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毕业设计-煤焦油为原料的延迟焦化工艺流程的设计.doc

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毕业设计-煤焦油为原料的延迟焦化工艺流程的设计.doc

1摘要本设计是以煤焦油为原料的延迟焦化工艺流程的设计。由于原油价格的不断上涨,石油资源的日渐枯竭。世界各国以纷纷采取不同的方法,寻找石油的替代品。煤焦油一种原油的替代品,它是从煤中提炼出来的,其中含有大量的燃料油馏份,及其重要有机化工原料,但由于残碳值高,杂质含量高,不宜采用对原料要求较高的方法加工。而延迟焦化工艺则正好满足这一要求。故本设计采取延迟焦化工艺对30万吨煤焦油进行加工。本设计不仅满足现代市场形势的要求,还能满足加工中的工艺要求,可以说是一举两得的方案。本设计中介绍了延迟焦化工艺改进方法煤焦油的现代化加工方法分别对延迟焦化分馏塔、焦化加热炉和焦炭塔进行工艺计算。详尽阅读了三篇外文生产石油针状焦的新技术、延迟焦化的能耗分析和改进、重油热裂化的仿真工艺的计算机辅助工具。最后还绘制了延迟焦化分馏塔及浮阀塔盘和延迟焦化工艺流程图。关键词延迟焦化煤焦油焦化分馏塔焦化加热炉焦炭塔2AbstractThisdesignistakethecoaltaroilasrawmaterialdelayedcokingtechnicalprocessdesign.asaresultofcrudeoilpriceunceasingrise,oilresourcedayafterdaydepletion.Thevariouscountriesbyadoptsthedifferentmethodinabundance,seeksthecrudeoilthesubstitute.Thecoaltaroilonekindofcrudeoilsubstitute,itisrefinesfromthecoal,inwhichincludesthemassivebunkeroilfraction,andimportantorganicindustrialchemicals,butbecausethecarbonresiduevalueishigh,theforeigninclusionishigh,usesnotsuitablytorawmaterialrequesthighmethodprocessing.Butdelayedcokingcraftthenhappentosatisfiesthisrequest.Thereforethisdesignadoptsthedelayedcokingcrafttocarryontheprocessingto300,000tonscoaltaroil.Notonlythisdesignsatisfiesthemodernmarketsituationtherequest,butalsocansatisfyintheprocessingthetechnologicalrequirement,maysayisplanwhichkillstwobirdswithonestone.InthisdesignintroducedthedelayedcokingcraftimprovementmethodCoaltaroilmodernizationprocessingmethodSeparatelytothedelayedcokingfractionatingtower,cokestheheatingfurnaceandthecoketowercarriesontheprocessdesign.ReadthreeforeignlanguagesTheNewGenerationTechnologyforMakingPetroleumNeedleCoke.AComputerAidedToolfor3HeavyOilThermalCrackingProcess.EnergyUseAnalysisandImprovementforDelayedCokingUnits.Finallyalsotodrawupthedelayedcokingfractionatingtowerandthefloatvalvetrayofcolumnandthedelayedcokingflowchartexhaustively.KeywordThedelayedcoking,thecoaltaroil,thecokedfractionatingtower,coketheheatingfurnace,thecoketower4目录1综述延迟焦化的几点认识1.1前言.11.2焦化工艺1.2.3焦化原理.11.2.4渣油热反应的特点51.2.5原料.....71.2.6工艺参数.71.2.7工艺流程.91.2.8焦化产品111.3焦化工艺技术及进展1.3.1提高焦化过程液收..131.3.2焦化塔消泡......151.4煤焦油部分.182焦化工艺计算部分30万吨/年煤焦油延迟焦化工艺计算2.1煤焦油评论..242.2焦化分馏塔的设计.......252.3焦化加热炉的设计.....392.4焦炭塔的设计..402.5附图...463参考文献...495综述延迟焦化工艺的几点认识前言延迟焦化是一个相当成熟的减压渣油加工工艺,一次投资低,多年来一直被视为一种普通的深加工手段、近年来随着原油性质变差(指含硫量增加)、焦化的蜡油在国内一般直接作为催化裂化的原料,但由于其含氮量高,不受催化裂化的欢迎。延迟焦化工艺自30年代开发成功以来,至今已有70多年的工艺运转经验,已经成为一项重要的渣油加工工艺。