Утилизация кислого гудрона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Аннотация

Annotation

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Общая информация о кислом гудроне

1.2 Варианты утилизации кислых гудронов

1.2.1 Высокотемпературное расщепление

1.2.2 Низкотемпературное расщепление

1.2.3 Методы переработки кислых гудронов в печное топливо

1.2.4 Нейтрализация негашеной известью и отгонка продуктов

1.2.5 Комплексная переработка кислых гудронов

2. Экспериментальная часть

2.1 Объекты и методы исследований

2.1.1 Объекты исследований

2.1.2 Обезвоживание и нейтрализация сернокислого гудрона ОАО «ГПН - Омский НПЗ»

2.1.3 Методы исследований образцов

2.1.4 Методика окисления гудронов на лабораторной установке

2.2 Приготовление смеси БНД 60/90: кислый гудрон

2.3 Приготовление смеси БНД 90/130: кислый гудрон

3. Технологический расчет

3.1 Характеристика Уметской нефти

3.2 Обоснование выбора и описание технологической схемы АТ

3.3 Расчет октанового числа бензина

3.4 Расчет блока атмосферной перегонки

3.4.1 Материальный баланс установки АТ

3.4.2 Расчет колонны К-1

3.4.3 Расчет колонны К-2

3.4.4 Расчет теплообменного аппарата

3.4.5 Предварительный выбор теплообменного аппарата

3.4.6 Расчет трубчатой печи

3.4.7 Расчет конденсатора-холодильника

3.4.8 Подбор насоса

Приложения



Аннотация

Данная выпускная работа бакалавра состоит из 74 страниц, 28 таблиц, 16 рисунков, из 2 технологических схем, списка литературы из 12 наименований.

Работа содержит введение, литературный обзор, экспериментальную часть и технологический расчет.

В нефтеперерабатывающей отрасли существует острейшая необходимость утилизации кислого гудрона, являющегося побочным продуктом ряда технологических процессов нефтепереработки.

В данной работе был произведен ряд испытаний компаундированного продукта и исследовано влияние нейтрализованного сернокислого гудрона ОАО «ГПН - Омский НПЗ» на показатели качества компаундированных с дорожными битумами марок БНД 60/90 и БНД 90/130 продуктов.

По результатам исследования было выявлено значение максимально возможной концентрации нейтрализованного продукта в смеси с битумами, не ухудшающей нормируемые показатели их качества.

Проведённое в процессе выполнения экспериментальной части исследование можно использовать в качестве отправной точки для изучения методов компаундирования нейтрализованного и обезвоженного продукта не только с дорожными битумами, но также как компонент сырья.

компаундированный битум гудрон сернокислый



Annotation

This bachelor graduation work consists of 74 pages, 28 tables, 16 figures, 2 of flow sheets, bibliography of 12 titles, includes an introduction, literature review, experimental and technological part of the calculation.

In the oil refining industry is urgently needed recovery of the acid sludge is a byproduct of some technological processes of oil refining.

In this paper was performed compounded product and investigate the influence of the neutralized acid tar of "GPN - Omsk Refinery" on quality compounded with road bitumen BND 60/90 and BND 90/130 products.

The study was found maximum possible concentration of the neutralized product mixed with bitumen without impairing their quality regulated parameters.

Carried out during the execution of the experimental part of the study can be used as a starting point to learn how compounding neutralized and dehydrated product not only with road bitumen, but also as a component of raw materials.



Введение

Важнейшая современная тенденция российской нефтепереработки, связанная как с постоянным изменением качества нефтей, поступающих на переработку, так и непрерывно растущими требованиями потребителей к уровню качества товарных нефтепродуктов - это создание производственно-технологических комплексов, включающих, помимо тех или иных основных физико-химических процессов, стадию подготовки сырья для переработки и стадию производства товарной продукции.

Правительством РФ определены ближайшие цели развития отечественной нефтепереработки, которые обязательны для выполнения всеми, независимо от форм собственности, российскими вертикально-интегрированными нефтяными компаниями.

Для их достижения необходима разработка и неукоснительное выполнение соответствующих научно-технических и производственных программ, инновационных технологий.

В нефтеперерабатывающей отрасли необходимость утилизации кислого гудрона является одной из важнейших проблем. Существующие методы переработки в основном используются заграницей, в нашей стране кислый гудрон утилизируют путем введения в дорожные и строительные материалы.



1. Литературный обзор

1.1 Общая информация о кислом гудроне

Кислый гудрон представляет собой черную смолистую массу и получается в качестве побочного продукта в результате некоторых технологических процессов, таких, как производство светлых масел, очистка парафинов, производство присадок, моющих средств, где применяется серная кислота или олеум в качестве реагента или катализатора.

Опасность кислых гудронов несложно представить, если взять во внимание химический состав, который включает смолистые вещества, органику, продукты полимеризации ненасыщенных углеводов, а присутствие свободной серной кислоты в гудронах доходит до 70% от массы.

Не менее опасным для окружающей среды является и способ хранения гудронов -- в форме обычных открытых озер или прудов-накопителей. Пруды занимают большие площади, происходящие на их поверхности естественные, самопроизвольные окислительно-восстановительные процессы, в результате которых выделяется большое количество диоксида серы, загрязняется воздушный бассейн и наносится вред растительному и животному миру.

Кроме того вокруг прудов происходит закисление почвы и подземных вод, из-за стекающих из прудов кислых вод при их переполнении после сильных дождей или весеннего таяния снегов.

В конечном итоге все эти факторы негативно воздействуют на здоровье местного населения, отрицательно влияют на социальную, экологическую и эстетическую ситуацию из-за ухудшения инвестиционной привлекательности местности в районе расположения прудов.



1.2 Варианты утилизации кислых гудронов

Ежегодно в Российской Федерации образовывается до 300 тысяч тонн новых кислых гудронов.

Накопившиеся отходы - результат использования устаревших технологий в нефтяной и нефтехимической промышленности, требуют экологически обоснованной утилизации.

Было предложено множество вариантов утилизации кислых гудронов. Современные технологии подразделяются на следующие группы:

высокотемпературное расщепление;

низкотемпературная утилизация;

компонент замещающего топлива на цементных заводах, ТЭЦ;

комплексная переработка с получением топлива, кокса и других продуктов.

Трудность утилизации кислых гудронов заключается в их переменном составе и изменении свойств во времени, постоянном процессе новообразования сернокислотной эмульсии, что требует индивидуального подхода и селективной выемки их из прудов-накопителей с перенастройкой процесса нейтрализации и утилизации.

1.2.1 Высокотемпературное расщепление

Кислые гудроны подвергают воздействию температуры порядка (800 ч 1200)^оC. Конечный продукт переработки - серная кислота, как дополнительный продукт образуется твердый остаток (кокс). Процесс требует предварительной подготовки сырья (в частности, очистка, обезвоживание). Она повысит сложность и энергоемкость процесса, а, следовательно, и себестоимость продукции.

