Unité de cokéfaction retardée : projet, principe de fonctionnement, calcul de puissance et matières premières

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Les unités de cokéfaction retardée sont la solution matérielle la plus courante pour le raffinage du pétrole lourd. Leur dispositif comprend 2 modules principaux - réacteur, où la matière première est chauffée et cokéfiée, et traitement mécanique. La conception des usines s'effectue par étapes et comprend le calcul et la sélection des équipements de traitement, la détermination des indicateurs techniques et économiques.

Destination

Le processus technologique de cokéfaction est l'un des moyens de raffinage du pétrole. Son objectif principal est d'obtenir de gros coke de pétrole grumeleux. Il existe 3 méthodes de cokéfaction utilisées dans l'industrie:

1. Périodique, au cube. La matière première est chargée dans un appareil horizontal, chauffée avec une chambre de combustion en dessous, puis calcinée pendant 2-3 heures. Après cela, le four est refroidi et le produit fini est déchargé. Cette méthode est la plus simple et la moins productive.
2. Continu. Cette méthode est encore au stade de développement industriel.
3. Semi-continu, actuellement reçule plus répandu.

Les unités de cokéfaction ultra-retardées sont le dernier type d'équipement de traitement. Dans ceux-ci, la matière première est préchauffée dans un four, puis transférée dans des chambres de réaction non chauffées, qui ont une couche d'isolation thermique pour maintenir la température requise. Le nombre et la taille des réacteurs, la puissance des fours affectent les performances de toute la centrale.

L'exploitation de la première DCU en Russie a commencé en 1965 à Ufaneftekhim. Le cokeur retardé de l'usine est toujours en activité aujourd'hui. Après la reconstruction en 2007, sa productivité est d'environ 700 à 750 000 tonnes/an en termes de masse de matières premières transformées.

Produits finis

Les substances suivantes sont obtenues lors des tests par ultrasons, à l'exception du coke:

• gaz de cokéfaction (utilisés comme combustible de procédé ou transformés pour obtenir une fraction propane-butane);
• essence;
• distillats de coke (carburant, matière première de craquage).

Sur les machines de test à ultrasons domestiques, le rendement en coke est de 20 à 30 % en poids. Cet indicateur dépend principalement de la qualité des matières premières. L'industrie métallurgique connaît le plus grand besoin de ce produit (production d'anodes et d'électrodes, d'aluminium, d'abrasifs, de carbures, de matériaux carbone-graphite, de ferroalliages). Outre la première Ufa DCU, d'autres unités de cokéfaction retardée ont également été construites en Russie: à la raffinerie d'Omsk, Novokuibyshevsk Refinery, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, à la société pétrochimique d'Angarsk, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Matières premières

Les matières alimentaires pour la cokéfaction sont divisées en 2 groupes: les produits de la première et de la deuxième transformation. Les substances suivantes sont utilisées comme matières premières dans les unités de cokéfaction différée:

• mazout;
• demi-tar;
• tar;
• brai de goudron;
• asph alte et autres produits pétroliers industriels;
• résidus de charbon liquide;
• pyrolyse lourde et goudron de schiste;
• résidus de craquage thermique;
• bitume de pétrole et huiles lourdes.

Les résidus d'huile hautement aromatisés sont la matière première la plus courante à l'heure actuelle.

Influence sur les paramètres technologiques

Les paramètres suivants de la cokerie dépendent des propriétés des matières premières:

• efficacité de la chambre de réaction;
• qualité des produits reçus;
• coca;
• conditions pour le processus.

Les paramètres de matières premières les plus importants sont:

• Cokéfaction, en fonction de la teneur en substances asph alto-résineuses. La valeur de cokéfaction doit être comprise entre 10 et 20 %. Avec une valeur plus petite, le rendement en coke diminue, et avec une valeur plus grande, des dépôts s'accumulent à l'intérieur des serpentins dans les fours. La capacité de cokéfaction est déterminée par la masse du résidu solide dans le creuset après y avoir chauffé l'échantillon de produit pétrolier.
• Densité.
• Composition chimique. Deles impuretés nocives qui ont le plus grand impact sur la qualité du coke émettent du soufre (il ne doit pas dépasser 1,5% en poids). Selon la destination du coke dans le procédé technologique, il est préférable d'utiliser différents types de matières premières. Ainsi, pour obtenir une structure fibreuse du produit final, on utilise des matériaux à base de paraffine.

