Техническая характеристика и устройство основных аппаратов

Пневмотранспорт катализатора.

Способ передвижения сыпучих материалов в виде взвеси в газовоздушном потоке носит название пневмотранспорта.

На установке 43−102 подъем отработанного и регенерируемого катализатора производится смесью воздуха и дымовых газов. Система пневмотранспорта включает:

• 1) турбовоздуходувки;
• 2) топки под давлением для нагрева воздуха;
• 3) воздуховоды;
• 4) загрузочные устройствадозёры;
• 5) стволы пневмоподъемников;
• 6) сепараторы с циклонами;
• 7) бункер-подогреватель;
• 8) катализаторопроводы;
• 9) устройство для катализаторной мелочи.

На установке имеются три турбовоздуходувки, смонтированные вместе с обслуживающими их электромоторами на плитах.

Воздух от двух турбовоздуходувок используется для транспорта отработанного и регенированного катализатора. Третья турбовоздуховка обслуживает регенератор. Топки под давлением предназначены для нагрева воздуха нагнетаемого в регенератор и пневмоподъемники. Каждая топка представляет собой горизонтальный аппарат цилиндрической формы, состоящий из камеры сгорания топлива и камеры смешения, где происходит смешение холодного воздуха с горячими дымовыми газами. Топки снаружи изолированы. В каждой топке установлена форсунка для сжигания жидкого топлива.

Cмесь дымовых газов с воздухом поступает по воздуховодам большого диаметра к месту ее потребления. Воздуховоды изготовляются из углеродистой листовой стали. На воздуховодах установлены заслонки.

Для устойчивого вертикального движения катализатора в стволе подъемника средняя скорость смеси воздуха с дымовыми газами должна быть более высокой, чем скорость витания катализатора.

Скорость витания частиц катализатора соответствует такой скорости транспортируещего газа, при которой катализатор и не поднимается вверх, и не падает вниз (витает).

При скорости порока смеси воздуха с дымовыми. газами, близкой к скорости витания (9−11 м/сек. для шарикового катализатора) режим работы пневмотранспорта неустойчив. Режим работы подъемника поддерживается таким, чтобы скорость движения гранул катализатора не превышала 15 м/сек. Дальнейшее увеличение скорости вызывает усиленный износ катализатора вследствие более интенсивного соударения его гранул и ударов их о стенки.

Дозировка подачи катализатора проводится при помощи штурвала, который поднимает и опускает подвижную гильзу. Для направления движения катализатора по центру пневмоподъемника внутри дозёра установлена конусная наставка.

Дозёр является частью пневмоподъемников катализатора. Ствол подъемника состоит из отдельных звеньев. По высоте ствол имеет два тормозных участка. Торможение движения катализатора достигается увеличением диаметра ствола. Конец ствола входит в бункер-сепаратор, где происходит отделение катализатора от пыли и смеси воздуха с дымовыми газами. Катализатор поступает в бункер, а катализная пыль уносится горячей смесью воздуха с дымовыми газами. Отделение катализной пыли производится при помощи мультициклонов, которые установлены в верхней части бункеров — сепараторов.

Катализная пыль по пылепроводам поступает в емкость для пыли, а смесь воздуха с дымовыми газами сбрасывается в атмосферу. Контроль за нормальной работой системы пневмотранспорта ведется по давлению воздуха в дозёре.

Наличие крошки в порошке катализатора нежелательно. Поэтому при работе установки крошка непрерывно удаляется из массы катализатора в сепараторе мелочи. Последний состоит из двух частей. Первая часть представляет собой полый цилиндр, через который проходит катализатор в разреженном потоке. В слой катализатора подается снизу воздух для отдувки катализной мелочи и крошки (мелкие 2 мм в поперечнике). Воздух вместе с катализной мелочью и крошкой поступает во вторую часть, где установлены четыре мультициклона. Во второй части мелочь и крошка отделяется от воздуха и поступает в емкость, а воздух сбрасывается в атмосферу.

Катализатор, содержащий избыток влаги, при быстром нагреве разрушается.

Поэтому до ввода в поток горячего циркулирующего на установке катализатора свежего катализатора из него надо удалить адсорбированную влагу. Подсушивают катализатор постепенно в бункере — подогревателе, сушилке или нагретыми газами.