1.2.2 Низкотемпературное расщепление

Преимущества низкотемпературных способов утилизации кислых гудронов состоят в относительной простоте технологического оборудования и низких энергозатратах. Но эффективность при этом сильно зависит от химического состава гудрона. Для утилизации перспективны так называемые прямогонные гудроны с низким содержанием серной кислоты и значительным количеством смолисто-асфальтеновых веществ.

Нейтрализация такого гудрона требует небольшого расхода реагентов, а полученные продукты (соли сульфокислот) будут иметь высокую поверхностную активность, которая будет положительно влиять на свойства вяжущего битума. После нейтрализации, обезвоживания и окисления для получения дорожных битумов могут использоваться и прудовые гудроны, а для улучшения структуры битумов можно добавлять асфальты.

Наибольшее количество известных работ посвящено поискам возможностей получения битумов и вяжущих материалов из кислых гудронов. Все предложения так или иначе связаны с введением в кислые гудроны компонентов, которые нейтрализуют в них серную кислоту и некоторую часть сульфокислот. Чаще всего пользуются для этой цели известью, но при этом гудрон становится непригодным для использования по целевому назначению. В этом случае к нему нужно добавлять специальный вяжущий материал. После этого полученную композицию обязательно подвергают окислению кислородом воздуха при температуре (200 ч 300)оC. Этот процесс длительный и занимает от нескольких часов до суток. Время обработки воздухом зависит от требований относительно получаемого битума.

Еще один низкотемпературный метод основан на нейтрализации кислого гудрона аммиаком с образованием сульфата аммония и последующим кипячением смеси для отделения (высаливания) органических соединений. При этом получают удобрение (сульфат аммония). Но для практического применения представленного метода необходимо решить проблему утилизации также и органических соединений.

Получение вяжущих компонентов для дорожного строительства является еще одним перспективным направлением переработки. Кислый гудрон нейтрализуют реагентами щелочного характера, например, негашеной известью, и полученный продукт используют в качестве вяжущего компонента. Или же гудрон плавят и промывают водой в экстракторе для удаления серной кислоты. После осушения его смешивают с цеолитом и окисляют воздухом при температуре (180 ч 220)^оC. Применение цеолитного порошка позволяет снизить температуру и время окисления, благоприятно влияет на реологические свойства полученного битума.

1.2.3 Методы переработки кислых гудронов в печное топливо

Производство топливных брикетов, смешивая кислые гудроны с торфом, и использовать их в качестве топлива для котельной. Но оно будет обладать достаточно низкой теплотворной способностью и высокой коррозионной агрессивностью. При сгорании такого топлива выделяется SO2, загрязняя окружающую среду. Предложено также производить брикеты из смеси гудронов с древесно-растительными и коммунальными отходами.

1.2.4 Нейтрализация негашеной известью и отгонка продуктов

Способ переработки включает нейтрализацию серной кислоты негашеной известью и отгонку из полученного продукта органических веществ. Пары отгоняемых органических веществ дополнительно пропускают через гранулированную негашеную известь при температуре (550 ч 700)^оC. Результатом является повышение выхода жидких углеводородов в 3-4 раза и снижение содержания в них серы.

Предлагаемое изобретение осуществляют на установке периодического действия, включающей реактор (куб), в котором происходит нейтрализация серной кислоты; колонку, наполненную гранулированной негашеной известью; конденсатор, охлаждаемый проточной водой; приемник «паук» для раздельного сбора отгоняемых компонентов. Куб и колонная часть аппарата снабжены электронагревателями, служащими для их раздельного нагрева до температуры (100 ч 500)оC и (550 ч 700)оC соответственно.

Переработка в соответствии с предложенным изобретением осуществляется следующим образом. В реактор загружается порция кислого гудрона. Затем туда же вносится негашеная известь в количестве, которое обеспечивает ее полную нейтрализацию до рН 7. После этого включают обогрев колонной части аппарата и температура ее доводится до (550 ч 700)^оC. Затем включается электрообогрев реактора и при температуре (100 ч 500)^оC из него полностью отгоняется маслообразная фракция. Отгоняемые и подвергнутые крекингу продукты конденсируются в холодильнике и раздельно собираются в приемные емкости. Твердые продукты переработки - сульфаты и сульфиды кальция, а также кокс остаются в кубе и колонной части аппарата, откуда они периодически удаляются.

Комплексная переработка кислых гудронов

Тонкопленочный крекинг.

По технологии, разработанной под руководством доктора технических наук, профессора Зорина А.Д. из НИИ химии государственного университета им. М.И. Лобачевского из Нижнего Новгорода.

Органические компоненты подвергаются управляемому тонкопленочному крекингу в жидкое нефтяное топливо и кокс или дорожный битум или изоляционную мастику, а неорганическая составляющая - серная кислота - перерабатывается в гипс. Управляемый крекинг осуществляется в оригинальном реакторе при атмосферном давлении в режимах, которые составляют «ноу-хау» технологии. Технологические решения пригодны и для других нефтесодержащих отходов: прямогонных гудронов, нефтешламов и т. д.

С единицы очищенного гудрона от серной кислоты представляется возможным получить (70 ч 75)% жидких продуктов, (13 ч 15)% кокса. Количество полученного гипса - величина переменная, зависит от содержания кислоты в кислых гудронах, отбираемых из прудов хранения. При разгонке жидкого нефтяного топлива выделяется (10 ч 15)% бензиновой фракции, (30 ч 35)% дизельной фракции, в остатке - мазутная масса. При смешивании образованного жидкого топлива с очищенным от серной кислоты кислым гудроном получается котельное топливо - мазут. При этом выход котельного топлива составляет 2,5 т. на тонну переработанного кислого гудрона.

Существующие технологии утилизации кислых гудронов не находят заметного применения ввиду их сложности, низкой производительности и высокой стоимости.

В России основные разработки направлены на использование продуктов утилизации гудронов в качестве строительно-дорожных материалов.



2. Экспериментальная часть

Настоящая работа является частью комплексного проекта по изучению максимального вовлечения нейтрализованного кислого гудрона в битумное производство.

Как следует из приведенной ниже схемы, одним из возможных путей утилизации обезвоженного и нейтрализованного продукта является его использование как компонент товарного дорожного битума.

Другим возможным способом утилизации это его использование как компонента сырья окисления, то есть смеси с гудроном.

Схема 2.1



2.1 Объекты и методы исследований

2.1.1 Объекты исследований

В качестве объектов исследован образец сернокислого гудрона с Омского нефтеперерабатывающего завода, обезвоженный и нейтрализованный сернокислый гудрон с pH=8 и битумы дорожных марок БНД 60/90, БНД 90/130. Характеристики этих объектов представлены в таблицах 1, 2, 3, 4.

