Масляное производство. Поточная схема. Расчет установки деасфальтизации

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 насосом 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. На некоторых установках пары пропана, выходящие из сепаратора 20 и освобожденные от увлекаемых капель битума, являются теплоносителем для одного из испарителей.

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 каплеуловитель 18, сжимаются компрессором 17 и направляются в конденсатор-холодильник 12а. Потери пропана восполняются подачей его извне в приемник 11. Если пропан вводится в деасфальтизационную колонну через два внутренних распределителя, то пропан, направляемый в расположенный выше распределитель, предварительно нагревают до более высокой температуры по сравнению с пропаном, подаваемым через нижний распределитель (на схеме показан только один распределитель пропана).

На некоторых установках битумный раствор до входа в змеевик  печи 19 подогревают в теплообменнике. Трубчатая печь ограждена противопожарной  стеной. Во избежании прогара труб змеевиков печи очень важно обеспечить непрерывное поступление в них достаточного количества раствора или смеси его с экстрактом, добавленным для уменьшения вязкости битума деасфальтизации. Расход топлива зависит от его теплотворной способности, качества подаваемого сырья, глубины его деасфальтизации и других факторов и составляет в среднем 15-30 кг на 1 т гудрона.

Для уменьшения уноса  парами мелких капель жидкости в верхних  частях аппаратов 23, 25 и 28 расположены  отбойные тарелки 24 насадочного типа (слой из колец Рашига).

На установках деасфальтизации  довольно большой расход водяного пара, причем предусмотрена проверка чистоты  его конденсата, поскольку при  недостаточной плотности соединений в испарителях или подогревателях растворы, находясь под более высоким давлением, могут проникать в зоны конденсации водяного пара. На многих установках имеется колонна щелочной очистки от сероводорода паров технического пропана, выходящих из конденсатора смешения 28.

 

 

2.2. Материальный  баланс колонны деасфальтизации

Выход деасфальтизата зависит от качества сырья и условий проведения процесса. При проектировании пользуются опытными материальными балансами, полученными в результате проведения процесса на пилотных и заводских установках.

При прочих равных условиях выход деасфальтизата существенно зависит от количественного соотношения между пропаном и сырьем. Следует иметь в виду, что с изменением этого соотношения меняется не только выход деасфальтизата, но и его качество, в частности коксуемость и вязкость.

При выполнении курсового проекта можно подсчитать примерный выход деасфальтизата по одной из приведенных ниже эмпирических формул.

Функциональная зависимость (1) служит для определения приблизительного выхода деасфальтизата с коксуемостью от 1,65 до 1,75, а зависимость (2) – для нахождения приближенного выхода этого же продукта с коксуемостью (кокс по Конрадсону) от 1,2 до 1,3% [4].

y = 98 – 3.10 x                                                            (1)

y = 94 – 4x + 0.1(x – 10)²                                           (2)

где

х – % мас., коксуемость  сырья (гудрона, концентрата);

у – % масс., выход деасфальтизата.

Воспользовавшись формулой (2) получаем:

y = 94 - 4*12,85 + 0.1*(12,85-10)²=43,41

При составлении материального  баланса исходим из следующего установленного практикой факта: составы битумных растворов при деасфальтизации  самых разнообразных видов сырья  обычно довольно близки друг к другу. Содержание пропана обычно составляет около одной трети по массе (около 50% по объему).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 22

Материальный  баланс колонны деасфальтизации

Наименование потоков	% масс. на сырье	% масс. на раствор	кг/час	тыс.т/год
Приход    сырье     пропан	100,0 305,0	24,7 75,3	131 241,7 400 330,7	1 070,9 3 266,6
Всего	405,0	100,0	531 572,4	4 337,5
Расход
Раствор деасфальтизата:    деасфальтизат    пропан	43,4 276,7	13,6 86,4	56 962,5 363 197,2	464,8 2 963,6
Итого	320,1	100,0	420 159,7	3 428,4
Раствор битума:    битум     пропан	56,6 28,3	66,7 33,3	74 279,2 37 133,5	606,1 303,0
Итого	84,9	100,0	111 412,7	909,1
Всего	405,0	100,0	531 572,4	4 337,5

 

 

2.3. Тепловой  баланс колонны деафальтизации [4]

Тепловой баланс колонны осуществляется с целью определения тепловой нагрузки подогревателя раствора деасфальтизата, которая находится по разности приходных и расходных статей теплового баланса.

Энтальпия (в кДж/кг) сырья, деасфальтизата определяется по формуле  Крэга:

или находится из таблиц, рассчитанных по этой формуле.

Плотность сырья ρ_С = 0,9835 кг/м³ и деасфальтизата ρ_Д = 0,926 кг/м³. Плотность остатка деасфальтизации (ρ_БИТ) находится из формулы для определения плотности смеси:

  .

