Химия и технология процессов депарафинизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Курсовой проект

по дисциплине «Первичная переработка нефти и газа»

тема «Химия и технология процессов депарафинизации»

Выполнил:

ст. гр. ХТО-10

Караметдинова Р. Р.

Проверил:

к.т.н., доцент

С. Т. Гулиянц

Тобольск, 2013



План

Введение

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Технология процессов депарафинизации

1.2 Физико-химические основы процесса

1.3 Принципиальная схема установки депарафинизации

Глава 2. Практическая часть

2.1 Расчет материальной установки карбамидной депарафинизации

Заключение

Список литературы



Введение

При производстве масел из парафинистых нефтей основная доля затрат приходится на процесс депарафинизации.

В связи с этим совершенствованию технологии с целью улучшения технико-экономических показателей процесса депарафинизации уделяется большое внимание. Кроме использования порционной подачи растворителя, замены ацетона на метилэтилкетон, создания комбинированных установок по производству низкозастывающих масел и парафинов вводятся в эксплуатацию укрупненные установки депарафинизации производительностью по сырью 900--1100 т/сут при переработке дистиллятного сырья и 600--700 т/сут -- для остаточного. Для создания условий кристаллизации, обеспечивающих образование при охлаждении раствора сырья крупных кристаллов твердых углеводородов, хорошо отделяемых от жидкой фазы, предложено обрабатывать суспензии твердых углеводородов ультразвуком, который разрушает пространственную структуру кристаллов и резко снижает структурную вязкость. Это позволяет повысить скорость отделения твердой фазы от жидкой и получить более глубокообезмасленный парафин или церезин.

Цель данной курсовой работы заключается в изучении химии и технологии процессов депарафинизации.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: депарафинизация нефть масло

- Изучить назначение процесса депарафинизации

- Изучить химизм процесса депарафинизации

- Изучить технологическое описание процесса депарафинизации



Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Технология процессов депарафинизации рафинатов кристаллизацией

Депарафинизация -- процесс, направленный на удаление нормальных парафиновых углеводородов из керосино-газойлевых и масляных фракций нефти.

Назначение процессов депарафинизации - удаление из рафинатов высокоплавких парафиновых углеводородов с целью получения масел с низкими температурами застывания.

Различают процессы:

· обычной депарафинизации с получением масел с температурой застывания от - 10 до - 15°С и

· глубокой депарафинизации с получением масел с температурой застывания - 30°С и ниже.

Целевым продуктом 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.

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

В качестве хладоагентов на установках депарафинизации при-меняются пропан или аммиак, использование которых позволяет получать масла с температурой застывания до -20°С. На установках глубокой депарафинизации при производстве масел с температурой застывания -30°С и ниже в дополнение к охлаждению аммиаком или пропаном применяется охлаждение этаном или этиленом.

1.2 Физико-химические основы процесса

Этот процесс основан на разной растворимости твердых и жидких углеводородов в некоторых растворителях при низких температурах и может применяться для масляного сырья любого фракционного состава. Твердые углеводороды масляных фракций ограниченно растворяются в полярных и неполярных растворителях. Растворимость таких углеводородов подчиняется общей теории растворимости твердых веществ в жидкостях и характеризуется следующими положениями:

- растворимость твердых углеводородов уменьшается с увеличением плотности и температур выкипания фракции

- для фракций, выкипающих в одном и том же температурном интервале, растворимость твердых углеводородов одного гомологического ряда уменьшается с увеличением их молекулярной массы

- растворимость твердых углеводородов увеличивается с повышением температуры

Растворимость углеводородов в полярных растворителях зависит от способности их молекул поляризоваться, что связано со структурными особенностями молекул углеводородов. Вследствие малой поляризуемости молекул твердых углеводородов индуцированные дипольные моменты этих соединений невелики, поэтому растворение твердых углеводородов в полярных растворителях происходит в основном под действием дисперсионных сил. Растворимость остальных компонентов масляных фракций является результатом индукционного и ориентационного взаимодействий, при: чем действие полярных сил настолько велико, что даже при низких температурах эти компоненты остаются в растворенном состоянии.