Таблица 2.1- Фазовый состав сернокислого гудрона с Омского нефтеперерабатывающего завода

Определяемое вещество	Образец сернокислого гудрона жидкий, % мас.
Вода	36,0
Углеводороды	62,8
Твердая фаза	1,2

Таблица 2.2 - Характеристика битума БНД 90/130

Показатели	Нормы по ГОСТ 22245-90	Фактические значения
Температура размягчения по КиШ, оС, ГОСТ 11506-73	Не ниже 45	43,7
Пенетрация при 25оСЧ0,1 мм, ГОСТ 11501-78	91-130	116
Пенетрация при 0оС, 0,1 мм, ГОСТ 11501-78	Не менее 28	43
Растяжимость при 25оС, см, ГОСТ 11505-75	Не менее 65	114
Растяжимость при 0оС, см, ГОСТ 11505-75	Не менее 4	4,5
Температура хрупкости, оС, ГОСТ 11507-78	Не выше -17	-21

Таблица 2.3 - Характеристика битума БНД 60/90

Показатели	Нормы по ГОСТ22245-90	Фактические значения
Температура размягчения по КиШ, оС, ГОСТ 11506-73	Не ниже 47	48
Пенетрация при 25оСЧ0,1 мм, ГОСТ 11501-78	61-90	85
Пенетрация при 0оС, 0,1 мм, ГОСТ 11501-78	Не менее 20	21
Растяжимость при 25оС, см, ГОСТ 11505-75	Не менее 55	113
Растяжимость при 0оС, см, ГОСТ 11505-75	Не менее 3,5	4
Температура хрупкости, оС, ГОСТ 11507-78	Не выше -15	-22,4

2.1.2 Обезвоживание и нейтрализация сернокислого гудрона ОАО «ГПН - Омский НПЗ»

Нашими коллегами были проделаны следующие этапы работы:

Определить фазового состава образца;

Установить количество серной кислоты;

Провести нейтрализацию;

Обезводить образец.

Определение фазового состава.

Определение содержания воды проводилось по методу Дина-Старка: в качестве растворителя использовали толуол, выкипающий при 115°С, в соотношении 1:1. Объем пробы был равен 170 мл.

Содержимое колбы нагревали с помощью колбонагревателя. Перегонку вели так, чтобы из трубки холодильника в приемник-ловушку падали 2--4 капли в секунду. При заполнении приемника-ловушки, нагрев временно прекращали, чтобы слить воду в мерный цилиндр. Затем процесс продолжали. Нагрев прекратили после того, как объем воды в приемнике-ловушке перестал увеличиваться и верхний слой растворителя стал совершенно прозрачным. После охлаждения определили объем воды в приемнике-ловушке с точностью до одного верхнего деления и прибавили объем воды в мерном цилиндре.

Объемную долю воды X, %, рассчитывали по формуле

X (%) = (V·100)/V1 ,

где V -- объем воды, собравшейся в приемнике-ловушке, мл; V1-- объем сернокислого гудрона, взятый для испытания, мл.

Определение содержания серной кислоты.

Для определения содержания серной кислоты в образце был выбран метод кислотно-основного титрования водной вытяжки сернокислого гудрона.

Наши коллеги использовали 20 мл сернокислого гудрона и добавили к нему 170 мл дистиллированной воды. В качестве титранта использовали 0,1 н раствор гидроксида калия. Мерный стакан со смесью был помещен на электромагнитную мешалку. Замер рН производился pН-метром.

На основании полученных данных точка эквивалентности расположена при объеме титранта равном 9 мл.

Зная объем титранта, определена молярная концентрация эквивалента раствора серной кислоты по следующей формуле:

;

Молярная масса серной кислоты:

H2SO4= 2 + 36 + 16*4 = 102 моля;

Далее определили содержание серной кислоты в образце:

m H2SO4= 102 * 0,005263 = 0,5368 г = 2,7 %;

Зная объем свободной серной кислоты, рассчитываем количество нейтрализатора, необходимого для полного протекания реакции.

Проведение нейтрализации.

В качестве нейтрализаторов были выбраны силикат натрия и карбонат кальция, в связи с их доступностью.

Так как молярные массы наших нейтрализаторов равны:

Na2SiO3= 23*2 + 28 + 16*3 = 122 моля.

CaCO3= 40 + 12 + 16*3 = 100 моль.

Соотношение нейтрализатора к количеству серной кислоты в образце равно 1:1.

Для нейтрализации было взято 170 мл жидкого сернокислого гудрона. Так как в 170 мл содержится ? 4,3 г серной кислоты, то карбоната кальция в количестве 4,5 г, в небольшом избытке. Для удобства была сделана суспензия карбоната кальция в 25 мл дистиллированной воды.

Наш образец в необходимом объеме был перелит в двугорлую колбу, во второе горлышко был вставлен термометр, для определения точной температуры процесса. Нагрев велся до 80°С. Затем, непрерывно перемешивая и измеряя величину рН, в смесь порционно добавляли суспензию карбоната кальция. По окончании процесса, смесь охлаждали и производили замер величины рН.

С силикатом натрия был проведен аналогичный эксперимент.

По показанию pH-метра, образец после нейтрализации имел слабо-щелочную среду, что обусловлено тем, что мы брали нейтрализатор в небольшом избытке.

Процесс обезвоживания.

Процесс обезвоживания наши коллеги проводили по методу отгона воды с использованием прямого холодильника, в качестве растворителя использовали толуол, выкипающий при 115°С, в соотношении 1:1.

Содержимое колбы нагревали с помощью колбонагревателя. Перегонку вели до 120°С, чтобы помимо воды отогнать и остатки толуола. Как только толуол перестал конденсироваться, нагрев был прекращен. Когда температура смеси достигла 80°С, ее стало возможно перелить в плоский тигель, для помещения в вакуумный эксикатор. Что и было сделано, для того, чтобы избавить наш нейтрализованный гудрон от следов толуола и воды. Образец выдерживался в течение часа, затем был перемещен в вытяжной шкаф.

2.1.3 Методы исследований образцов

Температуры размягчения по кольцу и шару.

ГОСТ 11506-73 «Метод определения температуры размягчения по

кольцу и шару» на приборе КИШ-20№-465.

Расплавленный битум заливают в кольцо и после затвердевания (30 мин на воздухе), выравнивают ножом поверхность так, чтобы плоскость поверхности находилась на одном уровне с краями кольца. Затем помещают в водяную баню. Термостатируют при 5°С в водяной бане 15 минут. Затем на слой битума в кольце помещают стальной шарик. При нагревании бани с заданной скоростью (5°С/мин) битум размягчается, шарик продавливает битум. Температура, при которой шарик касается пластинки, расположенной на некотором расстоянии под кольцом, является температурой размягчения.

2. Температура хрупкости по Фраасу.

ГОСТ 11507-78 «Метод определения температуры хрупкости по Фраасу» на приборе АТХ-20№128.

