Введение

Актуальность темы

На современном этапе нефтеперерабатывающая промышленность развивается в направлении углубления переработки нефти, увеличения производства светлых нефтепродуктов и снижения выхода остаточных топлив.

Интенсивное развитие цветной и черной металлургии, а также неуклонное стремление к получению дистиллятных продуктов из нефтяных остатков ставит перед нефтеперерабатывающей промышленностью задачу получения качественных углеродных материалов и эффективного использования жидких продуктов коксования.

Процесс термодеструктивной переработки нефтяных остатков методом коксования - наиболее экономичный способ получения дистиллятных продуктов. В то же время, нефтяной кокс (далее - кокс) является превосходным сырьем для производства анодов в алюминиевой промышленности и электродов для выплавки специальных марок сталей и различных цветных металлов, а также при получении карбидов металлов, конструкционных материалов и др.

Для крупнотоннажного производства электродного кокса используется процесс замедленного коксования, позволяющий получать кокс высокого качества. Это особенно актуально для Восточной Сибири, где сосредоточены крупнейшие предприятия по переработке нефти и производству алюминия и цветных металлов.

Наметившиеся тенденции на выпуск продукции мирового уровня требуют интенсификации производства кокса в направлении выбора сырья, совершенствования выделения дистиллятных продуктов коксования, а также решения целого ряда экологических проблем.

Цель работы

Рассмотреть различные способы модернизации установки замедленного коксования в нефтепереработке.

Задачи исследования

Изучить и произвести анализ литературных источников (журналов, научных публикаций, докторских и кандидатских диссертаций, интернет статей), провести патентный поиск, изучить регламент патентных исследований, изучить формы отчета о патентном поиске, выполнить теоретическое и конструкторско-технологическое описание, подобрать и описать применяемое оборудование и мероприятия, предложенные для решения проблемы.

1 Литературный обзор

1.1 Обзор технической литературы

В книге «Технология переработки нефти» авторы Капустин В.М., Гуреев А.А. подчёркивают что на характер изменения температурного режима по высоте и сечению камеры оказывают влияние эндотермичность суммарного процесса термолиза, а также величина потерь теплоты в окружающую среду. Эти обстоятельства обусловливают непостоянство качества продуктов коксования по времени, в том числе кокса по высоте камеры. Так, верхний слой кокса характеризуется высокой пористостью, низкой механической прочностью и высоким содержанием летучих веществ (т. е. кокс недококсован). Установлено, что наиболее прочный кокс с низким содержанием летучих находится на середине высоты камеры.

В крупнотоннажных УЗК (типа 21-10/1500) для создания условий, гарантирующих получение электродного кокса стабильного качества, предусмотрен подвод дополнительной теплоты в коксовые камеры в виде паров тяжелого газойля коксования.

Для этой цели часть тяжелого газойля, отбираемого из ректификационной колонны, после нагрева в специальных змеевиках печи до температуры 520 °С подают в камеры вместе со вторичным сырьем. Подача перегретого тяжелого газойля в камеры продолжается и после прекращения подачи сырья в течение 6 ч.

Кроме того, необходимо стремиться к повышению качества кокса, который имеет большой спрос в алюминиевой промышленности (в США более 50 % кокса реализуют как топливный).

Большое влияние на выход и качество кокса оказывает коэффициент рециркуляции сырья. Обычно он составляет от 0,2 до 0,6. Более низкие значения соответствуют остаточному сырью (гудроны, остатки висбрекинга) при получении "рядового" кокса.

При получении высокосортного “игольчатого" кокса используют ароматизированное дистиллятное сырье, и разбавление его рециркулятом благоприятно влияет на качество кокса, так как рециркулят, побывавший в зоне коксования, содержит даже больше тяжелых ароматических углеводородов, чем исходное сырье.

Качество кокса заметно зависит от температуры нагрева сырья в печи. Чем выше температура на входе в камеры, тем меньше содержание летучих в коксе и тем выше его механическая прочность. Однако эта величина температуры ограничена из-за возможности закоксовывания труб, а также образования в камере некондиционного "гроздьевидного” кокса.

Автор книги «Нефтяной кокс для алюминиевой промышленности» Твердохлебов В. П. описывает метод прокаливания (кальцинации) кокса. Высокое содержание летучих веществ, отсутствие электропроводности, низкая плотность и механическая прочность делают сырой кокс малопригодным в производстве анодов.

Опытное использование сырого кокса в производстве анодной массы для самообжигаемых анодов Содерберга показало, что экспериментальные аноды имели хорошую плотность и стойкость к окислению, но очень высокое электросопротивление.

Сырой кокс перед вовлечением в производство проходит предварительное прокаливание при 1100-1300 °С в восстановительной атмосфере, в результате чего из него удаляется влага, летучие вещества, происходит усадка и уплотнение структуры, формируется кристаллическая решетка, значительно повышается тепло- и электропроводность.

Авторы книги «Комплексное исследование жидких продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков ОАО «АНПЗ ВНК»» С.Е. Прошкина, С.С. Косицынаб, И.С. Грайворонский, Ф.А. Бурюкин объясняют, что при проведении экспериментов по коксованию тяжелых нефтяных остатков выявлено, что интервал от прогрева сырья в реакторе до начала выделения жидких

продуктов составляет 1 ч. Окончание выделения продуктов коксования происходит через 4 ч после начала эксперимента.

Установлено, что в процессе коксования первичные дистилляты имеют повышенную плотность, вязкость и пониженное содержание продуктов глубокого распада. Физико-химические свойства отбираемых проб стабилизируются примерно через 2 ч после начала эксперимента, что связано с механизмом превращения углеводородного сырья в кокс.

При обработке результатов определения фракционного состава жидких продуктов коксования для серии экспериментов, проводимых при повышенном давлении, установлено увеличение доли выхода фракции тяжелого газойля при некотором уменьшении выхода бензиновой фракции. Это объясняется тем, что в процессе происходит ароматизация непредельных и летучих продуктов термодеструкции, формирование полициклических конденсированных углеводородов и смолисто-асфальтеновых веществ, значительная часть которых при повышенном давлении переходит в тяжелый газойль, а затем в нефтяной кокс.

Как известно, для таких процессов, как замедленное коксование, характерны реакции термической деструкции и крекинга, проходящие в жидкой фазе. Следовательно, с возрастанием температуры процесса коксования происходит увеличение глубины превращения углеводородов, сопровождающееся ароматизацией газообразных продуктов, формированием полициклических конденсированных углеводородов и первичных смол.

1.2 Обзор научных публикаций

В статье «Замедленное коксование как эффективная технология углубления переработки нефти» журнала «Вестник технологического университета», авторы которой Г.И. Шакирзянова, А. Г. Сладовский и др., рассмотрено получение из тяжелых вязких нефтепродуктов дополнительного количества дистиллятных фракций, которое позволяет увеличить глубину переработки нефти,что интересно многим предприятиям. В связи с этим крупнейшие нефтеперерабатывающие заводы России включают установки замедленного коксования (УЗК) в свои технологические цепочки.

В самое ближайшее время планируется запуск установок замедленного коксования на Уфимском НИЗ, Литианиском НИЗ (г. Тюмень), 000 «Лукойл-Пермьнефтеоргсинтез» суммарной мощностью по сырью 6 000 тыс. тонн в год.

Нефтяной кокс благодаря сочетанию физико-механических и физико-химических свойств используется в цветной металлургии при производстве алюминиевых, как конструкционный материал для изготовления коррозионно-устойчивой арматуры, в цементном производстве. Примерно треть получаемого кокса используется в качестве топлива

Классификация нефтяных коксов осуществляется в зависимости от свойств используемого сырья и способа получения кокса.

В данной статье на примере завода ПЛО «ТАНЕКО» рассматривается установка замедленного коксования. В состав УЗК входит секции коксования, фракционирования, блок печей, блок выгрузки кокса, блок разделения газа и нефти, узел улавливания вредных выбросов, узел очистки воды отделенной от нефтяного кокса, система внутриустановочной обработки кокса, система компремирования и подачи жирного газа и прочие вспомогательные системы.

В статье «Реконструкция установки замедленного коксования» журнала «Молодой ученый» Озерова В. В. предполагает способ, состоящий из стадии коксования в реакторе, далее получение кокса и последующие циклы подготовки реактора к следующему коксованию, а именно: пропарка кокса в реакторе, выгрузка кокса из реактора в подреакторный бункер, дреннирование, опрессовка реактора водяным паром, отличается в стадии подготовки к выгрузке кокса.

