Проект установки депарафинизации масел избирательными растворителями мощностью по сырью 205 тысяч тонн в год

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

«Проект установки депарафинизации масел избирательными растворителями мощностью по сырью 205 тысяч тонн в год»

Аннотация

Объектом проектирования является установка одноступенчатой депарафинизации. Сырьем установки одноступенчатой депарафинизации является рафинат селективной очистки масел, продуктом - депарафинированное масло. Мощность установки - 205000 тонн в год. В расчетах проекта был использован растворитель - смесь метилэтилкетона 60 % и толуола 40 %.

Цель проекта - выполнить технологический расчет количества регенеративных и аммиачных кристаллизаторов, площади фильтрующей поверхности вакуум-фильтра.

В результате проведенного расчета выяснилось, что в состав установки депарафинизации должно входить ориентировочно 9 регенеративных и 9 аммиачных кристализаторов, площадь фильтрующей поверхности вакуум-фильтра ориентировочно равна 177 м².

Содержание

Введение

Список условных обозначений и сокращений

. Литературный обзор

. Технологическая часть

2.1 Описание установки одноступенчатой депарафинизации

.2 Материальный баланс установки одноступенчатой депарафинизации

2.3 Расчет количества регенеративных и аммиачных кристаллизаторов

.4 Расчет площади фильтрующей поверхности вакуум-фильтра

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А. Принципиальная технологическая схема установки одноступенчатой депарафинизации

Введение

Процесс депарафинизации основан на удалении из рафинатов твердых углеводородов (парафинов, церезинов), способствующих потере подвижности масел при низких температурах.

Суть процесса в том, что рафинат растворяется в растворителе или смеси растворителей и охлаждается до температуры низкого значения, при которой твердые углеводороды будут выкристаллизовываться, образуя фазу гача, если сырье дистиллятное или петролатума, если сырье остаточное.

Целевым продуктом процесса депарафинизации является депарафинированное масло (депмасло).

Установка депарафинизации включает следующие блоки:

1.     Блок кристаллизации и фильтрования.

2.       Блок регенерации растворителя из раствора депмасла.

.         Блок регенерации растворителя из раствора гача (петролатума).

Список условных обозначений и сокращений

1.      
Литературный обзор

Депарафинизация рафинатов селективной очистки

Характеристика процесса

Процессы депарафинизации предназначены для получения масел с требуемыми температурами застывания и низкотемпературными свойствами путем удаления из сырья наиболее высокоплавких (в основном парафиновых) углеводородов.

Различают процессы:

обычной депарафинизации с получением масел с температурой застывания от -10 до -150C;

глубокой депарафинизации с получением масел с температурой застывания -300С и ниже.

Сырьем процесса являются рафинаты селективной очистки.

Целевыми продуктами депарафинизации являются депарафинизаты - депарафинированные дистиллятные и остаточные масла.

В качестве побочных продуктов получают: гачи из дистиллятного и петролатумы из остаточного сырья, направляемые на обезмасливание с получением, соответственно, парафинов и церезинов, широко применяемых в различных областях промышленности (в бумажной, текстильной, полиграфической, кожевенной, спичечной, лакокрасочной, пищевой промышленностях; в медицине для изготовления свечей, вазелинов, восковых композиций, консистентных смазок; в химической промышленности для получения жирных кислот и спиртов, моющих средств и др.).

Процесс представляет собой одну из разновидностей процесса экстракции - экстрактивную кристаллизацию и основан на разной растворимости углеводородных компонентов масел в некоторых растворителях при низких температурах.

Природа, состав и кратность растворителя к сырью

Растворители в процессах депарафинизации выполняют следующие две функции:

) снижение вязкости обрабатываемого сырья для облегчения последующего отделения выкристаллизовавшегося парафина от депарафинизируемого масла. Чтобы выполнить эту функцию, сам растворитель должен иметь достаточно низкую вязкость в широком интервале температур вплоть до температур кристаллизации;

) функции избирательного растворителя. Они должны при температурах депарафинизации хорошо и полностью растворять низкозастывающие масляные углеводороды и не растворять при этом кристаллизующиеся компоненты сырья.