Температура хрупкости - это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно наложенной нагрузки. Наносят 0,4 грамма битума на стальную пластинку с изгибом по радиусу 9 мм. Расплавляют на плитке, следя за тем, чтобы битум был толщиной 0,1 мм и равномерно нанесен на пластинку. Оставляют на воздухе 30 мин. Затем помещают пластинку в прибор. При охлаждении со скоростью 1 град/мин, на пленке битума появляется сквозная трещина. Эта температур является температурой хрупкости.

3. Пенетрация.

ГОСТ 11501-78 «Метод определения глубины проникания иглы на пенетрометре» на приборе ПН-1№201.

Пенетрация характеризует степень твердости битумов. Пенетрация - это глубина проникания калиброванной иглы в битум под действием определенного груза в течение заданного времени при фиксированной температуре.

Битум наливают в стакан так, чтобы заполнил стакан почти до краев. Оставляют на воздухе 1 час. Стакан погружают в ванну с температурой +25°С (если определяют пенетрацию при 0°С, то в ванну с температурой 0°С). Вода должна полностью покрывать стакан. Выдерживают в ванне 1 час. Ванну со стаканом устанавливают на подвижный столик. Путем вращения столика устанавливают иглу так, чтобы его острие касалось поверхности битума. Учитывая, что количество определений составляет 3-4 раза, иглу устанавливают не в центре стакана. Затем нажимают пуск «5 сек» («60 сек»). Нагрузка - 100 гр. (200гр). При этом прибор автоматически отмеряет этот период времени. После этого включается подсветка и фиксируется показание прибора. Пенетрация измеряется в десятых долях миллиметра.

4. Дуктильность.

ГОСТ 11505-75 «Метод определения растяжимости» на дуктилометре ДАФ-1480№34.

Дуктильность битумов - это их способность растягиваться в нить.

Битум наливают в специальные «восьмерки». Оставляют на воздухе 1 час. Потом выравнивают ножом поверхность так, чтобы плоскость поверхности находилась на одном уровне с краями «восьмерок». «Восьмерки» погружают в ванну с температурой +25°С (если определяют дуктильность при 0°С, то в ванну с температурой 0°С). Вода должна полностью покрывать «восьмерки». Выдерживают в ванне 1 час. Затем устанавливают в прибор. Образец битума подвергается фиксированным разрывающим нагрузкам при заданной температуре (в бане). Дуктильность определяется длиной нити, которая образуется к моменту разрыва.

2.1.4 Методика окисления гудронов на лабораторной установке

Окисление нефтяных остатков воздухом для получения битумов

находит свое применение для повышения содержания в сырье-гудроне смолисто-асфальтеновых компонентов, позволяет придать продукции - битуму, клеящие свойства. Поэтому этот процесс используют на всех окислительных установках для получения дорожных, строительных, кровельных и специальных битумов с различными физико-химическими и эксплуатационными свойствами.

Нефтяные битумы получали на опытной лабораторной установке, которая моделирует промышленные условия получения дорожных битумов методом окисления. Лабораторная установка периодического действия представлена на рисунке 2.1 и состоит из:

- окислительной колонны;

- системы подачи и регулирования воздуха в колонну;

- системы очистки газов (абсорберов).

Окислительная колонна или реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат (соотношение h:D = 8:1), снабжённый штуцерами для подачи воздуха на окисление в низ колонны через маточник и отвода паров и газов. Программируемый логический контроллер (ПЛК) стабилизирует температуру в колонне, т.е. температура поддерживается на заданном уровне (245-255оС) автоматически. Расход воздуха составлял 8 л/мин на кг сырья, что моделировало работу промышленного реактора и обеспечивало полное перемешивание реакционной смеси.

Рисунок 2.1- Лабораторная установка для получения окисленных битумов

1 - окислительная колонна; 2 - маточник; 3 - отвод отходящих газов; 4 - термопара; 5 - карман для термопары; 6 - сливной кран; 7 - абсорберы; 8 - опора для колонны; 9 - теплоизоляционный слой; 10 - электрообогрев; 11 - воздушный кран; 12 - датчик температуры.

Методика выполнения работы: разогретую колонну заполняем нагретым до 150-170оС сырьём. Собираем установку как показано на рисунке 2.1. После достижения требуемой для начала окисления температуры процесса 200-220С в колонну через отверстия маточника подаём воздух с объёмной скоростью 8,0 л/мин на кг сырья. Сразу после начала подачи воздуха температура в реакторе возрастала за счёт выделяющегося тепла экзотермической реакции окисления до регламентных 250-260С, которую затем и поддерживаем в течении всего времени окисления (от 4 до 8 часов, в зависимости от требуемой глубины окисления).

Выходящий сверху колонны отработанный воздух и отдув проходят последовательно через абсорберы, заполненные дизельным топливом, где происходит поглощение отходящих газов и унесенных жидких продуктов. Далее газ поступает через газовый счётчик. Процесс окисления сырья контролируем по температуре размягчения битума.

2. 2 I этап работы. Приготовление смеси БНД 60/90:нейтрализованный кислый гудрон

На этом этапе работы было исследовано влияние нейтрализованного кислого гудрона на показатели качества БНД 60/90.

Нами были приготовлены три образца смесей битума БНД 60/90 с 1, 3 и 5% мас. предварительно обезвоженным и нейтрализованным сернокислым гудроном с рН=8.

Компаундирование каждой смеси проводили в лабораторных условиях с помощью механического перемешивания в течение 30 минут при температуре 140°С.

Характеристики приготовленных смесей приведены в таблицах 2.5, 2.6, 2.7.

2.5 - 95% мас. БНД 60/90 и 5% мас. нейтрализованного кислого гудрона



Наименование показателя	Экспериментальные данные	Норма для битума марки БНД 60/90	Метод испытаний	Вывод о соответствии
1. Глубина проникания иглы, 0,1мм: при 25°С при 0°С, не менее	81 24	61-90 20	По ГОСТ 11501	Соответствует Соответствует
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	50,2	47	По ГОСТ 11506	Соответствует
3. Растяжимость, см, не менее: при 25°С при 0°С	35,8 4,8	55 3,5	По ГОСТ 11505	Не соответствует Соответствует
4. Температура хрупкости, °С, не выше	-16,2	-15	По ГОСТ 11507 с дополнением по п. 3.2	Соответствует

Таблица 2.6 - 97% мас. БНД 60/90 и 3% мас. нейтрализованного кислого гудрона

Наименование показателя	Экспериментальные данные	Норма для битума марки БНД 60/90	Метод испытаний	Вывод о соответствии
1. Глубина проникания иглы, 0,1мм: при 25°С при 0°С, не менее	82 24,2	61-90 20	По ГОСТ 11501	Соответствует Соответствует
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	49,6	47	По ГОСТ 11506	Соответствует
3. Растяжимость, см, не менее: при 25°С при 0°С	56 6,3	55 3,5	По ГОСТ 11505	Соответствует Соответствует
4. Температура хрупкости, °С, не выше	-19	-15	По ГОСТ 11507 с дополнением по п. 3.2	Соответствует



Таблица 2.7 - 99% мас. БНД 60/90 и 1% мас. нейтрализованного кислого гудрона

Наименование показателя	Экспериментальные данные	Норма для битума марки БНД 60/90	Метод испытаний	Вывод о соответствии
1. Глубина проникания иглы, 0,1мм: при 25°С при 0°С, не менее	82,3 24,7	61-90 20	По ГОСТ 11501	Соответствует Соответствует
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже	50	47	По ГОСТ 11506	Соответствует
3. Растяжимость, см, не менее: при 25°С при 0°С	57 6,4	55 3,5	По ГОСТ 11505	Соответствует Соответствует
4. Температура хрупкости, °С, не выше	-18,5	-15	По ГОСТ 11507 с дополнением по п. 3.2	Соответствует

Из полученных результатов следует, что нейтрализованный сернокислый гудрон ухудшает показатели качества БНД 60/90.