Стадию коксования проводят в течение 6-8 часов, при температуре 505-530°С, давление не более 0,2 МПа. Стадию пропаривания кокса ведут до температуры 390-420°С и под давлением водяного пара или инертного газа (не менее 0,1 МПа) и выгрузка в герметично установленный по отношению к реактору подреакторный бункер, выполненный с внутренней теплоизоляцией, здесь же проводят охлаждение кокса водой.

При изменении температуры с 490-500°С (в аналоге) до 505-530°С (по проекту) происходит испарение из реакционной массы газойля (дисперсионной среды), который является связующим компонентом и образование из дисперсионной фазы (асфальтенов, карбоидов, карбенов) кусков кокса в виде зерен - дробьевидный кокс.

Применение подреакторного бункера с внутренней теплоизоляцией позволяет: исключить стадию охлаждения кокса водяным паром, а процесс охлаждения водой перенаправить в бункер, это позволяет сократить время нахождения кокса в реакторе; температура в реакторе сохраняется (360-370°С), соответственно нет необходимости в предварительном прогреве реактора водяным паром и парами коксования, ограничиться только опрессовкой перегретым водяным паром (360-380°С) и далее сразу осуществить ввод сырья в следующем цикле коксования, что значительно сокращает время подготовки; при применении подреакторного бункера с внутренней теплоизоляцией возможно сократить время охлаждения кокса.

Данный способ позволяет значительно сократить продолжительность цикла коксования, тем самым увеличить подачу свежего сырья.

Так как печи УЗК на предприятии на сегодняшний день работают по максимальной мощности и повышение температуры до 505-530°С окажется на них отрицательно, необходимо ввести дополнительную печь, тем самым снять нагрузку с остальных. Задача предварительной печи - нагреть сырье до температуры 350°С. После сырье подогревается в основных печах до 505-530°С.

В статье «Влияние состава высоковязких нефтей на процессы их коксования» журнала «Экспозиция Нефть Газ», авторы которой Кемалов Р.А., Кемалов А.Ф., Тухватуллина А.З., Юсупова Т.Н., провели исследование нефтей из башкирских и верейских отложений Аканского месторождения. Определены физико-химические характеристики, а также фракционный и компонентный составы исследуемых нефтей. Показано, что нефти Аканского месторождения из карбонатных коллекторов являются тяжелыми, высоковязкими, высокосернистыми, состав их обогащен тяжелыми смолисто-асфальтеновыми компонентами и обеднен легкими фракциями. Содержание масляных фракций незначительное. В связи с этим в качестве наиболее рационального направления переработки нефтей Аканского месторождения можно рекомендовать топливно-коксовый вариант.

Для данных нефтей характерна высокая коксуемость. Установлен достаточно высокий (48-50%) выход кокса в процессе периодического коксования остатков (в пересчете на нефть выход кокса составляет 21% для нефти башкирского яруса и 25% для нефти верейского яруса), что подтверждает перспективу использования тяжелых остатков этих нефтей для получения товарного кокса.

1.3 Обзор научно-исследовательских работ

Егоров В.И. в своей кандидатской диссертации «Совершенствование конструктивного и материального оформления реакторов установок замедленного коксования» выяснил, что долговечность реакторов определяется не только их конструктивными особенностями. Материальное исполнение также оказывает значительное влияние на этот показатель.

В связи с этим в данной диссертации рассмотрены вопросы коррозионной стойкости применяемых, или перспективных конструкционных сталей, для изготовления реакторов УЗК. Полученные в промышленных, пилотных и лабораторных условиях данные по скоростям коррозии дают основание утверждать, что технологические параметры и среды процесса замедленного коксования оказывают очень незначительное воздействие на испытанные конструкционные стали.

Наиболее достоверным объяснением этому факту на наш взгляд может быть то, что среда, а именно высококипящие нефтяные остатки, образуя плёнку на поверхности аппарата, препятствуют коррозионному разрушению материала, из которого он изготовлен, то есть, выполняют функцию ингибиторов коррозии. Схема защемления опоры влияет на напряженное состояние её узлов.

Экспериментально определено, что использование «плавающей» опоры позволяет существенно снизить напряжения, возникающие в месте сопряжения элементов опоры с корпусом реактора. Обеспечение независимого свободного перемещения опорных лап не снижает остойчивости реактора вследствие применения упругого защемления их на постаменте.

Неравномерность распределения температур стенок корпуса (по сечению), в том числе в нижней части реактора, обуславливает возникновение дефектов в месте сопряжения его с элементами опоры. Показано, что различие температуры опорных элементов определяет различие в жесткости защемления катков плавающей опоры реактора.

При этом вследствие изгиба корпуса в более "холодную" сторону, более нагруженными становятся элементы «холодной» части опоры.

Кузора И.Е. в своей кандидатской диссертации «Эффективность процесса замедленного коксования при многовариантных режимах работы» выяснил, что использование водяного пара на различных стадиях процесса коксования и разделения продуктов, склонных к осмолению, а также унос мелкодисперсных частиц кокса приводит к образованию агрегативно устойчивых эмульсий с высоким содержанием водорастворимых органических и неорганических соединений. Дальнейшая переработка таких продуктов усиливает коррозию оборудования, приводит к отравлению катализаторов гидроочистки и выбросам углеводородов в водоем и атмосферу. Анализ процесса ректификации и характера эмульсий указывает на необходимость обезвоживания дизельной фракции коксования и ловушечного нефтепродукта перед их дальнейшей переработкой.

Установил, что обезвоживание дизельной фракции может быть достигнуто путем коалесценции диспергированной воды на гидрофобных коалесцирующих насадках за счет адсорбции стабилизаторов эмульсий, воздействия электростатического поля и создания оптимальных гидродинамических условий Эффективное обезвоживание ловушечного нефтепродукта может быть достигнуто методом термоотстаивания с использованием разбавителей.

Предложил конструкцию аппарата для удаления воды из дизельной фракции коксования, а также разработана схема процесса обезвоживания и переработки ловушечного нефтепродукта.

Большинство технических решений внедрено в производство и защищено патентами РФ. Экономический эффект от реализации разработок составляет более 9 млн рублей в год по патентам РФ, более 2 млн рублей в год.

Рудко В.А. написал кандидатскую диссертацию «Влияние вида сырья и параметров процесса замедленного коксования на технологию получения низкосернистых судовых топлив и нефтяного кокса различной структуры».

Личный вклад соискателя состоит в анализе отечественных и зарубежных литературных источников, подготовке совместно с научным руководителем и реализации проекта лабораторной установки замедленного коксования в Санкт-Петербургском горном университете, разработке и отработке методики коксования на данной установке.

Автор принимал непосредственное участие в каждом эксперименте по коксованию нефтяного сырья на лабораторной установке, описанном в диссертационной работе; в прокаливании нефтяных коксов, полученных из декантойля; изучении тонкой структуры нефтяных коксов методом сканирующей электронной микроскопии. Участвовал в обработке результатов дифрактометрического анализа всех полученных в работе образцов нефтяных коксов, включая расчет размера кристаллитов L_c и L_a; определении индивидуального и группового углеводородного состава дистиллятов коксования декантойля методом хромато-масс-спектрометрии; разработке метода оценки стабильности низкосернистых судовых остаточных топлив с использованием трехкомпонентной фазовой диаграммы.

Совместно с научным руководителем принимал участие в разработке способов получения низкосернистых судовых топлив из малосернистых дистиллятов коксования декантойля и сернистых дистиллятов коксования гудрона и асфальта. Автор принимал участие в написании, оформлении и опубликовании всех результатов работы в журналах из перечня ВАК и журналов, входящих в международные базы цитирования Scopus и Web of Science.

1.4 Выводы и результаты по литературному обзору

Выполнен анализ современного состояния конструктивного исполнения реакторов УЗК. Показано, что конструкция узла ввода нагретого сырья оказывает основное влияние на распределение потоков в реакторе и температур в его корпусе и, как следствие, на его работоспособность.

Разработаны и изготовлены физические (горячая и холодная) модели и методики проведения экспериментальных исследований напряженно деформированного состояния опорных частей реакторов УЗК.

Уточнены закономерности движения сырьевых и, связанных с ними, тепловых потоков в реакторе УЗК, основанные на представлениях о движении двухфазных затопленных струй. Показано, что при установившемся режиме движения потоков в объёме реактора перераспределения и выравнивания температур в стенках корпуса не происходит.

