1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

деасфальтизация тепловой колонна одноступенчатый

В нефтепродуктах, являющихся сырьем для производства минеральных масел, содержаться парафиновые и другие углеводороды, кристаллизующиеся в условиях хранения и применения масел. Эти углеводороды имеют низкие смазывающие свойства и высокие температуры застывания. Для получения качественных масел из масленого сырья в процессе деасфальтизации происходитудаление высокомолекулярных смолисто-асфальтеновыхвеществ из остаточныхпродуктов нефтепереработкиоснованный на том, что пропан, как осадитель, коагулирует и увлекает за собой часть смолисто-асфальтеновых веществ, которые впоследствии выводятся из установки с битумом деасфальтизации. Целевым продуктом данного процесса является деасфальтизат. Наиболее распространенный метод деасфальтизации нефтяных остатков.

Процесс деасфальтизации пропаном основан на свойствах сжиженных газов растворять при определенных условиях нафтеновые и парафиновые углеводороды масляных фракций, не растворяя при этом содержащиеся в них асфальто-смолистые вещества, которые, как имеющие более высокую плотность, осаждаются из очищаемого сырья и выводятся из системы. При пониженных температурах растворимость в пропане высокомолекулярных парафинов и церезинов значительно снижена, что позволяет использовать этот растворитель также и в процессе депарафинизации. Установка деасфальтизации пропаном состоит из двух узлов: узла деасфальтизации и узла регенерации пропана.

Масла на современных заводах подвергаются очистке по схеме разработанной ООО «Ресурс». Сырьем для масел являются масляные дистилляты, выводимые с вакуумных колонн установок АВТ, и гудрон, остающийся в остатке при вакуумной перегонке мазута. Масла, полученные из дистиллятов, называются дистиллятными, из гудрона - остаточными.

Гудрон вначале подвергают деасфальтизации жидким пропаном для удаления из него асфальто - смолистых веществ. Полученный деасфальтизат очищают теми же методами, что и масленые дистилляты, но в иных условиях очистки. В результате получают остаточные масла или остаточные компоненты масел. Товарные масла получают при смешении дистиллятных и остаточных компонентов и присадок в определенном соотношении.

Целью работы является разработка проекта установки одноступенчатой деасфальтизации гудрона пропаном в условиях ООО «Ресурс»

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- Проанализировать оборудование и технологию производства ООО «Ресурс»;

- провести выбор проекта и обоснование варианта установки деасфальтизации;

- охарактеризовать сырье, получаемые продукты и растворители;

- описать технологическую схему установки, и дать ее краткое описание;

- рассчитать экономическую эффективность проекта.



1. Общий раздел

1.1 Общие сведения о предприятии

ООО «Ресурс» Был основан 2 апреля 2013 г.

Располагается по адресу г. Новошахтинск, ул. Хмельницкого 9.

Основным видом деятельности является: «Оптовая торговля топливом». Организация также зарегистрирована в таких категориях как:

«Оптовая торговля твердым топливом»,

«Розничная торговля бытовым жидким котельным топливом, газом в баллонах, углем, древесным топливом, топливным торфом». Организационно-правовая форма (ОПФ) - общества с ограниченной ответственностью.

Тип собственности - частная собственность.

Предприятие является составной частью структуры переработки нефти и газа, функционирующей в РФ и относится к классу мини-НПЗ. Мощность предприятия 20 000 тонн в год. ООО «Ресурс» является вертикально-интегрированной компанией. В структуре компании сосредоточены предприятия, обеспечивающие технологическую цепочку: от переработки и до сбыта конечной продукции.

Таблица 1. Данные для проведения БКГ - анализа

Вид продукции	Объем продаж ООО «Ресурс», тыс. тонн.	Емкость (размер) рынка, тыс. тонн.	Доля рынка, %
1. Производство масел	20	3530
2. Производство дизельного топлива	106	55576
3. Производство бензина	102	33455
6. Производство мазута	96	42040

На основе приведенных данных, мы составили матрицу БКГ, которая приведена ниже. Размер окружностей, обозначающих продукцию, зависит от доли на ранке.

Из матрицы видно, что сжиженные углеводородные газы являются наименее выгодной продукцией, так как занимают нижний правый квадрант матрицы. В этом квадранте находятся так называемые «Собаки». Они имеют слабые перспективы роста, отстающие позиции на рынке и нахождение позади лидеров на кривой опыта ограничивает размер их прибыли. За исключением особых случаев к слабеющим собакам БКГ рекомендует применять стратегию сбора урожая, сокращения или ликвидации, в зависимости от того, какой вариант может принести наибольшие выгоды.

1 - масло, 2 - дизельное топливо, 3 - авто бензины, 4 - бункерное топливо, 5 - сжиженные углеводородные газы, 6 - мазут.

Рисунок 1. Матрица БКГ для продукции ООО «Ресурс»

Большинство видов продукции относится к «трудным детям». Темпы роста высоки, но низка доля рынка. Данная продукция требует существенной финансовой поддержки, чтобы иметь возможность перейти в статус товаров - «звезд».

Один вид продукции (масла) имеет статус «звезды». Он имеет достаточно высокую долю рынка, но для обеспечения высокого темпа роста данная продукция требует значительных инвестиций.

И один вид продукции (мазут) имеет статус «дойной коровы». Деятельность по производству мазута необходимо максимально контролировать. Средства от продаж данной продукции можно направлять на развитие «трудных детей» (различных видов топлива, бензина и газа).

1.2 Основное оборудование и установки предприятия ООО Ресурс»

В состав основного оборудования предприятия ООО «Ресурс» входит:

1. Печь трубчатая.

2. Ректификационная колонна (3 шт.).

3. Теплообменники трубчатые.

4. Дефлегматор.

5. Центробежные насосы.

6. Емкости для сырья и готового продукта.

7. Трубопроводы и арматура.

8. Лаборатория хим. анализа.

1. Трубчатая печь.

Состоит из Змеевика. Горелки и блока управления.

Горелка АМГ-2.4 м.

Автоматическая жидко-топливная ротационная горелка; производства завода котельного оборудования под торговой маркой предназначены для подачи и распыла жидкого топлива при сжигании в топках водотрубных и жаротрубных котлов (водогрейные котлы, паровые котлы) российского и импортного производства соответствующей тепловой мощности.

