Первичная переработка нефти

Построение сводится к тому, что по графику Кокса [1] пересчитывают температуру 40% отгона [6] по ОИ с атмосферного на парциальное давление паров бензина. Через найденную точку проводят линию параллельную линии ОИ при атмосферном давлении.

Температура конца кривой ОИ бензина при парциальном давлении его паров соответствует температуре верха (tверх.) колонны.

Температура верха колонны - 135°С

Температура 50% - 73°С

Начало ОИ соответствует 27% по ИТК

Конец ОИ соответствует 62% по ИТК

Температуру низа колонны принимаем:

Температуру низа колонны (tн.) определяют по началу ОИ отбензиненной нефти при давлении низа колонны. В курсовых проектах допускается принимать температуру низа колонны на 20-30С больше температуры входа (tвх.) в колонну, так как колонна работает с вводом «горячей струи».

Определение количества «горячей струи».

Количество «горячей струи» определяют из теплового баланса отбензинивающей колонны.

Ректификационные колонны тщательно изолируют, поэтому потери тепла в окружающую среду малы и при составлении теплового баланса отбензинивающей колонны ими можно пренебречь.

Таблица 13.

Тепловой баланс отбензинивающей колонны.

Статьи баланса. Продукты.	Кол-во кг/ч	Плот-ность	Темпер-ра	Энтальпия, кДж/кг	Кол-во тепла Q=Gq кДж/ч
				qп	qж
1	2	3	4	5	6	7
Приход: 1.Паровая фаза нефти 2.Жидкая фаза нефти 3.Холодное острое орошение	51328,5 250603,9 62047,1	0,7089 0,8693 0,7085	190 190 40	739,35	414,6 839	37949726,5 103900376,9 5205751,7
Всего (Qприх.)	363979,5					141850103,4
Расход: 1. Угл-ый газ 2.Бензиновая фракция 3.Холодное острое орошение 4.Отбензиненная нефть	9963,8 41364,7 52047,1 250603,9	- 0,7085 0,7085 0,8693	123 123 123 220	827,1	491,59	8241058,9 24663288,7 36994962,9 123194371,2
Всего (Qрасх.)	3639795					193093681,7

При составлении теплового баланса делаем допущение, что в паровой фазе нефти на входе в отбензинивающую колонну находится только бензиновая фракция.

Энтальпию нефтяных фракций находим из таблиц [4]. При этом плотность пересчитывают на по формуле:

= + 5

где - средняя температурная поправка к плотности [1,3,5].

Количество «горячей струи» рассчитывают, исходя из необходимости поддержания заданной температуры низа колонны (tниз.).

Тепло, вносимое «горячей струей» (Qг.стр.), вычисляется по разности

кДж/ч

, кДж/ч

где - тепло, вносимое «горячей струей» в колонну;

- тепло, уносимое «горячей струей» из колонны.

где - доля отгона «горячей струи» на входе в колонну

на выходе из печи);

, - энтальпии паровой и жидкой фаз «горячей струи» при температуре входа в колонну (tвх).

Для определения доли отгона () при расчете курсовых проектов разрешается допущение, что в паровой фазе «горячей струи» на входе в колонну находится керосиновая и дизельная фракции.

Тогда

Для определения энтальпии паровой и жидкой фаз «горячей струи» необходимы следующие плотности:

, кг/ч.

кг/ч.

кДж/ч

кДж/ч

кДж/ч

Определение диаметра и высоты колонны.

Диаметр колонны определяем по наиболее нагруженному парами сечению колонны, которым может быть питательная секция или верхняя часть. Находим это сечение сравнением секционных объемов паров и допустимых скоростей их движения в разных сечениях колонны. В отбензинивающей колонне наиболее нагруженным сечением, по практическим данным, является верхняя часть колонны (под верхней тарелкой).

Для определения объема паров, проходящих через поперечное сечение аппарата в единицу времени широко используют формулу:

, м3/с

где Т - температура в рассчитываемом сечении колонны;

Р - давление в том же сечении колонны;

Gi - количество компонента;

Мi - молекулярная масса компонента.

Для верхней части отбензинивающей колонны эта формула будет иметь вид:

, м3/с

м3/с

где Gб Gх.ор. - количество бензина и холодного орошения, кг/ч;

Мб - молекулярная масса бензина.

Для определения молекулярных масс нефтяных фракций в расчетах наибольшее применение нашла формула Б.П.Воинова:

М = 60 + 0,3t + 0,001t2

где t - средняя температура кипения фракции, ее можно принять приближенно равной температуре кипения 50% - фракции по ИТК.