Определены основные параметры разрушения опорных устройств реакторов УЗК. Установлено, что условия защемления опоры на постаменте является определяющим фактором напряженно-деформированного состояния узла крепления реактора. Применение упруго защемлённой плавающей опоры, снижает нагрузки на анкерные болты в 5 раз. Использование рычажной подвески реактора обеспечивает свободное изменение диаметра реактора при нагреве и охлаждении.

2 Патентный поиск

2.1 Задание на проведение патентных исследований

Целью данного исследования является изучение различных способов модернизации установки замедленного коксования. Проанализировать и сравнить имеющиеся в настоящий момент методы с новыми предложениями по данной тематике.

2.2 Регламент патентного поиска

Общие сведения.

На стадии курсового и дипломного проектирования необходимо проводить оценку новизны и эффективности новых технических решений в области технологического оборудования. Объективным критерием оценки новых технических, разработок является наличие в них изобретений, поскольку они определяют уровень современного технологического оборудования, технологических процессов и материалов.

Анализ описаний отечественных и зарубежных изобретений, а также информация технического, экономического и конъюнктурного характера позволяют дать оценку новизны и технико-экономической эффективности разрабатываемого объекта. Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследователь-ских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов.

Патентные исследования - это целый комплекс мероприятий, выполняемых разработчиком для выявления путем сопоставления определенных признаков и показателей разрабатываемого объекта техники с показателями аналогичных по назначению и функционированию объектов, содержащихся в патентных и других источниках информации.

Основную роль в проведении этих исследований играет анализ патентной информации, представляющей собой совокупность сведений научно-технического и экономико-правового характера. К ее достоинствам следует отнести, прежде всего, подтвержденную патентной экспертизой достоверность, новизну и практическую полезность содержащихся в ней сведений.

Важно отметить подробность описаний изобретений, сопровождаемых необходимыми графическими материалами в виде чертежей, схем и графиков. Кроме того, существенным для патентной документации является сравнительная легкость ее поиска и обработки благодаря единой международной систематизации с помощью МПК, где принята лаконичная и унифицированная форма изложения.

Суммарный мировой массив патентной информации составляет сегодня около 2,5 млн. публикаций в год, среди которых примерно 1,5 млн. - это сведения о предполагаемых или признанных изобретениях. Завершающий этап патентного производства - выдача охранного документа, информация о которой представляет интерес для патентных ведомств. Эту информацию публикуют около 80 стран и четыре международные организации. Ежегодно в мире выдается около 400 тысяч патентов.

Учитывая большой, нарастающий год из года объем патентной информации, научный руководитель должен при выдаче студенту задания на курсовое или дипломное проектирование дать четкую ориентацию на ведущие фирмы-разработчики и страны-производители полиграфического оборудования. Это существенно облегчит поиск патентной и технической документации для проведения анализа объекта проектирования.

На стадии курсового и дипломного проектирования патентные исследования содержат следующие этапы:

• определение ориентировочного уровня развития техники путем сопоставительного анализа разрабатываемого объекта с аналогичными решениями, защищенными патентом;

• определение новизны технических решений, полученных при дипломном проектировании, и при ее выявлении производится оформление материалов на предполагаемое изобретение.

Цели патентного поиска.

Патентный поиск - это процесс отбора соответствующих запросу документов или сведений по одному или нескольким признакам из массива патентных документов или данных, при этом осуществляется процесс поиска из множества документов и текстов только тех, которые соответствуют теме или предмету запроса.

Патентный поиск осуществляется посредством информационно-поисковой системы и выполняется вручную или с использованием соответствующих компьютерных программ, а так же с привлечением соответствующих экспертов.

Предмет поиска определяют исходя из конкретных задач патентных исследований категории объекта (устройство, способ, вещество), а так же из того, какие его элементы, параметры, свойства и другие характеристики предполагается исследовать.

При патентном поиске сравниваются выражения смыслового содержания информационного запроса и содержания документа.

Для оценки результатов поиска создаются определенные правила-критерии соответствия, устанавливающие, при какой степени формального совпадения поискового образа документа с поисковым предписанием текст следует считать отвечающим информационному запросу.

Среди основных целей патентного поиска можно выделить:

Проверка уникальности изобретения;

Определение особенностей нового продукта;

Определение других сфер применения нового продукта;

Поиск изобретателей или компании, получивших патенты на изобретения в той же области;

Поиск патентов на какой-либо продукт;

Найти последние новинки в исследуемой области;

Поиск патентов на изобретения в смежных областях;

Определение состояния исследований в интересуемом технологическом поле;

Выяснить, не посягает ли ваше изобретение на чужую интеллектуальную собственность;

Получить информацию по конкретной компании или состоянию сектора рынка в целом;

Получить информацию о частных лицах, имеющих патенты на схожие изобретения;

Поиск потенциальных лицензиаров;

Поиск дополнительных информационных материалов.

Порядок проведения патентных исследований.

Порядок выполнения патентных исследований включает:

- определение задач патентных исследований, видов исследований и методов их проведения и разработку задания на проведение патентных исследований;

- определение требований к поиску патентной и другой документации, разработку регламента поиска;

- поиск и отбор патентной и другой документации в соответствии с утвержденным регламентом и оформление отчета о поиске;

- систематизацию и анализ отобранной документации; — обоснование решений задач патентными исследованиями; обоснование предложений по дальнейшей деятельности хозяйствующего субъекта, подготовка выводов и рекомендаций;

- оформление результатов исследований в виде отчета о патентных исследованиях.

Интернет и сетевые ресурсы.

Проведение патентного поиска является сложной и долгой процедурой, но существуют бесплатные Интернет-ресурсы, которые могут помочь в достаточно сжатые сроки достигнуть наиболее эффективных результатов и получить точную информацию.

Информационно-поисковая система - это логическая система, предназначенная для нахождения и выдачи информации, в том числе при патентном поиске, в документальном или ином виде и представляющая собой совокупность информационно-поискового языка, правил переводов текстов на этот язык, общих правил поиска и критерия смыслового соответствия содержания текста информационному запросу.

Если патентный поиск по базе данных зарегистрированных объектов результатов не дал, то необходимо проводить поиск до последней поданной заявки, но это значительно дольше и дороже.

В настоящее время наиболее эффективным и бесплатным способом проведения патентных исследований в России является просмотр патентов и изобретений в банке данных Федерального института промышленной собственности.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ФОРМА ЗАДАНИЯ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МС Сарилов М. Ю.

«1»октября 2021 г.

ЗАДАНИЕ № 4МА

на проведение патентных исследований

Наименование работы:  Повышение эффективности установки замедленного коксования.

Шифр работы: КП 4МА.

Этап работы: Курсовое проектирование, сроки его выполнения 01.10.2021 по 30.11.2021.

Задачи патентных исследований: Изучение различных способов повышения эффективности установки замедленного коксования. Проанализировать и сравнить имеющиеся в настоящий момент методы с новыми предложениями по данной тематике, нахождение прототипов и аналогов по соответствующей теме.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований	Подразделения-исполнители (соисполнители)	Ответственные исполнители (Ф.И.О.)	Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание	Отчетные документы
Патентный поиск на тему: «Повышение эффективности установки замедленного коксования»	КнАГУ, кафедра МС	Куцый В.Ф.	15.10.2021 – 16.10.2021	Заполнение таблицы 1.1 – Патентная документация
			28.10.2021 – 29.10.2021	Заполнение таблицы 1.2 – Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации
			15.11.2021 – 17.11.2021	Заполнение таблицы 1.3 – Тенденции развития объекта исследования

Руководитель _________ Т.И. Башкова ___________

патентного подразделения   ^{личная подпись  расшифровка дата}

^{подписи}

Руководитель подразделения __________ М.Ю. Сарилов _____________

исполнителя работы ^{личная подпись  расшифровка дата}

^{подписи}

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

РЕГЛАМЕНТ ПАТЕНТНОГО ПОИСКА

К заданию № 4МА от «1» октября 2021 г.

Студенту: Куцему Вячеславу Федоровичу.

Группы 8МАб-1 по теме: Повышение эффективности установки замедленного коксования.

Стадия: Курсовое проектирование.

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись

2.3 Форма отчета о патентном поиске

1. Поиск проведен в соответствии с заданием зав. кафедрой МС Сарилова М.Ю.

№ 4МА от 1 октября 2021 и Регламентом поиска № 4МА от 1 октября 2021.

2. Этап работы: Курсовое проектирование.