Принцип ротационного распыла жидкого топлива на данных горелках, в отличие от форсуночного распыла, работает одинаково эффективно, как на качественных так и тяжелых видах жидкого топлива.

Применять такое горелочное оборудование в различных типах котлов поз-воляет также многовариантная конструкция монтажных фланцев и регулировка геометрии пламени, что дает возможность настроить работу горелки в со-ответствии с конкретными требованиями и условиями.

Все выпускаемые сегодня горелки оснащаются встроенными запально-защитными устройствами (ЗЗУ) для розжига и контроля пламени, а также счетчиками расхода жидкого топлива для установки рабочих параметров во время пусконаладочных работ, в дальнейшем для учета суточного расхода жидкого топлива. В зависимости от используемого комплекта автоматики устанавливаются механические или электронные счетчики жидкого топлива.

Блок управления САФАР-400

Автомат горения САФАР-400 предназначен для автоматизации розжига, регулирования и защиты по 6-10 параметрам котлоагрегатов, теплогенераторов, блочных горелок, работающих по газообразном и жидком топливе. Конструкция автомата горения позволяет значительно расширить функции с применением блока расширения. Обеспечивает корректный розжиг горелки, поддержание заданного соотношения газ/воздух перед горелкой, контроль аварийных сигналов.

2. Ректификационные колонны.

Ректификационная это цилиндрический вертикальный сосуд постоянного или переменного сечения, оснащенный внутренними тепло и массообменными устройствами и вспомогательными узлами, предназначенный для разделения жидких смесей на фракции, каждая из которых содержит вещества с близкой температурой кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого располагаются контактные устройства это тарелки или насадки. Соответственно, различают ректификационные колонны тарельчатые и насадочные. Вспомогательные узлы предназначены для ввода, распределения и сбора жидкости и пара. Нагреваемая жидкая смесь поступает из ёмкости в ректификационную колонну, где «лёгкие» фракции (продукты, имеющие более низкую температуру конденсации) концентрируются в верхней части колонны, а «тяжелые» (продукты, имеющие более высокую температуру конденсации) в нижней.

3. Теплообменники трубчатые.

Теплообменный аппарат это прибор, обеспечивающий теплообмен между жидкими либо газообразными средами. Кожухотрубные теплообменники широко используются во многих отраслях, в том числе в химической, нефте- и газоперерабатывающей промышленностях. Их главным преимуществом над другими типами промышленного теплообменного оборудования является высокая прочность и устойчивость к гидроударам. К тому же кожухотрубчатые теплообменники отлично переносят транспортировку и подходят для любых жидких и газообразных сред, а также практически не нуждаются в чистке.

4. Дефлегматор.

Сущность действия дефлегматоров состоит в том, что вследствие охлаждения наружным воздухом часть паров перегоняемой смеси конденсируется. Сконденсировавшиеся пары, называемые флегмой, стекают обратно в колбу, обогащаясь высококипящим компонентом, а пары, которые летят дальше, обогащены низкокипящим компонентом. Устройство дефлегматоров обеспечивает хороший контакт между стекающей вниз жидкостью (флегмой) и поднимающимся вверх паром. В образовавшейся противоточной системе происходят непрерывные тепловой и материальный обмены, в результате которых пар обогащается низкокипящим компонентом, а стекающая вниз жидкость - высококипящим.

5. Центробежные насосы.

Сегодня современные центробежные насосы разных типов имеют приблизительно одинаковую структуру. Здесь имеется корпус и рабочий орган, представляющий собой колесо. Разумеется, это не то колесо, которое мы привыкли видеть в стандартном исполнении. На нем расположены специальные лопасти, которые перемещают жидкость внутри агрегата. В результате действия центробежной силы жидкость перемещается от приемного устройства к выходному клапану. Здесь создается определенное давление. Под его действием она и начинает подниматься наружу или перемещаться.

На центробежных насосах достаточно часто устанавливается и другое оборудование, которое делает их конструкцию универсальной для использования по тому или иному назначению.

На данном предприятии все насосы установлены попарно, в случае неисправности одного второй вступает в работу, это позволяет не прерывать технический процесс на время ремонта.

6. Емкости для сырья и готового продукта.

Сырьевой парк и емкости для готовой продукции состоят из множества цистерн объёмом 50 кубических метров.

7. Трубопроводы и арматура.

Трубопровод это сооружение, состоящее из плотно соединенных между собой труб, деталей трубопроводов, запорно-регулирующей аппаратуры, контрольно-измерительных приборов, средств автоматики, опор и подвесок, крепежных деталей, прокладок, материалов и деталей тепловой и противокоррозионной изоляции и предназначенное для транспортировки жидких и твердых нефтепродуктов.

К технологическим относятся находящиеся в пределах нефтебазы трубопроводы, по которым транспортируют различные вещества, в том числе сырье, полуфабрикаты, промежуточные и конечные продукты, отходы производства, необходимые для ведения технологического процесса или эксплуатации оборудования. Запорная арматура это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и составляет обычно около 80% от всего количества применяемых изделий. К запорной арматуре относят и пробно-спускную и контрольно-спускную арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в ёмкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа и т.д.

Присутствуют электромагнитные задвижки для удаленного контроля.

8. Лаборатория хим. анализа.

На каждом предприятии нефтеобеспечения, где есть испытательная лаборатория нефтепродуктов, её деятельность должна регламентироваться соответствующим Положением, которое разрабатывается на основании Типового Положения, прописанного в Руководящем документе РД 39-0147103-354-89, с последующим утверждением руководством предприятия.

Лаборатория должна обеспечить выполнение анализов нефти и нефтепродуктов, необходимых в процессе приемки и отпуска, а также прочих видов анализов, которые необходимы для обеспечения должного уровня контроля за проводимыми технологическими операциями и за автоматизированными средствами учета.

Перечень видов анализов и измерений, которые должны выполняться конкретной лабораторией, зависит от специфики работы конкретного предприятия, а также от физико-химических показателей нефти и нефтепродуктов, с которыми предприятие работает.