Выводы по I этапу работы:

Смесь 95% мас. битума марки БНД 60/90 и 5% мас. нейтрализованного кислого гудрона не соответствует установленным нормам ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» по показателю «растяжимость при 25°С».

При снижении концентрации нейтрализованного сернокислого гудрона в смеси с битумом БНД 60/90 до 3% мас. мы получили компаундированный продукт, соответствующий нормативным требованиям по показателю «растяжимость при 25°С».

На основании полученных данных был построен рисунок 2.2, который показывает зависимость изменения показателя дуктильности при 25оС смесей битума марки БНД 60/90 с нейтрализованным сернокислым гудроном.

Рисунок 2.2 - Зависимость показателя дуктильности при 25оС от содержания нейтрализованного кислого гудрона в смеси с битумом марки БНД 60/90

2.3 II этап работы. Приготовление смеси БНД 90/130:нейтрализованный кислый гудрон

На этом этапе работы были приготовлены смеси дорожного битума марки битума БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 с 1, 2 и 3% мас. обезвоженным нейтрализованным продуктом с рН=8.

Компаундирование каждой смеси проводили в лабораторных условиях с помощью механического перемешивания в течение 30 минут при температуре 140°С.

Был проведен ряд испытаний, характеристики показателей приготовленных смесей занесли в таблицы 2.8 и 2.9.

Таблица 2.8 - Характеристика показателя температуры размягчения при различных концентрациях нейтрализованного кислого гудрона в смеси БНД 90/130

Содержание компонентов в смеси БНД 90/130 : нейтрализованный кислый гудрон	Температура размягчения по кольцу и шару, °С	Норма для битума марки БНД 90/130 (не ниже)	Метод испытаний	Выводы о соответствии
97% мас. : 3% мас.	44,5	43	По ГОСТ 11506	Соответствует
98% мас. : 2% мас.	44,4			Соответствует
99% мас. : 1% мас.	44,1			Соответствует

Таблица 2.9 - Характеристика показателя растяжимость при 25°С при различных концентрациях нейтрализованного кислого гудрона в смеси БНД 90/130

Содержание компонентов в смеси БНД 90/130 : нейтрализованный кислый гудрон	Растяжимость, см, при 25°С	Норма для битума марки БНД 90/130 (не менее)	Метод испытаний	Выводы о соответствии
97% мас. : 3% мас.	50	65	По ГОСТ 11505	Не соответствует
98% мас. : 2% мас.	58			Не соответствует
99%мас. : 1% мас.	74			Соответствует

Смеси битума БНД 90/130 с 2% мас. и 3% мас. нейтрализованного сернокислого гудрона не соответствуют установленным нормам ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» по показателю «растяжимость при 25°С».

При уменьшении содержания нейтрализованного кислого гудрона в смеси с БНД 90/130 до 1% мас. получаем компаундированный продукт, соответствующий всем нормам ГОСТ 22245-90 .

На основании полученных данных был построен график зависимости изменение показателя дуктильность при 25оС смесей битума марки БНД 90/130 с нейтрализованным кислым гудроном, который представлен на рисунке 2.3.



Рисунок 2.3 - Зависимость показателя дуктильности при 25оС от содержания нейтрализованного кислого гудрона в смеси с битумом марки БНД 90/130

Выводы по экспериментальной части

Подтверждены данные научно-технических публикаций об ограниченных возможностях использования кислых гудронов в составе нефтяных битумов дорожных марок.

Показано, что максимально возможное количество нейтрализованного сернокислого гудрона, используемого для получения дорожных битумов марки БНД 60/90 по ГОСТу 22245-90 методом компаундирования, составляет ~3% мас.

Установлено, что максимально возможное количество нейтрализованного сернокислого гудрона, используемого для получения дорожных битумов марки БНД 90/130 по ГОСТу 22245-90 методом компаундирования, составляет ~1% мас.

Экспериментальным путем выявлено, что введение в битумы дорожных марок кислых гудронов в более высоких концентрациях невозможно из-за ухудшения показателя качества «растяжимость при 25°С» дорожных битумов БНД 90/130 и БНД 60/90,который регламентируется ГОСТ 22245-90.

В качестве направлений дальнейших исследований, вытекающих из проведенных исследований, выделим следующее:

1. Совершенствованием методов подготовки кислых гудронов, как на стадии нейтрализации, так и на стадии сепарации их с водой.

2. Изучение технологии использования нейтрализованных кислых гудронов в составе сырья битумного производства.

3. Исследование композиций нейтрализованных кислых гудронов с битумами строительных и кровельных марок.



3. Технологический расчет

В технологической части дипломного проекта была поставлена задача составить поточную схему завода комплексной переработки Уметской нефти 4 млн. т/год. На базе этого варианта рассчитать установку атмосферной перегонки нефти (АТ).

Был произведен расчет установки атмосферной перегонки нефти, в том числе отбензинивающей (К-1) и основной (К-2) колонны. Помимо основной аппаратуры, рассчитали и подобрали для конкретных узлов теплообменный аппарат, воздушный холодильник, трубчатую печь и насос.

Исходные данные.

Справочные и литературные данные об Уметской нефти;

Материальные балансы выбранных технологических процессов.

3.1 Характеристика Уметской нефти [1]

Материальный баланс установок первичной переработки нефти составляется согласно данным кривой истинных температур кипения (ИТК) сырой Уметской нефти, которая представлена на рисунке 3.1.

Для построения ИТК воспользуемся справочными данными в таблице 3.1 по разгонке исследуемой нефти в аппарате АРН-2.

