Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

05.17.07 - Химия и технология топлив и специальных продуктов

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Тема:

Энергосберегающая технология сольвентной деасфальтизации нефтяных остатков

Султанов Фаиз Минигалеевич

Уфа - 2009

Диссертация выполнена в ГУП «Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан» и ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный консультант: доктор химических наук, профессор Хайрудинов Ильдар Рашидович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ахметов Сафа Ахметович, ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

доктор технических наук, профессор Григорян Леон Гайкович, ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

доктор химических наук, профессор Доломатов Михаил Юрьевич, ГОУ ВПО «Уфимская государственная академия экономики и сервиса»

Ведущая организация: ОАО «ВНИПИ нефть»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Учёный секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор К.Г. Абдульминев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В последние годы в России в связи с формированием рыночных отношений наблюдается тенденция к повышению стоимости всех видов энергоресурсов. Особенно сильно выросли цены на электроэнергию и водяной пар. Высокая стоимость энергоносителей в сочетании с большой изношенностью оборудования и значительным отставанием в темпах обновления технологического оформления процессов приводит к удорожанию продукции нефтепереработки и снижению её конкурентоспособности на мировом и отечественном рынках.

В России в настоящее время эксплуатируются 19 из имеющихся 24-х установок пропановой деасфальтизации гудрона. Технология процесса была разработана ещё в 50-60-х годах и до настоящего времени не претерпела существенных изменений. В качестве растворителя используется пропан, целевым продуктом процесса является деасфальтизат - базовый продукт для выпуска моторных масел. Выход побочного продукта процесса - асфальта достигает 64-85% на исходное сырьё. Асфальт пропановой деасфальтизации на сегодня большей частью используется крайне неэффективно. По удельным энергозатратам отечественные установки пропановой деасфальтизации гудрона значительно уступают зарубежным аналогам.

Эти обстоятельства потребовали проведения исследовательских работ по созданию современных энергосберегающих технологий процесса деасфальтизации гудрона, направленных на получение как сырья для производства минеральных масел, так и сырья для гидрокаталитических процессов глубокой переработки нефти, и разработки новых направлений квалифицированного применения продуктов процесса деасфальтизации гудрона.

Исходя из этого были сформулированы цель и задачи исследований. Они выполнены в соответствии с «Программой по разработке процессов деасфальтизации нефтяных фракций методом сверхкритической экстракции пропаном и смесью пропан-бутан», утверждённой первым заместителем МНХП СССР В.М.Гермашом 29 октября 1989г., а также «Программой научно-производственной деятельности ИПНХП по обеспечению генерального плана развития нефтеперерабатывающих предприятий АО «Башнефтехим» в1995г и распоряжением кабинета Министров РБ №969-р от 25.08.95 г.

Цель работы. Разработка научно-методической основы для реализации современных технологий процессов пропановой и пропан-бутановой деасфальтизации, направленной на снижение энергоемкости процессов и расширение сырьевой базы и ассортимента получаемых продуктов.

Задачи исследований:

· создание экспериментальной базы и методов исследования;

· исследование закономерностей процесса пропан-бутановой деасфальтизации и сверхкритического разделения смеси деасфальтизат - растворитель и разработка методов расчета;

· разработка технологических схем по оснащению установок пропановой и пропан-бутановой деасфальтизации гудрона современными узлами регенерации растворителя в сверхкритических условиях, инжекторной системой компремирования, аминной очистки растворителя, системой нагрева потоков горячим органическим теплоносителем;

· проведение технико-экономического анализа эффективности включения процесса пропан-бутановой деасфальтизации в схемы глубокой переработки нефти.

· поиск новых направлений применения процесса пропан-бутановой деасфальтизации нефтяных остатков, включающий исследования по:

- расширению сырьевой базы процесса и ассортимента выпускаемой продукции;

- научному обоснованию и реализации на отечественных НПЗ топливного направления с применением процесса деасфальтизации нефтяных остатков;

- разработке новых экономически выгодных схем переработки нефти с включением процесса деасфальтизации.

Научная новизна работы.

Обоснованы и разработаны научно-методические основы для создания нового процесса пропан-бутановой деасфальтизации нефтяных остатков, включающего узел сверхкритической регенерации, инжекторную систему компремирования и узел аминной очистки растворителя.

На основе экспериментов и термодинамического анализа установлены закономерности процесса фазового разделения деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях, разработаны методики расчета состава равновесных фаз, получаемых в условиях сверхкритического разделения, выявлено влияние физических и динамических параметров, таких как средний размер и дисперсный состав частиц фазы деасфальтизата, формирующихся в подводящем (трансферном) трубопроводе в сверхкритический разделитель, скорость потока, время прибывания смеси в разделителе на результаты фазоразделения.

Выполнено физическое моделирование процесса компремирования пропана струйным инжектором. Показана принципиальная возможность вовлечения высоконапорного потока пропана, получаемого при сверхкритическом разделении деасфальтизатного раствора, для инжектирования низконапорного потока газообразного пропана, выводимого из отпарных колонн установки деасфальтизации, за счет применения струйных аппаратов.

Разработаны методики расчета рабочих параметров струйных аппаратов, включаемых в узел регенерации растворителя из деасфальтизатного раствора в сверхкритическом режиме.

