Маслоблок

Компонент

Доля компонента, % мас.

1990г.

1995г.

2000г.

Базовые нефтяные масла

86,0

83,0

79,2

Регенерированные масла

3,7

3,3

3,3

Масла на синтетической и растительной основе

2,8

5,8

9,2

Присадки

7,5

7,9

8,3

Показатели

Единицы измерения

Значение показателя

Содержание в нефти: парафина

% мас.

3,21

серы

% мас.

0,23

Газов С1-С5

% мас.

0,50

Фракции до 180°С

% мас.

32,00

Фракции 180-350°С

% мас.

33,30

Фракции выше 350°С, в том числе:

% мас.

34,20

Фракции 350-420

% мас.

13,70

Фракции 420-490

% мас.

7,40

Фракции 490-530

% мас.

4,10

Фракции выше 530

% мас.

9,00

Вязкость нефти при 20°С

мм2/с

0,78

Вязкость нефти при 50°С

мм2/с

2,09

Плотность гудрона при 20°С (фр.>530°C)

кг/м3

989,00

Потенциальное содержание базовых масел с ИВ³ 95,в том числе:

% мас.

16,05

Фракции 350-420°С

% мас.

8,83

Фракции 420-490°С

% мас.

4,54

Фракции 490-530°С

% мас.

1,28

Фракции выше 530°С

% мас.

1,40

серы, % масс.Выход, % масс.

На фрак-цию

На нефть

Фракция 360-420°С

0,8943

1,497

19,2

4,82

---

23

---

100

13,7

Фракция 360-420°С после депарафиниза-ции

0,9056

1,5066

22,41

5,2

72

- 27

---

87,4

11,97

Парафино-нафтеновые углеводороды

0,8625

1,4740

18,07

4,80

103

- 22

---

52,40

7,18

Парафино-нафтеновые и ароматические углеводороды I гр.

0,8721

1,4818

19,03

4,89

97

-25

---

64,50

8,83

Парафино-наф-теновые и аро-матические угле-водороды I-IIгр.

0,8752

1.4844

19,38

4,92

92

- 26

---

69,50

9,52

Парафино-наф-теновые и аро-матические угле-водороды I-IIIгр

0,8808

1,4882

20,13

4,99

85

-27

---

76,6

10,49

Парафино-наф-теновые и аро-матические угле-водороды I-IVгр

0,9000

1,5020

21,80

5,13

74

- 28

---

86,4

11,84

серы, % масс.Выход, % масс.

На фрак-цию

На нефть

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Фракция 420-490°С

0,9154

1,5100

65,42

10,15

---

33

---

100

7,4

Фракция 420-490°С после депарафиниза-ции

0,9230

1,5153

80,41

11,22

45

---

---

92,90

6,87

Парафино-нафтеновые углеводороды

0,8732

1,4795

42,371

8,69

103

- 18

---

47,2

3,49

Парафино-нафтеновые и ароматические углеводороды I гр

0,8848

1,488

45,22

8,92

98

-18

---

61,4

4,54

Парафинонаф-теновые и аро-матические угле-водороды I-IIгр

0,8872

1,4901

46,20

8,95

93

-17

---

65,2

4,82

Парафинонаф-теновые и аро-матические угле-водороды I-IIIгр

0,8985

1,4975

51,03

9,40

81

-16

---

75,3

5,57

Парафинонаф-теновые и аро-матические угле-водороды I-IVгр

0,9090

1,5125

75,73

11,00

58

-16

---

92,3

6,83

ароматические углеводороды I гр.

0,9286

1,5142

65,45

10,09

---

---

---

14,1

1,04

ароматические углеводороды II-III гр.

0,9893

1,5646

37,39

22,58

---

----

---

13,9

1,03

ароматические углеводороды IVгр.

---

---

---

---

---

---

---

17

1,26

серы, % мас.Выход, % масс.

На фрак-цию

На нефть

Фракция 490-530°С

0,9315

1,5312

157,30

18,25

---

---

0,25

100

4,10

Фракция 490-530°С, после депарафинизации

0,9406

1,5326

196,5

18,92

40

---

---

93,6

3,84

Парафино-нафтеновые углеводороды после депарафинизации

0,8624

1,4997

172,3

22,36

99

-17

---

31,20

1,28

Парафино-нафтеновые и ароматические углеводороды I гр

0,9035

1,5235

196,40

24,60

89

-18

---

45,69

1,87

Характеристика данной фракции отсутствует в справочной литературе [6], данные по показателям фракции получены методом линейной экстраполяции. Структурно-групповой состав и физико-химические характеристики данной фракции, а также базового масла, полученного на ее основе, представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Характеристика остаточной фракции >530 °С.

Наименование      h20u50,

мм2/с u100 мм2/сИВТзаст, °ССодержание

Как видно из таблицы, остаточная фракция обладает значительным содержанием высокоиндексных компонентов, что позволяет использовать ее при производстве базовых масел, после процесса деасфальтизации. Остаток данной фракции являются сырьем для производства компаундированных битумов.

2. Выбор и обоснование поточной схемы производства нефтепродуктов маслоблока и пути практического применения продуктов

Согласно с пунктом 1 на маслоблок поступает мазут Хадыженской нефти. Головной установкой любого маслоблока является установка вакуумной трубчатки, на которой происходит разделение мазута на узкие масляные фракции и гудрон. Возможен вариант переработки мазута с разделением на широкую масляную фракцию и гудрон. Но при данном варианте разделения целесообразным является применение процесса гидрокрекинга, что при использовании данной нефти нежелательно, так как при этом значительно уменьшается выход базовых масел. При селективной очистке масел растворителями необходимо разделение мазута на узкие масляные фракции.

На установке ВТ производим разделение на погоны: легкий вакуумный газойль, фракция 360-420°С, фракция 420-490°С, фракция 490-530°С, фракция>530°С и затемненный продукт. ЛВГ представляет собой более легкокипящую фракцию, которая остается в мазуте из-за нечеткой работы отгонной части атмосферной колонны. Затемненный продукт может выводиться с установки ВТ, чтобы увеличить температуру начала кипения гудрона. Также необходимость извлечения затемненного продукта связана с установкой в вакуумной колонне первого пакета насадки повышенной прочности для отбоя капель гудрона из паров легких компонентов. С установки выводится утяжеленный гудрон, чтобы снизить нагрузку на установку деасфальтизации, которая имеет большой индекс энергопотребления. При этом на установке деасфальтизации повышается селективность экстракции и глубина отбора наиболее тяжелых масляных компонентов, повышается качество асфальта, который предполагается использовать как сырьё для производства окисленных и остаточных битумов.[7]

Фракция 360-420°С направляется на установку селективной очистки избирательными растворителями. В качестве растворителя на данной установке применяется фенол. На данной установке из фракции удаляются средние и тяжелые ароматические углеводороды, смолы. Рафинат, получаемый на установке селективной очистки, отвечает всем требованиям, предъявляемым к базовым маслам, помимо температуры застывания. Для понижения температуры застывания рафинат направляется на установку каталитической изодепарафинизации. Рафинат, после облагораживания на установке каталитической изодепарафинизации имеет незначительное содержание сернистых соединений, а также индекс вязкости в приделах 97 единиц и температуру застывания -25°С. Исходя из этого, рафинат направляется на установку компаундирования масел.

Экстракты селективной очистки обычно используются по следующим направлениям:

как компонент котельного топлива;

как пластификатор при производстве резинотехнических изделий (в частности в производстве шин) и кожзаменителей;

как пластификатор при получении битумов и битумных мастик;

как компонент сырья для производства сажи и нефтяного кокса.

В данном проекте предполагаем использование экстракта, как компонента котельного топлива.

Выход базового масла из фракции 360-420°С представлен на рисунке 1.

Рисунок 1

Фракция 420-490°С для извлечения тяжелых ароматических углеводородов и смол направляется на установку селективной очистки. Рафинат, получаемый на селективной очистке фенолом, содержит примеси тяжелых ароматических соединений и соединения серы, которые являются нежелательными компонентами базовых масел, ухудшая их эксплуатационные свойства. Поэтому рафинат необходимо подвергать доочистки. Существует несколько методов доочистки масел. В данной схеме предполагается применение гидрогенизационных процессов. Эти процессы отличаются высокой экологичностью, незначительными капитальными и энергозатратами, позволяют улучшить эксплуатационные свойства товарных масел, повысить вязкостно-температурные характеристики базовых масел при незначительном уменьшении выхода целевого продукта.

Различают процессы гидроочистки, гидродоочистки и гидрооблагораживания сырья для производства базовых масел. Такое деление условно, так как все эти процессы характеризуются некоторой однородностью применяемых катализаторов и схожестью технологических режимов. В проекте предполагается использование процесса гидрооблагораживания, позволяющего не только обеспечить высокое обесссеривание, но и повысить ИВ на 4-5 пунктов за счет селективного гидрирования ароматических углеводородов. [8]

Полученный в процессе гидрооблагораживания продукт ещё не является базовым маслом, так как характеризуется высокой температурой застывания. Гидрогенизат необходимо подвергнуть депарафинизации с целью удаления или реформулирования углеводородов, обладающих высокой температурой плавления.