3. Начало поиска: 01.10.2021. Окончание поиска: 30.11.2021.

4. Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений).

5. Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований.

6. Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица 1.1 - Патентная документация.

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*	Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*	Название изобретения (полной модели, образца)	Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)
1	2	3	4	5
Установка замедленного коксования	Патент RU C10G 65/02 C10G 67/02 C10L 1/06 2 670 449	Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) (RU) 2018118946 23.05.2018	Способ получения высокоплотного реактивного топлива	Действует до 23.11.2022
	Патент RU C10G 9/14 204 866	Общество с ограниченной ответственностью "Алитер-Акси" (ООО "Алитер-Акси") (RU) 2021100854 15.01.2021	Печь замедленного коксования	Действует до 15.07.2022

Установка замедленного коксования	Патент RU C10B 55/00 2 314 333	Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности" (RU) 2006133714 21.09.2006	Способ замедленного коксования	Действует до 21.03.2023
	Патент RU C10B 55/00 2 720 191	Акционерное общество "Газпромнефть - Омский НПЗ" (АО "Газпромнефть-ОНПЗ") (RU) 2019129190 16.09.2019	Установка для получения нефтяного игольчатого кокса замедленным коксованием	Действует до 16.03.2023
	Патент RU C08J 11/04 C10B 55/00 C10B 57/04 2 721 849	Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Нижегородниинефтепроект" (RU) 2019144181 26.12.2019	Способ переработки полимерных отходов на установках замедленного коксования	Действует до 26.06.2023
	Патент RU C04B 35/52 C04B 35/532 C10B 55/00 C25B 11/12 2 343 133	СГЛ КАРБОН АГ (DE) 2004137059 17.12.2004	Кокс, армированный углеродным волокном, полученный на установке замедленного коксования	Действует до 17.06.2022

Таблица 1.2 - Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчеты о научно-исследова-тельских работах).

Предмет поиска	Наименование источника информации с указанием страницы источника	Автор, фирма (держатель) технической документации	Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)
1	2	3	4
Установка замедленного коксования	https://www.fips.ru	Максимов Антон Львович (RU), Самойлов Вадим Олегович (RU), Иванов Сергей Викторович (RU), Онищенко Мария Игоревна (RU), Петрухина Наталья Николаевна (RU)	23.05.2018
	https://www.fips.ru	Хухрин Евгений Анатольевич (RU), Семикина Юлия Владимировна (RU), Жидков Андрей Борисович (RU)	15.01.2021
	https://www.fips.ru	Валявин Геннадий Георгиевич (RU), Ветошкин Николай Иванович (RU), Сухов Сергей Витальевич (RU), Запорин Виктор Павлович (RU), Валявин Константин Геннадьевич (RU), Капустин Владимир Михайлович (RU), Маненков Владимир Алексеевич (RU), Глаголева Ольга Федоровна (RU)	21.09.2006
	https://www.fips.ru	Запорин Виктор Павлович (RU), Сухов Сергей Витальевич (RU), Федотов Константин Владимирович (RU), Альт Андрей Владимирович (RU)	16.09.2019
	https://www.fips.ru	Гималетдинов Рустем Рафаилевич (RU), Усманов Марат Радикович (RU), Подвинцев Илья Борисович (RU), Зайнуллов Фарид Расыхович (RU), Валеев Салават Фанисович (RU), Железнов Михаил Владимирович (RU)	26.12.2019
	https://www.fips.ru	ФРОС Вильхельм (DE)	17.12.2004

Таблица 1.3 - Тенденции развития объекта исследования.

Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	Технические решения, реализующие тенденции
		в объектах организаций (фирм)	в исследуемом объекте
1	2	3	4
Способ получения высокоплотного реактивного топлива	Патент RU 2 670 449	Нефтепере- рабатывающая промышленность	Изобретение относится к двум вариантам способа получения высокоплотного реактивного топлива для сверхзвуковой авиации. Один из вариантов способа включает фракционирование тяжелой смолы пиролиза с выделением дистиллятной фракции с температурой кипения до 330°C, гидроочистку дистиллятной фракции при температуре 340-360°C и давлении 4-6 МПа, гидрирование ведут при температуре 200-230°C и давлении 3-6 МПа и вывод продукта. Гидроочистку ведут в присутствии алюмо-никель-молибденового сульфидного катализатора гидроочистки, полученного осернением оксидной формы катализатора 1%-ным раствором диметилдисульфида в прямогонной дизельной фракции. Гидрирование ведут в присутствии катализатора гидрирования, содержащего 2% масс палладия на углероде. Выделенную дистиллятную фракцию с температурой кипения до 330°C по второму варианту изобретения перед гидрообработкой смешивают с прямогонной фракцией газойля в соотношении 30:70 масс. Технический результат изобретения - снижение (вплоть до отсутствия) содержания серы и ароматических углеводородов в реактивном топливе при снижении давления гидрообработки, простоте, экономичности и безотходности способа получения реактивного топлива. Поскольку гидрирование концентратов ароматических углеводородов протекает с большим тепловыделением, для уменьшения теплового эффекта реакции и упрощения регулирования тепловых условий осуществления процесса гидрирования в реакторах со стационарным слоем предлагается введение в состав высокоароматического сырья прямогонного газойля.

			В качестве сырья вторичного происхождения используют смесь газойлей каталитического крекинга и замедленного коксования в соотношении от 90-10% до 70-30% и дополнительно вводят прямогонный газойль в количестве не более 30 масс % от суммарной загрузки сырья, причем прямогонный газойль подают в верхнюю часть первого или второго реактора гидрирования или в равных долях в верхнюю часть первого и второго реакторов гидрирования.
Печь замедленного коксования	Патент RU 204 866	Нефтепере- рабатывающая промышленность	Полезная модель относится к нефтепереработке, в частности к трубчатым печам для нагрева тяжелых нефтяных фракций в процессах замедленного коксования с конечной целью получения дополнительного количества светлых жидких нефтепродуктов и кокса. Предлагается печь установки замедленного коксования, содержащая корпус, в котором расположены камеры конвекции и радиации с трубчатыми змеевиками, при этом змеевик камеры радиации представляет собой параллельные горизонтальные трубы двухстороннего обогрева, соединенные отводами в районе торцевых стен, по обе стороны которого в поду печи расположены горелки, обеспечивающие плоскофакельный нагрев, при этом змеевик камеры радиации выполнен с диаметром труб змеевика не более 125 мм, способных обеспечивать среднюю плотность теплового потока 37900-47400 Вт/м2, массовые скорости сырья в змеевике в диапазоне 1700-2200 кг/(м2⋅с) и минимальные линейные скорости холодного сырья на входе в печь 1,5-2,0 м/с, а межтрубное расстояние в змеевике радиационной камеры составляет один диаметр трубы за исключением трех нижних звеньев, где межтрубное расстояние составляет 1,5-2 диаметра трубы змеевика. При этом змеевик камеры радиации выполнен с соотношением длины трубы змеевика (L) к его высоте (Н), равным L/H = 2,2-2,8. Печь, как правило, имеет не менее двух камер радиации. В результате использования заявляемой модифицированной печи удается на 8-10% увеличить цикл безостановочной работы печи и время безремонтной эксплуатации установки в целом, сократить затраты на металлоемкость змеевика, тем самым снижая общую себестоимость установки, при этом обеспечить заданную мощность и требуемую загрузку сырья коксования.

Общая схема печи замедленного коксования представлена на фиг. 1, фронтальный разрез печи на фиг. 2, где используются следующие обозначения:корпус печи 1; камера радиации 2; камера конвекции 3; трубопровод подачи продуктового потока 4; дымоход 5; перекидки 6; змеевик камеры конвекции 7; змеевик камеры радиации 8; отводы 9; подвеска 10; горелка 11; трубопровод отвода продуктового потока 12; съемные участки змеевика 13; система контроля 14. Корпус печи 1 замедленного коксования содержит, как правило, две отдельные камеры радиаций 2, и общую, расположенную над ними, камеру конвекции 3. Наличие нескольких камер радиации дает возможность производить очистку труб змеевика без останова процесса в целом (очистка змеевика на ходу), когда в одном из потоков печи нефтяное сырье заменяют на пар/воду и происходит термический выжиг кокса, при этом остальные потоки находятся в работе. Установка переходит на пониженную мощность, но не выводится из работы. Благодаря возможности очистки труб на ходу происходит существенное увеличение длительности непрерывной работы установки . Камера конвекции 3 представляет собой футерованную изнутри шахту прямоугольного сечения, снабженную трубопроводом подачи продуктового потока 4, дымоходом 5, перекидкой 6. Внутри камера конвекции 3 заполнена горизонтальными гладкими и оребренными трубами конвективной части змеевика 7, закрепленными в решетках 3.