Физико-химические характеристики Уметской нефти, взятые из справочной литературы, представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.1 - Разгонка (ИТК) Уметской нефти в аппарате АРН-2

Температура выкипания фракции при 760 мм рт. ст., оС	Выход (на нефть), % мас.
	отдельных фракций	суммарный
нк-60	10	10
60-70	2,4	12,4
70-80	2,8	15,2
80-85	1,3	16,5
85-90	2,2	18,7
90-100	5,3	24
100-110	6	30
110-120	7,5	37,5
120-130	6,9	44,4
130-140	6,8	51,2
140-150	5,8	57
150-160	5,1	62,1
160-170	3	65,1
170-180	3	68,1
180-190	3,1	71,2
190-200	3,3	74,5
200-210	3,5	78
210-220	2	80
220-230	2,3	82,3
230-240	2,2	84,5
240-250	2	86,5
250-260	1,8	88,3
260-270	1,7	90
270-280	1,6	91,6
280-290	0,7	92,3
290-300	0,5	92,8
остаток	7,2	100

Рисунок 3.1 - Кривая ИТК Уметской нефти



Таблица 3.2 - Физико-химическая характеристика Уметской нефти

Показатель	Значение	Показатель	Значение
Плотность при 20 оС,	0,7392	Содержание смол сернокислотных, % мас.	Следы
Молекулярная масса, М	129	Содержание смол силикагелевых, % мас.	Следы
Вязкость кинематическая при 20оС, 20, мм2/с	-	Содержание асфальтенов, % мас.	Следы
Вязкость кинематическая при 50оС, 50, мм2/с	1,02	Коксуемость, %мас.	Следы
Температура вспышки в открытом тигле, оС	44	Зольность, % мас.	-
Температура застывания с обработкой, оС, ниже	-60	Кислотное число, мг КОН на 1 г нефти	0,01
Содержание парафина, % мас.	следы	Содержание азота, %мас.	0,01
Содержание серы, % мас.	0,02	Выход фракций НК - 200оС, % мас.	75

3.2 Обоснование выбора и описание технологической схемы АТ

Существует три схемы атмосферной перегонки нефти, выбор которой зависит от пропускной способности установки и характеристики перерабатываемой нефти - содержания сернистых соединений и потенциального содержания фракций, выкипающих до 85оС. Представим сказанное в виде таблицы 3.3.

Таблица 3.3 - Влияние сернистых соединений на выбор схемы блока АТ

№ п/п	Содержание S, % мас.	Фр. НК - 85оС, % мас. на нефть	Схема
1	< 0,5	< 3,0	Однократное испарение, однократная ректификация
2	< 0,5	> 3,0	Двукратное испарение, однократная ректификация
3	> 0,5	< 3,0 > 3,0	Двукратное испарение, двукратная ректификация

Как было показано выше, исследуемая Уметская нефть содержит 0,02% мас. серы и 16,5% мас. фракции НК - 850С, таким образом, ее следует перерабатывать по второму варианту.

Обезвоженная и обессоленная нефть проходит теплообменники Т-1 - Т-6, где происходит подогрев за счет тепла отходящих продуктов, после чего поступает в отбензинивающую колонну К-1. В колонне К-1 из нефти выделяют легкую бензиновую фракцию, процесс конденсации которой проходит в холодильнике-конденсаторе ХК-1, далее поступает в рефлюксную емкости Е-1, откуда подается в стабилизатор К-4. В емкости Е-1 выделяют также газ, направляемый на компримирование.

Полуотбензиненную нефть с низа колонны К-1 направляют через трубчатую печь П-1 в атмосферную колонну К-2. Часть потока полуотбензиненной нефти возвращают в К-1, сообщая дополнительное количество тепла, необходимое для ректификации.

В колонне К-2 нефть разделяется на несколько фракций. С верха К-2 в паровой фазе уходит тяжелый бензин, который конденсируют в холодильнике-конденсаторе ХК-2, а затем поступает в стабилизатор К-4.

В качестве боковых погонов выводят керосиновую и дизельную фракции, которые первоначально подают в секции отпарной колонны К-3. В колонне К-3 из боковых погонов удаляют в присутствии водяного пара легкие фракции. Затем керосиновая и дизельная фракции, а также мазут с низа колонны К-2 выводят с установки.

Технологический режим:

Температура, оС [12]:

Подогрева нефти перед колонной К-1……………...200 - 230

Нагрева нефти в печи П-1……………………………340 - 360

Низа колонны К-1…………………………………... 210 - 240

Низа колонны К-2………………………………..…. 330 - 350

Давление избыточное, кгс/см2:

Верха колонны К-1……………………………………….3 - 4

Верха колонны К-2…………………………………..…0,6 - 1

3.3 Расчет октанового числа бензина

Среднее октановое число получаемого бензина определяется по правилу аддитивности. В основе расчета лежит следующая формула:

ОЧ = ,

где ОЧ - октановое число бензина;

ОЧ i - октановое число компонента бензина;

Хi - массовая доля компонента бензина, равная отношению количества i-ого компонента (т/год) к общему количеству товарного автомобильного бензина (т/год).

Для удобства представления последовательности и результатов расчета октанового числа бензина составим таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Расчет октанового числа автомобильного бензина

Компонент	Кол-во,	Мас. доля,	Октановое число, ОЧ i	ОЧМ	ОЧИ
	т/год	Хi	по м. м.	по и. м.
Изомеризат	210 876	0,083	90	94	7,46	7,79
Лег. алкилат	83 929	0,033	95	100	3,13	3,30
Риформат	1 801 385	0,708	86	94	60,88	66,54
С5 - 200оС с АГФУ предельных УВ	39 302	0,015	92,3	94	1,43	1,45
Фр.(62-85)оС	255 918	0,101	55	62	5,53	6,24
Бензин кат. крекинга после ГО	153 344	0,060	80	90	4,82	5,42
Итого:	2 544 754	1	-	-	83,25	90,74

В результате компаундирования компонентов, имеющих различную величину октанового числа по моторному (м. м.) и по исследовательскому (и. м.) методам, получен автомобильный бензин с октановым числом, равным 83 пунктам (по м. м.) или 91 пунктам (по и. м.), что свидетельствует о возможности выпуска бензина марки АИ-92.

Для соответствия получаемого бензина 4-му классу качества [11], необходимо добавить МТБЭ в количестве 19% мас. ( Точные значения октанового числа: по моторному методу - 86,08; по исследовательскому методу - 94,93).

3.4 Расчет блока атмосферной перегонки

3.4.1 Материальный баланс установки АТ [9]

Материальный баланс установки составляется по кривой ИТК нефти.

Выход отдельных фракций принят по их потенциальному содержанию в нефти без учета четкости ректификации. Кривая молекулярных масс Уметской нефти показана на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Кривая молекулярных масс Уметской нефти

Выход отдельных фракций по кривой ИТК нефти следующий, % мас.:

Фр. НК - 85оС - 16.5 - бензин К-1,

Фр. 85 - 180оС - 51.6 - бензин К-2,

Фр. 180 - 240оС - 16.4 - керосин,

Фр. 240 - 350оС - 8.3 - дизельное топливо,

Остаток выше 350оС - 7.2.

