Деасфальтизация гудрона

 

Содержание

Введение 3

1.Литературный  обзор 5

2.Технологическая часть 10

2.1 Выбор и обоснование технологической  схемы производства. 10

2.2 Характеристика сырья и готовой  продукции. 12

2.3 Описание принципиальной технологической схемы. 14

2.4 Материальный баланс производства. 17

2.4.1 Материальный баланс процесса  деасфальтизации 17

2.4.2 Материальный баланс аппарата ( колонны  деасфальтизации) 18

2.5 Технологический расчёт основного  и вспомогательного оборудования. 21

2.5.1 Тепловой баланс колонны 21

2.5.2 Расчет давления в колонне. 24

2.5.3 Расчет процесса отгонки растворителя от раствора деасфальтизата 25

2.5.4 Определение элементов ректификации 27

2.5.5 Доля отгона сырья в питательной секции колонны 32

2.5.6 Энтальпия и температура сырья на входе в колонну 32

2.5.7 Расчет диаметра колонны 34

2.5.8 Расчет высоты колонны 35

2.5.9 Расчет процесса доохлаждения  пропана 36

Заключение 37

Список  Литературы 39

 

 

 

Введение

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

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

В связи с общим сокращением  объемов производства минеральных  масел число действующих установок  пропановой деасфальтизации гудронов в России постоянно сокращается. В настоящее время эксплуатируются только 19 из имеющихся 24-х установок пропановой деасфальтизации гудрона.

Все эти обстоятельства требуют  проведения исследовательских работ  по созданию современных энергосберегающих  технологий процесса деасфальтизации гудрона, направленных на расширение сырьевой базы процесса и ассортимента выпускаемой продукции и разработке новых направлений применения процесса деасфальтизации нефтяных остатков.

Цель курсового проекта: Изучение назначения процесса одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном, его технологический режим, нормы технологического режима, требования к сырью и готовой продукции. Рассчитать материальный и тепловой балансы установки..

Объект проекта курсового  проектирования  технологические установки переработки нефти, газа и газового конденсата.

 

1. Литературный обзор

Деасфальтизация гудрона пропаном предназначена для удаления асфальтосмолистых веществ и части полициклических ароматических углеводородов с целью подготовки сырья к дальнейшей очистке и депарафинизации. В результате деасфальтизации значительно снижаются коксуемость, вязкость, плотность, показатель преломления, содержание никеля и ванадия.

Продукцией являются деасфальтизат, используемый для выработки остаточных масел и асфальт, служащий сырьем для производства битумов, процесса коксования или компонентом котельного топлива.  
Процесс деасфальтизации обычно осуществляют в противоточных колоннах с решетчатыми тарелками типа «жалюзи». Значительно реже применяют роторно-дисковые контакторы (РДК). В колонне с жалюзийными тарелками для равномерного распределения по горизонтальному сечению сырья и растворителя имеются трубчатые коллекторы с большим числом отверстий. Для создания заданного температурного режима колонны оснащены внутренними подогревателями.

Полученные в деасфальтизационной колонне раствор деасфальтизата и асфальтовый поток подаются на регенерацию растворителя.  
Со времени разработки и внедрения процесса деасфальтизации конструкция деасфальтизационных колонн и технология процесса не претерпели принципиальных изменений, а предложенные способы интенсификации процесса, как правило, не дают существенных улучшений или связаны со значителными затратами на внедрение или эксплуатацию.  
Характерной особенностью процесса является низкая эффективность работы деасфальтизационных колонн, обусловленная несовершенством конструкции узлов ввода реагентов и контактных устройств аппарата. Недостаточная эффективность массообмена в деасфальтизационных колоннах приводит к низким отборам целевого продукта (деасфальтизата) при неоправданно завышенных кратностях пропана к сырью. Следствием этого является потеря компонентов остаточных масел, попадающих в асфальтовую фазу, и повышенные энергозатраты на регенерацию пропана из продуктов разделения сырья.