Отсюда ρ_БИТ = 1,033 кг/м³.

Результаты теплового  расчета колонны сводятся в таблицу 23.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 23

Тепловой баланс колонны 

Наименование потоков	G, кг/час	t, oC		q, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход
Сырье	131 241,7	135	0,9835	261,00	34 254 083,7
Пропан	400 330,7	40	0,500	98,96	39 616 726,1
Тепло подогревателя
Всего	531 572,4
Расход					73 870 809,8
Раствор деасфальтизата:     деасфальтизат     пропан	56 962,5 363 197,2	80 80	0,926 0,500	151,34 205,58	8 620 704,8 74 666 080,4
Раствор битума:     битум     пропан	74 279,2 37 133,5	60 60	1,033 0,500	105,49 151,32	7 835 712,8 5 619 041,2
Всего	531 572,4				96 741 539,2

 

Общий тепловой баланс:

Q_ПРИХ +Q_П = Q_РАСХ,

откуда нагрузка подогревателя составляет:

Q_П = 96 741 539,2 – 73 870 809,8 =  22 870 729,4 кДж/ч.

Тепловая нагрузка Q_П является исходной величиной для расчета теплообменной поверхности подогревателя экстракционной колонны.

 

2.4. Определение основных размеров колонны деасфальтизации [4]

Диаметр колонны

Диаметр экстракционной колонны определяют исходя из допустимой объемной скорости потоков в колонне:

ω = 26 – 30 м³/ч*м²;

 

Находят площадь живого сечения колонны,

F – площадь, м²:

где

     G_С и G_П – масса сырья и пропана, кг/ч;

      ρ_С и ρ_П – плотность сырья и пропана при данной температуре, кг/м³.

F = 31,1 м²

Вследствие высокой  пропускной способности установки  принимаем три параллельно работающие колонны.

Тогда

F = 31,1/3 = 10,4

Д = 3,63 м. Принимаем стандартный диаметр колонны – 3,7 м.

 

Высота колонны

Общая высота колонны  складывается  из:

H = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅,

где h₁ – отстойная зона для раствора деасфальтизата;

       h₂ – зона подогрева (3 – 3,5 м);

       h₃ – зона контактирования (6 – 7 м);

       h₄ – отстойная зона для битумного раствора;

       h₅ – высота опорной части колонны  ( не менее 1 – 2 м).

Зоны отстоя рассчитываются исходя из времени отстоя растворов.

Высоты нижней и верхней  отстойных зон деафальтизационной колонны вычисляют по формуле:

h = Vp*t / F,

где h – высота рассчитываемой отстойной зоны, м;

       t – время отстоя, ч;

       Vp – объем раствора, проходящего через рассчитываемую зону, м³/ч;

       F – площадь поперечного сечения колонны, м².

Время пребывания раствора деасфальтизата в верхней отстойной зоне от 4 до 8 мин; линейная скорость движения обычно не превышает 0,8 м / мин. Соответствующие показатели для нижней зоны, через которую проходит битумный раствор: 20 – 50 мин и скорость движения до 0,12 м / мин.

h₁ = 5 м

h₄ = 7 м

H = 5 + 3 + 6 + 7 + 2 = 23 м.

 

 

2.5. Расчет испарителя высокого давления

Масса неиспаренного  растворителя, оставшегося в жидкости, покидающей испаритель определяется по формуле [4]:

,

где

      L – масса пропана в жидкости, уходящей из рассчитываемого испарителя, кг/ч;

      М₁ – молекулярная масса пропана;

      N₂ – число молей деасфальтизата в час, или частное от деления массового количества (G, кг/ч) деафальтизата на его среднюю молекулярную массу;

      k₁ – константа равновесного испарения пропана при температуре раствора на выходе из испарителя.

Условия процесса [3]:

       температура  – 80^оС;

        давление – 2,2 МПа.

На основании номограммы из литературы [5] при 85С и 2,2 МПа находим k = 1,6. В соответствии с рекомендациями [4] принимаем молекулярную массу деасфальтизата равной 550. Тогда N₂ = G/M = 56 926,5 / 550 = 103,5 кмоль / ч.

Количество испарившегося  пропана:

365197,2 – 7590 = 357607,2 кг/ч,

что составляет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Нефти СССР. Справочник. Том 4. М.: Химия, 1974.
2. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочник под редакцией Школьникова В. М. М.: Техинформ, 1999.
3. Альбом технологических схем переработки нефти и газа. Под редакцией Бондаренко Б.И. М.: Химия, 1983.
4. Сочевко Т.И., Федоров Т.В., Холодов Б.П., Макаров А.Д. Технология производства топлив и смазочных материалов. Технология производства масел. Часть 2. М. МИНГ, 1989.
5. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.:Химия,1973.
6. Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3.               М.: Химия, 1978 г.