Скорость паров в колонне влияет на эффективность ректификации. Чем выше скорость, тем лучше барботаж на тарелке. Однако при увеличении скорости паров выше допустимой происходит унос капельной жидкости на вышележащую тарелку, что снижает эффект ректификации. Допустимая скорость паров зависит от типа ректификационных тарелок и расстояния между ними, давления в колонне, способности разделяемых компонентов к вспениванию и др.

В нефтепереработке для определения допустимой скорости паров в колоннах с тарелками широко используют формулу Саудерса и Брауна [3]:

, м/с

где К - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации, находят по графику [3];

ж и п - плотность жидкости и равновесных паров соответственно при температуре и давлении в рассматриваемом сечении колонны.

Плотность паров вычисляют по формуле:

Плотность жидкой фазы:

м/с

Диаметр колонны определяют по формуле:

м

Если найденный диаметр не совпадает со значением , данным в стандарте, то принимают ближайший больший диаметр. Принимаем м

Высота ректификационной колонны зависит от числа и типа тарелок, а также от расстояния между ними.

Общую высоту колонны находят, предварительно определив высоты отдельных частей:

Расстояние от верхней тарелки до верхнего днища можно принять

h1 = 1,5 м

Высота укрепляющей секции колонны зависит от числа ректификационных тарелок и расстояния между ними (h). Для обеспечения эффективной ректификации это расстояние должно быть таким, чтобы не было уноса жидкости с нижележащих тарелок на вышележащие, и обычно принимается в пределах 0,5-0,7м.

,м

где nу - число тарелок в укрепляющей секции колонны.

м

Высоту эвапорационной секции колонны можно принять из расчета расстояния между четырьмя тарелками:

,м

Высоту отгонной секции колонны (h4) также рассчитывают, исходя из числа тарелок в этой секции и расстояния между ними

м

где n0 - число тарелок в отгонной секции колонны.

Расстояние от уровня жидкости внизу колонны до нижней тарелки (h5) принимают равным 1-2 м, чтобы пары, поступающие в составе «горячей струи», равномерно распределились по сечению колонны.

Высоту низа колонны (слоя жидкости внизу колонны) рассчитывают из 5-10 минутного () запаса нижнего продукта колонны. Для отбензинивающей колонны рассчитывают 5-ти минутный запас отбензиненной нефти.

, м

где Vотб.н. - объем отбензиненной нефти внизу колонны;

F - площадь поперечного сечения колонны



- плотность отбензиненной нефти при температуре низа колонны.

h1

h2

H

h3

h4

h5

h6

Рис. 15. Схема к определению высоты колонны.

5.3 Расчет сложной ректификационной колонны

Сложная ректификационная колонна предназначена для отбора светлых фракций (выкипающих до 350) от отбензиненной нефти. Исходные данные для ее расчета целесообразно представить в виде таблицы.

Таблица 14.

Исходные данные для расчета сложной ректификационной колонны.

	Обозна-е	Ед. измер.	Значение
1	2	3	4
1. Количество: - отбензиненной нефти - легкой керосиновой фракции - тяжелой керосиновой фракции - дизельной фракции - мазута.		кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч кг/ч	250603,9 31702,9 31702,9 51932,4 135265,8
2. Кратность холодного орошения	К	-	1,5
3. Температура холодного орошения.	tх.ор.
4. Плотность: - легкой керосиновой фракции - тяжелой керосиновой фракции - дизельной фракции - мазута		- - - - -	0,7693 0,7801 0,9230 0,9230

Технологический расчет сложной колонны ведем в такой последовательности:

- принимаем тип и число тарелок в каждой секции и отпарных колоннах;

- определяем давление в верхней части колонны и в сечениях вывода боковых погонов;

- определяем количество водяного пара, подаваемого в сложную колонну и стриппинги (отпарные колонны);

- определяем температурный режим работы колонны;

- составляем тепловой баланс колонны и определяем количество циркуляционного орошения;

- определяем диаметр и высоту колонны.

Gв.п.т.к.фр.

Gт.к.фр.

Gд.фр.

Gв.п.

Рис. 16 Схема материальных потоков сложной ректификационной колонне.

Тип тарелки в сложной колонне принимают такой же, как и в отбензинивающей колонне. Число тарелок в укрепляющей секции колонны принимают из расчета 10-12 тарелок на каждый дистиллят, отбираемый в укрепляющей секции колонны, в отгонный - 4-6 штук, в стриппинге - 4-6 штук.

В связи с тем, что упругость насыщенных паров легкой керосиновой фракции, отбираемой сверху сложной колонны, низкая, абсолютное давление Рс в газосепараторе принимаем минимальное (обычно 130-150кПа).