На данном периоде существует два направления извлечения из масел парафиновых углеводородов: депарафинизация с помощью селективных растворителей и применение гидрокаталитических процессов.

Основными недостатками применения селективных растворителей являются огромные энергетические затраты на создание холода в процессе, малая экологичность процесса за счет использования аммиака, недостаточный отбор углеводородов, обладающих высокой температурой плавления, значительный унос масляных компонентов с гачами. Помимо того, на установке производится парафин, спрос на который за счет незначительного производства белково-витаминного концентрата упал, а стоимость на рынке значительно ниже, чем товарного масла. За счет удаления парафиновых углеводородов значительно уменьшается выход масел.

Гидрокаталичические процессы напротив имеют ряд преимуществ: выход целевого продукта не уменьшается при проведении депарафинизации, процесс более экологичен, чем процесс сольвентной депарафинизации, обладает небольшими энергозатратами.

Недостатком проведения гидропроцессов является опасность работы с водородом, обладающим широкими пределами взрываемости.

Предполагается использование процессов каталитической депарафинизации и каталитической изодепарафинизации. В курсовом проекте используется процесс каталитической изодепарафинизации, так как гидрогенизаты характеризуются значительным содержанием парафиновых углеводородов, применение данного процесса позволит снизить температуру застывания[8].

Выход базового масла из фракции 420-490°С представлен на рисунке 2.

Рисунок 2

Фракция 490-530°С проходит все стадии очистки и облагораживания представленные выше и характерные для фракции 420-490°С. Отличием схемы переработки является наличие укрупненной установке селективной очистки, в которой экстракция и регенерация растворителя из рафинатного раствора происходит по двум параллельным линиям, а регенерация из экстракта проводится на одном потоке, что позволяет снизить затраты на оборудование и энергозатраты на регенерацию растворителя. Сырьем данной установке является фракция 490-530°С, а также деасфальтизат установке деасфальтизации.

Выход базового масла из фракции 490-530°С представлен на рисунке 3.

Фракция >530 °С поступает на установку деасфальтизации с целью выделения масляных углеводородов и получения, после последующей очистки, наиболее высоковязких базовых масел.

Существует несколько вариантов проведения деасфальтизации: процесс «ROSE», классическая схема деасфальтизации с применением низкомолекулярных углеводородов (пропан), с применением бензинов (процесс Добен). В схеме маслоблока предусмотрена установка деасфальтизации с применением технологической схемы «ROSE». Данная схема предусматривает использование в процессе испарителей и насосов «ROSE». При проведении данного процесса энергозатраты на процесс деасфальтизации значительно снижаются. Деасфальтизат проходит последовательные стадии очистки на установках сективной очистки и гидрооблагораживания. Для уменьшения температуры застывания базового масла в схеме предусмотрена установка сольвентной депарафинизации, применение каталитической гидроизодепарафинизации не целесообразно, так как содержание парафинов нормального строения в данном сырье невелико, а преобладают алканы разветвленного строения.

Рисунок 3

Выход базового масла из фракции >530°С представлен на рисунке 4

Рисунок 4

Согласно заданию на курсовое проектирование в схеме маслоблока предусмотрена установка получения битумов. Сырьем данной установке являются гудрон (30,3% фракции >530°С) и асфальт деасфальтизации. На данной установке проводится переокисление и смешение данного сырья с производством высококачественных дорожных и строительных битумов. Такой подход позволяет получить битумы более высокого качества, чем при обычном окислении гудрона.[13]

Полученные при производстве масел светлые нефтепродукты используются как сырье для производства товарных топлив в топливно-химическом блоке.

Мощность нефтеперерабатывающего завода по нефти составит 3*100/34,2=8,7 млн.тонн/год. Поточная схема маслоблока представлена в приложении А.

3. Материальный баланс маслоблока

.1 Материальный баланс установки ВТ

Установка ВТ работает 340 дней в году, с учетом плановых и текущих ремонтов. На установку поступает 3 млн.т/г мазута по данным таблицы 2 определим выходы узких масляных погонов. Согласно практическим данным с установки выводится 3% легкого вакуумного газойля. Результаты расчета приведены в таблице 7.

Таблица 7- Материальный баланс установки ВТ

3.2 Материальный баланс установки селективной очистки 1

На установке селективной очистки закладывается значение ИВ и основных показателей качества базовых масел. Поэтому необходимо очистить сырье до необходимой глубины, не более и не менее. Необходимая глубина очистки зависит от того, какие требования предъявляются к получаемым товарным маслам. При расчете материального баланса установки селективной очистки было принято, что из сырья извлекаются смолы, средние и тяжелые ароматические углеводороды, то есть в состав рафината входят только парафиновые, парафино-нафтеновые и легкие ароматические углеводороды.

На установку селективной очистки 1 поступает фракция 360-420°С, исходя из данных таблицы 3 рафинат составит 77,1 % от фракции. Результаты расчета представлены в таблице 8.

Таблица 8- Материальный баланс установки селективной очистки 1

3.3 Материальный баланс установки селективной очистки 2

На установку селективной очистки 2 поступает фракция 420-490°С, исходя из данных таблицы 4 рафинат составит 68,5 % от фракции. Результаты расчета представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Материальный баланс установки селективной очистки 2

3.4 Материальный баланс установки деасфальтизации

Выход деасфальтизата определяется по эмпирической формуле:[13]

Хд=94-4Кг+0,1(Кг-10)2 (1)

где Хд- выход деасфальтизата мас.

Кг- коксуемость гудрона, % мас.

Исходя из данных [6] коксуемость гудрона составит 13,55%.

Хд=94-4·13,55+0,1(13,55-10)2=42,06 %, мас.

Сырьем установки является фракция >530°С. Результаты расчета представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Материальный баланс установки деасфальтизации

3.5 Материальный баланс установки селективной очистки 3

Сырьем установки селективной очистки являются фракция 490-530°С и деасфальтизат. Установка является укрупненной с общей регенерацией растворителя из экстрактного раствора. Выход рафината и экстракта принимается в соответствии с данными таблиц 5,6. Результаты расчета переведены в таблице 11.

Таблица 11 - Материальный баланс установки селективной очистки 3

В таблицах 12, 13 представлены материальные балансы работы установки селективной очистки 3 на отдельных видах сырья (фракции 490-530 °С и деасфальтизате фракции >530 °С).

Таблица 12 - Материальный баланс установки селективной очистки при работе на фракции 490-530 °С

Таблица 13 - Материальный баланс установки селективной очистки при работе на деасфальтизате фракции >530 °С

3.6 Материальный баланс битумной установки

Сырьем установки являются асфальт и гудрон с установки ВТ. По данным [13] для производства битумов необходимо 10-15% воздуха с содержанием кислорода 20% об. При окислении помимо битума образуются и побочные продукты - газы окисления и отгон (черный соляр). Газы окисления содержат в своём составе некоторое количество углеводородов и их необходимо утилизировать. Дожиг газов окисления осуществляется непосредственно на установке, отгон используется в качестве топлива в технологических печах установки.

Результаты расчета представлены в таблице 14.

Таблица 14 - Материальный баланс битумной установки

3.7 Материальный баланс установки гидрооблагораживания

Расчет материального баланса производится по рекомендациям [8,11,13].

Определение количества, серы удаляемой из фракций.

Из фракции 420-490С° сера не выделяется, исходя из данных таблицы 4.

Рассчитаем количество остаточной серы во фракции 490-530С°

S2ост=S2(1-0,9)(1-0,8)=0,25*0,1*0,2=0,005 % мас. (2)

Количество остаточной серы во фракции >530С°

S3ост=S3(1-0,9)(1-0,8)=0,5*0,1*0,2=0,01 % мас.

где Sn-количество серы в соответствующей фракции,

,9;0,8-глубина обессеривания на первой и второй ступени.[8]

Рассчитаем количество серы удаленно из фракций:

Из фракции 490-530С°

S2=S2- S2ост=0.25-0,005=0,245 % мас. (3)

из фракции >530С°

S3=S3- S3ост=0,5-0,01=0,49 % мас.

Выход газа, % мас. на фракцию определяется по формуле [8]

В2 =Δ ЅÌ0,3 (4)

выход газа из фракции 490-530С°

В2 газа=S2 * 0,3=0,245*0,3=0,0735 % мас.

выход газа из фракции >530С°

В3газа=S3 * 0,3=0,49*0,3=0,147 % мас.

