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

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.

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 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.

Качество сырого кокса показано ниже. 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 (табл. 4) 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 (табл. 2), 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 кокое, тек больше его плотность. Очевидно, низкий процент выхода кокса с ростом температуры коксования связан, вероятно, с уменьшением содержания летучих веществ.

Схема трубчатой печи с кипящим слоем порошкообразного кокса.

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 до ЮОО С. В зависимости от качества сырого кокса деструктивные преобразования проходят неодинаково.

На стадии прокаливания (переход сырого кокса К в прокаленный кокс О) выделяется энергия (ЛЯО, в результате чего общий запас энергии продуктов реакции будет меньше, чем у исходного кокса.

Энергетическая диаграмма углеродистого вещества в процессе его графитацни.

На стадии прокаливания (переход сырого кокса К в прокаленный кокс О) 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 (секцию) 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.

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 6 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 изометрич-ной 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 (рис. 23) 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 (ед), объемная (do) плотности и механическая прочность (МП) сырых коксов.

Принципиальная технологическая схема процесса прокаливания нефтяного 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.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.А.А.Гурееев, Жоров Ю.М., Е.В.Смидовичь «Производство высокооктановых бензинов» 1981 г.

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

3. В.Е. Емельянов «Автомобильные бензины с улучшенными экологическими свойствами» - «Химия и технология топлив и масел» 1995 г.

Дата добавления: 2015-10-21