=015+0,05=0,2МПа

Давление внизу стриппингов определяем по формулам :

МПа

МПа

где n1 и n2 - число тарелок в секциях вывода боковых погонов;

nстр. - число тарелок в стриппинге.

МПа

где Рэв - давление в эвапорационной секции колонны;

nу - общее число тарелок в укрепляющей секции колонны.

МПа

где Ротг. - давление в отгонной секции колонны;

nо - число тарелок в отгонной секции колонны

Определение количества водяного пара, подаваемого в сложную колонну и в стриппинги.

Для расчета количества водяного пара, подаваемого в сложную колонну и в стриппинги, есть формулы на основе закона Дальтона. В целях упрощения в курсовом проектировании принимаем расход водяного пара по практическим данным:

- в низ ректификационной колонны - 1,2 3,5% масс. от сырья, поступающего в колонну;

- в стриппинге - 4 5% масс. от выводимого продукта (Gт.к.фр. и Gд.фр. соответственно).

кг/ч

кг/ч

кг/ч

где , , - количества водяного пара, подаваемого в низ колонны, в стриппинги тяжелой керосиновой и дизельной фракций соответственно.

Определение температурного режима колонны.

Температуру входа (tвх) отбензиненной нефти в колонну определяем по ее линии ОИ (построенной при давлении в питательной секции) и доле отгона, равной сумме светлых фракций, отбираемых в колонне. В промышленных условиях эта температура находится в пределах 350-370С.

Температуру верха колонны (tверх.) определяем по концу ОИ легкой керосиновой фракции при парциальном давлении ее паров (Рл.к.фр.)

, МПа

где - мольная доля легкой керосиновой фракции в парах, уходящих с верха колонны.

Таблица 15. Данные для ИТК легкой керосиновой фракции.

Температура °С	120	140	160	180
Выход на нефть % масс	0	3,04	7	10,8
Выход на фракцию в % масс	0	28,1	64,8	100

где - молекулярная масса легкой керосиновой фракции;

- молекулярная масса водяного пара (М = 18).

МПа

мм.рт.ст.

Температура верха колонны - 156°С

Температура 50% - 147°С

Начало ОИ соответствует 38% по ИТК

Конец ОИ соответствует 57% по ИТК

Температура вывода тяжелой керосиновой фракции (tт.к.фр.) из стриппинга определяем как температуру начала ОИ (тяжелая керосиновая фракции выводится с низа стриппинга в жидком состоянии, что соответствует началу однократного испарения) тяжелой керосиновой фракции при парциальном давлении ее паров, сделав при этом допущения:

а) выводимая из стриппинга фракция находится в равновесии с отгоняемыми углеводородными (нефтяными) парами;

б) молекулярная масса отгоняемых паров есть среднее арифметическое масс легкой и тяжелой керосиновых фракций, т.е.

Парциальное давление паров тяжелой керосиновой фракции с учетом сделанных допущений можно определить:

, МПа

где - мольная доля нефтяных паров, отгоняемых в первом стриппинге.

Таблица 16. Данные для ИТК тяжелой керосиновой фракции.

Температура °С	240	260	300	320	350
Выход на нефть в % масс	0	3,2	10	12,8	17,2
Выход на фракцию в % масс	0	18,6	58,1	74,4	100

Температура верха колонны - 190°С

Температура 50% - 211°С

Начало ОИ соответствует 32% по ИТК

Конец ОИ соответствует 60% по ИТК

При расчете парциального давления ориентировочно принимаем количество отгоняемых нефтяных паров в пределах 20-30% от количества тяжелой керосиновой фракции, выводимой с низа стриппинга.

Тогда

МПа

мм.рт.ст.

Температуру выводы дизельной фракции (t) из 2-го стриппинга определяем аналогично.

Таблица 17. Данные для ИТК дизельной фракции.

Температура °С	240	260	280	300	320	350
Выход на нефть в % масс	0	3,1	6,5	10,4	13,5	19,2
Выход на фракцию в % масс	0	16,1	33,8	54,2	70,3	100

МПа

мм.рт.ст.

Температура верха колонны - 266°С

Температура 50% - 296°С

Начало ОИ соответствует 34% по ИТК

Конец ОИ соответствует 60% по ИТК

Определение количества циркуляционного орошения.

Количество тепла, которое необходимо снимать циркуляционным орошением, определяем из теплового баланса колонны.

Тепловой баланс сложной ректификационной колонны желательно составлять по контуру, включающему стриппинги.