Установлены закономерности, определяющие влияние параметров режима процесса деасфальтизации, физико-химических характеристик сырья и растворителя на качество и выход продуктов. Разработаны методики и программы расчетов требуемого состава растворителя для заданных параметров разделения.

Научно-практическая значимость работы и внедрение результатов работы в практику

Разработаны лабораторные и пилотные установки, специальная технологическая нитка, реализованная на промышленной установке при проведении опытно-промышленных экспериментов, и методики исследования процесса разделения деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях.

На основе проведенных исследований разработан новый процесс сольвентной деасфальтизации нефтяных остатков с использованием энергосберегающей технологии регенерации растворителя в сверхкритических условиях, инжекторной системы компремирования растворителя и дополнительных узлов аминной очистки растворителя и нагрева и циркуляции органического теплоносителя АМТ-300. Новый процесс освоен и успешно внедрен в производство в 2007 г. на ОАО «Уфанефтехим». Экономия энергоресурсов в результате реконструкции установки составила 39,4%, в стоимостном выражении 28,7 млн. руб. в год, содержание сероводорода в циркулирующем растворителе снижено с 2 до 0,01%.

Получены опытно-промышленные партии пропан-бутанового деасфальтизата и асфальта и опробованы различные направления их использования. На установке деасфальтизации 36/1, получения битума 19/3 ОАО «Уфанефтехим» в промышленных масштабах реализована технология получения неокисленных дорожных битумов марок БНН 50/80 и БНН 80/120. На установках деасфальтизации 36-1/1, 36-1/2, селективной очистки 37/1, депарафинизации 39/2 ОАО «Новойл» получены опытные партии высоковязких технологических масел ПС-28 и П-40.

В 1994 г. ПРСО «Башкиравтодор» с использованием неокисленных дорожных битумов ОАО «Уфанефтехим» построен опытный участок дороги протяженностью свыше 10 км. Результаты многолетних квалификационных испытаний и наблюдений за дорожным покрытием показали, что в течение 15 лет на этом участке не произошли существенные изменения качества дороги, отсутствуют следы глубокого износа и разрушений.

Разработаны технологические регламенты на проектирование реконструкции установок пропановой деасфальтизации 36/1 (ОАО «Новойл», 1993 г.), 36/2 (ООО «Лукойл-Волгограднефтепереработка», 1992 г.), 36/2М (ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», 1992 г.), 36/5 (ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания», 1991 г.).

Выполнены исследования и подготовлены технико-экономические расчеты (ТЭР) применительно к сырьевой базе России и Казахстана по организации переработки тяжелых нефтей сочетанием процессов атмосферной перегонки нефти и деасфальтизация мазута с получением деметаллизированной нефти и дорожных битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130.

Технология пропан-бутановой деасфальтизации в различных вариантах внедрена в производство на ОАО «Уфанефтехим» и ОАО «Новойл».

Основные положения, защищаемые автором.

Методики прогноза режима и величин основных технологических параметров процесса фазового разделения деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях.

· Защищенная патентами РФ энергосберегающая технология регенерации растворителя в процессах пропановой и пропан-бутановой деасфальтизации гудрона с применением сверхкритического разделителя для деасфальтизатного раствора и струйного аппарата для очистки и компремирования растворителя систем низкого и среднего давлений.

Защищенные патентами РФ технологии производства новых видов продукции на основе деасфальтизата и асфальта пропан-бутановой деасфальтизации гудрона.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, республиканских и отраслевых конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе:

· на международной конференции по проблемам комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов (добыча и переработка) (г. Казань, 1994 г.);

· на первой и второй республиканских конференциях по энергоресурсосбережению в республике Башкортостан (г. Уфа, 1997, 1999 гг.).

· на научно-практической конференции, проведенной в рамках VI Международной специализированной выставки «Нефть, газ-99», г. Казань, 1999г.

· на V Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-V-99)», г. Уфа, 21-22 июня 1999г.

· на Международной конф. «Современная технология и производство экологически чистых топлив в первом десятилетии XXI века», г. Кириши, 1999г.

· на Международной конференции «Актуальные проблемы Российской нефтепереработки и возможности их решения», Санкт-Петербург, 31 октября 2000 г.

· на НП Конференциях, проведенных в рамках II, III, IV,V, VI Конгрессов нефтегазопромышленников России, г. Уфа, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005 гг.

· на Международных НП Конференциях «Нефтепереработка-2008», г. Уфа, 2008 г. и «Нефтегазопереработка-2009», г. Уфа, 2009 г.

Публикации. По теме диссертации издано 70 научных работ, в том числе 2 тематических обзора, 21 статьи в научных журналах, 28 тезисов докладов, получены 19 патентов Российской Федерации. Основные материалы, относящиеся к теме диссертации, изложены в научно-технических отчетах ГУП «Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан» (ГУП «ИНХП РБ») и технологических регламентах на проектирование реконструкции установок.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений.