Le rendement en coke est proportionnel à la densité de la charge et à la teneur en asph altène.

Étapes de cokéfaction

Le processus technologique dans les unités de cokéfaction retardée est long et continu, de l'approvisionnement en matières premières au déchargement du produit fini. Classiquement, il se divise en 3 étapes:

1. Réactions de décomposition, formation de fractions de distillat, intermédiaires, condensation.
2. Réduction significative de la teneur en hydrocarbures insaturés dans les gaz, augmentation du poids moléculaire des composants résiduels, réactions de cyclisation.
3. Augmentation de la teneur en asph altènes dans le résidu jusqu'à 26 %, réduction de la quantité de résines et d'huiles. Convertissez les résidus liquides en coke solide.

Classement

Il existe 2 principaux types d'unités de cokéfaction retardée selon leur disposition: monobloc et double bloc.

Parmi les centrales à deux blocs, il existe 4 types, qui se caractérisent par les caractéristiques de conception et technologiques suivantes:

1. Diamètre intérieur des chambres de cokéfaction – 4,6 m Fours de chauffage à tente, quatre chambres fonctionnant par paires. Le kérosène et le gazole obtenus lors du processus de cokéfaction sont utilisés pour le chauffage.
2. Cocachambres Ø 5,5 m. Matière première - fiouls de distillation directe avec introduction d'hydrocarbures hautement aromatiques, qui augmentent le rendement d'un produit de qualité.
3. Réacteurs en acier allié Ø 5,5 m, hauteur 27,6 m, fours tubulaires avec torche de pose volumétrique, vannes aériennes de section augmentée, jauges de niveau radioactif permettant d'enregistrer l'emplacement de la séparation des phases coke-mousse. La dernière innovation permet de mieux utiliser le volume utile du réacteur. Fourniture de turbulateurs avec additifs détergents pour réduire la cokéfaction des coils, gasoil refroidi dans les tubes de direction.
4. Chambres de réaction Ø 7 m, hauteur 29,3 m. Entrée axiale de la matière première dans les réacteurs, système hydraulique de déchargement du coke avec télécommande, grues électriques, entrepôts avec stockage au sol.

Équipement appliqué

Les équipements équipés d'installations de ce type sont répartis dans les groupes suivants en fonction de leur objectif:

1. Technologiques, directement impliqués dans le processus de cokéfaction (fours, équipements de colonne, échangeurs de chaleur, chambres de réacteur, cubes, réfrigérateurs, pompes, canalisations, instrumentation, robinets et autres vannes d'arrêt et de commutation).
2. Eaux usées - collecte et traitement de l'eau pour le retour au cycle de travail (opérations de refroidissement et d'extraction de coke).
3. Équipement pour décharger le coke des chambres (cubes). Dans les installations mécanisées modernes, il peut être de type mécanique et hydraulique (élingues, treuils, peignes, couteaux, tiges, tours, manchons en caoutchouc).
4. Dispositifs pour le transport et le traitement du produit fini (goulottes et rampes de réception, grues, convoyeurs, alimentateurs, concasseurs, entrepôts).
5. Machines et équipements pour la mécanisation du travail.

Lors de la conception des cokeries retardées, il est nécessaire d'examiner attentivement la conception des chambres de réaction et des fours, car la durée du cycle de travail dépend de la fiabilité de leur fonctionnement.

Paramètres de processus

Les principaux paramètres de la technologie de cokéfaction sont:

• Taux de recirculation, défini comme le rapport de la charge totale des serpentins de réaction des fours à la charge de l'ensemble de l'installation en termes de matières premières. Avec une augmentation de sa valeur, le rendement en coke, gaz et essence de haute qualité augmente, mais la quantité de gazole lourd diminue.
• Pression dans la chambre de réaction. Sa diminution entraîne une augmentation du rendement en gazole, une diminution du rendement en coke et en gaz, et une augmentation du moussage.
• Température de processus. Plus il est grand, plus la qualité du coke est élevée en termes de quantité de substances volatiles, de résistance et de densité. La valeur maximale est limitée par le risque de cokéfaction du four et des canalisations, réduisant la durabilité des serpentins. Chaque type de matière première a sa propre température optimale.