Тепло водяного пара, поступающего в сложную колонну и стриппинги, и тепловые потери в окружающую среду в баланс можно не включать, как взаимно компенсирующие величины.

Тепловой баланс рекомендуется составлять в табличной форме.

Таблица 18

Тепловой баланс сложной ректификационной колонны.

Статьи баланса. Продукты.	Кол-во кг/ч	Плот-ность	Темпер-ра	Энтальпия, кДж/кг	Кол-во тепла кДж/ч
				qп	qж
1	2	3	4	5	6	7
Приход: 1.Паровая фаза отбензиненной нефти 2.Жидкая фаза отбензиненной нефти 3.Холодное острое орошение	249009,7 321945,1 77355,1	0,8537 0,9998 0,7609	350 350 40	1079,9	798,3 81,1
Всего (Qприх.)
Расход: 1.Легкая керосиновая фракция 2.Холодное острое орошение 3.Тяжелая керосиновая фракция. 4.Дизельная фракция 5.Мазут	51570,1 77355,1 55990,1 141449,6 321945,1	0,7609 0,7609 0,8069 0,9169 0,9998	148 148 190 266 330	634,3 634,3	426,9 583,3 741,5
Всего (Qрасх.)

Тепло снимаемое циркуляционным орошением (Qц.ор.) вычисляется по формуле:

кДж/ч

Количество циркуляционного орошения определяют по формуле:

кДж/ч

кДж/ч

Перепад температуры на одной тарелке можно определить по формуле:

где N - число тарелок в концентрационной секции колонны.

Температура вывода промежуточного циркуляционного орошения определяется как:

где - перепад температуры на одной тарелке; n - число тарелок в секции, выше вывода промежуточного циркуляционного орошения.

Температура ввода циркуляционного орошения обычно на 100-150С ниже температуры вывода.

Для определения энтальпий плотность циркуляционного орошения можно приравнять к плотности бокового дистиллята, выводимого в этой секции.



кг/ч

кг/ч

м/с

м

Принимаем м

м

м

м

м

м

м

м

5.4 Расчет теплообменной аппаратуры

Процессы теплообмена широко используются на нефтеперерабатывающих предприятиях как для утилизации тепла отводимых с установки продуктов, так и для их охлаждения до температур хранения в резервуарах.

Расчет теплообменной аппаратуры состоит из 4-х этапов:

- выбор рациональной схемы теплообмена, при которой достигается максимальная утилизация тепла на установке;

- выбор теплообменников с учетом температур, вязкости и загрязненности теплоносителей;

- расчет теплообменников с целью определения необходимой поверхности теплообмена для каждого потока;

- выбор стандартного аппарата по ГОСТ и количества аппаратов.

Правильно разработанная схема теплообмена позволяет более полно утилизировать тепло материальных потоков, тем самым значительно сократить расход топлива на нагрев сырья и расход хладагентов (воздуха, воды) на охлаждение продуктов. Одновременно решаются и проблемы экологии: уменьшается количество дымовых газов и сточных вод, а так же тепловое загрязнение окружающей среды.

При выборе схемы теплообмена следует руководствоваться следующими положениями:

- для нагрева исходного сырья в начале используют тепло потоков с более низкой температурой, затем с более высокой;

- более эффективна схема противотока;

- разность температур в схеме теплообмена должна быть не менее 20-30С, в противном случае потребуется слишком большая поверхность теплообмена, а это приведет к ухудшению технико-экономических показателей установки.

5.4.1 Расчет теплообменника

При выборе типа теплообменников исходят из того, что:

- для маловязких продуктов, градиент которых не велик, можно применять кожухотрубчатые теплообменники жесткой конструкции, но из-за ряда недостатков их применение ограничено;

- для маловязких продуктов, не содержащих взвешенных частиц, желательно применение кожухотрубчатых теплообменников с «плавающей головкой» или с U-образными трубками (последние предпочтительнее , если не наблюдается загрязнения внутренней поверхности трубок);



Рис.17. Эскиз кожухотрубчатого двухходового теплообменника с U- образными трубами.

1- распределительная камера; 2- кожух; 3- теплообменная труба; 4- опора; L- длина труб.

- для вязких, склонных к шламоотложению, продуктов используют теплообменники типа «труба в трубе», желательно разборные однопоточные. Стоимость 1м2 поверхности теплообмена этих теплообменников выше, чем кожухотрубчатых. Однако в них легко обеспечивается высокая скорость движения теплообменивающихся сред и поэтому высокие коэффициенты теплопередач. Одновременно достигается более высокая турбулентность потоков, что предупреждает оседание шлама на стенках труб.