Материал диссертации изложен на 313 страницах машинописного текста, включая 74 таблиц, 47 иллюстраций, список цитируемой литературы из 252 наименований, и приложения на 25 стр.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, показана научная новизна, практическая ценность, приведены результаты внедрения работы и основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Литературный обзор

В обзоре обобщены информация и результаты исследований отечественных и зарубежных авторов по проблемам совершенствования процессов деасфальтизации гудрона углеводородными растворителями с целью получения сырья для производства минеральных масел, дорожных битумов и сырья для процесса каталитического крекинга.

Показано, что с целью значительного снижения энергозатрат на установках деасфальтизации большую перспективу имеет технология сверхкритической регенерации растворителя (процесс РОЗЕ).

2. Разработка методов исследования

2.1 Разработка методик экспериментального исследования

Исследования процесса деасфальтизации нефтяных остатков и наработка продуктов проводились в опытном производстве ГУП «ИНХП РБ» на пилотной установке экстракции периодического действия ЭПД-2.

Для проведения исследований процесса сверхкритического фазоразделения деасфальтизатного раствора были разработаны лабораторная и пилотная установки, которые позволяют визуально наблюдать процессы разделения и произвести отборы проб и анализы состава образующихся фаз в статических условиях и при непрерывной подаче деасфальтизатного раствора.

Для проведения опытно-промышленных экспериментов по отработке процесса регенерации растворителя в сверхкритических условиях была изготовлена и смонтирована специальная технологическая линия на промышленной установке пропановой деасфальтизации 36/5 ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» (ЗАО «РНПК»), состоящая из дозировочного насоса, подогревателя деасфальтизатного раствора и аппарата разделения фаз (АРФ) с соответствующей трубопроводной обвязкой (рис. 1).

Рис. 1 Схема технологической линии фазоразделения в сверхкритических условиях: АРФ - аппарат разделения фаз; 1 - испаритель Э-1; 2 - испаритель Э-1а; 3 -дозировочный насос, 4 - подогреватель, 5 - пробоотборники; Т, Р - датчики температуры, давления.

Потоки: I - поток деасфальтизатного раствора из колонны К-1; II - деасфальтизат; III - пропан; IV - пары пропана; V - водяной пар.

Деасфальтизатный раствор отбирался из потока деасфальтизатного раствора, выходящего с верха экстракционной колонны К-1. Дозировочным насосом этот раствор под давлением 4,5-6,0 МПа прокачивался через паровой подогреватель, нагревался до 110-150°С и далее подавался в аппарат фазового разделения, где пропан отделялся от деасфальтизата. Пропан с верха АРФ поступал в линию выхода паров пропана из испарителя Э-1а. Деасфальтизатный раствор с низа АРФ выводили в линию деасфальтизатного раствора из Э-1а. Количество поступающего на разделение раствора регулировали длиной хода плунжера дозировочного насоса в пределах до 60 л/ч.

АРФ представляет из себя цилиндрический аппарат, снабженный стеклянными "гляделками" для визуального наблюдения за процессом фазоразделения. В первой серии опытов, проведенной в 1992г., использовали вертикальный аппарат фазоразделения объемом 135 мл. Во второй и третьей сериях опытов, проведенных в 1993, 1994 гг., использовали укрупненный горизонтальный аппарат объемом 2л, эскиз которой приведен на рис. 1.

Для проведения исследований струйных аппаратов нами совместно с сотрудниками ФГУП «НПП «Мотор» была разработана и сконструирована пилотная установка компремирования пропана и пропан - бутановых смесей струйным инжектором. Установка была смонтирована на опытном производстве ГУП «ИНХП РБ» с использованием существующего оборудования и технологических линий бехельтерной водородной установки.

2.2 Математическое моделирование процесса деасфальтизации со сверхкритическим узлом регенерации растворителя

Степень разделения деасфальтизатного раствора в статических условиях зависит от режимных параметров процесса, определяющих термодинамическое состояние системы, таких как, температура, давление, химический состав разделяемой смеси. При проведении процесса в непрерывном режиме на степень разделения существенно влияют также динамические, конструктивные и другие характеристики процесса. Поэтому для математического моделирования процесса необходимо не только его термодинамическое рассмотрение, но и изучение гидродинамики потоков неоднородной дисперсной системы в самом разделителе и в подводящем (трансферном) трубопроводе.

В работе с использованием уравнений Флори и Хаггинса для химических потенциалов растворителя и растворенного вещества получены следующие зависимости для определения составов образующихся фаз в статических условиях:

^r (1)

, (2)

где ₁ - объемная доля растворителя в нижней фазе,

r - отношение молярных объемов деасфальтизата и растворителя,

ц₂ - объемная доля деасфальтизата в верхней фазе,

в - параметр, определяемый экспериментально (величины с индексом «к» относятся к экстракционной колонне, а с индексом «р» - к сверхкритическому разделителю).

Для определения влияния динамических параметров на характеристики процесса разделения деасфальтизатного раствора, поступающего в сверхкритический разделитель в виде эмульсии, проведены гидродинамические расчеты. Эти расчеты показали, что минимальная длина разделителя l, обеспечивающая содержание масла в выводимом растворителе не больше некоторого требуемого технологическими нормами значения С_*, определяется формулой:

, (3)

где - скорость осаждения частиц,

Q - расход эмульсии на входе в аппарат,

С₀ - концентрация деасфальтизата в эмульсии на входе в разделитель.