Часовая производительность установки по нефти определяется из расчета 340 рабочих дней в году F=500000 кг/ч. Строим кривую полуотбензиненной Уметской нефти, которая представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Кривая ИТК полуотбензиненной Уметской нефти

3.4.2 Расчет колонны К-1

В колонну К-1 подается обезвоженная и обессоленная нефть. Из колонны К-1 выводят легкий головной погон и полуотбензиненную нефть, выход которых определяется по кривой ИТК нефти. Составляем материальный баланс колонны К-1. Записываем результаты в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Материальный баланс колонны К-1

Продукты	% мас.	тыс. т/ год	кг/ч
	на нефть
Приход:
нефть	100,00	4000,00	500000
Итого:	100,00	4000,00	500000
Расход:
1.головной
погон фр. нк-85 оС	16,50	306,00	82500
2.отбенз. нефть	83,50	5694,00	417500
Итого:	100,00	4000,00	500000

Для расчета К-1 задаемся следующими показателями (из практических данных), а именно количеством тарелок:

в концентрационной части 19 тарелок;

в отгонной части 7 тарелок;

давление в месте ввода сырья 4,5 атм;

температура ввода сырья 220оС;

перепад давления между тарелками 5 мм рт. ст.;

кратность орошения 2:1.

Температура верха регулируется острым орошением. Восходящий паровой поток образуется подогревом низа колонны циркулирующей горячей струей.

Температура нефти, которая поступает в колонну К-1, определяется по той точке кривой ОИ, которая соответствует проценту отбора головного погона при давлении в месте ввода (кривая ОИ строится по методу Обрядчикова и Смидович). Однако в большинстве случаев, она получается заниженной, поэтому исходя из практических данных, принимаем температуру ввода сырья, равную 220оС, следовательно, в парах вместе с головной фракцией будут находиться более тяжелые компоненты. При этом состав паровой фазы, который определяется по кривой ИТК, будет соответствовать доле отгона, определяемой по кривой ОИ при температуре входа сырья в К-1. Такая температура может быть обеспечена за счет использования тепла отходящих с установки горячих потоков (регенерация тепла).

Для определения температуры верха колонны К-1 необходимо построить кривую ИТК для головного погона (н.к.-85оС).

ИТК головного (рисунок 3.4) погона строится по следующим данным, приведенным в таблице 3.6: 

Таблица 3.6 - ИТК головного погона н.к. - 85оС
Пределы выкипания	% мас. на нефть	Выход на фракцию % мас.
Н.к. - 60оС	10	60,6
60оС - 70оС	2,4	14,5
70оС - 80оС	2,8	17,0
80оС - 85оС	1,3	7,9
Итого:	16,5	100,0

Рисунок 3.4 - Кривые ИТК, ОИ при 1 атм, ОИ при 4,5 атм головного погона н.к.- 85oC

Полученные по кривым ОИ температуры паровых и жидких погонов пересчитываются на применяемое давление по графику Кокса [4].

Рв = (Рввода с. 760 - ?рп)/760 = (4,5760 - 519)/760 = 4,375 атм.

Температура верха колонны будет равна температуре 100%-ного отгона по кривой ОИ при давлении Рв = 4,5 атм, т.е. ? 93оС.

Температура низа колонны К-1 определяется как температура 0%-го отгона по кривой ОИ полуотбензиненной нефти при давлении низа колонны:

Рн = (Рввода с.760 + ?рп)/760 = (4,5760 + 57)/760 = 4,546 атм.

Температура низа колонны К-1 на 20-30оС выше температуры ввода сырья в колонну, поэтому примем ее равной 250оС. Температура острого (холодного испаряющегося) орошения, подаваемого в колонну К-1, принимается равной 30-35оС.

Температура горячей струи соответствует температуре полуобензиненной нефти на выходе из печи. Горячая струя выводится из колонны в печь вместе с балансовым количеством полуотбензиненной нефти. Ее количество определяется из теплового баланса К-1.

Тепловой баланс колонны К-1

Тепловой баланс колонны устанавливает величины входящих и выходящих потоков.

Согласно закону сохранения энергии, можно написать (без учета потери тепла в окружающую среду):

?Qприх. = ?Qрасх. ,

где ?Qприх - суммарное количество тепла, входящего в колонну, кДж/ч;

?Qрасх - суммарное количества тепла, выходящего из колонны, кДж/ч.

Для колонны К-1 приход тепла складывается из следующих статей:

Qc - тепло, вносимое с сырьем (исходная нефть);

Qг.с. - тепло, вносимое горячей струей.

Расходные статьи:

Qб - тепло, уносимое с верхним продуктом (бензином);

Qпон - тепло, уносимое с полуотбензиненной нефтью;

Qор.- тепло, снимаемое орошением.

Приход тепла:

1. Количество тепла, вносимое сырьем - Qc, определяется с учетом доли паровой и жидкой фаз, поступающих в колонну. Доля отгона сырья е определяется по кривой ОИ сырой нефти при температуре входа сырья в колонну К-1 (220оС) и давлении в секции питания Рв= 4,5 атм. и равна е=0,48.

Qc = Gc [e qtcn + (1-e) qtcж ],

где Gc - количество исходной нефти, поступающей в колонну, кг/ч;

qtcn - теплосодержание (энтальпия) паров, кДж/кг;

qtcж - теплосодержание жидкости, кДж/кг.

Qc = 500000 [0,165783,16106 + (1-0,165) 477,77106] = 312,2106 кДж/ч.

2. Количество тепла, вносимого горячей струей, определяется из теплового баланса как разность: Qг.с = Qрасх - Qприх

Расход тепла:

С верхним продуктом:

Qб = Gб qtвn,

где Gc- количество паров бензина, кг/ч;

qtcn - теплосодержание паров верхнего продукта при температуре верха К-1, кДж/кг.

Qб = 82500*537,27106 = 44,3106 кДж/ч.

С полуотбензиненной нефтью:

Qпон = Gпон qtвж,

где Gпон - количество полуотбензиненной нефти, кг/ч;

qtвж - теплосодержание полуотбензиненной нефти при температуре низа К-1, кДж/кг.

Qпон = 417500568,48106 = 237,3106 кДж/ч.

С орошением:

Qор = Gор ? qор= Gор ( qtвn - qtорж),

где Gор - количество острого орошения, кг/ч;

qtвn - теплосодержание паров орошения, отводимого из колонны вместе с верхним продуктом, при температуре верха К-1, кДж/кг;

qtорж - теплосодержание орошения, подаваемого в колонну в виде жидкости при температуре 30оС.

Qор = 75000 (473,96- 63,505)106 = 30,8106 кДж/ч.

Из теплового баланса (таблица 3.7) определяется количество тепла, которое необходимо внести в колонну горячей струей:

Qг.с = Qрасх - Qприх = 0,2106 кДж/ч.