Расчет теплообменников заключается в расчете поверхности теплообмена. Ее определяют по формуле:

, м2

где - тепловая нагрузка аппарата; - средняя логарифмическая разность температур; К - коэффициент теплопередачи.(К =330)

Тепловую нагрузку аппарата определяют из теплового баланса:

где и - количество горячего и холодного теплоносителей, кг/ч;

и - энтальпия горячего теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, кДж/кг;

- коэффициент полезного действия аппарата.

КПД теплообменника учитывает потери тепла в окружающую среду. Чем выше разность температур с окружающей средой, тем ниже значение

КПД. Практически = 0,92 0,98.

Горячий

теплоноситель

Холодный

,где

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

Тогда температура нефти на выходе из теплообменника

Средняя логарифмическая разность температур в случае противотока определяется по формуле:

°С

м2

Таблица 19- Теплообменник

Диаметр мм	Число ходов по трубам	Поверхность теплообмена, м2, при длине труб мм, и расположении их в решетке	Площадь проходного сечения одного хода по трубам 1000 м2, при их расположении	Площадь проходных сечений по межтрубному пространству 1000 м2, при расположении труб	Условное давление в трубном и межтрубном пространстве кгс/см2
		По вершинам треугольников
Кожуха	Труб		6000	9000	По вершинам треугольников	По вершинам треугольников
						В вырезе перегородки	Между перегородками
1000	25	2	325	488	119	11,2	12,5	40

5.4.2 Расчет холодильника

Холодильники (конденсаторы-холодильники) предназначены для охлаждения (конденсации и охлаждения) продуктов до температуры их безопасного хранения. Она должна быть ниже температуры вспышки продукта. Для газа и бензина эта температура принимается 35-40С, для реактивного топлива - 40-45С, для дизельного топлива - 45-50С.

Расчет холодильников (конденсаторов-холодильников) состоит в следующем:

- в выборе типа аппарата и вида хладагента;

- определении требуемой поверхности теплообмена;

- определении расхода хладагента;

- выборе стандартных холодильников и их количества.

Рис.18. Эскиз горизонтального аппарата воздушного охлаждения.

1- секция оребренных; труб 2- диффузор; 3- увлажнитель воздуха; 4- вентилятор; 5- привод вентилятора; 6- опорная стойка; L- длина труб.

В основном на НПЗ эксплуатируются водяные теплообменники кожухотрубчатого типа и аппараты воздушного охлаждения. Но использование водяных холодильников приводит к огромным расходам охлаждающей воды и загрязнению водоемов, к большим эксплуатационным расходам на очистные сооружения, градирни, насосные, поэтому предпочтение следует отдать аппаратам воздушного охлаждения. Они безопасны при эксплуатации в зимнее время, т.к. нет опасности замерзания воды, но их недостаток - необходимость устанавливать дополнительные водяные холодильники в летнее время.

Необходимая поверхность теплообмена холодильников рассчитывается так же, как и теплообменников. Только не учитываются потери тепла в окружающую среду.

Нач. t? принимаем : t3 = 25

Конеч. t? принимаем t4 = 50

Pв плотность воздуха при 20?С Pв = 1,18

Полезная тепловая нагрузка аппарата

кДж/ч

ккал

ккал

Расход воздуха (Gв) в аппаратах воздушного охлаждения определяют по формуле:

кг/ч

где - тепловая нагрузка аппарата, кДж/кг;

и - теплоемкости воздуха при его конечной и начальной температурах, кДж/(кгК)

и - конечная и начальная температура воздуха.

?С

?С

?С

2

Таблица 20. Аппарат воздушного охлаждения.

Число рядов труб	Коэффициент оребрения	Число труб аппарата	Поверхность теплообмена м2
			Биметаллических труб	Монометаллических труб
			При длине труб мм
			1500	3000
8	14,6	164	300	600

Заключение

Нефть месторождения Октябрьское, как выяснилось в ходе проделанной работы, богата содержанием светлых фракций (53,2%). Выбран топливный вариант с глубокой переработкой, с максимальным отбором светлых фракций. Как уже отмечалось в основной части данной работы, при глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных авиационных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка - гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы - каталитический крекинг, каталитический риформинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов.

Список использованной литературы

1. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. М.: Химия, 1961.

2. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Ч.1. М.: Химия, 1972.

3. Ластовкин Г.А., Радченко Е.Д., Рудин М.Г. Л.:Химия, 1984.

4. Нефти СССР:Т. III. Нефти Кавказа и западных районов Европейской части СССР. М.: Химия, 1972.

5. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч.3. М.: Химия, 1971.

Размещено на Allbest.ru

...