La construction d'unités de cokéfaction retardée est associée à des coûts d'investissement élevés. Par conséquent, le plus souvent, la reconstruction d'un complexe d'équipements déjà fonctionnel est effectuée. Ceci est réalisé en réduisant le cyclecokéfaction, introduction de nouvelles chambres de réaction ou réduction du taux de recirculation.

Principe de fonctionnement

Les unités de cokéfaction retardée sont constituées d'un ou plusieurs groupes de chambres appariées, dans lesquelles une chambre fonctionne au stade de la production de coke, et l'autre au déchargement ou dans un état intermédiaire. Le processus de décomposition du matériau source commence dans un four tubulaire, où il est chauffé à 470-510 °C. Après cela, la matière première entre dans des chambres non chauffées, où elle est profondément cokéfiée en raison de la chaleur qui l'accompagne.

Les hydrocarbures gazeux et liquides sont évacués pour une séparation fractionnée dans une colonne de distillation. Le coke entre dans le département de traitement mécanique, où il est déchargé, trié et transporté. Un puits est foré dans la couche du produit fini et une fraise hydraulique y est placée. Ses buses fonctionnent sous pression jusqu'à 20 MPa. Des morceaux de coke séparé tombent sur une plate-forme de drainage où l'eau est drainée. Le produit est ensuite broyé en petits morceaux et séparé en fractions. Ensuite, le coke est déplacé vers l'entrepôt.

Le schéma de principe de l'échographie est représenté sur la figure ci-dessous.

Chambres à coke

Les chambres sont un réacteur, qui est la base de toute l'installation. Le cycle de fonctionnement de la chambre est généralement de 48 heures, cependant, ces dernières années, des appareils à ultrasons fonctionnant en modes 18 et 36 heures ont été conçus.

Un cycle de fonctionnement du réacteur comprend les opérations suivantes:

• chargement des matières premières, processus de cokéfaction (1 jour);
• off (1/2 heure);
• traitement hydrothermal (2,5 heures);
• refroidissement à l'eau du produit, élimination de l'eau (4 heures);
• décharger le produit (5 heures);
• étanchéité des regards, test de pression à la vapeur chaude (2 heures);
• chauffage aux vapeurs d'huile, passage au cycle de travail (3 heures).

Design

Le projet d'unité de cokéfaction retardée est développé dans l'ordre suivant:

• détermination de la productivité requise, t/an;
• analyse de la base de ressources;
• établir un bilan matière théorique du procédé de cokéfaction pour différents types de matières premières;
• détermination des principaux flux de matières;
• développement du concept d'installation;
• justification de la taille et du nombre de réacteurs;
• déterminer la durée de remplissage d'une chambre avec du coke et son calcul hydraulique, établir un programme de fonctionnement du réacteur;
• calculs de la charge de température sur la chambre;
• calcul des chambres de convection et de rayonnement;
• développement de la disposition de la ligne de production;
• calculs technologiques des autres équipements principaux (colonne de distillation, fours, réfrigérateurs, etc.);
• développement d'un système de surveillance et de contrôle, choix des outils d'automatisation;
• description des dispositifs de protection d'urgence;
• développement des aspects environnementaux et des mesures de sécurité;
• détermination d'indicateurs économiques (coûts du capital, nombre de personnel de service, masse salariale,coûts de production des matières premières et des matières auxiliaires, effet économique annuel, coût du produit).

Le calcul de la capacité de l'unité de cokéfaction retardée sur une base annuelle est effectué selon la formule:

N=P x t, où P est la capacité de l'usine, t/jour;

t est le nombre de jours ouvrés dans une année.

La sortie du produit en termes physiques selon les options de base et de conception est déterminée en fonction du bilan matière de l'installation.