Таблица 3.7 - Тепловой баланс колонны К-1

Наименование	% мас. на нефть	G, кг/ч	t, оC	q, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход:
1.нефть в т.ч.:	100,00	500000	220	-	312178600
паровая фаза	48	240000	220	783,16	187958400
е=0,48
жидкая фаза	52	260000	220	477,77	124220200
2.горячая струя			317		503357
Итого:	100,00				317212175
Расход:
1.головной погон	16,50	82500	87	537,27	44324775
2.п/отб. нефть	83,50	417500	250	568,48	237340400
3.орошение		75000,00	30	473,96	35547000
Итого:	100,00				317212175



Определение основных размеров колонны К-1

Для определения диаметра колонны необходимо установить сечение, через которое проходит максимальный объем паров.

Объем паров определяется по уравнению Клапейрона:

Vпар = 22,4?N 273 + t 1 1/273 P 3600 м3/с,

где t (оС) и Р (атм) - температура и давление в выбранном сечении;

N - число молей в выбранном сечении; N=G/M.

Для колонны К-1, работающей с подачей холодного орошения, таким сечением является сечение под верхней тарелкой. Количество тепла, уносимого орошением (Qор) было определено в ходе расчета теплового баланса.

В результате отвода тепла орошение конденсирует на верхней тарелке часть паров, поднимающихся ему на встречу. Конденсат или горячее орошение стекает на расположенную ниже тарелку, где, встречая более горячие пары, испаряется и образует под тарелкой, с которой отводится верхнее орошение, количество паров Gпар, равное количеству горячего орошения G гор.ор. В этом случае:

G гор.ор = Qор 35547000/ qnt - qжt 537,27-194,4 = 75000 кг/ч,

где t - температура под верхней тарелкой, которая может быть принята равной температуре верха колонны.

В этом случае, объем паров под верхней тарелкой будет равен суммарному объему паров горячего орошения и паров балансового бензина, находящихся в этом сечении, и определяется по формуле:

Vпар = 22,4 Gб Gгор.ор 273 + t 1 1/ Мб Мб 273 P 3600м3/с,



где t (оС) и Р (атм) - температура и давление в выбранном сечении.

Vпар = 22,4 82500 75000 273+93 1 1/86 86 273 4,375 3600= 3, 49 м3/с.

Поперечное сечение колонны рассчитываем по формуле:

F = Vпар 3, 49 /W 1, 1= 3, 17 м2,

где W - линейная скорость паров, для К-1 равна 0,8-1,1 м/с [5].

Вычислив поперечное сечение, определяют диаметр колонны:

D = (4 F/р)1/2 = (4 3,17/3,14)1/2 = 2,01 м.

Рассчитанная величина диаметра принимается в соответствии с принятыми по стандарту диаметрами (ГОСТ 9617-76) D=2000 мм.

Высота колонны К-1 и отдельных ее частей устанавливается на основании данных заводской практики о количестве тарелок в колонне и отдельных ее секциях. Высота между тарелками в атмосферной колонне принимаем равным 0,6 м.

h1 = 1, 2 (м) - высота верхней части колонны К-1;

h2 - высота концентрационной части:

h2 = (n - 1) 0, 6 = (19 - 1) 0, 6= 10,8 м;

h3 = 1, 8 (м) - высота питательной части;

h4 - высота отгонной части:

h4 = (n - 1) 0,6 = (7 - 1) 0,6 = 3,6 (м);

h5 - высота, занимаемая жидким остатком.

Объем остатка, следовательно, и высота, им занимаемая, определяется при температуре низа колонны и подсчитывается исходя из 3-х минутного запаса остатка в ней:

Vост. = Gост. 3 392257 3 /с ост.250 60 730 60= 26, 87 м3.

h5 = Hост. = Vост. 26,87/ F 3,17= 8, 6 м,

где h6 = 4 (м) - высота постамента.

Общую высоту колонны получают, суммируя высоты свободных пространств и высоты, занятые остатком и тарелками.

Hколонны = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 = 1,2 + 10,8 + 1,8 + 3,6 + 8,6 + 4 = 30 м.

3.4.3 Расчет колонны К-2

Для расчета основных показателей воспользуемся материальным балансом. В таблице 3.8 приведен материальный баланс колонны К-2.

Таблица 3.8 - Материальный баланс колонны К-2

Потоки	Условное обозначение	% мас. на нефть	% мас. на полуотбензиненую нефть	кг/час
Приход:
полуотбензиненная нефть	F0	83,5	100	417500
Итого:		83,5	100	417500
Расход:
бензин к-2	D3	51,6	61,80	258000
керосин	W3	16,4	19,64	82000
дизтопливо	W2	8,3	9,94	41500
остаток	W1	7,2	8,62	36000
Итого:		83,5	100	417500

Определение температурного режима колонны К-2

Определение температур начала и конца однократного испарения, получаемых продуктов при абсолютном давлении 760 мм рт. ст., проводится по графику Обрядчикова-Смидович. Строим графики ИТК и ОИ фракции бензина керосина и дизельного топлива, которые изображены на рисунках 3.5, 3.6, 3.7.

Рисунок 3.5 - Кривые ИТК и ОИ фракции бензина при 760 мм рт. ст.

Рисунок 3.6 - Кривые ИТК и ОИ фракции керосина при 760 мм рт. ст.



Рисунок 3.7 - Кривые ИТК и ОИ фракции дизельного топлива при 760 мм рт. ст.

Описание атмосферной колонны К-2 [9]

Колонна является сложной и состоит из основной и двух выносных отпарных колонн - стриппинг-секций К-3/1 и К-3/2. Избыточное тепло в колонне может быть полностью отведено сверху колонны с помощью острого испаряющегося орошения или в сочетании с промежуточными циркуляционными орошениями, организованными под тарелками отбора боковых погонов.

На опыте эксплуатации аналогичных колонн примем следующее число тарелок в концентрационной части колонны:

бензин - 7 тарелок,

керосин - 8 тарелок,

дизельное топливо - 8 тарелок.

В секциях циркуляционного орошения примем по 2 тарелки. Таким образом, при наличии двух циркуляционных орошений общее число тарелок в концентрационной части колонны будет равно 27. В отгонной части примем 4 тарелки, в стриппинг-секциях - по 6 тарелок. Полное число тарелок в основной колонне равно 31.

Над сечениями ввода сырья и над верхней тарелкой установим отбойники из гофрированной сетки.

Для отпарки легких компонентов и создания парового потока в отпарных секциях под нижнюю тарелку К-2 и в стриппинг-секции вводится водяной пар.

Принимаем расход водяного пара:

в низ колонны - 2% на сырье,

в стриппинг-секции - 2% от выхода бокового погона.

Расход водяного пара в низ колонны:

В стриппинг-секции К-3/1, К-3/2, соответственно:

Общий расход водяного пара:

Давление и температура в колонне [9]

Примем абсолютное давление в секции питания колонны 1600 мм рт. ст. и перепады давления:

на клапанную тарелку в отгонной секции - 3 мм рт. ст.;

на тарелках с 5-й по 12-ю - 5 мм рт. ст.;

на тарелках с 15-й по 22-ю - 6 мм рт. ст.;

на тарелках с 25-й по 31-ю - 7 мм рт. ст.;