Способ замедленного коксования

Патент RU 2 314 333

Нефтепере- рабатывающая промышленность

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу замедленного коксования с возможностью одновременного получения коксов различного качества на одной установке. Способ замедленного коксования включает предварительный нагрев исходного сырья, смешение его с газойлем коксования, подачу смеси в промежуточную емкость, соединенную по парам с ректификационной колонной, нагрев сырьевой смеси из промежуточной емкости в коксовой печи до температуры коксования и коксование в коксовой камере с получением кокса и дистиллята коксования. Последний подают в нижнюю часть ректификационной колонны, где его разделяют на газ, бензин, легкий, тяжелый и кубовый газойли коксования. В нижнюю часть ректификационной колонны дополнительно подают другое нагретое углеводородное сырье с более высоким содержанием серы, чем в исходном сырье, и кубовый газойль из ректификационной колонны подвергают коксованию известным способом с получением кокса и дистиллята коксования, который подают в нижнюю часть ректификационной колонны. Исходное сырье можно смешивать с легким или тяжелым газойлем коксовани, взятым в количестве 10-100% на загрузку сырья, а в качестве исходного сырья использовать дистиллятный крекинг-остаток, гудрон малосернистой нефти или тяжелый газойль каталитического крекинга. Использование предлагаемого способа позволит получить одновременно на одной установке особо ценный малосернистый анодный кокс для алюминиевой промышленности, игольчатый кокс для электродной промышленности и сернистый кокс.

			Исходное сырье (I), например гудрон малосернистой нефти, дистиллятный крекинг-остаток или тяжелый газойль каталитического крекинга нагревают в печи или в теплообменниках за счет тепла отходящих продуктов коксования до температуры ˜350°С, смешивают с легким (II) или тяжелым (III) газойлем коксования и подают в промежуточную емкость 1, в результате чего образуется вторичное сырье, которое нагревают в печи 2 до температуры коксования ˜500°С и направляют в одну из двух попеременно работающих коксовых камер 3 первого блока. Образующийся в коксовых камерах 3 дистиллят коксования (IV) направляют в нижнюю часть ректификационной колонны 4, в которой происходит фракционирование легкокипящих фракций дистиллята коксования с образованием газа + бензин (V), легкого, тяжелого и кубового (VI) газойлей коксования.
Установка для получения нефтяного игольчатого кокса замедленным коксованием	Патент RU 2 720 191	Нефтепере- рабатывающая промышленность	Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к установке для получения замедленным коксованием нефтяного игольчатого кокса, используемого в производстве крупногабаритных графитированных электродов для электродуговых сталеплавильных печей, и направлено на утяжеление сырья коксования по температуре начала кипения для увеличения выхода кокса и улучшения структурной организации. Установка включает устройства для нагрева декантойля в качестве исходного сырья, колонну формирования вторичного сырья смешиванием исходного сырья с рециркулятом, реакционно-нагревательную печь для нагрева вторичного сырья, камеру коксования вторичного сырья для получения кокса и дистиллятных продуктов, ректификационную колонну для разделения дистиллятных продуктов коксования на углеводородный газ, бензин, легкий и тяжелый газойли коксования и кубовый газойль, абсорбер с массообменными устройствами. Колонна формирования вторичного сырья снабжена массообменными устройствами и средством для подачи водяного пара. Верхняя часть колонны соединена с нижней частью абсорбера. Изобретение обеспечивает увеличение выхода получаемого игольчатого кокса и улучшение его микроструктурной организации за счет утяжеления вторичного сырья и стабилизации его фракционного состава.

Способ переработки полимерных отходов на установках замедленного коксования	Патент RU 2 721 849	Нефтепере- рабатывающая промышленность	Изобретение относится к способу термической переработки промышленных и бытовых полимерных отходов совместно с сырьем установок замедленного коксования и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Способ включает расплавление отходов, смешивание отходов с сырьем для коксования , выбранным из нефтяного сырья, сырья для рецикла коксования и их комбинаций, при этом смешивание происходит перед камерой коксования при температуре 300-500 °С, а количество полимерных отходов составляет до 8 мас.% от количества сырья для коксования , направление смеси в камеру для коксования и последующее разделение полученных продуктов. Изобретение обеспечивает утилизацию промышленных и бытовых полимерных отходов, включая полимерные отходы с неорганическими компонентами, с возможностью их переработки и получением ценных углеводородных продуктов в виде качественной продукции, а также минимальное отрицательное влияние перерабатываемых отходов на установку замедленного коксования. Согласно предложенному способу, перерабатываемые полимеры смешиваются с сырьем для коксования перед камерой для коксования при температуре 300-500 °С в заявленных количествах. Температурный интервал 300-500 °С является оптимальным: нижняя граница температур определяется температурой расплавления полимерных отходов, верхний предел определен максимальной температурой проведения процесса коксования. Данный интервал температур позволяет исключить риск накопления отложений в змеевиках нагревательной печи, катализируемого солями металлов.

			Экспериментально было установлено, что количество органических отходов до 8 мас. % от количества сырья для коксования является оптимальным для предложенного способа. Повышение количества перерабатываемых полимерных отходом по отношению к сырью для коксования более 8 масс % не позволяет получить заявленный результат.
Кокс, армированный углеродным волокном, полученный на установке замедленного коксования	Патент RU 2 343 133	Нефтепере- рабатывающая промышленность	Изобретение относится к коксу, армированному углеродным волокном, предпочтительно игольчатому коксу. Кокс образуется совместным коксованием смеси небольшого количества нарезанных углеродных волокон и тяжелых остатков переработки нефти или каменноугольного дегтя и пеков, получаемой смешиванием углеродных волокон или стабилизированных волокон предшественника для образования углеродных волокон с потоком подаваемого сырья для способа замедленного коксования. Сырье состоит из группы остатков с высоким содержанием ароматических соединений после перегонки в вакууме, легкого крекинга, каталитического крекинга в псевдоожиженном слое, термического крекинга, пиролиза этилена, производимых коксованием угля или перегонкой остатков угля с высоким содержанием ароматических соединений. Кокс применяют в полигранулированных аморфных или графитизированных углеродных материалах, содержащих по меньшей мере 70 мас.% углерода, в частности, в угольных электродах и в связанных с ними соединительных деталях (ниппелях), в мелкозернистых графитах и реакторных графитах, в кирпичах для домен или в катодах и анодах для электролиза расплавленных солей алюминия. Технический результат - получение армированного углеродными волокнами кокса высокого качества из остатков нефтепереработки. Используют различные типы волокон: 1. Углеродные волокна, полученные исходя из ПАН (PAN) (полиакрилонитрила), на основе мезофазного пека и изотропного пека. 2. Волокна окисленного ПАН (см. ниже определение), описание выложенной заявки Германии DE-A 2659374 (дата приоритета 31.12.1975). 3. Необработанные органические волокна, такие как волокна ПАН или целлюлозные волокна, пункты 1 и 2 формулы патента Германии DD 295621, выданного 27.10.1983.

2.4 Выводы и результаты по патентному поиску

После проведения патентного поиска можно сделать вывод, что на данный момент есть много патентов относящихся к способам повышения эффективности установки замедленного коксования. Однако, не все патенты на сегодняшний день действительны. Целью новых патентов является повышение эффективности работы старых, но есть и такие, в которых стараются придумывать новые патенты, основываясь на прошлых изобретениях, стараются их модернизировать. Существуют патенты, суть которых заключаются в усовершенствовании и комбинировании уже известных способов. Чаще всего целями таких патентов являются улучшения их характеристик.

Проанализировав данные патенты можно сделать вывод, что в каждом изобретении есть свои достоинства и недостатки.

К достоинствам этих патентов можно отнести:

- В результате использования заявляемой модифицированной печи удается на 8-10% увеличить цикл безостановочной работы печи и время безремонтной эксплуатации установки в целом, сократить затраты на металлоемкость змеевика, тем самым снижая общую себестоимость установки, при этом обеспечить заданную мощность и требуемую загрузку сырья коксования;

- Использование предлагаемого способа замедленного коксования позволит получить одновременно на одной установке особо ценный малосернистый анодный кокс для алюминиевой промышленности, игольчатый кокс для электродной промышленности и сернистый кокс;

- Изобретение для получения нефтяного игольчатого кокса обеспечивает увеличение выхода получаемого игольчатого кокса и улучшение его микроструктурной организации за счет утяжеления вторичного сырья и стабилизации его фракционного состава;

- Данный интервал температур позволяет исключить риск накопления отложений в змеевиках нагревательной печи, катализируемого солями металлов.