Система пневмотранспорта обеспечивает циркуляцию катализатора 50−60 тонн.

Регенерация катализатора.

При контактировании с сырьем активность катализатора быстро уменьшается вследствие отложения кокса в его порах.

Катализатор регенерирует в строго контролируемых условиях, обычно в интервале температур 540−680^оС. При температурах выше 700^оС катализатор перегревается, а внутренние металлические элементы регенератора, теряя механическую прочность и усиленно окисляясь, деформируются и разрушаются. При температуре ниже 540^ОС процесс сжигания кокса протекает недостаточно быстро. Скорость сжигания кокса повышается с увеличением:

температуры процесса регенерации;

содержания кислорода в газах;

размера пор катализатора.

Операторы должны строго контролировать температурный режим регенератора, чтобы, с одной стороны, не перегревать катализатор, а с другой стороны — не допускать вывода из регенератора недостаточно освобожденного от кокса катализатора. Скорость сгорания кокса возрастает также с увеличением давления в регенераторе. Катализатор поступает сверху через бункер 1 и, спускаясь по рукавам, равномерно распределяется по горизонтальному сечению аппарата, заполненному по всей высоте катализатором. Горячий воздух, необходимый для поддержания горения кокса в регенераторе, поступает из двух наружных, размещенных по обе его стороны, вертикальных воздуховода из-под желобов, входит в слой катализатора каждой секции, а продукты горения отводятся через газовые короба 3 в дымовую трубу.

Для предупреждения чрезмерного повышения температуры в регенераторе между воздушными и газовыми коробами расположены охлаждающие змеевики 4, в которые подается вода. Катализатор после выжига кокса проходит через выравнивающие устройства 5, обеспечивающие равномерное движение катализатора по поперечному сечению регенератора, а затем по трубе 6 отводится из нижней части аппарата к дозёру пневмоподъемника.

В регенераторе имеется 9 секций. Три верхние имеют одинаковое конструктивное устройство для равномерного распределения воздуха по поперечному сечению регенератора, а также устройства для сбора и вывода продуктов сгорания. Нижние секции, кроме этих устройств имеют змеевики для охлаждения катализатора, расположенные в конце каждой секции, т. е. ниже распределителя воздуха. Змеевики собраны из бесшовных стальных труб малого диаметра. Трубы между собой — гнутыми двойниками.

Назначение девятой секции — охлаждение катализатора до требуемой температуры. Здесь размещается охлаждающий змеевик с более развитой поверхностью. Часть тепла, выделяется при сжигании кокса, отводится водой, непрерывно прокачиваемой через трубы охлаждающих змеевиков.

Бесперебойная эксплуатация регенератора — одно из основных условий нормальной работы установки.

От нормальной работы регенератора во многом зависит качество и количество получаемых продуктов, а также другие показатели. Ранее были приведены данные, характеризующие работу регенератора.

Необходимо стремиться к выполнению более полной регенерации катализатора, глубину выжига кокса следует доводить до остаточного кокса не более 0,2−0,3%.

На степень регенерируемости катализатора большое влияние оказывает температура его на выходе и регенератора. При температуре 540−560⁰С регенерация катализатора идет очень легко, если же она выше 580 ⁰С, то ухучшается, нарастает остаточный кокс.

При чрезмерно высокой температуре каталиатора, поступающего в регенератор, сокращается выход ьензиновых фракций, увеличивается газообразвание и повышается содержание непредельных углеводородов в гае и в бензине.

Основные аппараты установки а) Реактор.

Этот аппарат предназначен для непрерывного контактирования паров сырья с горячим каталиатором. Реактор (рис.1) состоит из трех частей: верхней 1 — бункера для катализатора, средней 2 — промежуточной емкости (для разгрузки катализатора во время остановки установки на ППР) и реакционной зоны 3 — собственно реактора.

Рабочие условия в реакторе: температура до 580 ОС, давление избыточное в реакционной зоне 0,07 Мпа (0,7 кг/см²), во всех остальных частях атмосферное.

Нижняя реакционная часть аппарата с внутренними устройствами выполняется из стали 1Х18Н9Т, все остальные части — из углеродной стали марки Ст. 3. Диаметр 3928 мм, высота — 16 350 мм, объем -120м³.