Выход отгона приблизительно принимаем количеству образовавшейся серы, выход отгона для фракции 420-490 приблизительно примем равным 0,1 % мас. исходя из практических данных.

Выход отгона из фракции 490-530С°

В2отг=S2=0,245 % мас.

Выход отгона из фракции >530С°

В3отг=S3=0,49

Выход гидрооблагороженного продукта рассчитаем по формуле: [8]

Вгоп=100-S- В газа- Вотг (5)

Для фракции 420-490С°

В1гоп=100-0,1=99,9 % мас.

Для фракции 490-530С°

В2гоп=100-0,245-0,0735-0,245=99,4365 % мас.

Для фракции >530С°

В3гоп=100-0,49-0,147-0,49=98,873 % мас.

Определяем расход водорода, пошедшего на процесс гидрооблагораживания.

Определим расход водорода на гидрогенолиз сернистых соединений по формуле

Н=S*m, (6)

где m-коэффициент зависящей от характера сернистых соединений.

Предполагаем, исходя из [13], что во фракции 490-530 содержется 30% сульфидов (m=0,125), 5% дисульфидов (m=0,0938), 49% тиофенов (m=0,25), и 16% бензотиофенов (m=0,187).

Тогда для фракции 490-530 получаем:

Н21=S2*0,3*0,125+S2*0,05*0,0938+S2*0,49*0,25+S2*0,16*0,187=0,245*0,3*0,125+0,245*0,05*0,0938+0,245*0,49*0,25+0,245*0,16*0,87=0,0341 %мас.

Предполагаем, что в рафинате из деасфальтизата фракции >530С° гидрируется 23% сульфатов,

% дисульфатов, 59 % тиофенов, 14 % бензотиофенов.

Тогда для фракции > 530С° получим:

Н31=S3*0,23*0,125+S3*0,04*0,0938+S3*0,59*0,25+S3*0,14*0,187=0,49*0,23*0,125+0,49*0,04*0,0938+0,49*0,59*0,25+0,49*0,14*0,187=0,101 %мас.

Так как. фракции представлены рафинатами селективной очистки, то содержание непредельных углеводородов ничтожно мало и расходом водорода на их гидрирование можно пренебречь.

Рассчитаем расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов по формуле: [12]

Н2=6Ar/M, (7)

где М-молярная масса сырья, г/моль.

Предполагаем, что гидрированию до метано-нафтеновых углеводородов во фракции 420-490С° подвергаются 4,2 % тяжелых и средних ароматических углеводородов, во фракции 490-530С°-13,49 %, во фракции >530С°-14,42 %.

молярная масса фракции 420-490С°- 421 г/моль

молярная масса фракции 490-530С° - 493 г/моль

молярная масса фракции >530С° - 538 г/моль

Расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов для фракции 420-490С°

Н12=6*4,2/421=0,0598 % мас.

расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов для фракции 490-530С°

Н22=6*13,49/493=0,164 % мас.

расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов для фракции >530С°

Н32=6*14,42/537 = 0,161 % мас.

Потери водорода с отдувом не учитываются, т.к. в любой линии водорода предусматривается концентрирование водорода в ВСГ до величены 60 %.

Определим общее потребление водорода:

Для фракции 420-490С°

НS1=0,0598 % мас

Для фракции 490-530С°

НS2=0,0341+0,164=0,1981 % мас.

Для фракции > 530С°

НS3=0,101+0,161=0,261 % мас

Выход сероводорода определим по формуле:

 (8)

для фракции 490-530 С°

=0,26%мас

для фракции >530 С°

 %мас.

Рассчитаем количество водорода, поглощаемое сероводородом [8]

Нnн2s=Bн2s-ΔSn

для фракции 490-530: Н2н2s= 0,26-0,245=0,015 % мас.

для фракции >530: Н3н2s =0,52-0,49=0,03 % мас.

Количество водорода, вошедшего в состав отгона за счет гидрирования продуктов гидрогенолиза сернистых соединений, составит:[11]

Нnгид= Нn1- Нnн2s

Для фракции 490-530С°

Н2гид= Н21-0,015=0,0341-0,015=0,0191 % мас.

Для фракции> 530С°

Н3гид= Н31-0,03=0,101-0,03=0,071 % мас.

Уточненный выход отгона составит:

Для фракции 420-490С°

В1*отг=0,1 % мас.

Для фракции 490-530С°

В2*отг=В2отг+0,0191= 0,245+0,0191=0,2631 %мас.

Для фракции >530С°

В3*отг= В3отг+0,071=0,49+0,071=0,561 % мас.

Количество водорода, вошедшее в масла за счет гидрирования ароматических углеводородов равно количеству водорода, израсходованного на гидрирование. Тогда уточненный выход гидрооблагороженного продукта составит:

Для фракции 420-490С°

В1*гоп= В1гоп+Н12=99,9+0,0598=99,9598 % мас.

Для фракции 490-530С°

В2*гоп=В2гоп+Н22=99,4365+0,164=99,6 % мас.

Для фракции >530С°

В3*гоп=В3гоп+Н32=98,873+0,161=99,034 % мас.

Результаты расчета представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Материальный баланс установки гидрооблагораживания

3.8 Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации

В соответствии с данными литературы [9] в процессе каталитической изодепарафинизации образуются продукты в следующих количествах:

газа - 0-5 % мас. на сырье

бензиновой фракции - 5-10 % мас. на сырье

фракции дизельного топлива - 5-10 % мас. на сырье

масляной фракции - 80-85 % мас. на сырье

Принимаем что, из фракции 360-420°С получается:

Газы-3,2% мас.

Бензин-10,5% мас.

ДТ-6,3% мас.

Депарафинизированное масло - 80% мас.

Принимаем что, из фракции 420-490°С получается:

Газы-3% мас. Бензин-10% мас.

ДТ-7% мас.

Депарафинизированное масло - 80,25% мас.

из фракции 490-530°С получается:

Газы-2,2% мас.

Бензин-8,7% мас.

ДТ-7,3% мас.

Депарафинизированное масло - 82,457% мас.

Расход водорода при этом составляет 0,3-0,4 % мас. на сырье. Для большей простоты расчетов бензиновая и дизельная фракции учитываются вместе, как отгон нк-360°С. Результаты расчета приведены в таблице 16.

Таблица 16 - Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации

В таблицах 17-19 представлены материальные балансы работы установки каталитической изодепарафинизации при работе на отдельных сырьевых фракциях.

Таблица 17 - Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации при переработки рафината установки селективной очистки 1

Таблица 18 - Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации при переработки гидрооблагороженного продукта 2

Таблица 19 - Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации при переработки гидрооблагороженного продукта 3

3.9 Материальный баланс установки депарафинизации

По данным [6] в фракции >530 °С содержится 5,8% парафиновых углеводородов. Количество образовавшегося петролатума мало, поэтому экономически не целесообразно строить установку обезмасливания, а образовавшийся продукт, использовать как компонент котельного топлива. Результаты расчета материального баланса установки представлены в таблице 20.

Таблица 20 - Материальный баланс установки депарафинизации

3.10 Материальный баланс маслоблока

Материальный баланс маслоблока составлен на основании данных таблиц 7-20 и представлен в таблице 24.

Таблица 24- Материальный баланс маслоблока

4. Выбор и обоснование технологической схемы установки селективной очистки

Для очистки и разделения нефтяного сырья широко используют процессы, основанные на растворимости компонентов сырья в различных растворителях. Растворение вещества, А в веществе Б, возможно лишь в том случае, когда межмолекулярные силы притяжения, осуществляющие связь между частицами чистых веществ А и Б преодолеваются силами, которые появляются при растворении этих веществ. Таким образом, для растворения одного вещества в другом необходимо достаточно сильное притяжение между молекулами растворяемого вещества и растворителя.[16,17,18]

Растворимость компонентов нефтяного сырья в растворителях зависит от природы растворителя. При оценке влияния этого фактора на растворимость компонентов сырья следует учитывать два свойства, связанных с их природой: растворяющую способность и избирательность. Под растворяющей способностью растворителя понимают его способность наиболее полно растворять компоненты сырья, подлежащие извлечению. Избирательность растворителя характеризует его способность чётко отделять одни компоненты сырья от других.

При помощи селективных растворителей из нефтяного сырья могут быть извлечены такие нежелательные компоненты, как непредельные углеводороды, серо- и азотсодержащие соединения, полициклические ароматические углеводороды, а также смолистые вещества. Особое значение процесс селективной очистки имеет для производства нефтяных масел, так как в результате существенно улучшаются два важнейших эксплуатационных свойства масел: стабильность против окисления и вязкостно-температурные свойства. Помимо этого, очищенный продукт (рафинат) имеет по сравнению с сырьём меньшие плотность, вязкость, кислотность и особенно коксуемость и более высокую температуру застывания; в нём меньше серосодержащих соединений и он менее интенсивно окрашен.

