Unidad de coquización retardada: proyecto, principio de funcionamiento, cálculo de potencia y materias primas

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Las unidades de coquización retardada son la solución de hardware más común para la refinación de petróleo pesado. Su dispositivo incluye 2 módulos principales: reactor, donde la materia prima se calienta y se coquiza, y procesamiento mecánico. El diseño de plantas se realiza por etapas e incluye el cálculo y selección de equipos de proceso, la determinación de indicadores técnicos y económicos.

Destino

El proceso tecnológico de coquización es una de las formas de refinar el petróleo. Su finalidad principal es la obtención de grandes coques de petróleo grumosos. Hay 3 métodos de coquización usados en la industria:

1. Periódica, en cubos. La materia prima se carga en un aparato horizontal, se calienta con una caja de fuego debajo y luego se calcina durante 2-3 horas. Después de eso, el horno se enfría y el producto terminado se descarga. Este método es el más simple y el menos productivo.
2. Continuo. Este método se encuentra todavía en la etapa de desarrollo industrial.
3. Semicontinuo, recibido actualmenteel más extendido.

Las unidades de coquización ultrarretardada son el último tipo de equipo de proceso. En ellos, la materia prima es precalentada en un horno, para luego ser trasladada a cámaras de reacción sin calefacción, las cuales cuentan con una capa de aislamiento térmico para mantener la temperatura requerida. El número y tamaño de los reactores, la potencia de los hornos afectan el rendimiento de toda la planta.

La operación de la primera DCU en Rusia se inició en 1965 en Ufaneftekhim. El coquizador retardado de la planta todavía está en funcionamiento hoy. Después de la reconstrucción en 2007, su productividad es de unas 700-750 mil toneladas/año en términos de masa de materias primas procesadas.

Productos finales

Las siguientes sustancias se obtienen mediante pruebas ultrasónicas, a excepción del coque:

• gases de coque (utilizados como combustible de proceso o procesados para obtener la fracción propano-butano);
• gasolina;
• destilados de coque (combustible, materia prima de craqueo).

En las máquinas de prueba ultrasónicas domésticas, el rendimiento de coque es del 20-30% por peso. Este indicador depende principalmente de la calidad de las materias primas. La industria metalúrgica experimenta la mayor necesidad de este producto (producción de ánodos y electrodos, aluminio, abrasivos, carburos, materiales de carbono-grafito, ferroaleaciones). Además de la primera DCU de Ufa, también se han construido otras unidades de coquización retardada en Rusia: en la refinería de Omsk, refinería de Novokuibyshevsk, LLC LUKOIL-Volgogradneftepererabotka, LUKOIL-Permnefteorgsintez, LUKOIL-Permnefteorgsintez, en la Compañía Petroquímica de Angarsk, NOVOIL OJSC (Ufa), TANECO PJSC (Nizhnekamsk).

Materias primas

Los materiales alimenticios para coquización se dividen en 2 grupos: productos de procesamiento primario y secundario. Las siguientes sustancias se utilizan como materia prima en las unidades de coquización retardada:

• aceite combustible;
• medio alquitrán;
• alquitrán;
• brea de hulla;
• asf alto y otros productos industriales del petróleo;
• residuos de carbón líquido;
• pirólisis pesada y alquitrán de esquisto;
• residuos de craqueo térmico;
• Betunes de petróleo y aceites pesados.

Los residuos de aceite altamente aromatizados son la materia prima más común en la actualidad.

Influencia en los parámetros tecnológicos

Los siguientes parámetros de la planta de coque dependen de las propiedades de los materiales de alimentación:

• eficiencia de la cámara de reacción;
• calidad de los productos recibidos;
• salida de coca cola;
• condiciones para el proceso.