В неполярных растворителях, ранее применявшихся для депарафинизации (сжиженном пропане, бутане и гептане), твердые углеводороды при температурах плавления растворяются неограниченно, причем их растворимость изменяется экстремально с ростом молекулярной массы растворителя.

Высокая растворимость твердых парафинов в неполярных растворителях требует для их выделения глубокого охлаждения. Этим объясняется высокий температурный эффект депарафинизации (ТЭД) при депарафинизации в растворах сжиженного пропана и легкого бензина (15-25 °С), что делает процесс неэкономичным из-за больших затрат на охлаждение раствора. Неполярные растворители имеют еще ряд следующих недостатков: малая избирательность, приводящая к высокому содержанию масла в твердой фазе, необходимость малых скоростей охлаждения раствора и, как следствие, снижение производительности установок; в случае применения сжиженных углеводородов - необходимость повышенного давления в аппаратах депарафинизации [2].

В полярных растворителях твердые углеводороды растворяются только при повышенных температурах. Однако многие из полярных растворителей при низких температурах плохо растворяют вязкозастывающие компоненты масляных фракций, что приводит к их выделению из раствора вместе с твердыми компонентами сырья. В связи с этим большая часть растворителей, применяемых при депарафинизации и обезмасливании, представляет собой смеси полярных и неполярных растворителей, в которых первый является осадителем твердых парафинов, а второй - растворителем вязкостно-застывающих компонентов масляного сырья [2]. Наибольшее распространение в производствах масел получили смеси низкомолекулярных кетонов (ацетон, метилэтилкетон) с бензолом и толуолом, а в последнее время - только с толуолом - менее токсичным по сравнению с бензолом [3]. МЭК, по сравнению с ацетоном, обладает лучшей растворяющей способностью по отношению к масляным компонентам и потому требует меньших количеств добавки толуола. При прочих равных условиях выход депарафинизата с применением МЭК в качестве осадителя больше, чем с ацетоном, а ТЭД и содержание масла в твердой фазе меньше. Это обусловливается тем, что с ростом молекулярной массы кетонов повышается роль дисперсионных сил, а следовательно, и растворяющая их способность [2].

При увеличении содержания ароматического растворителя в смеси с кетонами увеличиваются продолжительность фильтрования (то есть работы фильтров без забивки), ТЭД и выход депарафинизата, но повышается температура его застывания.

На практике содержание ацетона или МЭК в смеси с толуолом составляет соответственно 25-40 % и 40-60 %.

На зарубежных НПЗ в последние годы широко применяют в качестве растворителей и процессов депарафинизации кетоны большей молекулярной массы, такие, как метилизобутилкетон, метил-пропилкетон, метилизопропилкетон и др. Эти кетоны, по сравнению с ацетоном и МЭК, обладают повышенной растворяющей способностью при лучшей избирательности и применяются без добавления бензола или толуола. Важным их достоинством является низкий (практически нулевой) ТЭД, большая относительная скорость фильтрования и больший выход депарафинизата. К недостаткам этих кетонов следует отнести их дефицитность в нашей стране и дороговизну. Более высокомолекулярные кетоны (с числом углеродных атомов более 6) характеризуются высокой вязкостью при низких температурах и более высокой температурой кипения и поэтому не используются в процессах депарафинизации и обезмасливания [2].

Разбавление сырья депарафинизации маловязким растворителем не только вызывает снижение вязкости кристаллизуемого раствора, но и положительно влияет на микроструктуру выделяющегося парафина. Кристаллические образования, возникающие из маловязкого раствора, имеют более крупные и четкие формы.