1.3 Теоретические основы процесса деасфальтизации

Деасфальтизация - извлечение из остаточных продуктов переработки нефти растворенных в них асфальтено-смолистых веществ. Сырьем процесса деасфальтизации является гудрон (продукт прямогонных топочных мазутов). Продуктами деасфальтизации являются деасфальтизат в дальнейшем перерабатываемый в остаточные масла, битум деасфальтизации - побочный продукт процесса, имеет высокую температуру размягчения, и используется в качестве сырья в производстве нефтяных битумов.

Деасфальтизация остатков нефти углеводородными растворителями применяется для выделения масляных фракций нефти, которые после последующей очистки растворителями применяется в качестве основы для производства моторных, авиационных, трансмиссионных, компрессорных и других масел. Другим назначением процесса является подготовка высокомолекуляр6ных фракций нефти к глубокой переработке, процессами гидроочистки и каталитического крекинга.

Освобождение остатков нефти от основной массы растворенных или диспергированных (тонко измельченные твердые и жидкие тела) в них асфальтено-смолистых веществ можно производить следующими путями:

2. Деасфальтизация при помощи серной кислоты

Этот метод применяют особенно в сочетании с последующей контактной очисткой отбеливающими землями, в производстве остаточных масел из малосмолистых нефтей. Однако необходимость затраты больших количеств серной кислоты и в связи с этим огромные отходы в виде трудно утилизируемого кислого гудрона приводят к большим эксплуатационным затратам и потерям, что делает этот процесс малоэффективным.

3. Деасфальтизация при помощи сжиженных низкомолекулярных алканов.

Этот метод широко используется для производства остаточного масляного полуфабриката - деасфальтизата, используемого в дальнейшем для производства остаточного масла, а так же для получения сырья каталитического крекинга или гидрокрекинга.

Для подготовки остатков к глубокой переработке чаще всего используют следующие растворители: пропан, бутан, в некоторых случаях смеси пропана и бутана, бутана и пентана, а так же легкий бензин. Деасфальтизация направленная на выделение остаточных масляных фракций нефти, осуществляется исключительно с использованием пропана. Преимуществами пропана перед другими растворителями является возможность отбора оптимального количества масляных фракций достаточно хорошего качества и проведение процесса при умеренных температурах и давлении, не последнюю роль играет так же дешевизна и доступность растворителя.

Эффективность очистки остатков нефти от смолистых веществ индивидуальными избирательными растворителями невысока даже при их кратности к сырью. Объясняется это тем, что не все компоненты асфальтено-смолистых веществ хорошо растворяются в избирательных растворителях. Для удаления асфальтено-смолистых веществ используют растворители типа сжиженного пропана.

В процессе деасфальтизации идут одновременно два процесса:

- коагуляция и осаждение асфальтено-смолистых веществ (уходящих с асфальтом);

- экстракция углеводородов (уходящих с деасфальтизатом);

Область температур, в которой смолы легко отделяются от раствора углеводородов масла в пропане, лежит в пределах 50 - 85°С.

Верхний предел температур ограничен критической температурой сжижения пропана (98,6°С). Чем ближе температура процесса к критической, тем меньше растворяющая способность жидкого пропана и тем хуже растворяются в нем углеводороды масла, частично осаждаясь вместе со смолами. Происходит это потому, что с приближением температуры раствора к области критического состояния данного растворителя резко снижается его плотность и, следовательно, резко увеличивается мольный объем. В результате изменяются силы притяжения между молекулами растворителя и углеводородов, что приводит к снижению растворимости. Выход масла вследствие этого снижается. Зависимость выделения наиболее высокомолекулярных компонентов концентрата нефти из раствора в пропане от его плотности.

Растворимость углеводородов масляного сырья в пропане в области повышенных температур (75 - 90°С) уменьшается с увеличением их плотности и молекулярной массы. Наоборот, при понижении температуры растворяющая способность жидкого пропана растет, и уже к 40°С смолы частично растворяются в пропане, отчего качество очищенного масла ухудшается. Смолы и особенно асфальтены - наименее растворимые в жидком пропане компоненты сырья; на этом основано использование пропана как деасфальтизирующего растворителя.

Вблизи критической температуры образуются два раствора: насыщенный раствор углеводородов в пропане и насыщенный раствор пропана в углеводородах. За счет разделения этих растворов и осуществляется очистка исходного сырья. В пропане, прежде всего, растворяются желательные компоненты, а в смеси нежелательных компонентов остается небольшое количество растворителя.

При смешении гудрона с пропаном первые порции его полностью растворяются в сырье. Количество растворителя, требуемое для насыщения растворяемого сырья, зависит от состава исходного продукта и температуры. Чем больше исходный продукт содержит асфальтено-смолистых веществ и углеводородов высокой молекулярной массы и плотности, тем меньше растворителя требуется для насыщения. Чем ниже температура, тем больше растворителя расходуется на достижение насыщения.

Взаимодействие растворителя и сырья происходит в колонном аппарате, причем пропан подается в них колонны и поднимается вверх противотоком к более тяжелому сырью, подаваемому вверх и спускающемуся вниз. В верхней части колонны поддерживается температура 75 - 85°С, в нижней - 50 - 60°С. Создание разности температур между верхом и низом колонны позволяет более тщательно отделить смолы и асфальтены от масла. Эта разность температур получила название градиент деасфальтизации, обычно равно 15-20°С.

Для поддержания пропана в сжиженном состоянии процесс деасфальтизации осуществляется под давлением 4,0 - 4,5МПа.

Необходимое соотношение растворителя и сырья определяется опытным путем и зависит от содержания в сырье углеводородов. Чем выше их содержание, тем больше должно быть соотношение между объемом пропана и объемом сырью от 4:1 до 8:1. Увеличение количества пропана до определенного предела улучшает осаждение асфальтено-смолистых веществ, а это, в свою очередь, благотворно отражается на качестве деасфальтизата. С какого-то значения соотношения, разного для каждого вида гудрона (в зависимости от его происхождения), избыток пропана частично растворяет нежелательные компоненты, при этом выход деасфальтизата растет, но качество его ухудшается.

С повышением соотношения пропан: сырье повышается и выход деасфальтизата, но качество его ухудшается так как с повышением соотношения увеличивается вязкость деасфальтизата и его коксуемость, что отрицательно влияет на чистоту деасфальтизата, и в последующем на остаточные масла, что не допустимо в моторных, авиационных и компрессионных маслах.