Растворитель, применяемый в процессе депарафинизации, должен:

- при температуре процесса растворять жидкие и не растворять твердые углеводороды сырья

- обеспечивать минимальную разность между температурами депарафинизации (конечного охлаждения) и застывания депарафинированного масла

- способствовать образованию крупных кристаллов твердых углеводородов

- иметь не слишком высокую и не слишком низкую температуру кипения, так как высокая температура кипения приводит к повышению энергетических затрат и способствует окислению углеводородов при регенерации растворителя, низкая -- вызывает необходимость проведения процесса при повышенном давлении

- иметь низкую температуру застывания, чтобы не кристаллизоваться при температуре депарафинизации и не забивать фильтровальную ткань;

- быть коррозионно-неагрессивным

- быть доступным, по возможности дешевым и приемлемым с точки зрения санитарных норм

Для депарафинизации предложено большое число как полярных, так и неполярных растворителей. В настоящее время наиболее распространен процесс депарафинизации с использованием полярных растворителей -- низкомолекулярных кетонов, в частности метилэтилкетона и ацетона; иногда применяют метилизобутилкетон или сжиженный пропан.

Процесс депарафинизации является наиболее сложным, трудоемким и дорогостоящим в производстве нефтяных масел. Его эффективность и экономичность зависят, в частности, от скорости фильтрования суспензий; последняя в конечном итоге определяется структурой кристаллов твердых углеводородов, образующихся в процессе охлаждения сырья с растворителем, так как от их размеров зависят полнота и скорость отделения твердой фазы от жидкой.

Кристаллизация твердых углеводородов начинается с выделения из пересыщенного раствора зародышей кристаллов. При дальнейшем охлаждении раствора кристаллизация протекает на уже образовавшихся центрах кристаллизации.

Скорость выделения твердой фазы (в г/с) из раствора на образовавшихся центрах кристаллизации может быть определена по уравнению И. И. Андреева:

(1)

где - количество вещества, выкристаллизовавшегося в единицу, времени;

D -- коэффициент диффузии молекул углеводорода в насыщенном растворе;

б--средняя длина диффузионного пути; S -- поверхность выделившейся твердой фазы; х -- концентрация пересыщенного раствора; х' -- растворимость зародышей кристаллов при данной степени их дисперсности.

Коэффициент диффузии D вычисляют по уравнению Эйнштейна:

(2)

где R -- универсальная газовая постоянная; N -- число Авогадро; Т -- абсолютная температура кристаллизации; т) --динамическая вязкость среды; г -- средний радиус молекулы твердого углеводорода.

При подстановке значения D уравнение (1) приобретает вид:



(3)

Следовательно, скорость выделения твердой фазы из раствора на образовавшихся центрах кристаллизации зависит от вязкости среды, средней длимы диффузионного пути, среднего радиуса молекулы твердого углеводорода и разницы между концентрацией раствора и растворимостью выделившейся твердой фазы при температуре Т.

1.3 Принципиальная схема установки депарафинизации

Процесс депарафинизации с применением избирательных растворителей осуществляется непрерывно и слагается из следующих стадий: смешения сырья с растворителем; термической обработки смеси; постепенного охлаждения полученного раствора сырья до заданной температуры, в результате чего из раствора выделяются кристаллы твердых углеводородов; отделения твердой фазы от жидкой; регенерации растворителя из растворов депарафинированного масла и гача или петролатума.