При малой кратности растворителя к сырью вязкость раствора снижается недостаточно, что ведет к образованию дополнительных центров кристаллизации и, следовательно, образованию мелких труднофильтруемых кристаллов. С другой стороны, чрезмерное разбавление сырья растворителем снижает концентрацию твердых углеводородов в растворе. В результате этого средняя длина диффузионного пути кристаллизующихся молекул увеличивается настолько, что даже при медленном охлаждении они не успевают достигнуть поверхности первичных зародышей, что вызывает возникновение большого количества мелкодисперсных кристаллов парафинов. Оптимальная величина кратности растворителя зависит от фракционного и химического состава сырья, его вязкости, химической природы растворителя и требований к качеству депарафинизатов. При этом следует учесть то обстоятельство, что с увеличением кратности растворителя повышаются эксплуатационные затраты. Очевидно, что с повышением вязкости сырья и глубины депарафинизации требуемая кратность растворителя будет возрастать [2].

Качество сырья

По влиянию качества сырья на эффективность процессов депарафинизации установлены следующие закономерности:

. Чем выше температура кипения и вязкость сырья, тем меньше полнота выделения твердых парафинов, ниже скорость фильтрации и выше температура застывания депарафинизата. Поэтому процесс депарафинизации остаточных рафинатов характеризуется меньшими скоростями фильтрации и более низкой производительностью установок.

. Чем выше вязкость сырья и содержание в нем кристаллизующихся компонентов, тем требуется большая кратность растворителя.

. Чем уже фракционный состав сырья, тем выше скорость фильтрации, выход депарафинизата и меньше содержание масла в гаче [2].

Скорость охлаждения раствора сырья

Скорость охлаждения раствора сырья является одним из важных параметров процессов депарафинизации и обезмасливания, который обусловливает микроструктуру кристаллов парафинов. При высокой скорости охлаждения образуются мелкие кристаллы, снижающие скорость фильтрования и выход депарафинизата. Кроме того, при этом повышается содержание масла в гаче или петролатуме. При снижении скорости охлаждения раствора образуются агрегаты кристаллов, разделенные жидкой фазой и свободно перемещающиеся в дисперсионной среде. Это позволяет проводить процесс депарафинизации с высокой скоростью фильтрования. Выбор оптимальной скорости охлаждения определяется фракционным составом сырья, природой и кратностью растворителя. Обычно чем выше температура выкипания масляной фракции, тем меньше скорость охлаждения раствора. При прочих равных условиях последняя для дистиллятного сырья выше, чем для остаточного.

Практикой эксплуатации установок депарафинизации установлено, что скорость охлаждения наиболее важна на начальной стадии охлаждения, то есть в момент образования первичных центров кристаллизации. При температурах конечного охлаждения, когда основная масса парафинов выкристаллизовалась из раствора, скорость охлаждения может быть повышена.

На полноту и четкость отделения кристаллов парафинов от дисперсионной среды влияет также предварительная термическая обработка раствора до температуры, на 10-15 °С превышающей температуру полной растворимости мельчайших частиц парафинов в масле, которые могут стать первичными центрами кристаллизации с образованием мелких кристаллов твердых углеводородов [2].

Порционная подача растворителя

Порционная подача растворителя является эффективным способом создания благоприятных гидродинамических условий для роста кристаллов парафинов путем регулирования вязкости и концентрации фаз дисперсной системы в процессах депарафинизации и обезмасливания. При порционной подаче растворителя создаются условия для раздельной кристаллизации высоко- и низкоплавких парафинов. При первом разбавлении сырья часть растворителя подается в количестве, достаточном для образования первичных наиболее крупных кристаллов из высокоплавких парафинов нормального строения. При дальнейшем охлаждении раствора с подачей следующей порции растворителя осуществляется кристаллизация на первичных кристаллах более низкоплавких компонентов, в состав которых могут входить низкомолекулярные н-алканы, изоалканы и циклические углеводороды. Такой способ подачи растворителя позволяет не только повысить скорость фильтрования и выход депарафинизата, но и проводить процесс с большей скоростью охлаждения.