1.4 Характеристика сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции деасфальтизации гудрона пропаном

Сырьем установки деасфальтизации служит гудрон, продуктами деасфальтизации являются деасфальтизат, а также асфальт, в качестве фракционирующего растворителя выступает пропан. Для переработки на установке взят гудрон. В таблицах 2 и 3 представлена характеристика сырья и получаемых продуктов.

Таблица 2. Физико-химические свойства нефти

Нефть	Туймазинская
Температура, С	Застывания (с обработкой)	-29
	Вспышки (в закрытом тигле)	-20
Давление насыщенных паров при 380С, мм рт. ст	-
Парафин	Содержание, %	4,1
	Температура плавления, 0С	53
Содержание%	Серы	1,44
	Азота	0,14
	Смол сернокислотных	39
	Асфальтенов	3,4
Коксуемость%	4,4
Зольность%	0,005
Выход фракций, %	До 200 С	26,4
	До 350 С	53,4

Таблица 3. Характеристики сырья и получаемых продуктов процесса одноступенчатой деасфальтизации гудрона пропаном

Показатели	Гудрон	Деасфальтизат	Асфальт
Плотность при 20?С, кг/м3	938	915	1050
Вязкость при 100?С, мм2/с	-	21,0	-
Коксуемость, % масс.	-	1,1	-
Выход на сырье, % масс.	27,0	36,0	-

Чистота пропана имеет большое значение при деасфальтизации, поэтому желательно применять чистый пропан. Практически пропан содержит примеси этана и бутана. Допустимое содержание в пропане этана и бутана не должно превышать 2 - 4%. Пропан не должен содержать сернистых соединений, поскольку они даже в незначительных количествах вызывают коррозию аппаратов и трубопроводов. Химический состав фракционирующего растворителя: пропан-96% об., этан-1% об., бутаны-3%

1.5 Технологические факторы, влияющие на процесс деасфальтизации

Качество сырья.

Требуемое качество деасфальтизата обеспечивается регулированием технологических параметров процесса и фракционного состава сырья деасфальтизации на стадии вакуумной перегонки мазута.

При недостаточно четкой вакуумной перегонке мазута получающийся гудрон содержит большое количество фракций, выкипающих до 500°С. Низкомолекулярные углеводороды, содержащиеся в остаточном сырье, более растворимы в пропане в области предкритических температур, чем высокомолекулярные фракции. Растворяясь в пропане, они действуют как промежуточный растворитель, повышая благодаря наличию в их молекулах длинных парафиновых цепей дисперсионную составляющую Ван-дер-Ваальсовых сил и тем самым растворяющую способность растворителя по отношению к высокомолекулярным и полициклическим углеводородам и смолам. Кроме того, при деасфальтизации облегченного масловязкого остатка возрастает температура образования двухфазной системы, приближаясь к критической температуре пропана. В результате ухудшаются показатели деасфальтизата по коксуемости и вязкости. Придеасфальтизации более концентрированных остатков получающийся деасфальтизат характеризуется более низкой коксуемостью, лучшим цветом (цвет деасфальтизата зависит от содержания в нем асфальтенов), меньшим содержанием металлов (ванадия и никеля), серы и т.д. При этом в силу низкого потенциального содержания ценных масляных фракций выход деасфальтизата, естественно, ниже, чем при переработке облегченных остатков. Однако чрезмерная концентрация остатка вакуумной перегонки также нецелесообразна, поскольку при этом помимо снижения отбора целевого продукта значительно повышается вязкость деасфальтизата, что не всегда допустимо.

На выбор фракционного состава сырья деасфальтизации влияет и химический состав остаточных фракций перерабатываемой нефти. При деасфальтизации остатков нефтей с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых соединений целесообразно оставлять в гудроне до определенного предела низкомолекулярные фракции, повышающие растворяющую способность пропана. При переработке малосмолистых нефтей целесообразна, наоборот, более высокая концентрация гудронов.



Таблица 4. Результаты деасфальтизации остатков различного фракционного состава из грозненской парафинистой нефти

Исходный продукт	Выход, % масс. от нефти	Выход деасфальтизата, % масс. от исх. продукта	Свойства деасфальтизата	Свойства смолисто асфальтеновывеществ
			вязкость при 100°С, мм2/с	коксумость, по Конрадсу	пенетрация при 25°С	КиШ 5
Мазут>350°С	52	80	6,2	1,9	3	63
Концентрат >455°С	27	62	23,6	1,48	4	62
Гудрон > 550°С	20	53	31,6	1,23	6	61
Битум БН-3	10	19	46,3	0,81	7	61

Таким образом, для получения оптимального выхода деасфальтизата с заданными свойствами в зависимости от качества сырья необходимо подбирать оптимальные фракционный состав гудрона и режим его деасфальтизации.

Технологический режим, материальный баланс и качество продуктов при деасфальтизации перерабатываемого остаточного сырья зависят от температурного режима экстракции и кратности растворителя.

Температура.

Влияние температуры экстракции на растворимость химических компонентов сырья различного молекулярного строения в неполярных растворителях. Растворимость углеводородных и смолистых соединений остаточного сырья в растворителе определяется структурными особенностями высокомолекулярных молекул и температурными пределами проведения процесса экстракции. Температурная зависимость растворимости различных групп углеводородов и смол в пропане представлена на рис. 2. Наблюдается линейная зависимость растворимости групп углеводородов и смол в пропане, причем углеводороды парафино-нафтеновые и легкие ароматические с ростом температуры от 60 до 90°С снижают свою растворимость более резко, чем тяжелые ароматические и смолы.

При пониженных температурах (50-70°С) пропан проявляет высокую растворяющую способность и низкую избирательность и является преимущественно оса - дителемасфальтенов. При повышенных температурах экстракции (85°С и выше) у пропана, наоборот, низкая растворяющая способность и повышенная избирательность, что позволяет фракционировать гудроны с выделением групп углеводородов, различающихся по структуре и молекулярной массе. Следовательно, в этой температурной области пропан является фракционирующим растворителем. Высокомолекулярные смолы и полициклические ароматические углеводороды, выделяющиеся при предкритических температурах, благодаря действию дисперсионных сил извлекают из дисперсионной среды низкомолекулярные смолы и низкоиндексные углеводороды, повышая тем самым качество деасфальтизата, но снижая его выход.