Скорость осаждения частиц в разделителе в значительной степени зависит от дисперсного состава частиц. Показано, что дисперсный состав частиц фазы деасфальтизата формируется в подводящем (трансферном) трубопроводе в разделитель и определяется гидродинамической неустойчивостью (релей-тейлоровского типа) поверхности раздела фаз. Нами, на основе линейного анализа неустойчивости Релей-Тейлора поверхности частиц деасфальтизата по отношению к динамическому напору турбулентных пульсаций скорости в трансферном трубопроводе, получено следующее выражение для расчета характерного размера частиц d_х, поступающих в разделитель:

,(4)

где б - поверхностное натяжение;

V - средняя скорость потока;

с_г - плотность фазы растворителя, 0,4.

Учитывая существенно статистический характер процесса формирования дисперсного состава частиц и используя методы и результаты известной в статистической физике теории перколяции, теоретически показано и экспериментально подтверждено, что функция распределения частиц по размерам подчиняется закону Розина-Раммлера:

, (5)

где R(d) - доля объема фазы деасфальтизата, приходящаяся на капли размером большим d; d_x -характерный размер капли (4); s - параметр, близкий к 1.

2.3 Расчет качественных характеристик и выхода продуктов деасфальтизации нефтяных остатков

В данной работе на основе проведенных экспериментальных исследований процесса деасфальтизации гудрона и общих теоретических предпосылок нами предлагается ряд зависимостей для определения характеристик продуктов деасфальтизации по известному значению выхода деасфальтизата (D) и оценки выхода деасфальтизата c учетом состава растворителя и качества сырья. Эти зависимости в наиболее простом виде, включающие по одному экспериментальному параметру, определяются уравнениями:

= Dⁿ,

= 1+ D +...+ Dⁿ . (6)

где: = Х_а / Х_г и = Х_д / Х_г -- безразмерные величины;

D - выход деасфальтизата;

n - показатель степени, конкретный для каждого показателя качества; в качестве Х в уравнениях могут рассматриваться показатели коксуемости, содержание тяжелых металлов или асфальтенов, величины с индексом «д» относятся к деасфальтизату, индексом «а» - к асфальту, индексом «г» - к гудрону.

Влияние критических параметров растворителя на характерные для этого растворителя значения выхода и плотности деасфальтизата определяется уравнениями:

, (7)

, (8)

, (9)

где критические температура и плотность растворителя; выход и плотность деасфальтизата;

наименьшая достижимая на данном растворителе плотность деасфальтизата; плотность гудрона;

плотность наиболее легких фракций гудрона;

k и в - постоянные.

3 Исследование процесса регенерации растворителя из деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях

Основные закономерноти фазоразделения при регенерации растворителя из деасфальтизатного раствора в сверхкритических условиях.

Экспериментальное исследование процесса на статической лабораторной установке фазоразделения АРФ-2 позволило выявить основные закономерности влияния параметров режима проведения процесса, характеристик деасфальтизата и растворителя на степень фазоразделения.

Рис. 2. Диаграмма фазового состояния деасфальтизатного раствора

- экспериментальные данные

- литературные данные

На рис. 2 приводится диаграмма фазового состояния деасфальтизатного раствора, построенная по экспериментальным данным (табл. 1). Линия ОК соответствует линии фазового равновесия жидкость - пар для чистого пропана; линия АК проведена по экспериментальным точкам 1ч6, в которых визуально фиксируется полное обесцвечивание верхней пропановой фазы в разделителе АРФ-2.

Таблица 1

Составы фаз (в % масс.), полученные на лабораторной установке разделения фаз АРФ-2 для деасфальтизата, отобранного на установке 36/5 ЗАО «РНПК»

Номер опыта	Условия	Верхняя фаза	Нижняя фаза
	температура, °С	давление, МПа	пропан	деасфальтизат	пропан	деасфальтизат
1	105	4,7	99,81	0,19	5,5	94,5
2	112	5,1	99,65	0,35	6,7	93,3
3	117	6,0	99,58	0,42	6,1	93,9
4	122	6,8	99,71	0,29	5,8	94,2
5	125	7,2	99,62	0,38	6,2	93,8
6	137	7,9	99,76	0,24	6,0	94,0
7	86	4,4	96,68	1,32	22,0	78,0
8	91	4,5	98,68	1,34	18,4	81,6
9	117	4,7	99,63	0,37	4,7	95,3
10	117	5,0	99,83	0,17	5,3	94,7
11	106	5,2	97,96	2,04	10,3	89,7
12	118	5,5	99,79	0,21	6,0	94,0
13	127	5,9	99,68	0,32	5,9	94,1
14	100	6,2	87,50	12,50	17,2	82,8
15	139	7,1	99,78	0,22	6,3	93,7

Слева от линии АК деасфальтизатный раствор при более низких температурах (до 85°С) представляет собой однородную темно - красную жидкость, по мере продвижения к кривой АК эта жидкость постепенно расслаивается. При этом верхний слой постепенно изменяет окраску от темно-красного до желтого, светло-желтого цвета и затем становиться бесцветным. Одновременно снижается объем нижней фазы и далее он сохраняется на достигнутом уровне после момента обесцвечивания верхнего слоя жидкости.