Депарафинируемое сырье I и растворитель II в смесителе 1 смешивают в определенном соотношении и подвергают термообработке в паровом подогревателе 2. Если температура сырья, подаваемого на установку, выше 60°С, то термообработку не проводят. Далее раствор сырья III охлаждается сначала в водяном холодильнике 3, потом в регенеративных кристаллизаторах 4, где хладоагентом служит раствор депарафинированного масла (фильтрат) V, и, наконец, в аммиачных кристаллизаторах 5, в которых хладоагентом является аммиак. Если температура конечного охлаждения раствора сырья ниже - 30°С, то в качестве хладоагента на последней стадии охлаждения используют этан. Холодная суспензия твердых углеводородов в растворе масла IV поступает через приемник (на схеме не показан) в фильтры 6 (на некоторых установках -- в центрифуги) для отделения твердой фазы от жидкой. Осадок твердых углеводородов на фильтре промывается холодным растворителем II и поступает в шнековое устройство, куда также добавляют некоторое количество растворителя II, обеспечивающее возможность перемещения осадка. В результате фильтрования получают раствор депарафинированного масла V, содержащий 75-80% растворителя, и раствор твердых углеводородов (гача или петролатума) VI с относительно небольшим содержанием масла. Оба раствора направляют в секции регенерации растворителя 7 и 8.

Полученное после регенерации растворителя депарафинированное масло VII поступает на доочистку, а твердые углеводороды VIII (гач в случае переработки дистиллятного и петролатум - остаточного сырья) - на дальнейшую переработку для производства парафина и церезина.

Регенерированный растворитель возвращается на смешение с сырьем, промывку осадка и в небольшом количестве - в шнековое устройство. В зависимости от фракционного и углеводородного состава сырья растворитель можно подавать на смешение с сырьем как единовременно, так и порциями в определенные точки по ходу охлаждения сырья.

Пары аммиака I, выходящего из кристаллизатора 1 (испарительная система), через аккумулятор 2 поступают в отделитель жидкости 3 (попадание жидкости в цилиндры компрессора может вывести его из строя), а затем - на I ступень сжатия двухступенчатого компрессора 8 и под давлением 0,25--0,3 МПа нагнетаются в промежуточный сосуд 6, в котором они доохлаждаются за счет испарения жидкого аммиака II, подаваемого из рабочего ресивера 5. Из промежуточного сосуда 6 пары аммиака поступают в цилиндр высокого давления соответствующего компрессора, где сжимаются до давления конденсации (1--1,2 МПа). После этого через маслоотделитель 7 пары вводятся в вертикальные кожухотрубчатые водяные конденсаторы-холодильники 4.

Сконденсировавшийся аммиак II стекает в рабочий ресивер 5, откуда поступает в змеевик промежуточного сосуда 6, где переохлаждается от 34--36°С (температура конденсации) до 0--5°С за счет испарения аммиака, содержащегося в сосуде. Переохлажденный аммиак поступает в аккумулятор 2, а затем в кристаллизатор 1, где за счет его испарения происходит охлаждение суспензии твердых углеводородов в растворе масла. Жидкий аммиак подается из промежуточного сосуда 6 в аккумулятор 2 через клапан, связанный с регулятором уровня. Температура охлаждаемой смеси на выходе из кристаллизатора регулируется при помощи клапана на линии отсоса паров аммиака из аккумулятора.

Если необходимо увеличить производительность и снизить температуру на линии паров, направляемых на компрессию, то устанавливают дополнительный компрессор. При давлении на приеме 30 кПа и на выходе 90 кПа можно снизить температуру паров аммиака до -57°С. Для обеспечения нормальной работы любой аммиачной холодильной установки необходимо герметизировать сальники компрессора и всасывающих магистралей, чтобы воздух не попадал в систему. Все холодные части холодильной установки покрывают пробковой изоляцией.

При замене аммиачного охлаждения на пропановое к установке предъявляются более высокие требования по соблюдению правил техники безопасности, которые обусловлены низкими пределами взрываемости пропана, отсутствием характерного запаха и возможностью скопления его в низких местах территории установки. Даже незначительное нарушение герметичности системы может вызывать сильное переохлаждение участка трубопровода (до - 40°С) и, как следствие, его разрушение.