1 - нафтено-парафиновые; 2 - легкие ароматические; 3 - тяжелые ароматические; 4 - смолы.

Рисунок 2. Зависимость растворимости смол и углеводородов различного строения в пропане от температуры



Проведение деасфальтизации при более высоких температурах приводит к повышению качества деасфальтизата, но при этом снижается отбор масла от потенциала (рис. 3.), что не выгодно с точки зрения экономики.

Рисунок 3. Влияние температуры экстракции на выход и качество деасфальтизата

Поэтому для регулирования качества масла и повышения степени его отбора создается определенный температурный градиент по высоте колонны деасфальтизации. С этой целью осуществляется противоточная подача сырья и растворителя в колонну экстракционного разделения, оснащенную жалюзийными или перфорированными тарелками. В экстракторах установок первого поколения для достижения требуемой эффективности разделения предусматривалась дополнительная стадия отстоя деасфальтизат - ного раствора для осаждения и отделения смолистого продукта (рис 4). При этом смолистый продукт скапливался внизу отстойной камеры и далее насосом подавался вновь в экстракционную колонну (варианты А и В). Более современные установки деасфальтизации предусматривают осуществление в экстракторе порционной подачи растворителя по высоте колонны и внутренний подогрев потока в колонне (варианты В и Г). При таком ведении процесса экстракции отпадает необходимость принудительного выделения смолистого продукта, уменьшается скорость потока в верхней части экстрактора и возрастает качество деасфальтизата.

В таблице 5 даны сопоставительные данные по режиму и качеству продуктов экстракции в различных вариантах ее осуществления. Преимущества экстракторов с порционной подачей и подогревом внутри колонны (вариант Г) очевидны, поэтому этот вид экстракционных колонн в последние годы получил наиболее широкое распространение.

Таблица 5. Условия экстракции и качественная характеристика продуктов

Показатели		Варианты
	А	Б	В	Г
Условия процесса: - соотношение пропан - гудрон (объем)	4,9	5,2	5,0	5,0
- производительность, т/сут	580	650	646	635
- давление, МПа	3,7	3,8	3,8	3,85
- температура,°С верха	80	79	81	81,5
низа	60	60	60	60
Выход деасфальтизата, %	29,0	30-31	29,0	31-33
Качество деасфальтизата: - вязкость при 100°С, мм2/с	20-22	20-22	20-22	11-23
- коксуемость (по конрадсу),	1,2-1,25	1,2-1,25	1,2-1,3	1,0-1,1
%	13-14	11-12	10-11	24-27
- цвет (КН - 51, №4), мм Температура размягчения	48	48	48	48
асфальта,°С



1 - экстракционная колонна; 2 - отстойная камера; 3 - роторно-дисковый контактор; 4 - смеситель; 5 - насос; 6 - паронагреватель; 7 - двигатель. Потоки: I - сырье; II - растворитель; III - деасфальтизатный раствор; IV - асфальтный раствор; V - водяной пар.

Рисунок 4. Варианты аппаратурного оформления стадии экстракции

Кратность растворителя к сырью.

Соотношение растворителя к сырью в процессе пропановой деасфальтизации играет существенную роль. В зависимости от качественной характеристики перерабатываемого сырья оптимальное соотношение растворителя к сырью меняется в широких пределах.

На сконцентрированном тяжелом сырье, в котором содержание желательных масляных компонентов ограниченно, требуются небольшие кратности соотношения. В этом случае четко проходит процесс коагуляции асфальтенов и пропано-масляная фракция не загрязняется нежелательными компонентами. При переработки легкого сырья (полугудроны, концентраты) для оптимальных условий переработки требуется довольно существенное повышение общей кратности соотношения пропана к сырью. С одной стороны, это вызвано присутствием в сырье легких низкомолекулярных фракций масел, с другой стороны - высоким потенциальным содержанием желательных компонентов в остатке.

Практикой доказано, что при переработке тяжелого сырья, в котором содержание желательных компонентов составляет 30 - 40%, требуется 5 - 6 объемов пропана на 1 объем сырья. На легком сырье, в котором потенциальное содержание желательных углеводородов составляет 50 - 60% соотношение растворителя к сырью увеличивают до 8 - 10 к 1.

При смешении первых порций пропана с гудроном наблюдается взаимное растворение растворителя и компонентов тяжелого остатка. Эта закономерность сохраняется и далее, после чего, при определенном соотношении растворителя к сырью, наступает превращение системы. Система из гомогенного состояния переходит в гетерогенное с образованием пропано-масляной и асфальтовой фаз.

При низких кратностях соотношения растворителя к сырью нет четкой границы раздела фаз в системе. Пропано-масляная фаза обогащается полициклическими ароматическими углеводородами и смолистыми веществами, в асфальтовой фазе остается значительное количество желательных масляных компонентов.

Наличие оптимума разбавления исходного сырья пропаном подтверждается многими исследованиями. При деасфальтизации смолистого концентрата из нефти были получены деасфальтизаты с различной вязкостью и коксуемостью. Работа проводилась на пилотной установке с противоточной экстракционной колонной. В качестве растворителя использовался технический пропан чистотой 94,4%. Для подтверждения полученных результатов концентрат нефти Сангачалы море был подвергнут деасфальтизации на промышленной установке. Причем температура верха 80°С, середины 70°С, низа колонны 60°С поддерживалась постоянной, а соотношение пропана к сырью менялось от 300 до 700% масс. Результаты деасфальтизации концентрата представлены в таблице 6.



Таблица 6. Влияние кратности разбавления на качество получаемых деасфальтизатов

Соотношение пропана к сырью, % масс.	Выход, % масс.	Плотность при 20°С, кг/м3	Вязкость при 100°С, мм /с	Коксуемость по Конрадсу, % массовый
0	100	942,3	56,4	6,0
300	54,3	924,0	25,6	1,5
400	76,5	920,3	24,4	1,1
500	78,5	919,2	21,9	0,9
600	80,0	919,8	24,6	1,1
700	81,2	921,0	25,5	1,2

Характерный оптимум разбавления сырья растворителем наблюдается и при деасфальтизации остатков туркменских нефтей равной химической природы. При исследовании использовали остаток малосмолистой нефти Восточного Кум-дага и остаток высокопарафинистой нефти Окарема.