Составы фаз, получаемых при сверхкритическом разделении деасфальтизатного раствора, определяются химическим и фракционным составами деасфальтизатов. В случае деасфальтизатов с относительно низким содержанием парафино-нафтеновых углеводородов - 32-35% масс. (деасфальтизаты ОАО "Уфанефтехим", ОАО "Новойл" и ЗАО «РНПК») содержание пропана в деасфальтизатной фазе не превышает 6% масс., тогда как в случае деасфальтизатов с высоким содержанием насыщенных углеводородов - 40-50% (деасфальтизаты ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» и ООО «Лукойл-ВНП») оно составляет 12-17%.

Для верхней пропановой фазы наблюдается корреляция между содержанием в ней деасфальтизата и фракционным составом деасфальтизата. Чем меньше температура выкипания 5-10% масс. деасфальтизата, тем больше содержание масла в пропане.

На рис. 3, 4 представлены результаты разделения смеси пропана, бутана и деасфальтизата на лабораторной установке АРФ-2.

Рис. 3 Содержание деасфальтизата в верхней фазе сверхкритического разделителя. Температура регенерации, °С: 1 - 137; 2 - 145; 3 - 153; 4 - 161

В экспериментах использовали пропан-бутановую смесь, содержащую 32% пропана и 68% суммы бутанов. Деасфальтизат был наработан из гудрона западно-сибирской нефти на пилотной установке деасфальтизации ЭПД-2 с применением в качестве растворителя этой же пропан-бутановой смеси. Как видно из представленных результатов, для пропан-бутанового растворителя качественный характер изменения состава фаз в сверхкритическом разделителе от режима его работы такой же, что и для пропанового растворителя.

Рис. 4 Содержание растворителя в нижней фазе сверхкритического разделителя. Температура регенерации, °С: 1 - 137; 2 - 145; 3 - 153; 4 - 161

От состава растворителя сильно зависит режим проведения сверхкритического разделения деасфальтизатного раствора. Если для пропанового растворителя оптимальный режим сверхкритической регенерации находится в области 120°С и 5,0 МПа, для пропан-бутанового растворителя качественное разделение может происходить, как это видно из рис.3,4, при температуре 140-150°С и давлении 4,2-4,5 МПа.

На рис. 3,4 сплошной линией представлены результаты расчетов состава фаз, полученные с помощью уравнений (1). Видно, что результаты термодинамических расчетов состава фаз хорошо согласуются с опытными данными, полученными в статических условиях.

Результаты исследования процесса сверхкритического фазоразделения в промышленных условиях

Для исследования процесса сверхкритического фазоразделения в промышленных условиях были проведены в 1991-1994г.г. три серии опытно-промышленных экспериментов на установке пропановой деасфальтизации 36/5 ЗАО «РНПК» (рис. 1).

Непосредственные визуальные наблюдения за процессом фазоразделения на пилотном аппарате позволили установить общую гидродинамическую картину образующихся в разделителе потоков и их влияние на степень фазоразделения. Результаты опытов, проведенных в широком диапазоне изменения параметров режима разделения (t = 100-140°C, P = 4,0-6,5МПа), позволили выявить основные закономерности влияния температуры, давления, высоты уровня фаз, градиента температуры в аппарате на чистоту потока растворителя, выводимого с верха аппарата.

В частности, было установлено, что имеет место резкое увеличение выноса деасфальтизата с растворителем при превышении давления в аппарате выше некоторого порогового значения. Увеличение температуры процесса фазоразделения приводит к увеличению порогового давления. Путем применения внутренних устройств можно существенно расширить область варьирования параметров режима, в котором осуществляется удовлетворительное отделение растворителя от деасфальтизата.

Как в лабораторных, так и опытно-промышленных экспериментах прослеживается общая закономерность улучшения степени разделения деасфальтизатного раствора (уменьшение содержания масла в верхней фазе и уменьшение содержания пропана в нижней фазе) с ростом температуры и понижением давления, что согласуется с результатами термодинамических расчетов.

Влияние гидродинамических факторов хорошо прослеживается при сравнении результатов разделения, полученных в лабораторных опытах, в которых процесс фазоразделения осуществляется в статических условиях, и данных опытно-промышленных экспериментов.

В статических условиях пороговое давление Р_н, выше которого содержание деасфальтизата в верхней фазе пропана больше нормы (0,5%), зависит только от температуры, т.е. Р_н = Р_н (Т). Например, при Т = 120 ⁰С Р_н(120 ⁰С) = 6,0 МПа (см. табл. 1). В динамических условиях это пороговое давление Р_н(Т) зависит так же от времени пребывания деасфальтизатного раствора в разделителе t и наличия в нем коагулирующих устройств. Так, для пустотелых разделителей объемами 2л (t ? 2 мин.) и 0,135л (t ? 10с) величина Р_н (120⁰С) составляет 5,4 и 4,8 МПа, соответственно.

При наличии коагулирующих устройств в разделителе, величина Р_н (Т) приближается к своему статическому значению и составляет при 120 ⁰С 5,8 МПа. Таким образом, оснащение аппарата сверхкритического фазоразделения коагуляторами позволяет в динамическом режиме фазоразделения обеспечить достижение верхнего предела, определяемого термодинамическими условиями, степени чистоты отделяемого растворителя.