Los parámetros más importantes de la materia prima son:

• Coquización, según el contenido de sustancias asfálticas-resinosas. El valor de coquización debe estar en el rango de 10-20%. Con un valor menor, el rendimiento de coque disminuye, y con uno mayor, los depósitos se acumulan dentro de las bobinas en los hornos. La capacidad de coquización está determinada por la masa del residuo sólido en el crisol después de calentar en él la muestra del producto petrolífero.
• Densidad.
• Composición química. Delas impurezas nocivas que tienen el mayor impacto en la calidad del coque emiten azufre (no debe ser más del 1,5% en peso). Dependiendo del propósito del coque en el proceso tecnológico, es preferible utilizar diferentes tipos de materias primas. Así, para obtener una estructura fibrosa del producto final, se utilizan materiales a base de parafina.

La producción de coque es proporcional a la densidad de alimentación y al contenido de asf altenos.

Etapas de cocción

El proceso tecnológico en las unidades de coquización retardada es largo y continuo, desde el suministro de materias primas hasta la descarga del producto terminado. Convencionalmente, se divide en 3 etapas:

1. Reacciones de descomposición, formación de fracciones destiladas, productos intermedios, condensación.
2. Reducción significativa del contenido de hidrocarburos insaturados en los gases, aumento del peso molecular de los componentes residuales, reacciones de ciclación.
3. Aumento del contenido de asf altenos en el residuo hasta un 26%, reducción de la cantidad de resinas y aceites. Convertir residuos líquidos en coque sólido.

Clasificación

Hay 2 tipos principales de unidades de coquización retardada según su diseño: monobloque y doble bloque.

Entre las plantas de dos bloques, existen 4 tipos, que se caracterizan por el siguiente diseño y características tecnológicas:

1. Diámetro interno de las cámaras de coquización: hornos de calentamiento de carpa de 4,6 m, cuatro cámaras que funcionan en pares. El queroseno y el gasóleo obtenidos durante el proceso de coquización se utilizan para calefacción.
2. Coca-Colacámaras de Ø 5,5 m Materia prima - aceites combustibles de primera destilación con la introducción de hidrocarburos altamente aromáticos, que aumentan el rendimiento de un producto de calidad.
3. Reactores de acero aleado Ø 5,5 m, altura 27,6 m, hornos tubulares con soplete volumétrico, válvulas en cabeza de sección aumentada, indicadores de nivel radiactivo que permiten registrar la ubicación de la separación de fases coque-espuma. La última innovación ayuda a aprovechar mejor el volumen útil del reactor. Suministro de turbuladores con aditivos detergentes para reducir la coquización de bobinas, gasóleo refrigerado en tubos de dirección.
4. Cámaras de reacción Ø 7 m, altura 29,3 m, entrada axial de materia prima a los reactores, sistema hidráulico de descarga de coque con control remoto, grúas eléctricas, depósitos tipo piso.

Equipo aplicado

Los equipos, que están equipados con instalaciones de este tipo, se dividen en los siguientes grupos según su finalidad:

1. Tecnológicos, directamente involucrados en el proceso de coquización (hornos, equipos de columna, intercambiadores de calor, cámaras de reactores, cubos, refrigeradores, bombas, tuberías, instrumentación, grifos y otras válvulas de corte y conmutación).
2. Aguas residuales: recogida y tratamiento de agua para su retorno al ciclo de trabajo (operaciones de refrigeración y extracción de coque).
3. Equipos para descarga de coque de cámaras (cubos). En las modernas instalaciones de mecanizado, puede ser de tipo mecánico e hidráulico (eslingas, cabrestantes, peines, cizallas, varillas, torres, manguitos de caucho).
4. Dispositivos para el transporte y procesamiento del producto terminado (tolvas y rampas de recepción, grúas, transportadores, alimentadores, trituradoras, almacenes).
5. Máquinas y equipos para la mecanización del trabajo.

Al diseñar plantas de coquización retardada, es necesario considerar cuidadosamente el diseño de cámaras de reacción y hornos, ya que la duración del ciclo de trabajo depende de la confiabilidad de su operación.