Как видно по ходу кривых на графике (рис. 4.), во всех случаях просматривается определенный оптимум разбавления исходного сырья пропаном. Для остатка смолистой нефти Окарема (коксуемость 9,7%) он лежит около 4: 1, а для остатка малосмолистой нефти Восточного Кум-дага (коксуемость 7,4%) около 5: 1.

Рисунок 5. Кривые зависимости выхода и коксуемости деасфальтизата от соотношения кратности растворителя к сырью.



Таким образом, повышенное содержание асфальтенов в остатке от смолистой нефти Окарема обеспечивает оптимальную глубину деасфальтизации при меньшей кратности соотношения растворителя к сырью, что согласуется с многочисленными литературными данными. Оптимум разбавления наблюдается как по выходу деасфальтизата, так и по коксуемости.

Чрезмерное разбавление дисперсионной среды свыше оптимальной величины не рационально, поскольку при этом увеличиваются затраты энергии на регенерацию растворителя, снижается производительность установок по исходному сырью и, что очень важно, может привести к ухудшению качества целевого продукта из-за снижения избирательности растворения.

Типичная экстремального характера зависимость коксуемости деасфальтизата от соотношения пропан - гудрон Западно-Сибирской нефти приведена на рис. 6. Эксплуатацией промышленных установок пропановойдеасфальтизации установлено, что чем выше содержание коксогенных соединений в гудроне, тем при более низкой оптимальной кратности растворителя получается деасфальтизат требуемого качества (с коксуемостью около 1%).

Рисунок 6. Влияние кратности пропан: сырье на качество деасфальтизатов, получаемых из гудрона при различных температурах деасфальтизации

Рисунок 7. Качественное влияние температуры и кратности растворителя на показатели процесса деасфальтизации



2. Технологический раздел

2.1 Выбор и обоснование схемы установки и параметров процесса деасфальтизации

Варианты технологических схем установок деасфальтизации различаются конструкцией и схемой работы экстракционной колонны, схемой конденсации пропана и числом ступеней деасфальтизации.

При деасфальтизации малосмолистого сырья даже при оптимальных условиях процесса происходит увлечение компонентов, ценных для масел в асфальтовую фазу. С целью их извлечения целесообразно применять двухступенчатую схему деасфальтизации.

Так как выбранная нефть является смолистой (39% мас.) и содержит большое количество асфальтенов (3,4% мас.), то не происходит значительного увлечения компонентов, следовательно, возможно применить вариант одноступенчатой схемы.

По литературным данным выбираем одноступенчатый вариант схемы деасфальтизации гудрона. К ее преимуществам можно отнести:

- меньший расход топлива в топке печи;

- меньше потери пропана;

- меньше энергозатраты и металлоемкость установки.

К недостаткам можно отнести:

- низкий выход деасфальтизата;

- низкая глубина выделения смолистых веществ.

Недостатки одноступенчатого варианта деасфальтизации удается снизить за счет подбора наиболее оптимального температурного режима в экстракционной колонне, кроме того, недостаточное удаление смолистых веществ может быть нивелировано на последующем блоке селективной очистки избирательными растворителями.

С увеличением температуры процесса снижается растворимость компонентов сырья в пропане, особенно при температурах, близких к 96,8°C. С повышением температуры верха (t_В) колонны деасфальтизации получают более светлый деасфальтизат с меньшим выходом и коксуемостью. При приближении t_Вк критической температуре пропана уменьшаются его плотность и растворяющая способность. Углеводородные компоненты сырья осаждаются из раствора вместе со смолами и асфальтенами. Выход деасфальтизата снижается.

С уменьшением температуры растворяющая способность сжиженного пропана растет. Он начинает удерживать в растворе не только парафино-нафтеновые и высокоиндексные ароматические углеводороды, но и низкоиндексные.

Температура низа колонны обеспечивает необходимый отбор деасфальтизата. Излишнее снижение температуры низа колонны может привести к избытку внутренней флегмы и захлебыванию аппарата.

Оптимальная кратность пропана к сырью зависит от химического состава гудрона, а именно, от потенциального содержания в нем отдельных групп компонентов и температурных условий деасфальтизации. При постоянной температуре деасфальтизации для получения продукта оптимального качества из гудронов с высоким содержанием асфальто-смолистых веществ и полициклических углеводородов необходима меньшая кратность растворителя к сырью, чем при переработке остатков с повышенным содержанием парафино-нафтеновых и моноциклических ароматических углеводородов, характеризующихся повышенной растворимостью в пропане.

Одноступенчатая деасфальтизация гудронов жидким пропаном предназначена для получения из остаточного сырья деасфальтизата с меньшей вязкостью. Получаемый деасфальтизат далее перерабатывают в остаточные высоковязкие масла.

По литературным данным выбираем оптимальные параметры процесса деасфальтизции.

Таблица 7. технологические параметры процесса одноступенчатой деасфальтизации

Аппарат	Давление, МПа	Температура,°С
Деасфальтизационная колонна	4,2-4,6	tв = 78	tн= 56
Испарители	2,7-2,8	85
Сепаратор	2,7	200/250

2.2 Технологическая схема установки и ее краткое описание

Сжиженный пропан, забираемый из приемника 11 насосом 10, направляется через паровой подогреватель 2 в нижнюю зону колонны 4. В средней части колонны пропан в восходящем потоке контактирует с опускающимися более нагретым гудроном и внутренним циркулятором. В зоне контактирования расположены тарелки жалюзийного или насадочного типа. Для равномерного распределения по поперечному сечению колонны гудрон и пропан вводятся в нее через распределители трубчатой конструкции с большим числом отверстий, обращенных вниз - для сырья, и вверх - для пропана.

Раствор деасфальтизата до выхода из колонны 4 нагревается в верхнем встроенном подогревателе 5, и далее отстаивается в самой верхней зоне колонны 4 от выделившихся при нагреве тяжелых фракций, так называемых «смол».

Пройдя регулятор давления 4, раствор деасфальтизата поступает в испаритель 14, обогреваемый водяным паром низкого давления, а затем в испаритель 16, обогреваемый паром повышенного давления.