К растворителям селективной очистки масел предъявляются следующие требования:

растворитель должен избирательно растворять низкоиндексные компоненты и не растворять высокоиндексные;

иметь низкую температуру кипения с целью лёгкой регенерации;

иметь низкую вязкость для хорошего массообмена;

иметь плотность, отличающуюся от плотности сырья, для быстрого и чёткого разделения фаз;

быть химически и термически стабильным, т.е. не изменять своих свойств при эксплуатации и хранении;

химически не взаимодействовать с компонентами очищаемого сырья;

плохо растворяться в воде и растворять воду, не образовывать с ней азеотропных смесей;

не вызывать коррозии аппаратуры, быть нетоксичными, неядовитыми, взрыво- и пожаробезопасными, дешёвыми и недефицитными.

Наиболее распространенными растворителями в процессе селективной очистки являются фенол, фурфурол, N-метилпирролидон.[17].

Фенол является высокотоксичным растворителем, достаточно энергоёмок, обладает средней селективностью при высокой растворяющей способности и не обеспечивает высокого отбора рафината от потенциала при выработке качественных основ моторных масел. Фурфурол обладает сравнительно малой растворяющей способностью, термически нестабилен и склонен к интенсивному окислению. Всё большее распространение, особенно за рубежом, получил N-метилпирролидон.[18] Характеристики селективных растворителей представлены в таблице 24.

Таблица 24 - Характеристики селективных растворителей.

Каждый из этих растворителей имеет свои достоинства с технической и экономической точек зрения, N-метилпирролидон выделяется по таким показателям, как растворяющая способность, расход растворителя и техническое обслуживание установки. В зависимости от стоящих перед нефтеперерабатывающим заводом задач можно при использовании N-метилпирролидона либо увеличить производительность установки, либо сократить расход топлива на единицу объёма перерабатываемого сырья. Базовые масла, полученные путём селективной очистки N-метилпирролидоном, светлее базовых масел, полученных с применением двух других растворителей.метилпирролидон избирательно экстрагирует ароматические соединения и серу из вакуумных дистиллятов и деасфальтизатов, полученных из нафтено-парафинового, парафинового и смешанного основания с температурой кипения выше 288°С.

Рафинаты имеют высокий индекс вязкости, светлый цвет, отличную восприимчивость к присадкам и хорошую термоокислительную стабильность. Они являются хорошими базовыми маслами для получения высококачественных автомобильных и индустриальных масел. Ароматические экстракты обладают такими же физико-химическими свойствами как экстракты, полученные при фенольной и фурфурольной очистке [19].метилпирролидон представляет интерес как селективный растворитель для очистки высоковязкого сырья и такого сырья, для очистки которого требуется большой расход растворителя.

Благодаря высокой растворяющей способности N-метилпирролидона расход растворителя ниже, чем в других процессах очистки масел селективными растворителями. Уменьшение количества циркулирующего растворителя приводит к снижению расхода энергоресурсов [19]. При использовании N-метилпирролидона можно ожидать следующего:

снижение расхода растворителя по сравнению с фенолом на 30 - 50%;

снижение расхода энергии по сравнению с процессом фенольной очистки на 20 - 40 %;

снижение расхода растворителя по сравнению с фурфурольной очисткой на 25 - 40 %;

снижение расхода энергии по сравнению с фурфуролом может составить 20 - 40 %.

Однако N-метилпирролидон имеет не только преимущества, но и некоторые недостатки, главным из которых является сравнительно высокая стоимость и ограниченная доступность в некоторых странах мира. Кроме того, вследствие высокой температуры кипения N-метилпирролидона его можно применять только для очистки масляных дистиллятов и газойлей с температурой начала кипения выше 278-280°С. По термостобильности N-метилпирролидон заметно уступает фенолу, что снижает допустимые температуры нагрева до 300°С, что требует создания вакуума на последних ступенях регенерации. При очистке средневязких дистиллятов часть легкокипящих фракций отгоняется с растворителем из рафинатного и экстракного растворов и обмасливает (до 10% мас.) циркулирующий N-метилпирролидон, что снижает производительность экстракторов.

В циркулирующем растворителе в результате окисления кислородом постепенно увеличивается содержание одного из продуктов окисления N-метилпирролидона, имеющего щелочную реакцию. Для уменьшения окисления рекомендуется сырье подвергать деаэрации в вакууме и проводить процесс под подушкой инертного газа.

С ростом температуры кислотное число N-метилпирролидона возрастает до 0,6 мг КОН/г, следствии разрушения амминов и гидролиза в присутствии воды. Это приводит к усилению коррозии оборудования и трубопроводов.

Помимо этого, перевод установки на использование N-метилпирролидона влечет за собой значительные капитальные затраты, так как действие данного растворителя максимально проявляется при внедрении роторно-дискового контактора.

Основным недостатком применения при очистки фенола является его высокая токсичность и энергоемкость. Предотвращение выбросов при нормальной работе установки и создание замкнутого водного контура позволяет избежать опасности загрязнений. Высокая энергоемкость фенола сглаживается его небольшой стоимостью, что в совокупности не оказывает влияния на экономические показатели процесса.

Недостаток исходных данных, а также незначительное использование N-метилпирролидона в промышленности, делает использование фенола при курсовом проектировании наиболее оптимальным.

Технологическая схема установки представляет классический вариант схемы селективной очистки с незначительными изменениями.[17,15]. Принципиальная технологическая схема представлена в приложении Б данного курсового проекта.

5. Описание особенностей технологической схемы с указанием процессов, протекающих в основных аппаратах

Дистиллятное сырье (фракция 360-420 °С) насосом Н-1 подается через теплообменники Т-1,Т-2 на верхнюю тарелки абсорбера К-1. Подача сырья регулируется в зависимости от уровня в нижней части абсорбера.

Под нижнюю тарелку вводятся пары азеотропной смеси. Нисходящий поток сырья абсорбирует фенол из смеси. Пары воды на выходе из К-1 поступают в конденсатор холодильник АВО-1, конденсат используют для производства водяного пара.

Сырье забирается насосом Н-2 и проходит через холодильники Т-3, Т-4, делится на два равных потока и направляется в среднюю часть экстракционных колонн К-2, К-2а с температурой 75°С. Экстракционная колонна укомплектовывается 20 ситчатыми тарелками. В верх колонн К-2, К-2а из приемника Е-2 подается фенол, в нижнюю часть колонн из приемника Е-3 подается фенольная вода, соответствующая составу азеотропной смеси. Для равномерного распределения потоков по сечению колонн все жидкости в них вводятся через горизонтальные трубчатые распределители. Температура верха колонн регулируется температурой подаваемого фенола. Температуру низа регулируют расходом экстрактного раствора - рецеркулята, отбираемого насосом Н-3. В колоннах образуется два слоя: экстрактный и рафинатный. Рафинатный раствор по выходе из колонн собирается в промежуточный приемник Е-1. Экстрактный раствор выводится в блок регенерации растворителя.

Из приемника Е-1 рафинатный раствор насосом Н-5 подается через теплообменники Т-6, Т-7, где нагревается отходящим потоком рафината, в змеевик трубчатой печи П-1. С температурой 270°С рафинатный раствор поступает в испарительную рафинатную колонну К-3. Здесь отделяется основное количество фенола в виде паров. Для предотвращения уноса рафината с парами фенола колонна снабжена 10-ю тарелками с жалюзийными колпачками, орошаемыми фенолом. Пары фенола выходят сверху колонны, конденсируясь в теплообменниках Т-8, Т-9, отдавая тепло экстракному раствору, и собираются в емкости Е-2.

Рафинат с небольшим содержанием фенола поступает в рафинатную отпарную колонну К-4, где остатки фенола отгоняются острым водяным паром. Пары воды и фенола сверху колонны поступают в емкость Е-3. Рафинат насосом Н-4, проходя теплообменники Т-7, Т-6 выводится с установки. Экстрактный раствор насосом Н-6 прокачивается через теплообменники Т-8, Т-9 поступает с температурой 160°С в сушильную колонну К-5. Колонна К-5 разделена полуглухой тарелкой на две части, верхняя из которых снабжена 12-ю тарелками. В колонне К-5 экстрактный раствор обезвоживается, сверху колонны отводится азеотропный раствор и поступает в емкость Е-3, с низа колонны выводится экстракт в смеси с фенолом.

Экстрактный раствор собирающейся на полуглухой тарелке колонны К-5 поступает в ребойлер Т-10, нагреваемый парами фенола выходящего из колонны К-6. Образовавшиеся в ребойлер пары поступают в кубовую часть колонны К-5, а экстрактный раствор поступает в змеевик печи П-2.