Parámetros del proceso

Los principales parámetros de la tecnología de coquización son:

• Ratio de recirculación, definido como la relación entre la carga total de los serpentines de reacción de los hornos y la carga de toda la planta en materia prima. Con un aumento en su valor, aumenta el rendimiento de coque, gas y gasolina de alta calidad, pero disminuye la cantidad de gasóleo pesado.
• Presión en la cámara de reacción. Su disminución conduce a un aumento en el rendimiento de gasóleo, una disminución en el rendimiento de coque y gas, y un aumento en la formación de espuma.
• Temperatura de proceso. Cuanto más grande es, mayor es la calidad del coque en términos de cantidad de sustancias volátiles, su fuerza y densidad. El valor máximo está limitado por el riesgo de coquización del horno y de las tuberías, reduciendo la durabilidad de las bobinas. Cada tipo de materia prima tiene su propia temperatura óptima.

La construcción de unidades de coquización retardada está asociada con altos costos de capital. Por lo tanto, la mayoría de las veces se lleva a cabo la reconstrucción de un complejo de equipos que ya funciona. Esto se logra reduciendo el ciclocoquización, introduciendo nuevas cámaras de reacción o reduciendo el ratio de recirculación.

Principio de funcionamiento

Las unidades de coquización retardada constan de uno o más grupos emparejados de cámaras, en los que una cámara opera en la etapa de producción de coque y la otra en la descarga o en un estado intermedio. El proceso de descomposición del material de origen comienza en un horno tubular, donde se calienta a 470-510 °C. Después de eso, la materia prima entra en cámaras sin calefacción, donde se coquea profundamente debido al calor que la acompaña.

Los hidrocarburos gaseosos y líquidos se descargan para su separación fraccionada en una columna de destilación. El coque ingresa al departamento de procesamiento mecánico, donde se descarga, clasifica y transporta. Se perfora un pozo en la capa del producto terminado y se coloca un cortador hidráulico. Sus boquillas funcionan bajo presión de hasta 20 MPa. Los trozos de coque separados caen sobre una plataforma de drenaje donde se drena el agua. A continuación, el producto se tritura en trozos más pequeños y se separa en fracciones. A continuación, el coque se traslada al almacén.

El diagrama principal del ultrasonido se muestra en la siguiente figura.

Cámaras de coque

Las cámaras son un reactor, que es la base de toda la instalación. El ciclo de funcionamiento de la cámara suele ser de 48 horas, sin embargo, en los últimos años se han diseñado dispositivos ultrasónicos que funcionan en modos de 18 y 36 horas.

El ciclo de operación de un reactor consta de las siguientes operaciones:

• carga de materias primas, proceso de coquización (1 día);
• apagado (1/2 hora);
• tratamiento hidrotermal (2,5 horas);
• refrigeración por agua del producto, eliminación de agua (4 horas);
• descargar producto (5 horas);
• sellado de pozos de registro, prueba de presión con vapor caliente (2 horas);
• calentamiento con vapores de aceite, pasando a ciclo de trabajo (3 horas).

Diseño

El proyecto de la unidad de coquización retardada se desarrolla en el siguiente orden:

• determinación de la productividad requerida, t/año;
• análisis de la base de recursos;
• realización de un balance de materia teórico del proceso de coquización para varios tipos de materias primas;
• determinación de los principales flujos de materiales;
• desarrollo del concepto de instalación;
• justificación del tamaño y número de reactores;
• determinación de la duración del llenado de una cámara con coque y su cálculo hidráulico, elaboración de un programa para la operación del reactor;
• cálculos de la carga de temperatura en la cámara;
• cálculo de cámaras de convección y radiación;
• desarrollo del diseño de la línea de producción;
• cálculos tecnológicos de otros equipos principales (columna de destilación, hornos, refrigeradores, etc.);
• desarrollo de un sistema de monitoreo y control, elección de herramientas de automatización;
• descripción de los sistemas de protección de emergencia;
• desarrollo de aspectos ambientales y medidas de seguridad;
• determinación de indicadores económicos (costos de capital, número de personal de servicio, nómina,costos de producción de materias primas y materiales auxiliares, efecto económico anual, costeo del producto).

El cálculo anual de la capacidad de la unidad de coquización retardada se realiza según la fórmula:

N=PAG x t, donde P es la capacidad de la planta, t/día;

t es el número de días hábiles en un año.

La salida del producto en términos físicos según la base y las opciones de diseño se determina en función del balance de materiales de la instalación.