Водяной пар вводится в трубные печки испарителей 14 и 16. Температура кипящего раствора в первом из них менее высокая чем во втором. По пути из колонны 4 в испаритель 14 часть пропана переходит в парообразное состояние вследствие вскипания при снижении давления примерно с 0,4 до 2,4МПа.

Выходящий из испарителя 16 раствор деасфальтизата, содержащий относительно небольшое количество пропана, обрабатывается в отпарной колонне 23 открытым водяным паром. С верха этой колонны уходит смесь пропановых и водяных паров, а с низа - готовый деасфальтизат, направляемый насосом 21 через холодильник 22 в резервуар. Полноту удавления пропана контролирует по температуре вспышки деасфальтизата.

Битумный раствор, выходящий из деасфальтизационной колонны снизу, непрерывно поступает через регулятор расхода 9 в змеевик печи 19. На выходе из этого змеевика значительная часть пропана находится в парообразном состоянии. Пары отделяются от жидкости в горизонтальном сепараторе 20, работающем под давлением, что и испаритель 16. Остатки пропана отпариваются открытым водяным паром в битумной отпарной колонне 25. Битум деасфальтизации откачивается с низа этой колонны поршневым насосом 26, за которым следует холодильник 27.

Пары пропана высокого давления по выходе из аппаратов 14, 16 и 20 поступают через каплеотбойник 15 в конденсаторы-холодильники 13, 12. Сжиженный пропан отбирается в приемнике 11. В конденсаторах-холодильниках 13, 12 пары пропана конденсируются по давлением, близком к рабочему давлению в аппаратах 16 и 20, то есть при 1,7 - 1,8 МПа. Этим достигается необходимый температурный перепад между теплоотдающей и охлаждающей средами без применения компрессора.

Пары пропана низкого давления, выходящие в смеси с водяным паром из отпарных колонн 23 и 25, освобождаются от водяного пара в конденсаторе смешения 28 и затем, пройдя каплеуловитель 18, сжимаются компрессором 17 и направляются в конденсатор-холодильник 12а. Потери пропана восполняются подачей его извне в приемник 11. Если пропан вводится в деасфальтизационную колонну через два внутренних распределителя, то пропан, направляемый в расположенный выше распределитель, предварительно нагревают до более высокой температуры по сравнению с пропаном, подаваемым через нижний распределитель.

2.3 Характеристика основного оборудования проекта и условия его эксплуатации

Характеристика основного оборудования приводится согласно ООО «Ресурс»:

Колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, разделенный глухой перегородкой на две части: в нижней части происходит собственно экстракция, в верхней-дополнительный отстой деасфальтизата. В нижней (экстракционной) части колонны вмонтированы восемь жалюзийных тарелок для лучшего контакта сырья с пропаном. Для подачи сырья, пропана и рефлюкса в колонне вмонтированы маточники.

Колонна работает при температуре 80єС и давлении 41 ат. Колонна оборудована двумя люками, предохранительными клапанами, карманами для термопар и манометрическими патрубками для измерения давления.

На укрупненных установках эксплуатируются колонны большой производительности. Соответственно увеличены их размеры:

Внутренний диаметр, мм 2800

Общая высота, мм 22515

Высота верхней (отстойной) секции, мм 5250

Колонна оборудована девятью жалюзийными тарелками. Ввод сырья, как и ввод пропана, осуществлен в три точки по высоте колонны, что дает возможность установить равномерный режим по всей колонны.

Экстракционная колонна укрупненной установки деасфальтизации

Отпарные колонны

Эти колонны предназначены для окончательного удаления пропана из деасфальтизата и асфальта, что достигается подачей острого водяного пара в нижнюю часть колонны. Каждая колонна оборудована 16-ю ректификационными тарелками желобчатого типа; расстояние между тарелками 500 мм. Выше верхней желобчатой тарелки смонтирована одна насадочная тарелка из керамических колец Рашига, размером 25Ч25 мм. Колонна имеет следующие размеры:

Диаметр, мм 1000

Общая высота, мм14550

Высота цилиндрической части за вычетом «юбки», мм11700

Колонны работают при температуре 150єС и давлении 3 ат, колонна при температуре 230єС и давлении 3 ат. Сырье подается между 11-й и 12-й тарелками.

На укрупненных установках отпарные колонны выполнены двухсекционными: верхняя секция является промежуточной ступенью для снижения давления, а нижняя-собственно отпарной колонной. В верхней секции избыточное давление продукта снижается с 18-20 до 8 ат.

Нижняя отпарная секция колонны работает под избыточным давлением 0,2 ат.

Размеры колонны:

Диаметр, мм 1600

Высота, мм 19350

Высота рабочей цилиндрической части

отпарной секции, мм 11550

Отпарная колонна

Отпарная колонна укрупненной установки деасфальтизации

Конденсатор смешения

Аппарат предназначен для конденсации водяных паров из смеси паров пропана и водяных паров. Смесь паров поступает из отпарных колонн. Конденсатор представляет собой колонну с шестью каскадными тарелками (рис. 4.4). В верхней части колонны смонтирована насадочная тарелка, предотвращающая попадание воды в газообразный пропан, уходящий с верха колонны. Характеристика конденсатора:

Диаметр, мм 1000

Высота, мм 10320

Рабочая температура, єС110

Абсолютное давление, ат 3

Испарители

Испарители пропана из раствора деасфальтизата-горизонтальные цилиндрические аппараты. Их корпуса разделены перегородкой на две секции. В большой секции происходит подогрев и испарение пропана водяным паром, подаваемым под давлением в трубный пучок, состоящий из 440 трубок. Один конец трубного пучка закреплен неподвижно, другой смонтирован в виде «плавающей головки», что дает возможность некоторого «хода» пучка при температурном расширении. В меньшую секцию переливается деасфальтизат с оставшимся пропаном. Уровень жидкости за перегородкой поддерживается регулятором уровня. Характеристика испарителей следующая:

Длина корпуса, мм 8510

Диаметр, мм 1800

Размер трубки, мм 25Ч2,5

Площадь нагрева трубного пучка, м² 200

Испаритель пропана из раствора асфальта представляет собой горизонтальный аппарат объемом 54 м³. Длина его 1465 мм, диаметр 2200 мм. В испарителе поддерживается абсолютное давление 21 ат и температура 230єС.