3 Теоретическое описание проблемных вопросов. Подбор и описание мероприятий, предложенных для решения проблем

Целью работы является определение возможности подачи сырья на установку УЗК непосредственно с установки электрообессоливания (ЭЛОУ) по «жесткой» (горячей) схеме с температурой 120–143°С без промежуточного охлаждения гудрона, минуя резервуарный парк. Для оценки возможности подачи горячего сырья для замедленного коксования с установки ЭЛОУ по «жесткой» схеме необходимо было разработать принципиально новую технологическую схему с максимальным использованием существующего оборудования, выработать комплексные технические предложения, провести необходимые проверочные расчеты тепломассообменного оборудования.

Расчеты возможности непосредственной подачи сырья с установки ЭЛОУ по «жесткой/горячей» схеме на установку ЗК проводились на основе данных Атырауского нефтеперерабатывающего завода (АНПЗ), республика Казахстан.

Моделирование существующей технологической схемы теплообмена осуществлялось в программном комплексе Aspen Hysys. В процессе моделирования использовался термодинамический пакет, разработанный на основе уравнения состояния Пенга – Робинсона. В качестве исходных данных для расчета были приняты фракционные составы продуктов, взятые на основе данных АНПЗ.

При задании в программе схемы взаимодействия потоков и моделей аппаратов, а также имеющихся степеней свободы была получена существующая схема установки замедленного коксования.

Сравнив результаты моделирования принципиальной технологической схемы УЗК с регламентными показателями и данными по режимным листам, можно сделать вывод,

что полученная модель является адекватной рассматриваемой задаче и может быть использована для проведения необходимых расчетов по переводу подачи сырья с установки ЭЛОУ по «жесткой» (горячей) схеме на УЗК.

По результатам моделирования существующей установки ЗК было выяснено, что при изменении температуры подачи сырья с 90 до 120 – 143°С требуется изменение схемы его подачи, а также обвязки аппаратов и трубопроводов для основных продуктов.

Целью перевода установки замедленного коксования на «жесткий» режим работы является снижение энергетических затрат на проведение технологического процесса. В связи с подачей сырья на установку с повышенной температурой должна снизиться тепловая нагрузка на теплообменники, что даст возможность в случае необходимости нагреть сырье до более высоких температур и снизить тепловую нагрузку на трубчатые печи. Более полная утилизация теплоты должна снизить электрическую нагрузку на аппараты воздушного охлаждения. Уменьшение нагрузки на аппараты водяного охлаждения позволит снизить потребность в оборотной воде. В случае, если на установке задействованы испаритель и пароперегреватель, модернизированная схема даст возможность увеличить выработку перегретого водяного пара. Дополнительной целью ставилось использование существующего оборудования УЗК и сохранение тепловых балансов массообменных устройств.

В основе модернизации процесса лежат следующие технологические решения:

Поток гудрона из установки ЭЛОУ поступает на УЗК в обход резервуарного парка с повышенной температурой;

Допускается технологическая переобвязка теплообменных аппаратов;

Тепловой баланс ректификационных колонн остается без изменений, поэтому поток тяжелого газойля направляется в ребойлер ректификационной колонны и на подогрев сырья колонны так же, как и в регламентном режиме.

В ходе проведения работ по модернизации технологической схемы были рассмотрены два варианта изменения входной температуры сырья.

Первый вариант – гудрон подается на установку замедленного коксования с температурой 120°С (согласно оперативным данным, полученным с установки ЭЛОУ-АВТ-3). Второй вариант – гудрон подается на установку замедленного коксования с температурой 143°С (согласно действующему регламенту установки ЭЛОУ-АВТ-3).

Согласно предложенной модернизированной схеме (рис. 1), по первому варианту гудрон для УЗК подается в сырьевую емкость и далее на прием насосов Н-1В, Н-2 с температурой 120°С и прокачивается двумя равными потоками через трубное пространство теплообменников Т-1/1,2,3 и Т-1А/1,2,3, где нагревается до температуры 150–168°С. Нагрев сырья в теплообменниках Т-1А/1,2,3 осуществляется потоком циркуляционного орошения, поступающего из ректификационной колонны К-1 (колонны К-1, К-2, К-3, К-4 на рис. 1 не показаны). Поток циркуляционного орошения забирается с полуглухой тарелки насосами Н-7, Н-7А и подается единым потоком в теплообменники Т-1А/1,2,3, где охлаждается до температуры 215°С.

Далее поток циркуляционного орошения направляется в испаритель И-106 с паровым пространством и перегреватель ПП-107. В межтрубное пространство И-106 и ПП-107 подается химически очищенная вода; перегретый водяной пар после И-106 и ПП-107 с температурой 125°С выводится с установки. Технологической схемой на аппаратах И-106 и ПП-107 предусмотрена байпасная линия по потоку циркуляционного орошения. Таким образом, при необходимости испаритель и перегреватель можно вывести из эксплуатации перепуском циркуляционного орошения по байпасной линии.

Рис. 1 - Усовершенствованная схема теплообмена УЗК.

Поток циркуляционного орошения после испарителя и перегревателя направляется в погружной многопоточный холодильник Х-9; возврат циркуляционного орошения в колонну К-1 осуществляется с температурой 130°С. В теплообменниках Т-1А/1, 2, 3 поток сырья нагревается до требуемой температуры 168°С; дополнительного подогрева перед печью П-1 не требуется. Нагрев сырья в теплообменниках Т-1/1,2,3 осуществляется потоком легкого газойля, поступающим из ректификационной колонны К-2 (отпарная секция). Легкий газойль из нижней части отпарной секции К-2 подается на прием насосов Н-4, Н-4А, с линии нагнетания которых с температурой 206°С подается в кольцевое пространство теплообменников Т-1/1, 2, 3, где отдает теплоту потоку сырья.

Далее поток легкого газойля поступает в аппараты воздушного охлаждения Х-6/1,2, где охлаждается окружающим воздухом до температуры 117°С,

проходит последовательно холодильники Х-5, Х-12, охлаждаемые оборотной водой, и с температурой 29°С поступает в погружной многопоточный холодильник Х-9. После теплообменников Т-1/1, 2, 3 поток сырья с температурой 150°С направляется последовательно в аппараты Т-2 и Т-6, где нагревается до требуемой температуры 176°С потоком тяжелого газойля.

Тяжелый газойль из нижней части отпарной секции колонны К-3 подается на прием насосов Н-5, Н-5А, с линии нагнетания которых с температурой 344°С подается последовательно в ребойлер Т-3 ректификационной колонны К-4, подогреватель Т-4, где отдает теплоту на подогрев сырья колонны и на поддержание ее температурного режима. Далее поток тяжелого газойля с температурой 240°С направляется последовательно в теплообменники кожухотрубчатого типа Т-6 и Т-2, отдает теплоту сырью и с температурой 197°С поступает в многопоточный холодильник Х-9. Тяжелый газойль покидает установку с температурой 90°С.

Для реализации второго варианта необходимо поток гудрона в теплообменниках Т-1А/1, 2, 3 нагревать потоком циркуляционного орошения, при этом греющий агент направляется только в аппараты Т-1А/1, 2, 3. Поток гудрона в теплообменниках Т-1/1, 2, 3 следует нагревать потоком легкого газойля, далее нагрев сырья осуществляется в теплообменниках Т-2 и Т-6 потоком тяжелого газойля.

В остальном технологическая схема для варианта с температурой сырья УЗК 143°С практически не отличается от варианта с температурой 120°С.

Разработка технических решений при переводе температуры сырья на уровень 120/143°С осуществлялась с использованием метода параметрической оптимизации.

Перевод установки замедленного коксования на «жесткий» режим работы по первому варианту позволил повысить энергетическую эффективность технологической схемы.