Обезвоженный экстрактный раствор насосом Н-7 поступает в печь П-2, где нагревается до 270 °С. В колонне К-6 испаряется основное количество фенола, пары которого выходя с верха колонны отдают тепло в теплообменнике Т-10, и направляются в емкость сухого фенола Е-2. Пары фенола также подаются на верхнюю тарелку колонны К-6 в качестве орошения. Конструктивно колонна К-6 оформлена также как колонна К-5. Кубовая часть колонны разделена на два отсека глухой перегородкой. Первый отсек используется как буферная зона для откачки полуотпаренного экстракта через печь, из второй части экстракт практически полностью освобожденный от фенола поступает в стриппинг-колонну на дальнейшею отпарку. Благодаря этому увеличилось зеркало испарения, и снизилась температура сырья после второй ступени нагрева.

Экстрактный раствор с небольшим содержанием фенола поступает в колонну К-7,где он продувается водяным паром, для полного удаления фенола. Пары фенола и воды, выходящие с верха колонны К-7 через аппарат воздушного охлаждения АВО-2 поступает в емкость Е-3 и затем в отпарную колонну К-5.

Экстракт из колонны К-7, отдавая тепло в теплообменниках Т-1, Т-2 выводится с установки.[17,20,21]

6. Расчет основных аппаратов

Расчет основных аппаратов проводится в соответствии с методикой расчета и рекомендациями представленными в [23,24,25,26].

6.1 Расчет экстракционной колонны

Так как экстракционная колонна испытывает нагрузку по парам, разбиваем поток сырья на два равных и ставим две экстракционных колонны. Далее проводим расчет колонны.

Составим материальный баланс экстракционной колонны по данным [23,24]. Материальный баланс представлен в таблице 25.

Таблица 25 - Материальный баланс экстракционной колонны

Расчет теплового баланса экстракционной колонны.

Принимаем следующий температурный режим экстракционной колонны, согласно данным[15,19,23]

температура верха - 88 С°

температура низа -68 С°

температура ввода сырья - 75 С°

температура подачи фенола - 94 С°(по данным [19] выше температуры вывода рафинатного раствора на 4-8 С° )

температура подачи фенольной воды - 40 С°

температура подачи рециркулята - 30 С°

Составим уравнение теплового баланса экстракционной колонны.сырья+Qфенола+Qфенол. вода+Qрецирк(30).=Qрафин. раст.+Qэкстракт. раст.+Qрецирк.(68) (9)

Количество теплоты, вводимое с сырьем:сырья=GсырьяНж75=73636,91∙134,04=9870291,42 кДж/ч

Исходя из данных [27] примем Нж75= 134,04 кДж/кг, при Т=348 К

 (10)

Количество теплоты, вводимое с фенолом:фенола=GфенолаНж94 =147273,82∙199,53=29385545,3кДж/ч

Исходя из данных [28] примем Нж94=199,53 кДж/кг

Количество теплоты, вводимое с фенольной водой:фенол вода=Gводы∙Нжв40+Gфенола∙Нжф40=596,46∙73,32+6030,86∙168=1056916,93 кДж/ч

Исходя из данных [25] примем энтальпию воды Нж40=168 кДж/кг, а по рекомендациям [23,28] Нжф40=73,32 кДж/кг

Количество теплоты, выводимое с рафинатным раствором:рафин. раст=Gрафин ∙Нжр88+ Gфенола∙Нжф88=56774,06∙173,324+14193,51∙186,04=12480867,78 кДж/ч

Исходя из данных [27] при и Т=361 К, Нжр88=173,324 кДж/кг

Исходя из рекомендаций [26] принимаем Нжф88=186,04 кДж/кг

Количество теплоты, выводимое с экстрактным раствором:экстракт. раст=Gэкстракта∙Нжр68+Gфенола∙Нжф68+Gводы∙Нжв68=

=16862,85∙127,76+133676,77∙141,45+6030,86∙284,6=22779359,59кДж/ч

По данным таблицы 3 принимаем плотность , тогда

исходя из данных [25] при температуре Т=341К, Нжр68=127,76 кДж/кг, по данным [26,28] Нжф68=141,45 кДж/кг, по данным [26] Нжв68=284,6 кДж/кг

Тепловой баланс экстракционной колонны, без учета тепла рециркулята, представлен в таблице 26.

Таблица 26 - Тепловой баланс экстракционной колонны

Определим количество теплоты, отводимое экстрактным раствором за счет охлаждения рециркулята:

Qсырья+Qфенола+Qфенол. вода-( Qрафин. раст.+Qэкстракт. раст) = Qрецирк.(63)- Qрецирк(30)=ΔQ

ΔQ=Gрецирк.·(Нжр68-Нжр30), тогда Gрецирк= ΔQ/(Нжр68-Нжр30)

ΔQ==40312753,65-35260227,37=5052526,28кДж/ч

Рассчитаем энтальпию экстрактного раствора при 68С°

 (11)

экстрактный раствор состоит из: 10,77 % мас.-экстракта, 85,38 % мас.-фенола, 3,85 % мас.-воды,

Нжр68=127,76·0,1077+141,45·0,8538+284,6·0,0385=146,1 кДж/кг

Исходя из данных [25,26,28] энтальпия экстракта при Т=303К равна Нжэ30= 54,4 кДж/кг, энтальпия фенола при 30С° Нжф30=43,9кДж/кг, энтальпия воды при 30С° Нжв30=83,8 кДж/кг.

Энтальпия рециркулята при 30С° равна:

Нжр35=54,35·0,1077+43,98·0,8538+83,8·0,0385=46,5 кДж/кг.рецирк =5052526,28/(146,1-46,5)=50728,1 кг/ч, что является допустимым при данном режиме работы, нормальный режим работы колонны не нарушается.

Расчет геометрических размеров экстракционной колонны.

Диаметр колонны определим по формуле: [23]

, (12)

где G’c-объемный расход сырья, м3/ч’ф- объемный расход фенола, м3/ч’фв- объемный расход фенольной воды, м3/чсуммарная условная скорость движения фаз, по рекомендациям [30] примем W=12м3/м2·ч.

Плотность сырья при 75С° по данным [6]

 (13)

плотность фенола при 20С° по данным [23]

плотность фенола при 75°С

плотность фенольной воды найдем по правилу аддитивности

Объемные расходы сырья, фенола и фенольной воды соответственно равны:

G’i=Gi/ (14)’c=73636,91/858,9= 85,7 м3/ч’ф=147273,82/997=147,6 м3/ч’фв=6627,32/977=6,7 м3/ч

Диаметр экстракционной колонны равняется:

D=2∙((85,7+147,6+6,7)/3,14·12)½ =5 м, из стандартного ряда принимаем диаметр равный 5м

Расчет высоты экстракционной колонны колонны:[23]

высота экстракционной колонны рассчитывается по формуле:

H=h1+h2+h3+h4, (15)

где h1-высота отстойной зоны рафинатного раствора, м-высота отстойной зоны экстрактной колонны, м-высота колонны занимаемая контактными устройствами, м-высота юбки колонны, м

Высота отстойной зоны рассчитывается по формуле: (по рекомендациям [23])

, (16)

где G’I-обьем раствора прошедшего через рассчитываемую зону, м3/чвремя отстоя раствора, ч; по рекомендациям [26] принимаем время пребывания рафинатного раствора в отстойной зоне - 90 мин, время пребывания экстрактного раствора в отстойной зоне 40 мин.площадь поперечного сечения колонны, м2

Расчет отстойной зоны рафинатного раствора.

Определим объем рафинатного раствора, прошедшего через рассчитываемую зону по формуле:

 (17)

Плотность рафинатного раствора определим по фомуле:

, где (18)

где Хi-массовая доля компонента смеси

-плотность I-ого компонента смеси

0,899

Плотность рафинатного раствора, при температуре 88 С°

=0,855

=83 м3/ч

площадь поперечного сечения колонны определим по формуле

=19,6 м2 (19)

6,3 м

Расчет отстойной зоны экстрактного раствора.

=0,9753

=160,53 м3/ч==5,4 м

Экстракционная колонна укомплектовывается 20 ситчатыми тарелками, по практическим данным [22,23]примем расстояние между тарелками 400 мм, таким образом: h3=7,6м

Принимаем высоту юбки колонны h4=4м.

Высота колонны составит:

Н=6,3+5,4+7,6+4=23,3м.

6.2 Расчет системы регенерации растворителя из раствора рафината

6.2.1 Расчет испарительной колонны

После экстрактных колонн К-2, К-2а рафинатные растворы объединяем и направляем в испарительную колонну К-3. Данный расчет колонны проводится в соответствии с расчетом приведенным в литературе [23].

Определение температуры нагрева рафинатного раствора.

Температуру ввода рафинатного раствора определим путем расчета на ЭВМ, условием задания температуры является обеспечение доли отгона в колонне при которой остаточное содержание фенола в рафинатном растворе не превышало 5%. По данным расчета принимаем, что рафинатный раствор нагрелся в печи и поступает в отгонную колонну с температурой 270 С°. Процесс удаления фенола из рафинатного раствора проходит при атмосферном давлении или близком к нему, по рекомендациям [23], исходя из этого принимаем давление в точке ввода сырья 112 кПа.