Катализатор поступает в раствор через патрубок 4, заполняет бункер и по напорному стояку 5 направляется в верхнее распределяющее устройство 6 реакционной зоны.

Верхнее распределительное устройство предназначено для равномерного распределения катализатора, ссыпающегося из напорного стояка в реализационную камеру. Высота слоя катализатора регулируется наставными трубами (удлинителями) 7 длиной 1800 мм. Удлиняя или укорачивая их перед пуском установки в эксплуатацию, можно менять высоту слоя катализатора в реакционной зоне реактора.

Горячие пары сырья поступают из змеевиков печи через патрубок 8 в зону реакции, в пространство между наставными трубами. Это пространство ограничено сверху днищем, а снизу слоем катализатора. Разделительное устройство состоит из нескольких рядов колпачков 11, равномерно расположенных по высоте вертикальных труб 10. Последние имеют под каждым колпачком отверстия для отвода продуктов реакции. Выходя из вертикальных труб 10, продукты реакции — пары, попадают в свободное от катализатора пространство и через патрубок 13 выходят из реактора в ректификационную колонну.

Катализатор, проходя мимо колпачков, попадает в перегонные трубы 14 и проходит по ним в зону отпарки 15, куда через патрубок 16 подается перегретый водяной пар с целью удаления содержащихся в катализаторе у/в-х паров, а затем на тарелку нижнего распределительного выравнивающего устройства 12. Тарелка выравнивателя потока имеет 64 отверстия диаметром 108 мм, отводы из которых соединяются между собой по четыре и переходят на выходе из раствора в катализаторопровод диаметром 300 мм.

Устройству выравнивателя потока придается большое значение, т.к. в случае различной скорости движения отдельных порций катализатора будет происходить неравномерное отложение на нем кокса.

На выходе катализатора из бункера в реактор установлен счетчик расхода катализатора, показания которого передаются на главный щит, находящийся в операторной. В бункере также установлен шнек для счетчика скорости движения катализатора. Кроме того, реактор оборудован приборами для замера и записи температуры по всей высоте реакционной зоны — вверху и внизу аппарата и для замера и записи температуры поступающего в него сырья. Регистрируются также внутреннее давление в реакторе. Управление задвижками, установленными у корпуса аппарата и связанными с работой реактора, производится вручную.

б) Регенератор В регенераторе происходит непрерывный выжиг кокса, отложившегося в реакторе на катализаторе с восстановлением активности катализатора.

Снаружи аппарат изолирован, внутри футерован огнеупорным кирпичом. Рабочие условия в регенераторе: температура от 480 до 680С, давление 800 мм вод.столба. Корпус выполнен из Ст. 3. Длина — 3530 мм, высота — 25 465 мм, ширина — 3530 мм.

Для подачи воздуха в регенератор на установках имеются турбовоздуходувы высокого давления (производительность — 30 000 м³ в час, напор — 900 мм вод. ст., число оборотов — 1460 в минуту).

Для контроля за температурным режимом регенератора в каждой секции имеется по 8 термопар. На входе воздуха в регенератор устанавливается расходомер воздуха. Количество циркулируемого через регенератор катализатора, замеряется прибором, помещенным в бункере для отработанного катализатора, который так же как реактор оборудован уровнемером катализатора. Как видно из рис. 2 выравниватель потока катализатора имеет конструкцию, аналогичную применяемой в реакторе, но над тарелкой выравнивателя потока установлены колосниковые решетки, предотвращающие засорение отверстий кусками изоляции и др. предметами.

Схема регенератора в) Дозер Из реактора в регенератор катализатор перемещается при помощи дымового газа, а из регенератора в реактор — при помощи горячего воздуха. Нижняя часть пневмоподъемника, называемая дозёром (дозатором), служит для попадания катализатора в поток газа. Из дозера поток газа с катализатором поднимается по стояку, водная часть которого входит в бункер-сепаратор. Разное увеличение поперечного сечения ведет к выпадению частиц катализатора из потока. Из бункера-сепаратора воздух или дымовой газ выбрасывается в атмосферу, а катализатор по катализаторопроводу ссыпается в бункер соответственно реактора или регенератора. Скорость газовой струи с катализатором 14−20 м/с. кроме того в систему пневмоподъема входят трубовоздуходувки и топки, которые служат для подогрева воздуха и получения дымового газа посредством сжигания топлива под давлением. Дозер изготовлен из материала сталь 15, диаметр 1120/1350 мм, высота 6185 мм, температура 550С, давление 0,6 кгс/см². Вверхней части дозёр имеет линзовые компенсаторы, а на отметке 11 м пневмоствол оборудован сальниковым устройством. На рис. 8. показано принципиальное устройство дозера.