В связи с подачей сырья на установку с температурой 120°С:

– снижается тепловая нагрузка на теплообменники Т-1/1, 2, 3 и Т-1А/1, 2, 3, поэтому в случае необходимости существует возможность нагреть сырье до более высоких температур и снизить тепловую нагрузку на трубчатые печи;

– пониженная нагрузка на аппараты Х-5, Х-12 и Х-9 позволяет снизить потребность в оборотной воде на 65,5 м3/ч по установке, с учетом затрат оборотной воды на охлаждение гудрона на установке ЭЛОУ-АВТ-3;

– в случае если на установке задействованы испаритель И-106 и перегреватель ПП-107, модернизированная схема позволит увеличить выработку пара на 1373 кг/ч;

– тепловая нагрузка на аппараты воздушного охлаждения снижается на 7,7 кВт.

Перевод установки замедленного коксования на «жесткий»/(горячий) режим работы по второму варианту также позволяет улучшить показатели энергоэффективности технологического процесса. В связи с подачей сырья на установку с температурой 143°С удается снизить тепловую нагрузку на теплообменники Т-1/1, 2, 3 и Т-1А/1, 2, 3; таким образом, в случае необходимости существует возможность нагреть сырье до более высоких температур и снизить тепловую нагрузку на трубчатые печи. Однако высокая температура гудрона на входе не позволяет достичь полной утилизации теплоты; таким образом, увеличивается тепловая нагрузка на аппараты воздушного охлаждения Х-6/1, 2. Возрастает тепловая нагрузка и на аппарат Х-9, в связи, с чем увеличивается потребность в оборотной воде.

В случае если на установке будут задействованы испаритель И-106 и перегреватель ПП-107, модернизированная схема позволит увеличить выработку перегретого водяного пара, поскольку его количество возрастает с увеличением температуры сырья.

В результате проведения работ принят ряд технических решений, позволяющих при переводе питания установки ЗК на «жесткий» (горячий) режим повысить эффективность схемы теплообмена. В частности, при подаче сырья с температурой 120°С:

– поток гудрона в теплообменниках Т-1А/1, 2, 3 нагревается потоком циркуляционного орошения, при этом греющий агент направляется только в аппараты Т-1А/1, 2, 3;

– поток гудрона в теплообменниках Т-1/1, 2, 3 нагревается потоком легкого газойля, далее нагрев сырья осуществляется в теплообменниках Т-2 и Т-6 потоком тяжелого газойля.

Предложенные решения позволяют улучшить следующие технические показатели:

– тепловая нагрузка на аппараты воздушного охлаждения снижается на 200 кВт;

– потребность в оборотной воде снижается на 30 м³/ч;

– в случае ввода в эксплуатацию узла парогенерации модернизированная схема позволяет увеличить выработку пара низкого давления на 500 кг/ч.

Проведенные тепловые и гидравлические расчеты позволяют выделить следующие положительные результаты:

– поток циркуляционного орошения нагревает сырье в теплообменниках Т-1А/1,2,3 с большим запасом по поверхности теплообмена, имеется возможность снижения нагрузки на трубчатую печь П-1;

– поток легкого газойля нагревает сырье в теплообменниках Т-1/1, 2, 3 без запаса по поверхности, такой тепловой режим предусмотрен для максимальной утилизации теплоты потока легкого газойля; далее поток тяжелого газойля нагревает сырье с большим запасом по поверхности, имеется возможность снижения нагрузки на трубчатую печь П-2.

При температуре сырья 143°С результаты проведенных расчетов говорят о том, что ведение технологического процесса в данном случае не столь эффективно, а именно:

– высокая температура гудрона не позволяет наиболее полно утилизировать теплоту отходящих потоков тяжелого и легкого газойлей – теплообменные аппараты Т-1/1, 2, 3 и Т-1а/1, 2, 3 эксплуатируются с чрезмерно завышенным запасом по теплообменной поверхности;

– в то же время при этом варианте есть возможность снижения нагрузки на трубчатые печи П-1 и П-2;

– тепловая нагрузка на аппараты воздушного охлаждения Х-6/1,2 на 188,9 кВт выше, чем в существующей схеме, при этом проверочный тепловой и гидравлический расчет показал, что аппараты Х-6/1, 2 можно эксплуатировать при новых рабочих параметрах;

– потребность в оборотной воде снижается примерно на 86,3 м3/ч относительно существующего варианта, с учетом расхода оборотной воды на охлаждение гудрона на установке ЭЛОУ;

– в случае если на установке задействованы испаритель И-106 и перегреватель ПП-107, выработка пара низкого давления увеличивается на 1865 кг/ч по сравнению с предыдущим вариантом.

При работе установки замедленного коксования по второму варианту (температура гудрона на входе составляет 143 °С) значительно увеличивается тепловая нагрузка на аппарат воздушного охлаждения поз. Х-6/1, 2.

В связи с этим был выполнен тепловой и гидравлический проверочный расчет данного аппарата на новые условия. Результаты расчета позволяют использовать аппарат без модернизации.

На рис. 2 – 4 приведены диаграммы потребления оборотной воды, тепловой нагрузки на аппарат воздушного охлаждения (АВО) и выработки водяного пара на установке УЗК при различных температурных режимах подачи сырья.

Анализ диаграммы расхода оборотной воды (рис. 2) показывает, что при переходе на новую схему подачи сырья суммарный расход воды значительно снижается. Тепловая нагрузка (рис. 3) на теплообменник Х-6/1, 2 возрастает, однако поверочный расчет показал возможность работы аппарата в режиме с параметрами, не превышающими паспортные данные теплообменника.

Рис. 2 - Сравнение расходов оборотной воды в различных режимах работы УЗК.

Рис. 3 - Сравнение тепловой нагрузки на холодильник в различных режимах работы УЗК.

Рис. 4 - Сравнение выработки перегретого пара в различных режимах работы УЗК.

Общее количество перегретого водяного пара (рис. 4) на УЗК возрастает в три-четыре раза при переходе на новую схему подачи сырья, что также является положительным фактором при переходе на «жесткий» (горячий) режим.

Проведен комплексный технический анализ возможности перевода питания УЗК на «жесткую» (горячую) схему. Разработанная математическая модель теплообмена УЗК позволила выполнить модернизацию технологической схемы при переводе подачи сырья с температуры 90°С на 120 и 143°С.

Анализ усовершенствованной схемы показал возможность снижения расходов оборотной воды на поддержание режимных параметров УЗК, повышение выработки перегретого водяного пара и возможность увеличения нагрузки на АВО в случае перехода на «жесткую» (горячую) схему. Расчет существующих теплообменных аппаратов (включая АВО) показал возможность их применения на установке при новых условиях эксплуатации.

4 Подбор и описание применяемого оборудования

В настоящее время инженерам-технологам доступно большое число программных средств моделирования химико-технологических процессов нефтегазовой отрасли. Эти средства в основном разработаны фирмами США и Канады, хотя существуют и российские разработки (GIBBS, КОМФОРТ и др.).

Все-таки лидирующие позиции на рынке программных продуктов моделирования в нефтегазе в настоящее время занимают продукты трех иностранных компаний – Invensys Process Systems (в состав которой входит SimSci – Esscor владелец торговой марки PRO/II), Aspen Technologies (с вошедшей в ее состав компанией Hyprotech владельца торговых марок HYSIM, HYSYS, Aspen) и ChemStations (владеющая торговой маркой CHEMCAD).

Hysim и Hysys

Продукты канадской компании Hyprotech Ltd. Hysim позволяет выполнять статическое моделирование практически всех основных процессов газопереработки, нефтепереработки и нефтехимии. Особый акцент сделан на работу с уравнением состояния Пенга - Робинсона.

Программа имеет расширенный набор модификаций уравнения состояния Пенга - Робинсона, включающих работу с несимметричными коэффициентами бинарного взаимодействия и различными правилами смещения, модификации для работы с водой, гликолями и аминами. Пакет имеет оригинальный, весьма совершенный алгоритм расчета ректификационных колонн, практически не имеет ограничений в отношении набора задаваемых спецификаций и сложности колонны. Программа имеет табличный ввод данных, по которому затем строится изображение схемы в формате AUTOCAD. Дополнительный пакет Hyprop позволяет эффективно обрабатывать экспериментальные данные по свойствам чистых компонентов и затем использовать полученные корреляции в расчетах.

В 1996 году фирма представила новую разработку – Hysys, разработанную специально для 32 разрядных платформ PC/Windows (а ныне – и 64 разрядных) и пользователи Hysim начали переход на Hysys (хотя многие и до сих пор работают в Hysim). В настоящее время вышла версия 7.3 программы. Поскольку в 2002 году компания Hyprotech Ltd была приобретена Aspen Technologies, то в данный момент программный продукт называется Aspen Hysys и входит в состав пакета инженерного модуля AspenONE Engineering пакета AspenONE.