Определение температуры вверху отгонной колонны.

Температура вверху отгонной колонны принимается равной температуре кипения фенола, при давлении вверху данной колонны.

Колонна снабжена 10-ю тарелками с жалюзийными колпачками, гидравлическое сопротивление одной тарелки принимаем 0,5 кПа [26,29]. Сырье подается на 2-ую и 4-ую тарелки, потеря давления на преодоление гидравлического сопротивления тарелок составит ∆р=4 кПа. Давление вверху отгоной колонны составит р=112-4=108 кПа. Температура кипения фенола при данном давлении составлят 184,42С°, что и будет равняться температуре вверху отгонной колонны. Определение температуры низа отгонной колонны.

По рекомендациям [23] примем температуру низа колонны на 5С° ниже температуры поступления исходной смеси в колонну, данная температура составит 270-5=265С°. Определение количества орошения. Количество орошения фенолом определяется исходя из теплового баланса колонны.

Расход орошения определим по формуле: [23]

, (20)

где Gор-расход орошения, кг/чс- количество тепла поступающего в колонну с сырьем, кДж/чраф- количество теплоты выводимое из колонны с рафинатным раствором, кДж/чфен-количество теплоты выводимое из колонны с парами фенола, кДж/ч

Н184п.ор- энтальпия паров фенола при температуре верха колонны, кДж/кг

Н60ж.ор- энтальпия жидкого орошения при температуре 60С°, кДж/кг

Плотность рафината 0,8754, по данным [25,26] при температуре Т=543К, Нраф270=619,27 кДж/кг

Энтальпия паров фенола при 270°С по данным [26] примем Нф270=995,13 кДж/кг

Qс=Gраф· Нраф270+Gфен· Нф270 =113548,12·619,27+28387,03·995,13=95367792,82кДж/ч

Количество теплоты, выводимое из колонны с рафинатом

При данном расчете предполагаем, что унос рафината с парами фенола ничтожно мал, и весь рафинат удаляется из куба колонны.[15,17]

Энтальпия рафината при температуре низа колонны (Т=538К) будет равняться Нраф265=608,12 кДж/кг. Энтальпия фенола - Нф265=627,24 кДж/кг

Qраф= Gраф· Нраф265+ Gфен·Нф265 = 113548,12·608,12 +2892,34·627,24 =70865074,08кДж/ч

Количество теплоты, выводимое из колонны с парами фенола

Энтальпия фенола при 184,42С° равняется Нф184=860,08 кДж/кг

Qф= Gфен· Нф184=25494,69·860,08=21927472,98 кДж/ч

Энтальпия жидкого фенола при 60С° Нж.ор60=124,02 кДж/кг

Gор = (95367792,82- (70865074,08+21927472,98))/(860,08-124,02)=3498,69 кг/ч

Расчет материального баланса отгонной колонны.

Материальный баланс отгонной колонны приводится с учетом орошения фенолом при условии, что весь рафинат находится в жидком состоянии. Материальный баланс представлен в таблице 27.

Таблица 27 - Материальный баланс отгонной колонны

Тепловой баланс испарительной колонны представлен таблице 28.

Таблица 28 - Тепловой баланс испарительной колонны

Расчет геометрических размеров испарительной колонны

Расчет диаметра колонны

Объем паров определим по формуле [23]

, (21)

где V-объемный расход паров проходящих через сечение колонны, м3/ч

Т-температура в данной области колонны, К

Р- давление в области определения, МПаколичество компонента пара, кг/чмолярная масса компонента

Рассчитаем обьем паров:

V=22,4*(457,42/273)*(0,101/0,108)*28993,38/94=10826м3/ч

объем паров в точке ввода сырья

V=22,4*(543/273)*(0,101/0,112)*25494,69/94=10897 м3/ч

Диаметр колонны определяем в более нагруженном сечении - точке ввода орошения.

Рассчитаем допустимую скорость паров по уравнению Саудерса и Брауна.

, (22)

где К- коэффициент зависящий от расстояния между тарелками и типам тарелки[28].

-абсолютная плотность соответственно жидкости и пара, кг/м3

По данным [28] примем К=530 при расстоянии между тарелками 400 мм.

Плотность паров при данных условиях определим по формуле

ρп=Gп/V=28993,38/10826=2,67 кг/м3 (23)

плотность жидкой фазы равняется:

0,7879

0,77 м/сек

Диаметр колонны рассчитаем по формуле

((4*3,0)/(3,14*0,77))1/2=2,2 м,

принимаем диаметр колонны из стандартного ряда диаметров равным 2,2 м.

Полученный диаметр проверим по жидкостной нагрузке. Рассчитаем величину подпора слива над сливной перегородкой [27].

, (24)

селективный очистка масло деасфальтизат

где Qc-объем жидкости в рассматриваемом сечении, м3

Вс- длинна сливной перегородки, м

Определим объем жидкости в точке ввода сырья

Qc=Gж/

=0,895-0,000647(270-20)=0,74=113548,12/740=152,0 м3/ч

Вс=r=1,41м (25)=((152/1,41*6445)2 )1/3=0,05 м.

Расчет высоты испарительной колонны.

Высота рабочей зоны занятая контактными устройствами h1=10·0,4=4 м.

Высота зоны ввода сырья в колонну примем по данным [27]равной расстоянию между тремя тарелками, что составит 0,8м.

Высоту кубовой части колонны примем равной 10 минутам работы колонны.

Объем рафината в внизу колонны составит:

V=(Gраф*10)/(pраф*60) =(113548,12*10)/(740*60)=25,5 м3 (26)

Площадь поперечного сечения колонны составит:

S=3,14·2,22/4=3,7 м2, отсюда=V/S=25,5/3,7=7м

Общая высота испарительной колонны составит Н= 4+7+0,8=11,8м

Примем высоту колонны равной 12м.

6.2.2 Расчет отпарной колонны

По данным [23] примем температуру сырья поступающего в данную секцию колонны на 5°С ниже температуры раствора рафината, выходящего из испарительной колонны. Данная температура составит 260 °С.

Определение температуры низа отпарной колонны.

Определим температуру низа колонны, как температуру рафината, охлажденного вследствие испарения растворителя. Искомую температуру находим по формуле: [27]

t2=t1-, (27)

где t2-искомая температура низа колонны, °С-температура рафинатного раствора поступающего в отпарную колонну, °Сраст- количество отгоняемого растворителя, кг/чскрытая теплота испарения растворителя, кДж/кграф- количество рафината, уходящего снизу колонны, кг/ч

с- удельная теплоемкость рафината, кДж/кг·°С

Найдем теплоту испарения фенола по формуле r=KТ/М, (28)

где К- коэффициент равный для фенола 21,

Т-температура кипения, °К,

М- молекулярный вес.

r=21·455/94=101,65 к кал/кг=425,91 кДж/кг=260-(2892,34*425,91/113548,12*2,1)=254,8°С

Примем температуру низа отпарной колонны 255 °С.

Определение температуры вверху отпарной колонны.

Температура вверху отпарной колонны будет равняться температуре кипения фенола при давлении, равном парциальному давлению паров фенола.

Парциальное давление паров фенола определим по формуле:

, (29)

где Рр - парциальное давление паров растворителя. кПараст- расход отгоняемого растворителя, кг/ч;расход вводимого в колонну водяного пара, кг/ч;

-общее давление над верхней тарелкой в колонне, кПа;

М- молекулярная масса фенола;

-молекулярная масса воды;

Примем, по данным [23], количество вводимого в колонну водяного пара равняется 3%мас. от рафината, что составит Z =113548,12·0,03=3406 кг/ч

Колонна снабжена 16-ю тарелками желобчатого типа, при подаче рафинатного раствора на 14-ую тарелку, общее падение давления, на преодоление гидравлического сопротивления тарелок и преодоления местных сопротивлений перетока, составит 6 кПа.

Парциальное давление паров растворителя составит:

Pp= ((2892,34/94)/(2892,34/94+3406/18))*106=15 кПа

Исходя из данных [23] примем температуру верха отпарной колонны 150 °С. Исходя из того, что температура кипения фенола, не учитывая парциальное давление водяного пара, при общем давлении в колонне составит 200 °С, то примем исходя из литературных данных [21,22,17,25] температуру верха колонны 190 °С.

Определение количества холодного орошения.

Расход орошения найдем из теплового баланса отпарной колонны.

