Термический крекинг (6 мин.)

Эндотермические химические процессы (5 мин.).

Вопрос 3. Основные виды эндотермических процессов. Особенности пожарной опасности и основные противопожарные мероприятия при их проведении (30 мин.).

Эндотермические процессы широко распространены при осуществлении вторичной переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах.

Вторичная переработка нефти предполагает проведение ряда химических процессов, направленных на увеличение количества светлых нефтепродуктов, улучшение свойств продуктов первичной переработки, а также получение новых химических веществ. К основным процессам вторичной переработки нефти относятся крекинг, риформинг и гидроочистка.

Ввиду того, что выход бензина при перегонке нефтей составляет обычно лишь 15 - 25 % от веса нефти, количество его, полученное таким путем, не может покрыть громадной потребности в нем авиации и автотранспорта. Количество получаемого из нефти бензина увеличивают, подвергая часть менее необходимых нефтепродуктов (мазут, газойль, соляровое масло, полугудрон и др.) крекингу.

Крекингом называется процесс расщепления тяжелых молекул углеводородов с целью получения более легких нефтепродуктов с улучшенными свойствами. В зависимости от условий проведения процесса различают крекинг термический и каталитический. При 1термическом крекинге расщепление молекул тяжелого сырья производят под воздействием высокой температуры (450 – 550 ⁰С) и при повышенном давлении (5 - 7 МПа). При каталитическом крекинге расщепление молекул происходит в присутствии катализатора при низком рабочем давлении (Р_раб = 0,15 - 0,2 МПа). Проведение процессов термического и каталитического крекинга позволяет повысить общий выход бензина из нефти в несколько раз и довести его до 40-50%.

На установках термического крекинга расщепление (крекирование) углеводородов достигается путем создания высокой температуры до 450 – 550 ⁰С и давления до 5 - 7 МПа. Высокая температура ослабляет внутримолекулярные связи и вызывает расщепление молекул. Высокое давление препятствует чрезмерному развитию процесса крекинга.

Важнейшую роль в установках термического крекинга играют трубчатые печи-реакторы, в которых непосредственно и происходит реакция расщепления молекул с образованием новых соединений. Например, октан С₈Н₁₈ расщепляется на бутан С₄Н₁₀ (предельный углеводород) и бутилен С₄Н₈ (непредельный углеводород). Две или три молекулы непредельных углеводородов, соединяясь, образуют более сложную молекулу нормального или изостроения. Благодаря образованию изомеров, обладающих повышенной термической стойкостью, при крекинг-процессе не только увеличивается выход бензина из нефти, но и повышается октановое число, характеризующее антидетонационные свойства бензина.

Одна из главных особенностей печей-реакторов ─ необходимость иметь такой объем реакционной зоны трубчатого змеевика, в котором исходное сырье могло бы разлагаться до необходимой глубины, и реакция расщепления проходила бы до конца. С учетом этого змеевики должны иметь достаточно большую длину. Для сокращения длины змеевика на практике за реактором устанавливают специальную выносную реакционную камеру, в которой происходит углубление процесса крекинга за счет дополнительного выдерживания продуктов разложения. Конструктивно реакционная камера представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну диаметром 2 - 3 метра и высотой 10 - 15 м, рассчитанную на давление 2 - 3 МПа. Исследования показали, что при наличии на установке термического крекинга печи и реакционной камеры в последней образуется до 20 – 30 % бензина.

Наряду с реакционными аппаратами в состав установок термического крекинга входят испарители (эвапораторы), ректификационные колонны и газосепараторы. Испарители предназначены для подготовки сырья к крекингу, а ректификационные колонны и газосепараторы ─ для разделения полученной в трубчатых печах сложной смеси углеводородов на фракции (бензины, дизельное топливо, тяжелые остатки, крекинг-газ).

Пожарная опасность установок термического крекинга характеризуется следующими факторами:

─ наличием большого количества нефтепродуктов в змеевиках трубчатых печей, в испарителях и ректификационных колоннах;

─ высокой рабочей температурой в печах-реакторах, которая значительно превышает температуру самовоспламенения всех обращающихся нефтепродуктов;

─ возможностью образования горючей среды внутри технологического оборудования и на открытой технологической площадке;

─ высокой вероятностью возникновения прогаров в змеевиках печей-реакторов;

─ возможностью взрыва в топочном пространстве и боровах печей-реакторов.

Эрозия труб змеевика происходит, как правило, под действием находящихся в потоке продукта взвешенных твердых частичек. Эрозионный износ усиливается при увеличении плотности вещества движущегося потока, скорости движения ударяющихся о стенку частиц, возрастании температуры и повышении шероховатости поверхности. Процессы эрозии протекают особенно интенсивно в местах изменения направления движения потока. Следует отметить, что уносимые потоком продукта куски кокса не только вызывают эрозию трубопроводов, но и засоряют аппараты, расположенные за печами.

Повышенная опасность печей крекинга обусловлена также возможностью взрыва в топочном пространстве и в боровах. Взрыв в топочном пространстве может произойти в период пуска печи, если не обеспечена предварительная продувка топочного пространства или нарушена последовательность операций при розжиге, а также в случае обрыва факела пламени. Взрывы в боровах происходят главным образом из-за неполного сгорания топлива и обогащения дымовых газов продуктами неполного сгорания (окисью углерода СО, водородом Н₂ и другими горючими веществами).

Опасность образования горючей среды снаружи печей-реакторов возникает при выходе нагреваемого в змеевиках продукта через двойники. Выход продукта наружу через двойники наблюдается при неплотном прилегании пробки к корпусу двойника, выбросе пробки, нарушении герметичности соединения труб с корпусом двойника и при повреждениях корпуса.

Предупреждение пожаров и взрывов при эксплуатации печей крекинга должно, прежде всего, обеспечиваться путем применения технических решений, позволяющих осуществлять контроль за всеми режимными параметрами процесса, обеспечивать их автоматическое регулирование, а также оповещать обслуживающий персонал о возникновении аварийных ситуаций. К числу основных технических решений, которые должны быть предусмотрены при проектировании печей крекинга, относятся:

─ установка приборов контроля за величиной давления и температуры продукта на входе в змеевик и выходе из него, а также систем звуковой и световой сигнализации, оповещающих обслуживающий персонал об отклонениях режимных параметров;

─ устройство систем автоматического регулирования расхода и температуры продукта. Автоматическое регулирование подачи нефтепродукта для крекирования должно производиться в зависимости от давления на входе в змеевик и выходе из него. Автоматическое регулирование температуры нагрева продукта в змеевиках следует осуществлять путем изменения количества сжигаемого топлива;

─ правильный выбор материала теплообменных труб змеевиков. Для изготовления труб змеевиков необходимо использовать жаропрочные стали марок Х25Т, Х23Н13, Х23Н18, Х20Н14С2, Х25Н20С2 и др.;

─ устройство систем блокировки, обеспечивающих перекрывание линий топливоподачи при обрыве факела пламени;

─ обеспечение системами автоматического регулирования подачи топлива и воздуха на горение, которые создают условия для их перемешивания и сжигания в строго определенном соотношении;

─ установка газоанализаторов для контроля за полнотой сжигания топлива. Процесс горения считается нормальным, если в топочных газах имеется максимальное содержание двуокиси углерода и отсутствуют оксид углерода и водород.