Порционная подача растворителя особенно эффективна при депарафинизации и обезмасливании дистиллятного сырья широкого фракционного состава. При депарафинизации рафинатов узкого фракционного состава этот способ менее эффективен из-за большей однородности состава кристаллизующихся парафинов [2].

2. Технологическая часть

.1 Описание принципиальной схемы установки одноступенчатой депарафинизации

Сырье - рафинат - насосом 5 через водяной холодильник 6 подается в регенеративные кристаллизаторы 8-11, где охлаждается фильтратом, полученным в І ступени фильтрования. Число кристаллизаторов зависит от пропускной способности установки. Сырье разбавляется холодным растворителем в трех точках на выходе его из кристаллизаторов. Растворитель подается насосами из приемника сухого и влажного растворителей (на схеме не показано). Из регенеративных кристаллизаторов раствор сырья поступает в аммиачные кристаллизаторы 13-17, где за счет испарения хладагента (аммиак или пропан), поступающего из приемника 19, охлаждается до температуры фильтрования. Охлажденная суспензия твердых углеводородов в растворе масла поступает в приемник и оттуда самотеком в вакуумные фильтры 2 ступени І.

Уровень суспензии в вакуумных фильтрах регулируется регулятором уровня, который связан с линией её подачи. Фильтрат (раствор депарафинированного масла) собирается в вакуум-приемнике 4, откуда насосом 12 подается противотоком к раствору сырья через регенеративные кристаллизаторы, а затем через теплообменник 7 для охлаждения влажного растворителя и направляется в секцию регенерации растворителя.

Осадок промывается холодным растворителем, предварительно охлажденным в кристаллизаторе 17 осадок, снятый с фильтров, разбавляется растворителем, и полученная суспензия собирается в приемнике 3, далее суспензия направляется в отделение регенерации растворителя.

2.2 Материальный баланс установки одноступенчатой депарафинизации

Принимаем, что установка работает 342 дня в году.

Соотношение растворителя к сырью - 3:1.

В процессе депарафинизации используется растворитель состава: 60% - МЭК, 40% - толуол.

Таблица 4.1.

.3 Расчет количества регенеративных и аммиачных кристаллизаторов

Принимаем, согласно, материального баланса установки одноступенчатой депарафинизации:

Производительность установки по сырью:

Количество растворителя, подаваемого в кристаллизаторы с рафинатом:

Количество раствора рафината, поступающего в кристаллизаторы:

Количество депмасла:

Количество растворителя в растворе депмасла:

Количество раствора депмасла:

Количество гача:

Количество твердых парафиновых углеводородов в гаче:

т.к. содержание твердых парафиновых углеводородов в гаче - 86 %, то

Количество твердых парафиновых углеводородов, которые кристаллизуются в регенеративных кристаллизаторах:

т.к. из общего количества твердых парафиновых углеводородов, удаляемых из рафината 60 % выкристаллизовывается в регенеративных кристаллизаторах, то

Количество тепла, воспринимаемого раствором депмасла при нагреве его от -30 °С до 15 °С за счет охлаждающегося раствора рафината:

т.к. потери тепла в кристаллизаторах - 3 %, то

   (1)

Энтальпия депмасла при 15 °С и -30 °С учитывая состав раствора:

  (2)

Массовые доли компонентов в растворе:

т.к. содержание МЭК в растворителе 60 %, то

т.к. содержание толуола в растворителе 40 %, то

Теплосодержание компонентов раствора депмасла при 15 °С и при -30 °С [1]:

Подставим найденные значения в (2):

Подставим найденные значения в (1):

таким образом, от рафинатного раствора передается 6,6∙10⁶ кДж/ч тепла раствору депмасла - депмасло нагревается, а сырье охлаждается.