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 (рис. 1) прямолинейна при обычных температурных условиях процесса деасфальтизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Зависимость выхода асфальта из концентрата нефти от плотности пропана; кратность пропана 8:1.

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. (рис.2)

 

Рисунок 2. Зависимость выхода (1), коксуемости (2), и вязкости (3) деасфальтизата от объемного соотношения пропан: сырье.

 

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.

 

 

2. Технологическая часть

 
2.1 Выбор и обоснование  технологической схемы производства.

Раствор деасфальтизата с основным количеством пропана нагревается в зоне парового подогревателя, отстаивается и выводится сверху колонны. После снижения давления при помощи регулятора давления РД примерно до 2,4 МПа (24 кгс/см2) этот раствор поступает в горизонтальный испаритель, обогреваемый водяным паром низкого давления, а затем в испаритель, обогреваемый паром повышенного давления. Давление в аппарате ниже, а температура выше, чем в аппарате. Часть пропана переходит в парообразное состояние вследствие снижения давления. Деасфальтизат, выходящий из испарителя и содержащий относительно небольшое количество пропана (обычно не более 6%) обрабатывается в отпарной колонне открытым водяным паром. Сверху этой колонны уходит смесь пропановых и водяных паров, а снизу - готовый деасфальтизат, который насосом откачивается через холодильник в резервуар. Полноту удаления пропана контролируют по температуре вспышки деасфальтизата.

Битумный раствор по выходе снизу  колонны нагревается в змеевиках  печи, где испаряется значительная часть пропана. Пары отделяются от жидкости в сепараторе, работающем под тем  же давлением, что и испаритель. Остатки  пропана отпаривают открытым водяным  паром в битумной отпарной колонне. Битум деасфальтизации откачивают снизу этой колонны насосом. На некоторых установках битумный раствор до поступления в змеевики печи подогревают в теплообменнике.

Пары пропана высокого давления из испарителей  и сепаратора поступают (на многих установках через отбойник) в конденсаторы-холодильники. Сжиженный пропан собирается в приемнике. Отбойник служит для отделения от паров пропана увлеченных капелек жидкости. В конденсаторе-холодильнике пары пропана конденсируются под давлением, близким к рабочему давлению в аппаратах. т.е. при 1,7-1,8 МПа (17-18 кгс/см2). Этим достигается без применения компрессора необходимый температурный перепад между теплоотдающей и охлаждающей средами. На некоторых установках пары пропана, выходящие из сепаратора, после прохождения каплеотбойника являются теплоносителем для одного из испарителей. Пары пропана низкого давления, выходящие в смеси с водяным паром из отпарных колонн, освобождаются от водяного пара в конденсаторе смешения, после чего, пройдя каплеотбойник, они сжимаются компрессором и направляются в конденсатор-холодильник. Потери пропана восполняют подачей его извне в приемник.

Если пропан вводится в колонну  через два распределителя, то порцию пропана. направляемую в вышерасположеный распределитель, предварительно нагревают до более высокой температуры (например, до 75С), чем порцию, подаваемую через клапан части сжатых паров пропана в верхнюю зону конденсатора, чтобы не допустить понижения давления в нем ниже атмосферного тем самым избежать проникания в него воздуха и образования взрывоопасной смеси. На многих установках имеется колонна щелочной очистки пропана. Удаляя щелочным раствором сероводород из циркулирующего на установке пропана, уменьшают коррозионный износ аппаратов и трубопроводов. Нередко на линии отвода битумного раствора из колонны располагают регулятор расхода. Во избежание прогара труб змеевиков печи очень важно обеспечить непрерывное поступление в них достаточного количества этого раствора. Трубчатая печь ограждена противопожарной стеной (браидмауэром).

В результате деасфальтизации указанных видов сырья вязкость деасфальтизата уменьшается в 5-6 раз по сравнению с вакуумным остатком.

 

2.2 Характеристика сырья и готовой  продукции.

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