Деасфальтизация

 

Таблица 1.24

Изменение свойств  масляных фракций в процессе переработки.

 

Продукты	Фракция 350-4000С	Фракция 400-4500С	Фракция 450-5000С	Фракция >5000С
Исходной фракции	r420= 0,8850 n50= 11,04 мм2/с n100= 3,4 мм2/с tзаст= 20С S= 1,65%	r420= 0,9110 n50= 30,31 мм2/с n100= 6,43 мм2/с tзаст= 200С S= 1,9%	r420= 0,9228 n50= 66,84 мм2/с n100=11,53мм2/с tзаст= 260С S= 2,3%	r420= 0,9974 n50= ¾ n100= 36,0 мм2/с tзаст= 260С S= 2,94%
Деасфальтизат				r420= 0,9200 n50= ¾ n100= 27 мм2/с tзаст= 270С S= 2,1%
Рафинаты	r420= 0,8500 n50= 9,5 мм2/с n100= 2,7 мм2/с tзаст=30С S= 0,8%	r420= 0,8760 n50= 29,0 мм2/с n100= 5,0 мм2/с tзаст=270С S= 0,95%	r420=0,8800 n50= 49,0 мм2/с n100= 9,0 tзаст= 280С S= 1,1%	r420= 0,8900 n50= ¾ n100= 22,0 мм2/с tзаст= 290С S= 1,0%
Деп. масла	r420= 0,8650 n50= 11,5 мм2/с n100= ¾ tзаст= -330С S= 0,8%	r420= 0,8720 n50= 32,3 мм2/с n100= ¾ tзаст= -230С S= 0,95%	r420= 0,9091 n50= 53,5мм2/с n100= ¾ tзаст= -180С S= 1,1%	r420= 0,9000 n50= ¾ n100= 23,0 мм2/с tзаст= -210С S= 1,0%
Гидроочищенные масла	r420= 0,860 n50= 11,2 мм2/с n100= ¾ tзаст= -310С S= 0,3%	r420= 0,8720 n50= 31,70 мм2/с n100= ¾ tзаст= -220С S= 0,4%	r420= 0,9091 n50= 52,5 мм2/с n100= ¾ tзаст= -160С S= 0,6%	r420= 0,9152 n50= ¾ n100=22,5 мм2/с tзаст= -190С S= 0,7%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Технологический  расчет установки деасфальтизации.

2.1 Основное оборудование установки  деасфальтизации.

В настоящее время в нефтеперерабатывающей  промышленности существует несколько  видов аппаратурного оформления стадии экстракции в процессе деасфальтизации. На промышленных установках жидкофазный процесс деасфальтизации гудронов и концентратов пропаном ведут в экстракционных колоннах или роторно-дисковых контакторах.

В экстракционных колоннах установок  первого поколения для достижения требуемой эффективности разделения предусматривалась дополнительная стадия отстоя деасфальтизационного раствора для осаждения и отделения смолистого продукта. При этом смолистый продукт скапливался внизу отстойной камеры и далее насосом подавался вновь в экстракционную колонну.

Более современные установки деасфальтизации  предусматривают осуществление  в экстракторе порционной подачи растворителя по высоте колонны и  внутренний подогрев потока в колонне. При таком ведении процесса экстракции отпадает необходимость принудительного выделения смолистого продукта, уменьшается скорость потока в верхней части экстрактора и возрастает качество деасфальтизата. Такие колонны оснащены жалюзийными или перфорированными тарелками с керамической насадкой. Для равномерного распределения сырья и пропана  по горизонтальному сечению имеются трубчатые распределители с большим числом отверстий. Перед вводом в колонну обе жидкости подогреваются до требуемой температуры. Внутренние подогреватели выполнены в виде пучков труб, закрепленных в решетках. Перепад температур в колонне создается не только нагревом до определенной температур пропана и сырья, но и сообщением тепла раствору в верхнем подогревателе – внешнем и внутреннем.     Для повышения эффективности массообмена в противоточных экстракционных аппаратах процесса деасфальтизации разработан путь создания внешних циркуляционных потоков, основанный на использовании энергии струй, входящих в аппарат потоков путем подачи сырья и растворителя через установленные в ней инжекторы. Преимущества экстракторов с порционной подачей и подогревом внутри колонны очевидны, поэтому этот вид экстракционных колонн в последние годы получил наиболее широкое распространение.