Показано, что при дополнительном подогреве нижней фазы в разделителе на 20-25°С достигается снижение содержания растворителя в деасфальтизате в 2 раза (табл. 2). При этом содержание масла в верхней фазе не превышает 0,4%.

В 2007-2008 гг. на установке 36/2 ОАО «Уфанефтехим» после проведения реконструкции узла регенерации растворителя с переводом на сверхкритический режим работы по исходным данным ГУП «ИНХП РБ» был проведен опытно-промышленный пробег с целью определения достигнутых технико-экономических показателей ее работы. Показано, что содержание деасфальтизата в регенерированном в сверхкритическом разделителе растворителе не превышает 0,5%, а содержание растворителя в деасфальтизате ниже 10-12%. Таким образом, результаты пробега подтвердили правильность научно-технических разработок, программ расчетов и компьютерных моделей процесса регенерации растворителя при сверхкритическом режиме, использованных при разработке исходных данных на проектирование реконструкции.

Таблица 2

Состав фаз в разделителе при дополнительном подогреве нижней фазы

№опытов	Условия разделения	Состав нижней фазы, % мас
	давление, МПа	температура, оС	пропан	масло
		верхней фазы	нижней фазы
1	5,0	110	121	10,0	90,0
2	5,0	109	129	6,3	93,7
3	5,0	111	136	4,1	95,9
4	5,0	120	125	9,2	90,8
5	5,0	120	132	5,6	94,4
6	5,0	119	140	4,8	95,2

Разработка инжекторной системы компремирования низконапорных газов растворителя с использованием высоконапорного потока растворителя, выводимого из сверхкритического разделителя

В процессе регенерации растворителя в сверхкритических условиях основной поток регенерируемого жидкого пропана имеет высокое давление 4,5-5,0 МПа, что открывает возможность использования этого потока для сжатия и компремирования газообразного пропана системы низкого давления без применения механического газового компрессора за счет использования струйных жидкостно-газовых компрессоров, в которых рабочей жидкостью служит жидкий пропан высокого давления.

Принципиальная возможность применения газожидкостных струйных компрессоров для компремирования газообразного пропана была проверена и обоснована экспериментальными исследованиями на пилотной установке компремирования пропана и пропан-бутановых смесей струйным инжектором. Выполнен цикл экспериментально-исследовательских работ по созданию газо-газовых и жидкостно-газовых струйных аппаратов, предназначенных для работы в системе регенерации растворителя на установках деасфальтизации гудрона. Разработаны компьютеризированные методики расчетов размеров модулей и рабочих характеристик струйных аппаратов.

Результаты расчета показали, что достижение требуемого коэффициента инжекции в одноступенчатом газоструйном компрессоре возможно в области, близкой к расчетной предельной степени сжатия 6-7, что предъявляет повышенные требования к его конструкции. Этот недостаток исключается в двухступенчатом варианте газоструйной системы компремирования паров растворителя. Результаты расчета показывают, что в этом случае степень сжатия в струйном компрессоре на первой ступени не превышает 4,0, на второй ступени - 3,3.

Разработана унифицированная конструкция газо-газовых и газо-жидкостных инжекторов, предназначенных для работы на первой и второй ступенях блока струйных компрессоров установок деасфальтизации гудрона.

Конструктивной особенностью разработанных струйных аппаратов является их многомодульное исполнение, при котором в одном корпусе инжектора с одной камерой всасывания устанавливается несколько параллельных форсунок с камерами смешения. Такие системы позволяют значительно снизить металлоемкость конструкции и существенно расширить диапазон рабочих характеристик струйного насоса.

Рис. 5 Четырехмодульный струйный аппарат для компремирования газов растворителя

1 - корпус, 2 - ввод рабочей жидкости, 3 - форсунки (4 шт.), 4 - общая камера всасывания, 5 - ввод паро-газовой инжектируемой среды, 6 - камеры смешения (4 шт.), 7 - заглушка, 8 - вывод паро-жидкостного потока.

На рис. 5 приведена конструктивная схема четырехмодульного струйного аппарата. Предложенная конструкция позволяет при необходимости легко заменить форсунки и камеры смешения. При снижении расходов потоков через инжектор, лишние форсунки и камеры смешения глушатся. Длина аппарата составляет 1300мм, его масса 60кг. В 2007 г. были спроектированы и изготовлены 12 промышленных аппаратов струйных компрессоров, предназначенных для компремирования газообразной пропан-бутановой смеси на установке деасфальтизации гудрона 36/2 ОАО «Уфанефтехим».

4. Исследование процесса пропан-бутановой деасфальтизации

Исследование процесса пропан-бутановой деасфальтизации гудронов различных НПЗ

Пропан-бутановая деасфальтизация гудронов проводилась на пилотной установке ЭПД-2. В исследовании использовались гудроны западносибирской малосернистой (МГЗСН) и сернистой (ГЗСН) нефтей и гудрон арланской нефти (ГАН).

Малосернистый западносибирский гудрон был отобран на установке деасфальтизации ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», гудроны западносибирской сернистой и арланской высокосернистой нефтей были отобраны на ОАО «Новойл». Их характеристики приводятся в табл. 3.