Количество тепла, выделяемого за счет скрытой теплоты кристаллизации твердых парафинов:

Количество тепла, выделяющегося при охлаждении раствора рафината от 45 °С до температуры кристаллизации:

Температура раствора рафината на выходе из регенеративных кристаллизаторов определяем из следующего теплового баланса:

     (3)

где - энатальпия на выходе из кристаллизатора,  

Энтальпия рафината при 45 °С учитывая состав раствора:

Массовые доли компонентов в растворе:

т.к. содержание МЭК в растворителе 60 %, то

т.к. содержание толуола в растворителе 40 %, то

Теплосодержание компонентов раствора рафината при 45 °С [1]:

Подставим найденные значения в (2) и найдем энтальпию рафината при 45 °С учитывая состав раствора :

Преобразуем (3):

Энтальпии соответствует температура 17 °С [1], таким образом t_x=17°С.

Состав раствора рафината, поступающего в аммиачные кристаллизаторы:

Массовые доли компонентов в растворе:

т.к. содержание МЭК в растворителе 60 %, то

т.к. содержание толуола в растворителе 40 %, то

Количество тепла при охлаждении раствора рафината в аммиачных кристаллизаторах от 17 °С до -30 °С с учетом кристаллизации парафинов:

       (4)

Количество парафина, не выпавшего в осадок:

Т.к. в аммиачных кристаллизаторах выкристаллизовывается 80 % парафиновых углеводородов, то

Подставим найденные значения в (4):

Количество регенеративных кристаллизаторов.

Поверхность теплообмена определяется по формуле:

где F - поверхность теплообмена, м²;

К - коэффициент теплопередачи, .

Температурный перепад:

∆t₁=30 °С  ∆t₂=47 °С

Принимаем K = 300

Поверхность одного кристаллизатора 70 м², значит количество регенеративных кристаллизаторов:

Количество аммиачных кристаллизаторов.

Поверхность теплообмена определяется по формуле:

где F - поверхность теплообмена, м²;

К - коэффициент теплопередачи, .

Температурный перепад:

∆t₁=52 °С  ∆t₂=5 °С

Принимаем K = 550

Поверхность одного кристаллизатора 70 м², значит количество аммиачных кристаллизаторов:

2.4 Расчет площади фильтрующей поверхности вакуум-фильтра

Площадь фильтрующей поверхности определяем по формуле:

где S - площадь фильтрующей поверхности, м²;

- суммарный объемный расход сырьевой смеси (суспензии), поступающей после охлаждения в вакуум-фильтры, ;

- объемный расход растворителя, подаваемого на промывку осадка в вакуум-фильтры, ;

- массовая доля жидкости в суспензии;

 - скорость фильтрования, .

Объемный расход сырьевой смеси определяем по формуле:

где , - массовый расход сырья и растворителя, подаваемого на разбавление, ;

, - плотности сырья и растворителя при средней температуре в кристаллизаторе, .

Принимаем

депарафинизация рафинат аммиачный кристаллизатор

Заключение

В данном курсовом проекте была рассчитана и спроектирована установка одноступенчатой депарафинизации.

В ходе проекта было рассчитано количество регенеративных и аммиачных кристаллизаторов. Ориентировочное значение количества регенеративных кристаллизаторов - 9 штук. Ориентировочное значение количества аммиачных кристаллизаторов - 9 штук.

Так же была рассчитана площадь фильтрующей поверхности вакуум-фильтра. Ориентировочное значение площади фильтрующей поверхности - 177 м².

Список использованной литературы

1. Трушкова Л.В. Расчеты по химии и технологии переработки нефти и газа: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2006.-76 с.

.   Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа.- Уфа: Гилем, 2002.- 672с

3.       Н.Ф. Богданов, А.Н. Переверзев. Депарафинизация нефтяных продуктов. - М.: Госттоптехиздат, 1961г. -247с.

.         Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М: Химия, 1983г. - 272с.

.         Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. - М.: Химия, 1966.- 360с.

.         Справочник нефтепереработчика./Под ред. Ластовкина Г.А. - Л.: Химия, 1986. - 648с.

.         Лапик В.В., Трушкова Л.В. Установки переработки нефти: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 1996. - 50с.