Количество теплоты, вводимое в колонну рафинатным раствором:

Qраф раст=Gраф·Н260раф+Gф·Н260ф

Энтальпия рафината при 533 К и P1515=0,8754 составит Н260раф=591,09 кДж/кг

Энтальпия фенола по данным [25] при 260°С равняется Н260ф=613,43 кДж/кг

Qраф раст=113548,12·591,09+2892,34·613,43=68891406,38кДж/ч

Количество теплоты, вводимое в колонну с водяным паром:

По данным [19,20] примем, что в колонну поступает пар из обще заводской линии при температуре 300°С и давлении 14 атм. по данным [26] энтальпия пара равняется

Н300в. пар=734,3 ккал/кг=3076,72 кДж/кг.в.пар.=Gв.пар· Н300в. пар=3406·3076,72=10479308,32 кДж/ч.

Количество теплоты, выводимое из колонны с рафинатом:

Энтальпия рафинатного раствора при 528 К, и плотности =0,8754, по данным [25] примем Н255раф.=563,887 кДж/кг.

Qраф=Gраф.· Н255раф=113548,12·563,887=64028308,74 кДж/ч

Количество теплоты, выводимое из колонны с парами:

Исходя из практических данных, в рафинате остается 0,0005 % мас. фенола, но так как доля фенола в рафинате мала, то для упрощения расчетов принимаем, что в отпарной колонне весь фенол удаляется из рафинатного раствора.

Энтальпия водяного пара при температуре и давлении верха колонны равняется Н190в.пар=681,83 ккал/кг=2856,86 кДж/кг. Энтальпия фенола при температуре верха колонны по данным [25] равняется Нфен.190= 869,43 кДж/кг.

Q190паров.=Gфен.· Нфен.190+Gв.пар.· Н190в.пар=2892,34·869,43+3406·2856,86=12245152,33 кДж/ч.

Орошение производим фенольной водой, расход орошения определяется по формуле:

, (30)

где Gор- количество орошения, кг/ч;раф.раст.- количество теплоты вводимое в колонну с рафинатным раствором, кДж/ч;в.пар.- количество теплоты вводимое в колону с водяным паром, кДж/ч;раф- количество теплоты выводимое из колонны с рафинатом, кДж/ч;паров- количество теплоты выводимое из колонны с парами, кДж/ч;

Н190ор- энтальпия орошения при температуре верха колонны, кДж/кг;

Н50ор.-энтальпия орошения при температуре ввода в колонну, 50°С.

По данным таблицы 21 в фенольной воде содержится 0,09 долей фенола и 0,91 доли воды, энтальпия орошения при 50°С равняется:

Н50ор=0,09·Н50ф+0,91·Н50воды

По данным [26] энтальпия фенола при 50 °С равняется Н50ф=102,66 кДж/кг.

Энтальпия воды при 50 °С равняется Н50воды=210кДж/кг.

Н50ор=0,09·102,66+0,91·210=200,339 кДж/кг.

Найдем энтальпию орошения при 190 °С.

Энтальпия паров фенола при 190 °С

Н190ор=0,09·869,43+0,91·2856,86=2677,99 кДж/кг.ор=((68891406,38+10479308,32)-(64028308,74+12245152,33))/(2677,99-200,339)=1250кг/ч.

Материальный баланс рассчитывается с учетом орошения, подаваемого в колонну. Материальный баланс представлен в таблице 29.

Таблица 29- Материальный баланс отпарной колонны

Тепловой баланс колонны приводится с учетом орошения вводимого колонну, по данным расчета представленным в пункте 6.2.2. Тепловой баланс отпарной колонны представлен в таблице 30.

Таблица 30- Тепловой баланс отпарной колонны

Уточнение и подбор температуры верха с учетом орошения.

Уточнение температуры верха проводим по формуле 29, как температуру кипения растворителя при давлении равном парциальному давлению растворителя. Массовые расходы компонентов паровой смеси принимаются согласно таблице 30.

Pp= ((2935,14/94)/(2935,14/94+3838,75/18))*106=13 кПа,

по данным [23] температура кипения фенола при данном давлении составит 188°С. По данным пункта 6.2.2 принимаем температуру в верху отпарной колонны 190 °С.

Определение геометрических размеров отпарной колонны.

Определение диаметра отпарной колонны.

Диаметр отпарной колонны находим исходя из объема паров под верхней тарелкой колонны.

Объем паров под верхней тарелкой рассчитаем по формуле:

;=22,4*(463/273)*(0,101/0,106)*(3838,75/18+2935,14/94)=8849 м3/ч

Линейная скорость паров, исходя из рекомендаций [28], равняется 0,7 м/с. Диаметр колонны определим по формуле:

((4*2,5)/3,14*0,7))1/2 =2,13 м

Из стандартного ряда диаметров обечаек принимаем диаметр 2,2 м.

Расчет высоты отпарной колонны.

По данным [22,24] примем, что расстояние между тарелками равняется 400 мм.

Высота рабочей зоны занятая контактными устройствами h1=15·0.4=6 м. Высота зоны ввода сырья в колонну примем по данным [22]равной расстоянию между тремя тарелками, что составит 0,8м. Высоту кубовой части колонны примем равной 10 минутам работы колонны.

Плотность рафината при 255 °С равняется p2554=0,8943-0,000647(255-20)=0,742

Объем рафината в внизу колонны составит:

V=(Gраф*10)/(pраф*60)= (113548,12*10)/(742,0*60)=25,5 м3

Площадь поперечного сечения колонны составит:

S=3,14·2,22/4=3,7 м2, отсюда h2=V/S=25,5/3,7=7м

Примем высоту ввода водяного пара равной расстоянию между тремя тарелками, что составит 0,8м.

Общая высота отпарной колонны составит Н=6+7+0,8+0,8=14,6м.

Примем высоту колонны равной 15м.

6.3 Расчет полезной тепловой нагрузки печи подогрева рафинатного раствора

Предполагаем, что теплообмена с окружающей средой по линии экстракционная ко­лонна-печь не произошло, и рафинатный раствор поступает в печь с температурой верха экстракционной колонны - 88 °С.

Расчет полезной тепловой нагрузки печи производим по формуле:

Qпол= 1/3600((Gраф· Нраф270+Gфен· Нф270+Gрафп·Нраф, п+Gфенж·Нфж)- (GрафН88раф+Gф.Н88ф.)),

где Qпол- полезная тепловая нагрузка печи, кВт;раф;Gф;Gпф; Gрафп - массовые расходы рафината, жидкого и парообразного фенола, парообразного рафината, соответственно, кг/ч;

Н88раф;Н88ф;Н270раф;Н270ф.ж.;Н270ф.п; Нраф.- энтальпии рафината и фенола при 88°С и энтальпии рафината и жидкого парообразного фенола, парообразного рафината, кДж/кг

Предполагаем, что потери теплоты в линии печь - рафинатная колонна за счет теплообмена с окружающей средой не произошло и температура нагрева раствора в печи составит 270°С.

Исходя из данных [23,25,15] и таблиц 26,28, принимаем, что Н88раф=173,324 кДж/кг, Н88ф=186,04 кДж/кг, Gраф=113548,12 кг/ч, Gф=28387,03кг/ч;

Н270раф=619,27 кДж/кг,Gраф=113548,12 кг/ч, Gф=28387,03 кг/ч;

Н270ф.ж=641,07 кДж/кг, Gфп=25494,69 кг/ч, Н270ф.п=860,08 кДж/кг.

Применяя полученные данные, определим полезную тепловую нагрузку печи.

Qпол=1/3600((113548,12·619,27+28387,03·995,13+2892,34·641,07+2988,39·870,91)-(113548,12∙173,324+14193,51∙186,04)) = 22417 кВт.

Рассчитаем теплопроизводительность трубчатой печи, по формуле:

, (31)

где QТ- теплопроизводительность трубчатой печи, МВт;

- КПД печи;

Принимаем исходя из данных [26] КПД равное 0,8, тогда QТ =22,4/0,6=28 МВт

6.4 Уточненный материальный баланс установки

Материальный баланс установки рассчитывается исходя из предположения, что фенол на установку поступает в момент запуска установки, в остальное время производство удовлетворяется регенерированным фенолом. В материальном балансе не учитывается количество водяного пара пошедшего на отпарку фенола из экстрактного раствора. Расчет производился исходя из данных пункта 6.1-6.2. Результаты расчета представлены в таблице 31.

Таблица 31 - Уточненный материальный баланс установки

7. Охрана труда и окружающей среды

.1 Охрана окружающей среды

На данной установке селективной очистки применяем фенол, который имеет характерный запах, токсичен. Отравление возможно парами и мельчайшими кристаллами, образующимися при конденсации паров на холодных предметах. Попадание фенола на кожу вызывает ожог.

На установке существует замкнутой водный контур, наличие которого предотвращает утечку фенола с установки.

На установке в процессе работы имеет место три вида выбросов в окружающую среду:

Выбросы в атмосферу:

организованные из помещения холодной и горячей насосных;

неорганизованные выбросы от аппаратов установки;

через дымовые трубы технологических печей П-1,2.