至1998年全世界的焦化总量已达1.84吨/年,相当于原油加工能力的4.7。焦化能力较大国家美国是焦化能力最大的国家,其焦化能力占全世界总和的一半以上。13焦化工艺1焦化原理热加工过包括减粘裂化、热裂化和焦化等多种工工艺过程,其反应机理基本上是相同的,只是反应深度不同而已。热过程一般包括两种反应烃分子的链断裂生成小分子烃和链断裂生成的活性分子再缩合生成更大的分子。前者为吸热反应,后者为放热反应。焦化过程是重质渣油深度裂化和缩合反应的综合热过程。重质渣油的组成十分复杂,除了各种烃类之外,还含有较多的胶质和少量沥青质以及碱金属、重金属、氮化物等杂质,所以,其热转化反应机理十分复杂。6热转化机理可用自由基理论来解释,烃分子热裂化是在高温下键能较弱化学键断裂生成自由基。H、CH3和C2H5等较小的自收基可从其他烃分子抽取一个氢自由基而生成氢气甲烷及一个新的自由基。较大的自由基不稳定,会很快再断裂成为烯烃和小的自由基。这一系列的连锁反应最终生成小分子的烯烃和烷烃。除了甲基自由基外,其他自由基虽然也能从烃类中抽取氢自由基(或甲基自由基)生成烷烃,但是速度很慢。约只有10的自由基互相结合终止反应,生成烷烃。以下分别说明渣油中各种组成热转化的分应机理21.1烃的热反应渣油热加工过程的反应温度一般在400450℃范围。烃类在热的作用下主要发生两类反应一类是裂解反应,它是吸热反应别一类是缩合反应,它是放热反应。至于烃类的相对分子质量不变而仅仅是分子内部结构改变是异构化反应,则在不使用催化剂的条件下一般是很少发生的。1.1.1烷烃烷烃的热反应主要有两类①CC键断裂生成较小分子的烷烃和烯烃。②CH键断裂生成碳原子数保持不变的烯烃及氢。上述两类反应都是强吸热反应。烷烃的热反应行为与其分子中的各键能大小有密切的关系。烷烃热泪盈眶分解反应的某些规律性①CH键的键能大于CC键的,因此CC键更易于断裂。7②长链烷烃中,越靠近中间处,其CC键能越小,也就越容易断裂。③随着分子量的增大,烷烃中的CC键及CH键的键能都呈减少的趋势,也就是说它们的热稳定性逐渐下降。④异构烷烃中的CC键及CH键的键能都小于正构烷烃,说明异构烷烃更易于断链和脱氢。⑤烷烃分子中叔碳上的氢最容易脱除,其次是仲碳上的,而伯碳上氢最难脱除。从热力学判断,在500℃左右,烷烃脱氢反应进行的程度不大。2环烷烃环烷烃的热反应主要是烷基侧链断裂和环烷环断裂,前者生成较小分子的烯烃或烷烃,后者生成较小分子的烯烃及二烯烃。单环环烷烃的脱氢反应须在600℃以上才能进行,但双环环烷在500℃左右就能进行脱氢反应,生成环烯烃。3芳香烃芳香环极为不稳定,一般条件下芳环不会断裂,但在较高浊度下会进行脱氢缩合反应,生成环数较多的芳烃,直到生成焦炭。烃类热反应生成焦炭是H/C原子比很低的稠环芳烃,具有类石墨状结构。带烷基侧链的芳烃在受热条件下主要是发生侧链断裂或脱烷基反应。至于侧链的脱氢反应则须在更高的温度(650700℃)时才能发生。4环烷芳香烃环烷芳香烃的反应按照环烷环和芳香环之间的连接方式不同而有区8别。5烯烃虽然在直馏馏分油和渣油中几乎不含有烯烃,但是从各种烃类热反应中都可能产生烯烃。这些烯烃在加热的条件下进一步裂解,同时与其他烃类交叉地进行反应,于是使反应变得极其复杂。在不高的温度下,烯烃裂解成气体的反应远不及缩合成高分子叠合物的反应来的快。但是,由于缩合作用所生成的高分子叠合物也会发生裂部分裂解,这样,缩合物的反应来得快。介是,由于缩合作用所生成的高分子叠合物也会发生部分裂解,这样,缩合反应和裂解反应就交叉地进行,使烯烃的热反应产物的馏程范围变得很宽,而且在反应产物中存在有饱和烃、环烷烃和芳香烃。烯烃在低温、高压下,主要的反应是叠合反应。当温度升高到400℃以上是裂解反应开始变得重要,碳链断裂的位置一般在烯烃双键的β位置。烯烃分子的断裂的位置一般在烯烃双键的β位置。烯烃分子的断裂反应也有与烷烃相似的规律。当温度超过600℃时,烯烃缩合成芳香烃、环烷烃和环烯烃的反应变得重要起来了。6胶质和沥青质胶质、沥青质主要是多环、稠环化合物,分子中也多含有杂原子。他们是相对分子质量分布范围很宽,环数及其稠合程度差别很大的复杂化合物。缩合程度不同的分子中也含有不同长度的侧链及环间的链桥。因此,胶质及沥青质在热反应中,除了经缩合反应生成焦炭外,还会发9生断侧链、断链桥等反应,生成较小的分子。由以上的讨伦可知,烃类在加热的条件下,反应基本上可以分成裂解与缩合(包括叠合)两个方向。裂解方向产生较小的分子,而缩合方向则生成较大的分子。烃类的热反应是一种复杂的闰行顺序反应。这些平行的反应不会停留在某一阶段上,而是继续不断的进行下(如气体烃)另一方面由于缩合反应生成分子越来越大的稠环芳香烃。高度缩合的结果就产生胶质、沥青质,最后生成碳氢比很高的焦炭。关于烃类热反应的机理,目前一般都认为主要是自由基反应机理。根据此机理,可以解释许多烃类反应的现象。例如,正构烷烃热分解时,裂化气中含C1、C2低分子烃较多,也很难生成异构烷烃和异构烯等。2渣油热反应的特点渣油是多种烃类化合物组成的极为复杂的混合物,其组成的反应行为自然遵循各族烃类的热反应规律。但作为一种复杂混合物,渣油的热反应行为也还有一些自已的特点。2.1渣油热反应比单体烃更明显地表现出平行顺序反应的特征。随着反应深度的增大,反应产物的分布也在变化。作为中间产物的汽油和中间馏分油的产率,在反应进行到某个深度时会出现最大值,而作为最终产物的气体和焦炭则在某个反应浓度时开始产生,并随着反应深度的增大而单调地增大。2.2渣油热反应时容易生焦,除了由于渣油自身含有蒋多的胶质和沥青质外,还因为不同族的烃类之间的相互作用促进了生焦反应。芳香烃的

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