезке в кокс. Остальная зола связана с высокой зольностью сырья коксования. Это обстоятельство свидетельствует о необходимости тщательной подготовки сырья с точки зрения снижения его зольности.

Требования к хранению прокаленного кокса отличаются от требований к хранению сырого кокса. Этот кокс достаточно мелкий и сильно пылит. Исходя из этого, прокаленный кокс необходимо хранить только в закрытых складах бункерного типа. Характерным для прокаленного кокса является высокая сыпучесть, поэтому зависания его при опорожнении бункеров не происходит. Изменения структуры коксов непосредственно в процессе нагрева исследованы нами на двух сырых коксах - рядовом и игольчатом с Красноводского НПЗ. Изменения структуры коксов непосредственно в процессе нагрева исследованы нами на двух сырых коксах - рядовом и игольчатом с Красноводскрго НПЗ. Изменения структуры коксов непосредственно в процессе нагрева исследованы нами на двух сырых коксах - рядовом и игольчатом с Красноводского НПЗ. Как мягкие (легкодробящиеся), так и твердые (труднодробящиеся) сырые коксы, которые состоят из мелких кристаллитов, имеющих низкую степень упорядоченности, обладают различной степенью изотропности механических свойств, которая способствует получению при дроблении зерен неодинаковой изометричной формы. Различная склонность этих коксов к упорядочению в процессе прокаливания обусловливает получение пластинчатых (волокнистых) зерен при дроблении мягких коксов и зерен сфероидальной (точечной) формы при измельчении твердых коксов. При наличии двух структур (волокнистой и точечной) частицы кокса разрушаются преимущественно по участкам волокнистой структуры. При прессовании электродной продукции плоские частицы кокса ориентируются вдоль направления давления, что вызывает увеличение анизотропии структуры в электродной массе и улучшает качество готовых электродов. Система обработки и транспорта кокса на установках замедленного коксования служит для подготовки сырого кокса к дальнейшей переработке и неразрывно связана с системой гидроудаления кокса из реакторов коксования. Выбор и конструктивное оформление систем обработки и транспорта нефтяного кокса определяются многими факторами.

До последнего времени считалось что свойства прокаленного кокса определяются в основном свойствами исходного сырого кокса, а не условиями прокаливания. В связи с этим основные усилия ученых концентрировались на подборе сырья и совершенствовании технологии коксования, а все усовершенствования процесса прокаливания ограничивались в основном улучшением его экономики, в конце 70 - х годов в печати стали появляться работы указывающие на возможность получения кокса обладающего высокой кажущейся плотностью в низким коэффициентом КТР. На большой экспериментальной основе установлено отрицательное влияние повышенного содержания летучих веществ в сырых коксах на их качество после прокаливания. С повышением содержания летучих веществ снижаются действительная, объемная плотности и механическая прочность сырых коксов.

3.ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМАПРОЦЕССА ПРОКАЛИВАНИЯ НЕФТЯННОГО КОКСА С АВТОМАТИЗАЦИЕЙ.

В рамках данной схемы может быть несколько вариантов технологического оформления процесса, получающихся в результате совмещения отдельных стадий, т. е. осуществления двух и более стадий в одном аппарате. Например, сушку и удаление летучих веществ можно производить в прокалочной печи. Совмещение позволяет упростить технологическую схему установки, снизить капитальные затраты и повысить продолжительность межремонтного цикла работы. Все это в большинстве случаев, по-видимому, может компенсировать некоторое снижение производительности, повышение «угара» кокса и усложнение конструкции отдельных аппаратов. Для правильного выбора технологической схемы в каждом конкретном случае должно быть выполнено технико-экономическое сравнение вариантов технологической схемы. Выбор технологической схемы должен быть увязан с типом и конструкцией прокалочной печи. Установка включает блоки прокаливания и охлаждения кокса, пылеулавливания и утилизации тепла и склад готового продукта. На установке предусмотрены полный дожиг пыли и летучих веществ, утилизация тепла с получением водяного пара. Важным элементом технологической схемы установки является предварительный подогрев воздуха до 400—450°С, позволяющий уменьшить потери кокса от угара. Этому также способствует предварительная сушка или обезвоживание исходного сырья. Вращающаяся печь (трубчатая печь, барабанная печь), промышленная печь цилиндрической формы с вращательным движением вокруг продольной оси, предназначенная для нагрева сыпучих материалов с целью их физико-химической обработки. Барабанная вращающаяся печь для прокалки кокса замедленного коксования выполнена в противоточном исполнении, с прямой передачей энегрии, т. к. обработка материала происходит при непосредственном контакте материала с газом-теплоносителем. Движение материала осуществляется за счет наклона оси вращения печи. Теплоносителем является топочный газ, образующийся при горении газообразного топлива. В барабанной печи сжигается газообразное топливо непосредственно в рабочем пространстве и греющие газы движутся навстречу обрабатываемому материалу. Металлический барабан, футерованный огнеупорным кирпичом, устанавливают под небольшим углом к горизонту на опорные ролики. Барабан приводят во вращение электродвигателем через редуктор и открытую зубчатую передачу. Шихту загружают со стороны головки. Сухую шихту подают механическими питателями. Топливо (10—30% от массы шихты) вводят через горелки (форсунки), помещённые в горячей головке. Здесь же выгружают готовый продукт, направляемый в холодильник. Газы из барабанной печи очищают от пыли (возгонов) в системе циклонов и печи дожига пыли. Для улучшения условий теплопередачи в ряде случаев футеровку печей выполняют сложной формы, например ячейковой. Основные размеры барабанной печи по ГОСТ 11875—88. D = 3200 мм; F = 310,0 м2; V = 387,0 м2; n = 6,02 об/мин, 361,2 об/ч; N = 250 кВт. Производительность прокалочной печи достигает 17 т/ч готового продукта. Наблюдается тенденция к соединению барабанных печей с различными теплообменными аппаратами, что позволяет при повышении технико-экономических показателей работы печей уменьшать их размеры. Расчет барабанной печи сводится к определению условного диаметра печи (внутреннего диаметра футеровки) и рабочей длины барабана. Выбранная по каталогу печь, проверяется на теплонапряженность (возможность передачи в ней теплоты от газа-теплоносителя и нагретой футеровки к материалу). Высокая удельная производительность, надежность в работе, простота эксплуатации гарантируют оптимальное применение оборудования и делают его незаменимым во многих отраслях промышленности.

Принципиальная технологическая схема процесса прокаливания нефтяного кокса с автоматизацией (рис 2.)

Рис 2.

5.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Л.И. Заботин «Химия и технология процессов глубокой переработки нефти» 2010г.

2. Д.И.Бендеров, Н.Т Походенко «Процесс замедленного коксования в необогреваемых камерах»1976г.

3. Ахметов С.А. «Технология глубокой переработки нефти и газа». Уфа: Гилем, 2002г

Дата добавления: 2015-10-21