Технологические сточные воды.

Твердые отходы.

Основным требованием, ограничивающим вредное воздействие процесса и продукции на окружающую среду, является сохранение герметичности аппаратуры и оборудования.

Загрязнение атмосферы осуществляется дымовыми газами печей П-1,П-2

Контроль полноты сгорания топлива на технологических печах установки осуществляется кислородомерами. Регулировка подачи воздуха к форсункам - при помощи регистров и распылом жидкого топлива паром.

Емкости с фенолом и фенолсодержащим продуктом объединены в закрытую дыхательную систему.

На установке применяется закрытая система освобождения аппаратов, насосов и трубопроводов в специальную дренажную емкость, из которой продукт откачивается в систему установки.

С целью уменьшения выбросов в атмосферу из колонн, на установке предусмотрена схема получения пара в замкнутом водном контуре.

До пуска водного контура пары из колонн сбрасываются в емкость Е-3.

Качество уходящей с установки оборотной воды и промливневых стоков контролируется ежесуточно лабораторными анализами и ежедневно обслуживающим персоналом. Для создания безопасных условий работы и удаления вредных веществ из помещений насосных имеется приточно-вытяжная вентиляция. Эффективность работы вентиляции проверяется ежегодно специальной организацией.

Для обеспечения надежности охраны водных ресурсов и воздушного бассейна предусмотрены следующие меры:

Промышленно-ливневая канализация (ПЛК).

Стоки от охлаждения торцов насосов, ливневые воды с площадки и от мытья полов насосных по коллекторам сбрасываются в емкость Е-7, а из емкости в заводскую канализацию.

Качество сбрасываемых вод контролируется лабораторией по охране природы согласно графику, утвержденному главным инженером завода. Проба отбирается из выходного контрольного колодца с установки. Стоки направляются на очистные сооружения завода, где проходят механическую, физико-химическую и биохимическую очистку.

Основным требованием, ограничивающим вредное воздействие процесса селективной очистки масел фенолом и выпускаемой продукции на окружающую среду, является сохранение герметичности аппаратуры и оборудования.

С целью предупреждения загазованности приняты следующие меры:

насосы оборудованы двойными торцевыми уплотнениями;

дренирование продукта из аппаратов, насосов и трубопроводов производится по герметичной схеме в подземную емкость, а из нее откачивается на переработку;

постоянно поддерживается установленная норма содержания загрязнений в стоках и выбросах в атмосферу;

сбросы от ППК производятся в закрытую систему.

Для создания безопасных условий работы и удаления вредных веществ из помещений насосных имеется приточно-вытяжная вентиляция. Эффективность работы вентиляции проверяется ежегодно специальной организацией. План расположения вентустановок показан на плане расположения оборудования. Содержание вредных веществ в помещениях определяется лабораторией ГСО согласно графику отбора проб.

Отходы бумаги, старых сальниковых уплотнений, прокладок, изоляции, бой стекла, ветоши складируются на свалке установки, затем вывозятся на промышленную свалку.

Для предотвращения аварийных выбросов вредных веществ в окружающую среду предусмотрена система блокировок и сигнализаций.

Качество оборотной воды ежесменно определяется визуально на содержание нефтепродуктов и на содержание фенола. Один раз в сутки проводится анализ на содержание фенола в воде.

При подготовке к ремонту оборудования обводненный нефтепродукт дренируется и пропаривается. Из емкости продукт идет на отработку.

При подготовке установки к ремонту пропарка аппаратов и оборудования ведется в течение 2-х суток в закрытую систему, пропарочный продукт собирается в емкость, откуда насосом откачивается в товарные резервуары. При пуске весь нефтепродукт отрабатывается через отделение экстракции, а вода через водный контур.

7.2 Охрана труда

На установке огромное значение предъявляется охране труда.

К принятым мерам улучшения условий труда работников относится:

введение в эксплуатацию системы контроля, регулирования и противоаварийной защиты производства;

применение средств коллективной защиты работающих;

получение своевременной информации о возникающих опасных и вредных производственных факторах на отдельных технологических операциях;

систему контроля и управления технологическим процессом, обеспечивающую защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования;

знание обслуживающим персоналом технологических схем, технологического процесса, устройства и расположения оборудования и всех коммуникаций на каждом рабочем месте;

эксплуатация всего оборудования в соответствие с порядком, нормами и условиями, изложенными в инструкциях по эксплуатации оборудования;

соблюдение установленных норм ведения технологического режима;

увеличение продолжительности очередного отпуска;

введение доплаты за вредные условия производства;

оказание своевременной медицинской помощи;

предоставление работникам возможности поправки здоровья в учреждениях санаторно-профилактического и оздоровительного профиля;

Заключение

В результате данной работа был спроектирован маслоблок нефтеперерабатывающего завода мощностью 3 млн.тонн/год по мазуту. На данном маслоблоке производятся базовые масла с ИВ>95 и температурой застывания ниже -20°С. Также организованно производство окисленных и компаундированных битумов. Был рассмотрен проект установки селективной очистки масел избирательными растворителями с выполнением расчетов основных аппаратов.

Список использованной литературы

1.      Бурлака В.Г. Бурлака Г.Г. Формирование рынка инвестиций производства смазочных масел в СНГ. Нефтепереработка и нефтехимия 1997г.№12 ст. 10-17.

.        Гутнев С.Б.,Лашхи В.П. Некоторые современные тенденции в области разработки и применения отечественных моторных масел. Нефтепереработка и нефтехимия 1997г.№11 ст. 17-19.

.        Б.М.Бунаков, А.Н.Первушин, И.И.Задко. К вопросу о качестве моторных масел для современной автомобильной техники. Нефтепереработка и нефтехимия 2002 №2 ст.39-44.

.        Бурлака В.Г. Рынок смазочных масел. Нефтепереработка и нефтехимия 1998 №8 ст.10-12.

.        Кулеев Р.Ш., Широв Ф.Р. Физико-химические свойства некоторых растительных масел. Химия и технология топлив и масел. 1999 №4 ст.24-25.

.        Нефти СССР:справочник, т3.-М: Химия,1974г.

.        Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. 2001г.

.        Шабалина Т.Н., Бадыштова К.М., Чесноков А.А. Разработка технологии получения высококачественных базовых масел при сочетании процессов селективной очистки и гидрооблагораживания рафинатов. Нефтепереработка и нефтехимия 2001 №7 ст.65-71.

.        Болдинов В.А., Есипко Е.А., Каменский А.А. Превращение индивидуальных углеводородов на катализаторе гидродепарафинизации КДМ-1. Химия и технология топлив и масел 1999 №2 ст. 21-23.

.        Эрих В.Н., Расина М.Г.,Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Л.1972.

.        Казакова Л.П., Крэйн С.Э. Физико-химические основы производства нефтяных масел. М.1978г.

.        Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. М. 1978Г.

.        Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа, часть 3.М.1978г.

.        Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.1973г.

.        Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа. Под ред. Бондаренко Б.И., М. 1983г.

.        Иванов А.В., Лазарев Н.П. N-метилпирролидон вместо фенола. Химия и технология топлив и масел. - М.: 2000, №5, с. 44-45

.        Рябов В.Г., Шуверов В.М., Старкова Н.Н. Выбор ПАВ для очистки масляных фракций N-метилпирролидоном. Химия и технология топлив и масел. - М: 1997, №2, с.12-13

.        Ново-Уфимский НПЗ. Селективная очистка масел N-метилпирролидоном, модернизация установок фенольной и фурфурольной очистки. Химия и технология топлив и масел. - М: 1995, №6, с.8-13

.        Промышленный технологический регламент установки селективной очистки №1 типа А-37/3. Новополоцк. 2000г.

.        Промышленный технологический регламент установки селективной очистки №2 типа А-37/1. Новополоцк. 2000г.

.        Фомин В.Н., Суздальцев Н.И., Тарасов А.В. Совершенствование системы регенерации фенола из экстрактного раствора на установках типа 37/1. Нефтепереработка и нефтехимия. №7, 2001г.

.        Танатаров М.А. Технологические расчеты установок переработки нефти. М. 1987г.

.        Покровская С.В. Методические указания к выполнению курсового проекта №3 «Маслоблок нефтеперерабатывающего завода». Новополоцк. 2000г.

.        Кузнецов А.А., Кагерман С.М., Судаков Е.Н., Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. М.1974г.

.        Рудин М.Г. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.1989г.

.        Павлов К.Ф., Романков П.Г., НосковА.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.1987г.

.        Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Дытнерский Ю.И. М. 1991г.

.        Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборни задач по химии и технологии нефти и газа. М. 1981г.

.        Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. 1973г.

© 2003 - 2022 «Библиофонд»

Обратная связь

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

Полная версия

Помощь по учебным работам

Консультация по курсовой работе

Консультация по дипломной работе ВКР

Консультация по реферату

Консультация по отчетам о практике