Дозатор пневмоподьемника г) Паровой котел — утилизатор Для использования части избыточного тепла, выделяется при сжигании кокса в реакторе, устанавливают котел — утилизатор, предназначенный для производства водяного пара. Поверхность нагрева этого котла выполнена в виде параллельно включенных змеевиков, расположенных в регенераторе. Образовавшийся в змеевиках водяной пар отделяется от циркулирующей воды в барабане котла — утилизатора. Пар направляется из барабана в паропровод, а вода возвращается насосом в охлаждающие змеевики регенератора.

Выполнен из Ст. 3. Давление — 3,2 МПа (32 кгс/см²), температура 200−230С, диаметр -1400 мм, длина — 5436 мм.

д) Трубчатая печь П-2.

Трубчатая печь предназначена для нагрева сырья за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. В печи две камеры — радиантная и конвекционная. По сырью печь двухпоточная. Змеевики печи собраны из труб одинаковой длины, соединенных двойниками. В каждой камере радиации имеются потолочный и подовый экраны. В начале сырье проходит двумя параллельными потоками трубы конвекционной камеры, а затем трубы подового и потолочного экранов. Форсунки жидкого и газообразного топлива размещены в муфелях, раскаленные огнеупорные стенки которых улучшают процесс горения топлива и способствуют более полному его сгоранию с небольшим избытком воздуха. В подовом экране имеется 44 трубы размером 102 8 12 100 мм, в потолочном — 50 труб 127 8 12 100 мм, материал труб — легированная сталь марки Х5М.

Производительность печи по сырью равна 1000 тонн в сутки, полезная тепловая нагрузка 10 млн. ккал/ час, коэффициент полезного действия 0,6. Печь типовая, двухскатная, см. рис. 11 и 12.

е) Ректификационная колонна К-1.

Предназначается для разделения поступающих из реактора газов и паров на следующие три продукта: смесь газа и бензиновых паров, легкий каталитический газойль и тяжелый каталитический газойль.

Этот аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический изолированный снаружи сосуд, установленный на бетонном фундаменте. Внутри колонны имеются 24 колпачковые (желобчатые) тарелки, каскадные тарелки (внизу колонн вводом потока из реактора), и решетка для поддержания слоя керамических колец (высотой 1м). На верхнюю тарелку колонны подается орошение — нестабильный бензин. С верху колонны отводятся пары бензина, газы и водяные пары. С одной или двух желобчатых тарелок колонны отбирается дистиллят легкого катализационного газойля в отпарную колонну К-2. Тяжелый катализаторный газойль отводится с низа ректификационной колонны. Каскадные тарелки орошаются циркулирующим нижним продуктом колонны — тяжелым газойлем. Циркулирующий тяжелый газойль охлаждается в топках, отдавая тепло потоку сырья. Колонна оборудована приборами для замера и записи температуры, давления и уровня жидкости внизу колонны. Колонна выполнена из Ст. 15к, давление 0,6 кгс/см², температура низа 400С, верха — 100С, высота 27 230 мм, диамер — 3824 мм.

Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкости. Процесс осуществляется в ректификационных колоннах с тарелками или насадкой. Сырье в колонну подается (пар, жидкость или парожидкая смесь как в процессе каталитического крекинга) ниже середины. Эта зона называется эвапорационной, т.к. в ней происходит эвапорация — однократное испарение смеси на паровую и жидкую фазы. Часть колонны, расположенная выше ввода сырья называется концентрационной, а ниже — отгонной. Сверху ректификационной колонны в паровой фазе вводится целевой продукт, необходимой чистоты — ректификат, а снизу — жидкость — остаток.