Глава 2. Практическая часть

2.1 Расчет материального баланса установки карбамидной депарафинизации

(Практическое задание). Рассчитать материальный баланс установки карбамидной депарафинизации дизельного топлива мощностью - 200000 тонн в год по продукту и годовой расход карбамида. Продукт - зимнее дизельное топливо (ЗДТ). Выход продукта, % масс,: ЗДТ - 85,0; промежуточная фракция - 9,1; жидкий парафин- 5,0; потери сырья - 0,9. Норма расхода карбамида 5 кг на тонну сырья

1. Найдем Gрасхода по пропорции через Gздт

Gрасхода = x, Gздт = 200000 т/год

200000 т/год - 85 %

x т/год - 100 %

x = (200000 * 100) / 85 = 235294

Gрасхода = 235294 т/год

2. Найдем Gпромежуточной фракции по пропорции через Gрасхода

Gпромежуточной фракции = x

235294 т/год - 100 %

X т/год - 9, 1 %

x = (235294 * 9,1) / 100 = 21411

Gпромежуточной фракции = 21411 т/год

3. Найдем Gжидкого парафина по пропорции через Gрасхода



Gжидкого парафина = x

235294 т/год - 100 %

x т/год - 5 %

x = (235294 * 5) / 100 = 11765

Gжидкого парафина = 11765 т/год

4. Найдем Gпотерь по пропорции через G расхода

Gпотерь = x

235294 т/год - 100 %

x т/год - 0,9 %

x = (235294 * 0,9) / 100 = 2118

Gпотерь = 2118 т/год

5. Gприхода = Gрасхода = 235294 т/год

6. Норма расхода карбамида 5 кг на тонну сырья, тогда:

a = Gкарбамида/Gд.т = 0,005 / 1 = 0,005

7. Найдем Gд.т по пропорции через Gприхода

Gд.т = x

Gкарбамида = ax

x + ax = 235294

x(1 + a) = 235294

x = 234123, Gд.т = 234123 т/год

8. Найдем Gкарбамида по формуле формуле Gкарбамида = ax



Gкарбамида = 0,005 * 234123 = 1171 т/год

9. Посчитаем процентное содержание Gд.т

Gд.т = x

235294 т/год - 100 %

234123 т/год - x

x = (234123 * 100) / 235294 = 99,5 %

10. Посчитаем процентное содержание Gкарбамида

Gкарбамида = x

x = 100 % - 99,5 = 0,5 %

Составлен материальный баланс процесса карбамидной депарафинизации на заданную мощность.



Заключение

Депарафинизация растворителями - важный этап производства смазочных масел. Депарафинизация неочищенных или очистка смазочных масел дает разнообразные продукты - от светлых веретенных масел до тяжелых вакуумных смазок и товарных парафинов. Наиболее широко используются для депарафинизации смеси метилэтилкетона и толуола или бензола и ацетона.

Для решения поставленной цели мы выполнили следующие задачи:

- Изучили назначение процесса депарафинизации

- Изучили химизм процесса депарафинизации

- Изучили технологическое описание процесса депарафинизации

Рассчитали материальный баланс процесса депарафинизации мощностью 200 000 тонн в год по продукту.



Список литературы

1. Богданов Н. Ф., Переверзев А. Н. Депарафинизация нефтяных продуктов. М., Гостоптехиздат, 1961. 248 с. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3-я

2. Черножуков Н. И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. Под ред. А. А. Гуреева и Б. И. Бондаренко. -- 6-е изд., пер. и доп. -- М.: Химия, 1978 г. --424 с.

3. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.

4. Ривкина Т. В. Обзор технологических процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. - 84с.

5. Банов П.Г. Процессы переработки нефти. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003, Ч3, 504 с.

6. http://neftegaz.ru/science/view/700

7. http://e-him.ru/?page=dynamic&section=47&article=500

Размещено на Allbest.ru

...