AspenONE

Продукты американской компании Aspen Technologies Inc широко известны в России, в том числе среди студентов химико-технологических специальностей и специалистов нефтегазовой отрасли. Aspen HYSYS является, пожалуй, одним из самых известных продуктов компании.

Aspen HYSYS представляет собой программный пакет, предназначенный для моделирования в стационарном режиме, проектирования химико-технологических производств, контроля производительности оборудования, оптимизации и бизнес-планирования в области добычи и переработки углеводородов и нефтехимии. Наряду с возможностью статического моделирования технологических схем, позволяет в той же среде производить динамическое моделирование отдельных процессов и всей технологической цепочки, а также разрабатывать и отлаживать схемы регулирования процессов (риc. 5). Имеется возможность выполнять расчеты основных конструктивных характеристик сепарационного оборудования, емкостей, теплообменной аппаратуры, тарельчатых и насадочных ректификационных колонн и оценку стоимости оборудования.

Программа имеет развитый графический интерфейс, поддерживает технологию OLE-2 и хорошо интегрирована с офисными приложениями Microsoft (подробное описание см. далее).

Рис. 5 - Модель в Aspen Hysys.

Для моделирования процессов в стационарном режиме помимо HYSYS также служит другой известный продукт компании – Aspen Plus. Этот пакет был разработаны для Unix-платформ DEC-alpha и Solaris, являясь, таким образом, высокопроизводительным приложением для рабочих станций. В настоящий момент широко используется на Windows.

Aspen Plus, как уже отмечалось выше, − это система для статического моделирования процессов, основанных на химическом и фазовом превращении. Имеет широкий набор алгоритмов, который постоянно расширяется, благодаря тому, что Aspen Plus является системой с открытыми стандартами. Система имеет развитый графический интерфейс (рис. 6). Имеется возможность выполнять расчеты основных конструктивных характеристик и оценку стоимости оборудования.

Рис. 6 - Модель процесса в Aspen Plus.

В настоящий момент оба этих программных продукта входят в состав пакета AspenONE V7 (текущая версия − 7.3), предназначенного для повышения эффективности производства и управления цепочками поставок, а также проектирования и моделирования технологических процессов. В то же время они продаются и как отдельные ключевые программные продукты компании.

Заключение

В настоящее время сущетсвует большое количество методов повышения эффективности УЗК.

Однако, несмотря на то, что в нашей стране накоплен большой опыт проведения мероприятий с целью получения качественных углеродных материалов, эффективного использования жидких продуктов коксования, повышения эффективности переработки углеводородного сырья на установках замедленного коксования путем оперативного изменения состава сырья и введения водородсодержащего газа.

А также снижения коррозионного воздействия воды и растворенных в ней соединений на оборудование, повышения стабильности работы катализаторов гидроочистки и снижения выбросов углеводородов в водоем, и атмосферу за счет обезвоживания топливных фракций и ловушечного нефтепродукта.

Достоинства

Низкие капиталовложения по сравнению с величиной достижения глубины переработки (90-95%) и выхода светлых нефтепродуктов (70-75%);

Широкая степень изучения и внедрения процесса коксования в мировой нефтепереработке;

Относительная простота технологического процесса;

Отсутствие катализатора для проведения процесса;

Недостатки

Высокая вероятность коксования змеевиков печи и куба фракционирующей колонны;

Сложность очистки сточных вод после гидравлической резки кокса водой;

Возможные проблемы при выгрузке и транспортировке кокса, связанные с большим количеством движущихся механизмов;

несоответствие кокса заявленным требованиям при смене качества нефтяного сырья, неверного выполнения технологических стадий;

контакт персонала с сыпучими/пыльными материалами, выбросы в атмосферу.

На основе литературного материала проанализированы различные способы модернизации и повышения эффективности УЗК.

Описаны преимущества и недостатки существующих наиболее распространенных способов модернизации установки замедленного коксования.

Изучен и произведен анализ литературных источников (журналов, научных публикаций, докторских и кандидатских диссертаций, интернет статей), проведен патентный поиск, изучен регламент патентных исследований, изучены формы отчета о патентном поиске, выполнено теоретическое описание проблемных вопросов, подобрано и описано применяемое оборудование и мероприятия, предложенные для решения проблемы.

Все вышеперечисленное делает процесс перспективным, наиболее дешевым и экономически привлекательным.

Список использованных источников

1 Кузора И. Е., Юшинов А. И., Кривых В. А., Кращук С. Г. Подготовка сырья коксования и квалифицированное использование ловушечного нефтепродукта на уст. 21-10/ЗМ // Химия и технология топлив и масел, 2000, № 2 - С 44-46.

2 Елшин А. И., Кузора И. Е., Юшинов А. И. и др. Опыт эксплуатации и перспективы развития производства электродного кокса на НПЗ ОАО АНХК // Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, № 8 - С 12-15.

3 Щербаченко С. Ю., Турова А. В., Кузора И. Е. и др. Исследования влияния разбавителей и реагентов на устойчивость нефтеловушечных эмульсий // Нефтепереработка и нефтехимия, 2004, № 5 - С 21-29.

4 Томин В. П., , Турова А. В. , Кузора И. Е. Обезвоживание нефтепродуктов с использованием гидрофобных коалесцирующих насадок // Нефтепереработка и нефтехимия, 2005, №2-С 22-28.

5 Пат 2179175 Российская Федерация, МПК7 С 10 В 55/10. Состав сырья для получения электродного кокса улучшенного качества I Кузора И. Е., Дошлов.

6 Пат 2210585 Российская Федерация, МПК7 С 10 В 55/10. Состав сырья для переработки на установках замедленного коксования / Кузора И. Е., Моисеев В. М., Кривых В. А., Юшинов А. И., заявитель и патентообладатель ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» — № 2001119798/04, заявл 16 072001, опубл 20. 08. 2003, Бюл № 23.

7 Походенко H. T., Брондз Б. И. Получение и обработка нефтяного кокса. - М.: Химия, 1986. -312 с.

8 Эллиот Дж. Д. Замедленное коксование: новаторство и перспективы. // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1995, № 2. - С. 9-17.

9 Сюняев З. И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса. - М.: «Химия», 1973. - 295 с.

10 Красюков А. Ф. Нефтяной кокс. - М.: «Химия», 1966. - 264 с.

11 Достижения в производстве и коньюктура потребления электродного и игольчатого кокса в мировой практике. - М., ОАО ЦНИИТ Энефтехим, 2004. - 231 с.

12 Аналитический материал «Современное состояние термических процессов нефтепереработки: коксование». - М., ОАО ЦНИИТЭнефтехим, 2001. - 125 с.

13 Иванова C. P., Минаскер K. C. Каталитическое облагораживание бензинов термического происхождения. - Тезисы докладов Российской конференции «Актуальные проблемы нефтепереработки», Москва-2001. - С. 248.

14 Берг Г. А. Облагораживание бензинов вторичного происхождения. Схемы и процессы глубокой переработки нефтяных остатков. - Сб. трудов БашНИИ НП, М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983, Вып. 22. - С. 27.

15 Агафонов А. В. и др. Разработка и внедрение процессов гидрооблагораживания прямогонных и вторичных дистиллятов. Нефть. Процессы и продукты ее углубленной переработки. - Сб. трудов БашНИИ НП, М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983, Вып. 44, ч. 2, с. 30.

16 Стехун А. И., Сюняев З. И., Федотов B. E., Мустафина С. А. Исследование агрегативной устойчивости остаточных фракций Сургутской нефти. - Сборник научных трудов БашНИИ НП, ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - С. 132-137.

17 Федотов В. Е., Стехун А. И., Макаров А. Д., Мустафина С. А. Сырье коксования из сернистых нефтяных остатков различного происхождения. // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983, № 4. - С. 9-11.

18 Хурамшин Т. З., Махов А. Ф., Усманов P. M. и др. Совершенствование процесса коксования на Ново-Уфимском НПЗ. // Нефтепереработка и нефтехимия. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1977, № 10. - С. 39-41.

19 Душин А. А., Якименко Е. В., Чугайнова Е. А. и др. Нефтепереработка и нефтехимия. 1985, № 4, с. 9,10.

20 Плеханов М. А., Бутина Н. М., Дубков И. В., Что позволяет Омскому НПЗ делать хороший кокс. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2000, № 8. - с. 58.

Код для цитирования: Скопировать