В испаритель поступает парожидкостная смесь из печи П-1; пропан испаряется и поступает на конденсцию, асфальт направляется на окончательную отпарку пропана.

Конденсатор смешения



1 - воздушник, 2 - штуцеры для предохранительных клапанов, 3 - вывод паров пропана, 4 - люк, 5 - насадка из колец Рашига, 6 - ввод воды, 7 - ввод паров пропана, 9 - отверстие для трубопровода вывода воды, 10 - лаз в «юбке» колонны.

Рисунок 8. Конденсатор смешения

Трубчатая печь П-1

В данной курсовой работе приводится технологический расчёт трубчатой печи, тип которой мы выбираем исходя из полной поверхности радиатных труб, вида топлива и типа горелок. В соответствии с приведённым технологическим расчётом выбираем печь выполненную по второму варианту, отличающемуся от первого видом футеровки. В нашем случае футеровка - шамотный кирпич. Каркас печи изготовлен из металлических рам. Змеевики представляют собой горизонтальные трубы, выполненные в виде двух настенных экранов одностороннего облучения. Змеевики в камере конвекции выполнены в виде конвективных пучков горизонтальных труб.

В поду печи в шахматном порядке устанавливают комбинированные газомазутные факельные горелки различных типов в зависимости от вида топлива и теплопроизводительности. В данной печи устанавливаем горелки типа ГВ-1. Такой выбор обусловлен их универсальностью, высокими технико-экономическими показателями работы, так как для распыления жидкого топлива можно использовать подогретый в воздухоподогревателях воздух невысокого давления - до 0,4 МПа. Горелки типа ГВ-1 предназначены для сжигания жидкого или газообразного топлива и могут работать на обоих видах топлива одновременно. Для наблюдения за состоянием труб змеевика камеры радиации и для розжига форсунок предусмотрены смотровые окна. На торцевых и боковых стенах печей имеются выхлопные окна.

Газосборник печи из листовой углеродистой стали изнутри футерован лёгким огнеупорным бетоном. В газосборник поступают дымовые газы из крайних секций и выходят в трубу, установленную на каркасе печи либо отдельно от печи, но соединённую с её газосборниками газоходами.

Поршневой компрессор 2ГСП-20

Назначение компрессора-сжатие газообразного пропана низкого давления и подача его на конденсацию.

Характеристика компрессора:

Диаметр цилиндра I ступени, мм 370

Диаметр цилиндра II ступени, мм 180

Количество клапанов. шт. 16

Максимальное давление, ат 25

Производительность, м³/ч 11,5

Число оборотов коленчатого вала в минуту 365

3. Специальный раздел

3.1 Материальный баланс процесса деасфальтизации

Материальный баланс составляется с целью определения превращения сырья в целевой продукт (деасфальтизат, битум деасфальтизации) с учетом потерь, и сравнения приходной и расходной частей материального баланса.

Данные для расчета материального баланса.

Производительность установки деасфальтизации по сырью: 450 тыс. т/г.

Время работы установки в год составляет 8000 часов.

В расчет внесены временные затраты на ремонтные работы: - КР - 400 часов;

- ППР - 263 часа;

- ТР - 97 часов.

Состав конечных продуктов: - деасфальтизат - 54,4%, масс.

- битум деасфальтизации - 45,6%, масс.

Расчет материального баланса.

Таблица 8. Материальный баланс процесса деасфальтизации

Компонент	% масс	тыс. т/год	кг/ч
Приход
Сырье - гудрон	100	450	56250
Итого:	100	450	56250
Расход
Деасфальтизат	54.4	245	30600
Битум деасфальтизации	45.6	205	25650
Итого:	100	450	56250



Расчет прихода:

Массу сырья принимаем за 100%. Производительность по сырью равна 450 тыс. т/г, переводим ее в массу кг/ч. Производительность делим на количество часов работы установки в год.

450000000/8000 = 56250 кг/ч.

Данные сводим в таблицу материального баланса.

Расчет расхода:

Так как состав конечных продуктов дан по заданию в%, масс рассчитываем их массу исходя из производительности составляя пропорцию:

Пр: 54,4 - m_{деасфальтизата}

100 - 56250_{(масса гудрона)}; m_{деасфальтизата} = 30600 кг/ч

Переводим массу деасфальтизата из кг/ч в тыс. т/г: 30600*8000 = 245 тыс. т/г

По аналогии рассчитываем массу битума деасфальтизации

3.2 Материальный баланс аппарата (колонныдеасфальтизации)

Данные для расчета материального баланса

Производительность колонны по гудрону составляет 56250 кг/ч.

Соотношение пропана к гудрону 3:1

Состав конечных продуктов: - деасфальтизат - 340%, масс.

- асфальт - 60%, масс.

В свою очередь каждый из продуктов процесса делятся на составные части. Деасфальтизат состоит на 54,4% из деасфальтизата и на 285% из пропана, асфальт состоит на 45,6% из асфальта и на 14,4% из пропана

Расчет материального баланса



Таблица 9. Материальный баланс колонны деасфальтизации

Компонент	% масс	Состав р-ра, % масс	кг/ч
Приход
Сырье - гудрон	100	25	56250
Сырье - пропан	300	75	168750
Итого:	400	100	225000
Расход
Р-р деасфальтизата	340,0	100	191250
деасфальтизат	54,4	16	30600
пропан	285,6	84	160650
Р-р асфальта	60,0	100,0	33750
асфальт	45,6	76,0	25650
пропан	14,4	24,0	8100
Итого:	400,0		225000

Расчет прихода:

Кратность пропана к гудрону составляет 3:1, массу гудрона принимаем за 100%, тогда масса пропана составляет 300%(100*3 = 300%).

Для того чтоб рассчитать массу каждого компонента в кг/ч, принимаем массу раствора сырья (гудрона и пропана) за 100%, следовательно массу гудрона составляет 25% раствора, а масса пропана 75% раствора. Исходя из данных для расчета производительность колонны по гудрону равна 56250 кг/ч, следовательно масса пропана в кг/ч будет в 3 раза больше (соотношение пропан: гудрон = 3:1);

M_{пропана} = 56250*3 = 168750 кг/ч