 Улучшения работы жалюзийных  тарелок достигают перфорацией их пластинок. Суммарная скорость сырья и пропана принимается до 30–40 м³/(м²ч). Однако в случае производства на установке двух деасфальтизатов–менее вязкого с коксовым числом до 1–1,2% и высоковязкого с температурой вспышки не ниже 275°С часто необходимо снижать скорость до 25–32 м³/(м²ч). Зону отстоя применяемых в настоящее время экстракционных колонн оборудуют змеевиками, в которые вводят пар низкого давления. Сочетание подъема температуры вверху колонны до заданной с отстоем раствора деасфальтизата позволяет наиболее эффективно отделить масляные компоненты гудрона от смолисто-асфальтеновых веществ.

Из опыта оформления процесса экстракции за рубежом заслуживает внимания реализованные фирмой “Фостер Уиллер”  варианты оформления стадии экстракции роторно-дисковыми контакторами. Высота РДК составляет 12 м., а диаметр 2,4 м. Внутри аппарата расположен вал с 20 дисками, а у стен закреплены с шагом 30 см кольцевые перегородки. Вал с дисками приводится во вращение мотором с нижним приводом. Перемешивающее устройство увеличивает эксплуатационную гибкость аппарата, создает лучшие условия для массообмена и позволяет повысить выход деасфальтизата на 3-5% по сравнению с выходом в аппаратах без механического перемешивания. Однако обслуживание их трудоемко, поэтому большого распространения данный вид аппаратов не получил.

2.2 Технологическая схема установки.

Сырье насосом 1 подается через паровой  пароподогреватель 3 в среднюю часть  колонны деасфальтизации 4. Сжиженный  пропан, забираемый из приемника насосом 10, направляется через паровой подогреватель 2 в нижнюю зону колонны 4. В средней части колонны пропан в восходящем потоке контактирует с опускающимся более нагретым сырьем и внутренним циркулятом. В зоне контактирования расположены тарелки жалюзийного или насадочного типа. Для равномерного распределения по поперечному сечению колонны сырье и пропан вводят в нее через распределители трубчатой конструкции с большим числом отверстий, обращенных вниз для сырья и вверх для пропана.

Раствор деасфальтизата до выхода из колонны нагревается в верхнем  встроенном подогревателе и далее отстаивается в самой верхней зоне колонны от выделившихся при нагреве тяжелых фракций, так называемых “смол”.

Пройдя регулятор давления 6, раствор  деасфальтизата поступает в испаритель 14, обогреваемый водяным паром низкого давления, а затем в испаритель 16 высокого давления.

Водяной пар вводится в трубные  пучки испарителей 14 и 16. Температура  кипящего раствора в первом из них  менее высокая, чем во втором. По пути из колонны 4 в испаритель 14 часть  пропана переходит в парообразное состояние вследствие вскипания при снижении давления примерно с 4,0 до 2,4 МПа.

Выходящий из испарителя 16 раствор  деасфальтизата, содержащий относительно небольшое количество пропана (не более 6% масс.), обрабатывается в отпарной колонне 23 открытым водяным паром. С верха этой колонны уходит смесь пропановых и водяных паров, а с низа готовый деасфальтизат, направляемый насосом 21 через холодильник 22 в резервуар. Полноту удаления пропана контролируют по температуре вспышки деасфальтизата.

Битумный раствор, выходящий из деасфальтизационной колонны снизу, непрерывно поступает через регулятор расхода 9 в змеевик печи 19. На выходе из этого змеевика значительная часть пропана находится в парообразном состоянии. Пары отделяются от жидкости в горизонтальном сепараторе 20, работающем под тем же давлением, что и испаритель 16. Остатки пропана отпариваются  открытым водяным  паром в битумной отпарной колонне 25. Битум деасфальтизации откачивается с низа этой колонны поршневым насосм 26, за которым следует холодильник 27.