Таблица 3

Характеристика нефтяных остатков

Показатели	МГЗСН	ГЗСН	ГАН
Плотность, кг/м3	980	984	1039
Коксуемость, % масс.	13,4	12,4	14,8
Содержание серы, % масс.	1,1	2,3	4,4
Температура размягчения, °С	20	21	30
Содержание, ррm ванадия никеля	32 27	140 75	288 136
Групповой хим. состав, % масс.
насыщенные	24,9	17,0	13,3
ароматические	47,6	53,2	55,5
смолы	22,6	22,1	22,9
асфальтены	4,9	7,7	8,3

Для проведения экспериментов были приготовлены пропан-бутановые смеси из пропана и нормального бутана, отобранных в ОАО «Новойл». Содержание пропана в пропан-бутановых смесях варьировалось от 0 до 100%. Во всех опытах кратность растворителя к сырью составляла 6:1 (по объему). Результаты опытов приведены в табл. 4. Видно, что с увеличением содержания бутана в растворителе выход деасфальтизата растет, соответственно растут и его плотность, коксуемость, повышается вязкость.

Таблица 4

Пропан-бутановая деасфальтизация различных гудронов при температуре 80°С

Показатели	МГЗСН	ГЗСН	ГАН
Содержание пропана в растворителе, % масс.	99,2	34,0	1,8	99,2	34,0	1,8	99,2	34,0	1,8
Выход деасфальтизата, % масс.	36,4	74,4	88,1	31,0	58,2	73,0	28,1	52,3	71
Характеристики деасфальтизата:
- плотность, кг/м3	914	948	961	918	931	964	922	949	968
- коксуемость, %	1,4	7,2	10,1	1,1	4,3	7,0	1,9	4,4	7,6
- содержание: серы, %	0,9	1,0	1,1	2,0	1,9	2,4	4,1	4,2	4,3
ванадия, ррm	0,4	7,0	9,0	1,0	6,1	44	2,5	18,1	72
никеля, ррm	0,4	5,5	9,5	0,5	3,0	25	0,8	5,0	35
- кинематическая вязкость при 100°С, сСт	24,7	75,4	105,6	23,4	47,8	63,6	25,9	41,6	94,5
-групповой химический состав, %:
насыщенные	39,6	31,8	34,0	32,4	34,1	21,1	32,6	23,2	22,1
ароматические	48,6	49,1	52,2	43,6	45,3	57,1	56,1	60,9	62,2
смолы	11,8	19,1	13,8	24	20,6	21,8	11,3	16,0	15,7
асфальтены	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Характеристики асфальта:
- плотность, кг/м3	1015	1072	1083	1021	1061	1090	1035	1062	1095
- коксуемость, %	19,0	36,2	41,7	18,8	33,1	32,0	19,4	34,3	43,9
- содержание серы, %	1,2	1,3	1,4	2,4	2,3	2,5	4,6	4,7	4,7
- температура размягчения, °С	39	89	106	38	75	112	47	82	117
-групповой химический состав, %:
насыщенные	10,1	7,1	4,5	6,8	3,5	0,9	4,1	3,2	1,9
ароматические	43,5	27,6	27,1	41,4	32,3	30,8	34,7	27,1	18,6
смолы	37,6	36,8	38,2	38,3	34,1	28,7	36,7

Подобные документы

• Расчет стоимости ректификационной установки

  Сущность процесса разделения многокомпонентной смеси, включающей в себя пропан, n–бутан, n–пентан, n–гексан и составление материального баланса. Выбор аппаратов и расчет параметров и стоимости технологического оборудования ректификационной установки.
  
  курсовая работа [2,3 M], добавлен 21.11.2009
  

• Оптимизация ректификации фракции этан-пропен-пропан в простых и сложных колоннах

  Общие подходы к синтезу технологических схем разделения. Поливариантность организации технологического процесса разделения. Критерии оптимизации. Методы синтеза технологических схем разделения. Методы синтеза, основанные на эвристических правилах.
  
  дипломная работа [2,5 M], добавлен 04.01.2009
  

• Основные этапы переработки нефти

  Задачи и цели переработки нефти. Топливный, топливно-масляный и нефтехимический варианты переработки нефти. Подготовка нефти к переработке, ее первичная перегонка. Методы вторичной переработки нефти. Очистка нефтепродуктов. Продукты переработки нефти.
  
  курсовая работа [809,2 K], добавлен 10.05.2012
  

• Расчет ректификационной установки для разделения смеси этанол-метанол

  Характеристика технологического процесса ректификации; расчет установки для разделения смеси этанол-метанол производительностью 160 т/сут. Определение режима работы колонны, материальных потоков, теплового баланса; гидравлический расчет ситчатой тарелки.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 17.12.2012
  

• Основные понятия о нефти

  Общие сведения о запасах и потреблении нефти. Химический состав нефти. Методы переработки нефти для получения топлив и масел. Селективная очистка полярными растворителями. Удаление из нефтепродуктов парафиновых углеводородов с большой молекулярной массой.
  
  реферат [709,3 K], добавлен 21.10.2012
  

• Химические способы переработки нефти

  Углубляющие, облагораживающие и прочие химические способы переработки нефти. Сущность процесса термического и каталитического крекинга. Процесс переработки твёрдого топлива нагреванием без доступа кислорода (коксование). Каталитический риформинг.
  