Для осуществления процесса ректификации в колонне необходимо создать восходящий поток паров и нисходящий поток жидкости. Первый создается за счет теплоты, подаваемой в отгонную часть колонны, второй — за счет орошения, вводимого в концентрационную часть. Как уже было сказано выше, ректификационная колонна должна быть оборудована специальными устройствами для создания контакта между восходящим и нисходящим потоками, так называемыми тарелками. Имеется много различных типов тарелок. В колонне каталитического крекинга 43−102 применены колпачковые (желобчатые) тарелки. Схема работы колпачковой тарелки изображена на рис. 12. Тарелка представляет собой металлический диск, в котором имеется множество отверстий для прохода паров. По периметру отверстий закреплены бортики определенной высоты — стаканы, благодаря которым на тарелке поддерживается определенный слой жидкости.

Сверху стаканы накрываются колпачками. Между верхним срезом стакана и колпачком имеется зазор для прохода паров, поступающих с нижележащей тарелки. При работе колпачки погружены в слой жидкости, и вследствие этого образуется гидравлический затвор, через который барботируют пары.

Схема работы колпачковой тарелки Уровень жидкости на тарелках поддерживается сливными перегородками, нижняя часть которых доходит до следующей тарелки. Избыток жидкости по сливным перегородкам спускается на нижележащую тарелку.

Желобчатые тарелки просты по конструкции, легко монтируются, однако имеют малую площадь барботажа (около 30% от площади тарелки). Что способствует увеличению скорости паров и уносу флегмы. На вновь строящихся установках они не применяются, а на действующих часто заменяются тарелками более совершенных типов.

ж) Газосепаратор Газосепаратор представляет собой (рис.15) цилиндрический вертикальный аппарат, предназначен для отделения сконденсированного бензина от газа и конденсата водяного пара. Одновременно газосепаратор является емкостью для бензина, направляемого на защелачивание и далее в товарный парк.

Вверху газосепаратора имеется отбойная тарелка, на 0,5 м заполнена кольцами Рашига, для отделения от потока жирного газа капель жидкости, которая по переточной трубе диаметром 100 мм. стекает вниз.

Такую же роль играет и каплеотбойник 3, внутри установлена вертикальная перегородка 6, прилегающая к нижнему днищу газосепаратора и разделяющая аппарат на 2 части. В одной из них отстаивается вода, которая дренируется в канализацию по мере накопления через регулирующий уровень клапан, другая часть является аккумулятором для обезвоженного бензина. Жирный газ сверху газосепаратора отводится к газовым компрессорам для дальнейшей переработки или сбрасывается на факел. Корпус аппарата выполнен из стали марки Ст. 3 и снабжен необходимыми штуцерами. Диаметр газосепаратора 2440 мм, высота 7570 мм, объем 37, 7 м³, диаметр газохода каплеотбойника 3 — 700 мм.

з) Теплообменные аппараты Теплообменные аппараты широко используются практически на всех установках нефтеперерабатывающего завода. Они классифицируются по характеру теплообменивающихся сред. Теплообмен может происходить между двумя жидкими средами, между паром (газом) и жидкостью, между двумя газовыми (паровыми) средами.

По принципу действия теплообменники подразделяются на аппараты непосредственного смешения, где охлаждение (или нагрев) продукта происходит за счет прямого контакта с охлаждающей (назревающей) средой, и аппараты поверхностного типа, в которых теплообменивающиеся среды разделены стрелкой.

Аппараты поверхностного типа, используемые в нефтеперерабатывающей промышленности, по способу компоновки в них теплообменной поверхности подразделяются на следующие виды: а) погруженные (на установке Т-4, Т-5, Т-6); б) типа труба в трубе (Т-2, Т-3); в) кожухотрубчатые; г) аппараты воздушного охлаждения (Т-8).

Погруженные теплообменники занимают много места, характеризуются низкими коэффициентами теплопередачи.

Теплообменники типа труба в трубе (рис.7) легко разбираются для чистки и могут быть применены для любой разности температур теплообменивающихся сред.

Схема теплообменника На установках типа 43−102 применяются теплообменники типа «труба в трубе», в которых наружный диаметр теплообменных труб равен 57 мм, а кожуховых -108, общая поверхность теплообмена (определяется по наружному диаметру теплообменных труб) составляет 45 м².

К Пособию прилагаются также технологическая схема современного нефтеперерабатывающего завода (Рис. 17.) и взаимное расположение реактора и регенератора на установке 43−107 (Рис. 18.) Московског НПЗ.