Пары пропана высокого давления по выходе из аппаратов 14,16 и 20 поступают  через каплеотбойник 15 в конденсаторы-холодильники 13 и 12. Сжиженный пропан собирается в приемнике 11. В конденсаторах-холодильниках 13 и 12 пары пропана конденсируются под давлением близким к рабочему давлению в аппаратах 16 и 20, т.е. при 1,7-1,8 МПа. Этим достигается необходимый температурный перепад между теплоотдающей и охлаждающей средами без применения компрессора.

Пары пропана низкого давления, выходящие в смеси с водяным паром из отпарных колонн 23 и 25, освобождаются от водяного пара в конденсаторе смешения 28 и затем, пройдя каплеуловитель18, сжимаются компрессором 17 и направляются в конденсатор-холодильник 12. Потери пропана восполняются подачей его извне в приемник 11.

 

2.3 Расчет давления в колонне  давления в колонне.

В процессе деасфальтизации пропан должен находиться в жидком состоянии. Для этого в колонне должно поддерживаться давление па 0,3-0,4 МПа  превышающее ДНП пропана при  максимальной рабочей температуре. Технический пропан, применяемый при деасфальтизации, содержит примеси этана и бутана, которые изменяют ДНП смеси по сравнению с чистым пропаном. ДНП растворителя в деасфальтизационной колонне определяют методом потбора по формуле:

 

, где 

k_i-константа равновесного испарения i–го компонента растворителя;

x_i-молярная концентрация i–го компонента растворителя;

Таблица 2.1

Расчет давления в колонне деасфальтизации.

Компонент	Масс. концентрация, %	Молекулярная  масса	Число молей	Мольн. концентрация, %	П=3.0		П=3.2			П=3.4
					Кi	Кi*Хi'	Кi		Кi*Хi'	Кi	Кi*Хi'
Этан	3	30	0,1000	0,0436	1,84	0,0802	1,78	0,0776		1,72	0,075
Пропан	95	44	2,1591	0,9414	0,99	0,9320	0,96	0,9037		0,93	0,8755
Бутан	2	58	0,0345	0,0150	0,51	0,0077	0,505	0,0076		0,5	0,0075
Сумма			2,2936	1		1,0198		0,9889			0,958

 

Рабочее давление в колонне определяем как 3,12МПа плюс 0,3-0,4 МПа. Таким образом  рабочее давление в колонне составит 3.5 МПа.

2.4 Материальный и тепловой баланс колонны.

Для расчета понадобятся следующие  данные:

1. Выход деасфальтизата (для   определения воспользуемся  формулой  Б.И. Бондаренко):

y’ = 94 - 4*x + 0.1*(x-10)², где

y’ - % масс, выход деасфальтизата с коксуемостью  от 1,2 до 1,3% масс;

x - % маcс, коксуемость сырья (гудрона, концентратов).

y’ = 94 - 4*20,49 + 0.1*(20,49-10)²=23,04%

2. Энтальпия расчитывается по  формуле Крэга (для пропана  по справочным данным):

3. Относительная плотность перерасчитавается  по формуле:

где a - температурная поправка на один градус Цельсия.

Таблица 2.2

Наименование	Относительная плотность при 20 ◦С	Темп. поправка	Относительная плотность при 15 ◦С
Гудрон	0,9950	0,000515	0,9975
Деасфальтазат	0,9200	0,000620	0,9231
Битум	1,0199	0,000537	1,0226

 Плотность битума расчитывается по формуле, исходя из плотности смеси:

4. В результате были получены  значения энтальпий:

Таблица 2.3

Температура, С	120	125	130	135	140
Энтальпия гудрона, кДж/кг	227,3	237,9	248,5	259,2	270,0

Таблица 2.4

Температура,  С	75	80	85
Энтальпия деасфальтизата, кДж/кг	141,7	151,9	162,1

 

Таблица 2.5

Температура,  С	50	55	60	65
Энтальпия битума, кДж/кг	87,7	96,9	106,2	115,6