  презентация [241,6 K], добавлен 20.12.2012
  

• Разработка энергосберегающих технологий процесса ректификации продуктов синтеза хлорбензола

  Общие подходы к синтезу технологических схем разделения. Поливариантность организации технологического процесса разделения. Методы синтеза технологических схем разделения. Интегрально-гипотетический метод. Продукты разделения. Хлорбензол и дихлорбензолы.
  
  дипломная работа [196,3 K], добавлен 04.01.2009
  

• Проект установки первичной переработки Дмитриевской нефти СIII Куйбышевской области

  Индексация нефтей для выбора технологической схемы и варианта ее переработки. Физические основы дистилляции нефти на фракции. Установки первичной перегонки нефти. Технологические расчеты процесса и аппаратов. Характеристика качества нефтепродуктов.
  
  курсовая работа [684,7 K], добавлен 25.04.2013
  

• Разработка математической модели и оптимизации процесса производства аммиака

  Сущность технологического процесса промышленного синтеза аммиака на установке 600 т/сутки. Анализ зависимости выхода аммиака от температуры, давления и времени контактирования газовой смеси. Оптимизация химико-технологического процесса синтеза аммиака.
  
  курсовая работа [963,0 K], добавлен 24.10.2011
  

• Экстрагирование

  Промышленное применение и технологические операции жидкостной экстракции. Физические основы процесса экстракции в случае взаимонерастворимости жидкостей. Удельный расход растворителя при противоточной экстракции. Построение диаграммы экстракции.
  
  презентация [1,4 M], добавлен 29.09.2013
  

• Депарафинизация нефтяного сырья

  Изучение методов очистки и разделения нефтяного сырья, производства товарных нефтепродуктов. Исследование технологической схемы установки депарафинизации в растворе пропана. Анализ процесса кристаллизации, отделения твердых углеводородов от жидкой фазы.
  
  реферат [4,4 M], добавлен 06.06.2011
  

• Попутные нефтяные газы

  Сущность понятия "нефтяные газы". Характерная особенность состава попутных нефтяных газов. Нахождение нефти и газа. Особенности получения газа. Газовый бензин, пропан-бутовая фракция, сухой газ. Применение газов нефтяных попутных. Пути утилизации ПНГ.
  
  презентация [2,5 M], добавлен 18.05.2011
  

• Технологическая установка ТК-4

  Назначение установки для переработки смесей гудрона с тяжелым каталитическим газойлем и тяжелых нефтяных дистиллятов и ее производительность. Характеристика сырья и получаемой продукции, ее дальнейшее использование. Сущность технологического процесса.
  
  отчет по практике [197,6 K], добавлен 17.12.2011
  

• Расчет ректификационной колонны для разделения смеси метиловый спирт-вода с колпачковыми тарелками

  Ректификация — массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов. Свойства бинарной смеси. Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси. Основная характеристика материального и теплового баланса.
  
  курсовая работа [723,0 K], добавлен 02.05.2011
  

• Расчет ректификационной колонны для разделения смеси хлороформ-бензол производительностью 13200 кг/ч

  Общее описание процесса ректификации. Разработка ректификационной колонны для разделения смеси хлороформ-бензол. Технологический, гидравлический и тепловой расчет аппарата. Определение числа тарелок и высоты колонны, скорости пара и диаметра колонны.
  
  курсовая работа [677,8 K], добавлен 30.10.2011
  

• Подвижная фаза для жидкостной хроматографии

  Основные требования к растворителям. Элюирующая сила растворителя и элюотропные ряды. Элюотропные серии для адсорбционной хроматографии на силикагеле. Вопрос о чистоте растворителя, адсорбционная очистка методом классической колоночной хроматографии.
  
  реферат [41,5 K], добавлен 12.01.2010
  

• Определение оптимальных рабочих параметров процесса экстрактивной ректификации смеси ацетон-хлороформ в сложной колонне с боковой секцией

  Ацетон и хлороформ входят в состав смеси растворителей, которые применяются в производстве термостабилизатора стабилина-9. Для их регенерации было предложено использовать экстрактивную ректификацию с тяжелокипящим разделяющим агентом диметилформамидом.
  
  дипломная работа [386,7 K], добавлен 04.01.2009
  

• Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения

  Хроматография - это метод разделения компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении их между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна. Размер частиц сорбента, проницаемость и эффективность.
  
  контрольная работа [252,5 K], добавлен 07.01.2010
  

• Выбор и обоснование варианта и технологической схемы переработки нефти

  Индексация нефтей, ее связь с технологией их переработки. Физические основы подготовки и первичной переработки нефти. Факторы, определяющие выход и качество продуктов ППН. Краткие теоретические основы процессов вторичной переработки продуктов ППН.
  
  курсовая работа [5,0 M], добавлен 03.12.2010
  

• Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол

  Понятие процесса ректификации. Технологические схемы для проведения разрабатываемого процесса. Экстрактивная и азеотропная ректификация. Типовое оборудование для проектируемой установки. Теоретические основы расчета тарельчатых ректификационных колонн.
  
  курсовая работа [3,9 M], добавлен 15.11.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам