Дипломная работа ректификация

Дипломная работа
Содержание скрыть

Литературный обзор. Стабилизация газовых конденсатов

7

1.1.

Основные направления переработки углеводородного конденсата

7

1.1.1.

Использование компонентов природного газа и конденсата в качестве сырья для нефтехимии

8

1.1.2.

Углеводородные конденсаты – сырье для производства моторных топлив

9

1.2.

Промышленные схемы стабилизации углеводородных конденсатов

10

1.2.1.

Стабилизация конденсатов многоступенчатой дегазацией

10

1.2.2.

Стабилизация конденсатов с применением ректификационных процессов

11

1.3.

Стабилизация высокосернистых газовых конденсатов

11

1.3.1.

Блок стабилизации УСК I очереди ОГПЗ

13

1.3.2.

Блок стабилизации УСК II очереди ОГПЗ

14

1.3.3.

Блок стабилизации УСК III очереди ОГПЗ

14

1.4.

Особенности технологии стабилизации сернистых конденсатов при увеличении доли нефти в их составе

15

1.5.

1.6.

1.6.1.

1.6.2.

1.6.3.

1.6.4.

1.6.5.

1.6.6.

Совершенствование установок стабилизации конденсатов

Патентный обзор

Патент №2280219. Установка для разделения газов с насадочным многоканальным узлом двукратной ректификации и ректификационная колонна.

Патент №2416461. Пакетная вихревая насадка для тепло — и массообменных аппаратов.

Патент №2049542. Насадочная тепломассообменная перекрестно точная колонна.

Патент №2254355 Способ переработки углеводородов (варианты).

Патент №200912 Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов.

Патент №2300419 Регулярная насадка для тепло — и массообменных аппаратов.

17

2.

Технологическая часть

19

2.1.

Характеристика исходного сырья

19

2.1.1.

Объемы поставки конденсата и нефти на ОГПЗ

19

2.1.2.

Характеристика исходного сырья, поступающего на установки стабилизации

22

2.1.3.

Технологическая характеристика рабочих веществ

26

2.1.4.

Характеристика исходного сырья

26

2.1.5.

Характеристика изготавливаемой продукции

27

2.1.6.

Физико-химические константы и свойства исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов

35

2.2.

Описание технологической схемы установки стабилизации углеводородных конденсатов (У-30 ОГПЗ)

36

2.3.

Технологический расчет колонны стабилизации 30С01

45

2.3.1.

Расчет колонны стабилизации 30С01

45

2.3.2.

Расчет температурного режима колонны

54

2.3.3.

Расчет минимального орошения

63

2.3.4.

2.3.5.

2.3.6.

2.3.7.

2.3.8.

3.

Расчет количества холодного орошения

Расчет нагрузки кипятильника и количества парвого орошения внизу отгонной части колонны.

Расчет диаметра нижней части колонны

Определение диаметра верхней части колонны

Расчет высоты колонны

Гидравлический расчет колонны

66

4.

Механический расчет колонны

100

4.1.

Расчет толщины стенки обечайки

100

4.2.

4.3.

Расчет конической обечайки

Расчет нижнего элиптического днища

100

4.4.

Расчет верхнего элептического днища

101

4.5.

4.6.

4.7.

4.8.

4.9.

4.10.

4.11.

5.

Определение максимального и минимального веса аппарата

Определение ветровых нагрузок и моментов, действующих на аппарат

Расчет опорной обечайки

Расчет анкерных болтов

Расчет штуцера, врезаемого в колонну для отбора дизельной фракции

Расчет фланцевого соединения

Расчет шпилек фланцевого соединения

Безопасность и экологичность проекта

104

5.1.

Безопасность эксплуатации производственного оборудования на установке стабилизации углеводородного конденсата

105

5.2.

Система газовой безопасности на установке

106

5.3.

Способы и необходимые средства пожаротушения

106

5.4.

Виды коррозии и рекомендации по защите технологического оборудования от коррозии

107

5.5.

Способы обезвреживания в аварийных случаях продуктов, используемых в производстве

5.6.

Выбор предохранительного клапана

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/diplomnaya/rektifikatsiya-2/

137

Введение

В 1956 году в России была создана новая отрасль народного хозяйства — газовая промышленность. К настоящему времени по странам содружества открыто более 1500 газовых, газоконденсатных и газонефтянных месторождений, из них более 35 имеют запасы более 100 млрд.куб.м. Изучение ресурсов, природы и свойств газовых компонентов является одним из актуальных направлений в газовой промышленности для выявления дополнительных источников углеводородного сырья в целях обеспечения возрастающих потребностей народного хозяйства. В качественном топливе и нефтехимическом сырье.

Крупные газоконденсатонефтяные месторождения в Прикаспийской впадине и Западном Казахстане (Астраханское, Карачаганакское, Тенгизское и др.), отличающиеся высоким содержанием сероводорода, углекислоты, этана, меркаптанов, газового конденсата и нефти, являются для дальнейшего укрепления топливно-сырьевого потенциала страны главным резервом, к освоению которого приступили специалисты отрасли.

В разработке таких месторождений, являющихся долговременной сырьевой базой газохимических производств, на первый план выдвигается надежность эксплуатации, связанная с гарантированно надежной работы каждой единицы оборудования, каждого объекта. При этом опыт создания и эксплуатации таких гигантов, как газохимический комплекс, имеет большое значение не только для специалистов газовой, но и нефтяной промышленности, приступивших к освоению Тенгизского нефтяного месторождения.

Несмотря на многие отличия в составе газа, конденсата и нефти этих месторождений, они имеют существенные сходные признаки: наличие агрессивных компонентов в углеводородном сырье; жесткую связь динамики добычи газа, конденсата и нефти с работой газоперерабатывающего завода; необходимость принятия радикальных мер по обеспечению нормальной экологической обстановки в регионе в связи с наличием в сырье меркаптанов и сероводорода.

Отечественный и зарубежный опыт разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений показывает, что они являются не только источником газового топлива, но и высокоэффективным минеральным сырьём, на основе которого могут быть организованы крупнотоннажные и высокорентабельные производства пропана, бутанов, серы, низкомолекулярных олефинов, ароматических углеводородов, различных видов моторных топлив и других продуктов.

Однако сырьевые ресурсы газовых и газоконденсатных месторождений могут быть эффективно использованы только при комплексном подходе к разработке этих месторождений. В связи с этим создана и успешно развивается газохимическая подотрасль. Первенец её — комплекс, включающий установки комплексной подготовки газа, внутрипромысловые и межотраслевые газо- и газоконденсатопроводы и газоперерабатывающий завод. Продукция этого комплекса: товарный газ, широкая фракция лёгких углеводородов, элементарная сера, этановая фракция.

Наряду с переработкой природного газа научный и практический интерес представляет переработка конденсата. В связи с вводом в эксплуатацию, Астраханского, Карачаганакского и других газоконденсатных месторождений большое значение приобретает вопрос сбора, стабилизации и очистки серо — водородсодержащих конденсатов.

Стабилизация газового конденсата используется в целях подготовки его к транспорту или хранению и заключается в удалении фракции легких углеводородов до бутана включительно. Согласно действующим нормам, стабильным считается конденсат, упругость паров которого при 38 0 С не превышает 500 мм рт.ст. летом и 700 мм рт.ст. зимой.

Выделяемые при стабилизации конденсата углеводороды являются ценным сырьем для нефтехимии. Кроме того, пропан-бутановая фракция находит широкое применение в качестве бытового сжиженного газа, а пропан — в качестве хладагента в холодильных машинах. Поэтому ряд схем стабилизации конденсата наряду с получением стабильного конденсата предусматривает целевое выделение пропан-бутановой фракции и технического пропана.

В связи с возрастающим потреблением газового конденсата в народном хозяйстве задача более полного извлечения из нестабильного конденсата ценных компонентов и как следствие совершенствование технологии его стабилизации становится особенно актуальной.

  1. Литературный обзор. Стабилизация газовых конденсатов

Начальным этапом переработки газового конденсата является процесс его стабилизации в целях подготовки конденсата к транспорту или хранению, заключающийся в удалении фракций легких углеводородов до бутанов включительно.

Согласно действующим нормам, стабильным считается конденсат, упругость паров которого при 38 0 С не превышает 500 мм.рт.ст. летом и 700 мм.рт.ст. зимой.

Содержание сероводорода в стабильном конденсате согласно ОСТ 51.80-93 не должно превышать 0,03 % масс.

Качество стабильного конденсата, получаемого на установках стабилизации Газоперерабатывающего завода должно соответствовать требованиям ОСТ 51.65-80 изм.1,2.

  • Основные направления переработки углеводородного

конденсата

Физико-химические характеристики конденсатов определяют направления их переработки и товарные свойства.

Переработка углеводородного конденсата может осуществляться по следующим направлениям:

  • I — Химическому, для получения мономеров для промышленности органического синтеза (этилен, пропилен, ацетилен, дивинил, бензол и т.п.);
  • II — Топливному — с целью получения бензинов, керосинов, дизельных и котельных топлив.

Иногда экономически целесообразно сочетание этих направлений переработки — топливно-химическое направление.

Для повышения степени извлечения и более рационального и комплексного использования месторождений сероводородсодержащих газа и конденсата разрабатываются теоретические и экономические основы рационального межотраслевого использования таких ресурсов, как для энергетических, так и для химических комплексов страны, поскольку в их составе имеются повышенные концентрации этана, пропана, бутанов, меркаптанов, являющихся ценным сырьем для химической отрасли.

Из конденсата методами ректификации, экстракции и адсорбции получают фракции и отдельные компоненты, имеющие самостоятельное применение либо используемые как сырье при последующих технологических процессах нефтехимического производства. Кроме моторных топлив, из конденсата добывают ароматические углеводороды, растворители, а пиролизом низкооктановых бензинов — этилен, пропилен и другие продукты. Иногда может оказаться выгодным конденсат метанизировать для получения заменителя природного газа.

В составе высококипящих углеводородов пластовой газоконденсатной системы содержатся углеводороды всех трех химических групп: метановые, нафтеновые и ароматические, причем их соотношения для различных месторождений весьма различаются.

Групповой углеводородный состав конденсата ГКМ приведен в табл.1.

Таблица 1

Состав конденсата ГКМ

Температурные

пределы

отбора

фракций, °С

Массовая доля

выхода

фракций

на конденсат, %

Массовая доля углеводородов, %

ароматических

нафтеновых

метановых

60 – 95 *

23 ,6

10 ,9

21 ,5

67 ,6

95 – 122

16 ,3

21 ,2

33 ,0

45 ,8

122 – 150

17 ,7

22 ,7

23 ,6

53 ,7

Выше 150

12 ,4

22 ,7

76 ,3

НК – 150

10

20

70

* Фракция до 60 °C составляет 30 % от конденсата

По фракционному составу конденсат более чем на 90 % состоит из бензиновых фракций. Однако в результате резкого превалирования в нем метановых углеводородов нормального строения октановое число его очень низкое.

Исходя из группового состава, этот конденсат наиболее целесообразно использовать в качестве сырья для пиролиза.

  • Использование компонентов природного газа и конденсата

    в качестве сырья для нефтехимии

Ароматические углеводороды, особенно бензол и его гомологи С 7-8 — наиболее ценное сырье для промышленности органического синтеза. Получение ближайших гомологов бензола — толуола и ксилола, основано на процессах каталитического риформинга бензиновых фракций. Использование для этих целей углеводородного конденсата, характеризующегося высоким содержанием циклических углеводородов в бензиновой его части, и шестичленных нафтенов — наиболее оптимальный способ решения этой задачи.

Производство олефинов (С 2 – С4 ) также может быть основано на переработке углеводородных конденсатов.

В таблице 2 приведены данные о влиянии исходного сырья на выход продуктов пиролиза, из которой видно, что этан следует рассматривать как идеальное сырье для производства этилена, так как при пиролизе этого компонента выход этилена достигает 80 %. Высок процент выхода этилена и из пропана (45 %) и жидких углеводородов — парафинистых прямогонных нефтяных бензинов (36 %).

Таблица 2

Влияние исходного сырья на выход продуктов пиролиза

Продукт

пиролиза

Сырье

этан

пропан

легкий бензин

(НК-140°С)

широкая бензиновая фракция

С 34 +НК¸140°С

газойль

Этилен

80,0

45,0

36,2

29,7

25,7

Пропилен

1,4

14,5

16,7

14,1

13,3

Бутадиен

0,0

2,7

4,3

4,5

4,2

БТК*

0,0

3,4

8,8

12,3

11,0

Фр.С 4 (без бутадиена)

4,8

2,2

4,2

5,3

4,5

Пиробензол (без БТК)

0,2

4,2

6,5

14,4

9,6

Топливный газ (включая водород)

13,6

28,2

20,0

16,0

11,7

Котельное топливо

3,3

3,7

20,0

* Бензольно – толуольно – ксилольная фракция

1.1.2 Углеводородные конденсаты — сырье для производства

моторных топлив

Конденсаты многих газоконденсатных месторождений по фракционному и групповому составам могут быть использованы в качестве сырья для производства моторных топлив — автомобильных и авиационных бензинов, реактивного и дизельного топлив.

Конденсаты, как сырье для получения моторных топлив, имеют ряд преимуществ перед нефтью.

При сравнении риформинга бензиновых фракций нефти и конденсатов с октановым числом 95 по исследовательскому методу (85 — по моторному методу), видно, что выход бензина-риформинга из конденсатных фракций на 10 % выше, чем из аналогичных фракций нефтей. При этом бензин с октановым числом 95 из конденсатов получают при более низкой температуре (485 ¸ 490 °С) каталитического риформинга, чем в процессе риформинга нефтяных фракций (500 ¸ 515 °С).

По содержанию серы бензиновые фракции большинства конденсатов соответствуют техническим нормам. Если количество серы в бензинах, получаемых из конденсатов, выше нормы, требуется предварительная их сероочистка.

Значительная концентрация метановых углеводородов во фракциях дизельного топлива, полученных из конденсатов, обусловливает их высокое цетановое число. Исключение составляют фракции дизельных топлив, полученных из нафтеновых конденсатов, в которых среди метановых превалируют изомерные углеводороды. Для получения дизельного топлива во фракции таких конденсатов необходимо водить добавку, повышающую цетановое число. Для дизельных топлив полученных из конденсатов (так же, как для получаемых из нефтей), чем выше цетановое число, тем выше и температура помутнения и застывания. Поэтому дизельное топливо, полученное из большинства конденсатов, можно использовать лишь в летнее время. Для использования этого топлива в зимних условиях следует проводить депарафинизацию соответствующих фракций.

По содержанию серы фракции дизельного топлива, получаемые из конденсатов, в основном соответствуют техническим нормам. В дизельном топливе, полученном из сернистых конденсатов содержание серы будет завышено, т.е. требуется их предварительная сероочистка.

  • Промышленные схемы стабилизации углеводородных

конденсатов

Для получения стабильного конденсата применяют процессы многоступенчатой дегазации (сепарации) и ректификации, как в отдельности, так и в сочетании между собой.

  • Стабилизация конденсатов многоступенчатой дегазацией

Стабилизация конденсата многоступенчатой дегазацией основана на снижении растворимости легких компонентов в углеводородах С 5+ при повышении температуры и уменьшении давления. Различная растворимость компонентов обеспечивает их избирательное выделение из жидкой фазы.

Для стабилизации конденсата могут применяться одно-, двух- и трехступенчатые схемы дегазации (сепарации).

В соответствии с результатами исследований, независимо от состава сырья содержание тяжелых углеводородов (С 5+ ) в газах сепарации тем меньше, чем больше число ступеней сепарации. При этом с газами дегазации в основном уносится легкая фракция конденсата, что приводит к снижению выхода бензиновых фракций при стабилизации конденсата многоступенчатой дегазацией.

Независимо от количества ступеней стабилизации, газы сепарации различных ступеней содержат много легких компонентов и не отвечают требованиям, предъявляемым к сжиженным газам ГОСТ.

Возможна также стабилизация конденсата с применением рециркуляции в жидкую фазу газов сепарации с помощью компрессора. В этом случае, благодаря смещению равновесия между фазами происходит дополнительное выделение из жидкой фазы легких углеводородов. Одновременно происходит также поглощение тяжелых компонентов жидкими углеводородами. В итоге увеличивается выход стабильного конденсата из перерабатываемого сырья.

При подаче газов дегазации в поток нестабильного конденсата увеличивается глубина выделения легких углеводородов из жидкой фазы, в ней повышается содержание бутана и более тяжелых углеводородов.

Применение стабилизации конденсата многоступенчатой дегазацией с рециркуляцией в жидкую фазу газов сепарации обусловливает включение в схему дожимного компрессора, что повышает ее энерго- и металлоемкость.

Преимуществом схемы стабилизации конденсата многоступенчатой дегазацией является простота, относительно низкая энерго- и металлоемкость, устойчивость в работе при использовании минимального количества средств измерения и автоматики и изменении состава перерабатываемого сырья.

Процесс стабилизации конденсата многоступенчатой дегазацией нашел широкое применение на месторождениях, имеющих низкий конденсатный фактор.

  • Стабилизация конденсатов с применением

ректификационных процессов

Сбор и утилизация газов сепарации связаны с большими энергетическими затратами и при больших объемах перерабатываемого конденсата применяют стабилизацию с использованием ректификационных колонн, имеющую ряд преимуществ по сравнению с многоступенчатой дегазацией:

  • проведение предварительной сепарации и деэтанизации нестабильного конденсата при высоких давлениях облегчает утилизацию газовых потоков;
  • возможно производство сжиженных газов, отвечающих требованиям ГОСТ без применения искусственного холода;
  • рационально используется энергия нестабильного конденсата;
  • товарный конденсат отличается низким давлением насыщенных паров, что снижает его потери при транспортировании и хранении.

Современные схемы стабилизации газового конденсата обычно представляют собой сочетание сепарации и ректификации чаще в двух или трех колоннах, что дает возможность, кроме газов стабилизации и стабильного конденсата, получать пропан-бутановую фракцию (или пропан и бутаны).

  • Стабилизация высокосернистых газовых конденсатов

По содержанию общей серы конденсаты подразделяют на три класса:

I — бессернистые и малосернистые с массовой долей общей серы не более 0.05 %. Эти конденсаты не нуждаются в очистке от сернистых соединений.

II — сернистые с содержанием общей серы 0,05 ¸ 0,8 % масс. Необходимость очистки конденсатов этого класса и его дистиллятных фракций в каждом конкретном случае решается в зависимости от исходных требований.

III — высокосернистые с содержанием общей серы выше 0,8 % масс. Включение узла очистки от сернистых соединений в схемы переработки этих конденсатов обязательно.

На установке стабилизации сернистых конденсатов У-30 ГПЗ перерабатываются конденсаты, Карачаганакского месторождений и нефти, поступающие на завод.

Эти сырьевые потоки значительно отличаются друг от друга по составу и содержанию сернистых соединений. Так в конденсате содержится 1,47 % об. сероводорода, а в Карачаганакском конденсате – 1,33 % об., в нефтях до 1,5 % об. Содержание меркаптанов самое высокое в конденсате – 1,3 % об. В конденсате отсутствуют углеводороды С 15 + выше , в Карачаганакском их 32,2 % об. [3]

Массовый состав конденсатов приведен в табл. 1, откуда видно, что конденсаты ОГКМ и КГКМ, а также их смесь, относятся к классу высокосернистых.

Таблица 3

Усредненные показатели качества нестабильных конденсатов

по данным паспортов за 2010 год

Нестабильный

конденсат

Показатели

Плотность

при раб. усл.

Н 2 S

N 2

C 1

CO 2

C 2

C 3

iC 4

nC 4

C 5+

RSH

CH 3 OH

мех

прим

Смолы

Параф

Вода

Хлор. соли

Своб.

эм.

мг/л

% мас

ед. изм.

% масс.

нормы

>65

<0,5

<0,05

0,6

0,04

<0,5

<0,5

142

0,02

0,637

ОГКМ

1,29

0,12

1,3

0,21

1,44

3,34

1,86

5,44

73,03

0,43

0,03

0,03

4,78

0,66

0,03

0,17

404

0,09

0,654

КГКМ

1,79

0,03

1,36

0,99

1,55

2,26

0,97

2,57

88,48

0,2

0,004

0,006

2,6

1,45

0,07

103

0,757

Идентификация сернистых соединений, содержащихся в конденсате, показывает довольно широкое их разнообразие. Например, методом газожидкостной хроматографии в конденсате месторождения определены 22 алифатических тиола, 34 тиоалкана, 16 тиоцикланов.

Ряд сернистых соединений конденсатов обладает более низкой термической стабильностью, чем углеводороды. При нагревании в процессе переработки они претерпевают различные превращения, в результате чего выделяется значительное количество сероводорода и тиолов, корродирующих аппаратуру и ухудшающих качество продуктов переработки

Значение температуры при нагревании, выше которой начинается разложение сернистых соединений конденсата, принято называть пороговым. Значение порога термостабильности конденсатов (ТССК) служит дополнительной характеристикой, необходимой для выбора режима переработки сернистых конденсатов и при использовании продуктов их переработки.

Стабилизацию сернистых конденсатов производят по схемам, аналогичным схемам установок стабилизации бессернистых конденсатов. Отличие схем УСК бессернистых и серосодержащих конденсатов заключается в их аппаратурном оформлении и параметрах режима. Кроме того, при стабилизации сернистых конденсатов для борьбы с коррозией следует производить ингибирование отдельных узлов установки.

Блоки стабилизации УСК включают в себя предварительную дегазацию сырья с последующей его стабилизацией в ректификационной колонне.

Специфические особенности технологических схем стабилизации высокосернистых газовых конденсатов определяются требованием, чтобы в стабильном конденсате отсутствовал сероводород.

На ГПЗ эксплуатируются три установки стабилизации конденсатов. Их схемы имеют ряд общих и отличительных узлов. Блоки стабилизации УСК имеют практически аналогичную схему и включают в себя предварительное выветривание и стабилизацию конденсата в колонне. Основные отличия УСК касаются переработки выделенных из нестабильного конденсата углеводородов.

На первой очереди завода газы стабилизации после очистки от сероводорода и двуокиси углерода подаются на абсорбционную установку, где из них выделяется широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ).

На второй очереди завода ШФЛУ выделяется из газов стабилизации путем низкотемпературной конденсации.

На третьей очереди завода в отличие от первой и второй очередей, газы стабилизации не очищаются, а дожимаются с помощью компрессора до давления 6 МПа и подаются в поток сырьевого газа, поступающего на очистку от сероводорода и двуокиси углерода.

На всех УСК одновременно происходит также полное удаление сероводорода из конденсата.

  • Блок стабилизации УСК первой очереди ОГПЗ

Блок стабилизации УСК первой очереди (рис.1.1) включает предварительную деметанизацию конденсата в аппарате В01. Газы сепарации объединяются с газами дегазации аминовых растворов установок сероочистки и одним потоком направляются на установку очистки от кислых компонентов. Очищенный газ используют в качестве топливного газа. Дебутанизацию конденсата проводят в колонне С01, которая имеет 19 двухпоточных клапанных тарелок. Газ стабилизации конденсата из емкости орошения В01 отводится на очистку от кислых компонентов, а затем на выделение из него ШФЛУ.

Рис. 1 — Блок стабилизации УСК I очереди ОГПЗ

С01 – дебутанизатор; В01 – трехфазный разделитель; В02 – емкость орошения; Е01 – холодильник; Е02 – рекуперативный теплообменник; Е03, Е05 — водяные холодильники; А01 — воздушный холодильник; Е04 – рибойлер; Р01 – насос; I – нестабильный конденсат; II – газ дегазации; III – кислая вода; IV – дегазированный конденсат; V – стабильный конденсат; VI – газ стабилизации.

  • Блок стабилизации УСК второй очереди ОГПЗ

Схема блока стабилизации УСК второй очереди близка схеме первой очереди, однако на этой установке перерабатывается более легкое сырье (смесь конденсата с конденсатами осушки газа), поэтому существуют отличия в аппаратурном оформлении и режиме работы блока.

Рис. 2 — Блок стабилизации УСК II очереди ОГПЗ

D101, D107 – трехфазные разделители; D106 – емкость орошения; Е102 – воздушный холодильник; Е101 – рекуперативный теплообменник; Е103 – испаритель, Т101 – стабилизатор, I – нестабильный конденсат с промысла; II – нестабильный конденсат с установок осушки; III – кислая вода; IV – газ сепарации на очистку; V – частично дегазированный конденсат; VI – смесь насыщенного ЭГ и нестабильного конденсата; VII – насыщенный раствор ЭГ на регенерацию; VIII – газ в стабилизатор; IX – жидкие углеводороды в стабилизатор; X – стабильный конденсат; XI – газ стабилизации на очистку.

  • Блок стабилизации УСК третьей очереди ОГПЗ

Блок стабилизации УСК третьей очереди (рис.1.3) включает в себя две ступени дегазации: нестабильный конденсат дросселируется до давления 2,24 МПа, частично дегазируется в сепараторе В01 и, проходя через рекуперативный теплообменник Е08 и подогреватель Е01, подается в дегазатор второй ступени В02. Газовые потоки из дегазаторов В01 и В02 подаются на вторую ступень компрессора К01.

Окончательная стабилизация конденсата проводится в ректификационной колонне С01. Колонна имеет 21 клапанную тарелку, ввод питания на 13 тарелку. Теплота в куб колонны подводится через огневой подогреватель — печь F01. Стабильный конденсат с куба колонны выводится через рекуперативные теплообменники Е02, Е08 и доохлаждается в воздушном холодильнике А02; дистиллят колонны проходит воздушный холодильник и поступает в емкость орошения В03. Жидкая фаза из емкости поступает на орошение колонны, а газовая через сепаратор В04 – на первую ступень компрессора, дожимается до давления 2 МПа, объединяется с потоком газа сепараторов В01 и В02 и на второй ступени компрессора К01 дожимается до давления 6,2 МПа для дальнейшей переработки на установках сероочистки.

Рис. 3 — Блок стабилизации УСК III очереди ОГПЗ

В01, В02 – сепараторы; В03 – емкость орошения; В04, В05 – входные сепараторы; Е03, Е04 – холодильники; Е01, Е05 – подогреватели; Е02, Е03 – рекуперативные теплообменники; А01, А02 – воздушные холодильники; С01 – стабилизатор; F01 – печь; FL01 – фильтр; К01 – компрессор; Р01, Р06 – насосы; I, II — потоки нестабильных конденсатов; III – кислая вода; IV, VI – газы дегазации; V, VII – дегазированный конденсат; VIII – стабильный конденсат; IX – газ стабилизации; X – смесь кислых газов на установку сероочистки.

  • Особенности технологии стабилизации сернистых

конденсатов при увеличении доли нефти в их составе.

Обоснование необходимости реконструкции

При работе установки стабилизации У-30 на Карачаганакском сырье отмечается повышенное содержание H 2 S и легких компонентов в стабильном конденсате, а также неэффективная работа колонны стабилизации 30С01. Колонна на утяжеленном сырье не обеспечивает четкость ректификации: в стабильном конденсате присутствуют углеводороды С3 ¸ С5 и сероводород.

Сохранение производительности установки при переработке тяжелых конденсатов на том же уровне, что и при переработке легких, сопровождается значительными изменениями в распределении парожидкостных нагрузок по сечению стабилизатора. Уменьшается количество паров в концентрационной части колонны и возрастает жидкостной поток в отгонной секции колонны. Поддержание температуры горячей струи на уровне 167 °С в условиях значительного утяжеления конденсата, циркулирующего через ребойлер, не обеспечивает получения достаточного количества паров поступающих под первую тарелку.

Из-за недостаточного тепло — массообмена на большей части тарелок отгонной секции не происходит эффективной отпарки сероводорода и легких компонентов конденсат, а происходит зависание колонны, т.е. вспенивание на тарелках, газ проходя через клапан пробивая жидкость (процесс называется барботажем — рис.4) вспенивается, тем самым ухудшается массообмен в колонне.

Рис. 4 – Процесс барботажа

Вспенивание в межтарельчатом пространстве по всей колонне ухудшает прохождение газа через клапаны, тем самым массообмен, увеличивая расход пара, через ребойлер нам необходимо разогреть конденсат для наилучшей отпарки, что приведет к увеличению вспенивания в колонне. В результате для выравнивания режима работы колонны, нам необходимо слить с колонны конденсат до минимального уровня и понизить температуру в кубе колонны, и постепенно загружать колонну, добиваясь выравнивания режима отпарки.

При замене тарелок на пакетно-вихревую насадку мы получаем постоянный поток газа по всему сечению колонны, тем самым показало:

  • Захлебывание колонны возникает в среднем при нагрузках в 2,5 раза больших, чем при противотоке фаз на вихревых насадках
  • Эффективность одной секции колонны с насадкой составляет от 60 до 150% при высоте секций соразмерной с межтарельчатым расстоянием тарелок в колонне
  • ВЭТТ колонны с пакетно-вихревой насадкой составляет от 0,4 до 1,0 метра
  • Специальное секционирование и перераспределение потоков пара и жидкости увеличивает эффективность в среднем в 1,5 раза
  • Перепад давления на насадке регулируется в широком диапазоне. Величина перепада давления одной ступени от 0,015 до 1,5 и более kPa в зависимости от величин нагрузок по пару и жидкости

Рис. 5 — Расположение насадки при малой нагрузки по жидкости и высокой нагрузке по газу.

В процессе конденсации паров в колонне, когда паровой поток резко снижается к верху колонны, а жидкостной поток относительно постоянен, применяется конструкция колонны с постепенным сокращением сечения для прохода газа в насадке на каждой вышерасположенной ступени.

Тем самым поддерживается равная скорость газа на каждой секции.

В результате снижения температуры остатка уменьшается количество теплоты, отводимой с ним, при этом увеличивается паровой поток в колонне, выравниваются парожидкостные нагрузки по отгонной секции аппарата, улучшаются условия тепло и массообмена, возрастает четкость ректификации, появляется возможность увеличения производительности колонны при уменьшении потерь целевых углеводородов с газами стабилизации, уменьшаются энергозатраты на 1 т получаемого стабильного конденсата.

Предложены несколько патентов с использованием различных видов насадок и их конструкций.

1.6. Патентный обзор

1.6.1 Патент №, Авторы: Машанов Александр Михайлович , Цитцер, Патентообладатель: Машанов Александр Михайлович

Установка для разделения газов с насадочным многоканальным узлом двукратной ректификации и ректификационная колонна.

Реферат:

Предложение относится к установкам разделения газов, в частности, оно может быть использовано для разделения воздуха с извлечением кислорода, азота повышенной чистоты. Установка для разделения газов методом двукратной ректификации содержит нижнюю колонну, конденсатор и верхнюю колонну. Контактные части нижней и верхней колонн выполнены из параллельно расположенных трубок, заполненных насыпной насадкой. Колонны имеют распределительные тарелки, расположенные над каждой контактной частью для подачи жидкости в каждую ее трубку. В кубе нижней колонны размещен распределитель газового потока для подачи газа в каждую трубку контактной части нижней колонны. Каждая распределительная тарелка содержит распределительные устройства по числу трубок соответствующей контактной части. Каждое из распределительных устройств включает трубку с двумя или более перпендикулярными ей патрубками, верхний из которых является переливным патрубком, а другой или остальные имеют калиброванные отверстия для подачи жидкости. Использование изобретения позволит снизить габариты и стоимость установки, повысить качество продуктов разделения воздуха. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3. Изобретение относится к установкам разделения газов, в частности, может быть использовано для разделения воздуха с извлечением жидких и газообразных продуктов: кислорода, азота повышенной чистоты.

Известна установка разделения воздуха, содержащая нижнюю и верхнюю колонны узла двукратной ректификации и конденсатор, все контактные части колонн заполнены магнитной насадкой (RU 2137994, опуб. 20.09.1999).

Недостатком известной установки является высокая стоимость магнитной насадки и низкая эффективность разделения газа с ее помощью.

Техническим результатом от использования данного изобретения является снижение стоимости установки и повышение качества продуктов разделения воздуха.

Рис. 6 – Магнитная насадка

Технический результат достигается тем, что в установке для разделения газов методом двукратной ректификации, содержащей нижнюю колонну, конденсатор и верхнюю колонну, контактные части нижней и верхней колонн выполнены из параллельно расположенных трубок, заполненных насыпной насадкой, а колонны имеют соответственно распределительные тарелки, расположенные над каждой контактной частью для подачи жидкости в каждую ее трубку, а в кубе нижней колонны размещен распределитель газового потока для подачи газа в каждую трубку контактной части нижней колонны.

Причем каждая распределительная тарелка содержит распределительные устройства по числу трубок соответствующей контактной части, каждое из распределительных устройств включает трубку с двумя или более перпендикулярными ей патрубками, верхний из которых является переливным патрубком, а другой или остальные имеют калиброванные отверстия для подачи жидкости.

Технический результат достигается также тем, что в ректификационной колонне для разделения газов, содержащей контактную часть и размещенный над ней конденсатор, контактная часть выполнена из параллельно расположенных трубок, заполненных насыпной насадкой, а колонна снабжена распределительной тарелкой, расположенной над контактной частью для подачи жидкости в каждую ее трубку, и распределителем газового потока, размещенным в кубе колонны для подачи газа в каждую трубку контактной части.

Причем распределительная тарелка содержит распределительные устройства по числу трубок соответствующей контактной части, каждое из распределительных устройств включает трубку с двумя или более перпендикулярными ей патрубками, верхний из которых является переливным патрубком, а другой или остальные имеют калиброванные отверстия для подачи жидкости.

Ректификационная колонна с верхним конденсатором, т.е. без верхней колонны, является частью установки для разделения газов и может также использоваться как чисто азотная установка или установка с ректификационными колоннами для очистки аргона от кислорода и азота.

Минимальная высота единицы переноса высокоэффективной насадки снижает высоту колонн.

Минимальное сопротивление на насадке снижает энергозатраты.

На фиг.1 изображен насадочный многоканальный узел двукратной ректификации, который содержит: нижнюю колонну 3, конденсатор 14, верхнюю колонну 8; контактные части 3, 6 и 9 нижней и верхней колонн состоят из параллельно расположенных трубок; трубки контактных частей заполнены насыпной высокоэффективной, например спирально-призматической насадкой. Распределительные тарелки 4, 7, 10 над контактной частью в сечениях подачи жидкости, с которых обеспечивается подача жидкости в каждую трубку контактной части, имеется распределитель газового потока 16 в кубе нижней колонны 3; патрубки входа и выхода потоков: 1 — патрубок входа воздуха, 2 — патрубок входа дроссельного потока, 5 — патрубок выхода жидкого кислорода, 11 — патрубок выхода отбросного азота, 12 — патрубок входа азотной флегмы, 13 — патрубок входа кубовой жидкости, 15 — патрубок выхода азотной флегмы и жидкого

азота, 17 — патрубок выхода кубовой жидкости.

На фиг.2 изображена насадочная многоканальная ректификационная колонна 8.

На фиг.3 изображена распределительная тарелка 4, которая состоит из распределительных устройств 22 в количестве, равном количеству контактных частей (рабочих каналов).

Распределительное устройство содержит трубку 18 с двумя или несколькими перпендикулярными патрубками 19, 20 отбора жидкости, которые монтируются в обечайку 21 того же диаметра, что и рабочий канал. Один или несколько патрубков 19 имеют калиброванные отверстия, а последний патрубок 20 с полным сечением, который является переливом.

Воздух и дроссельный поток подают соответственно через патрубки 1 и 2 в нижнюю колонну 3. Воздух барботирует через распределитель газового потока 16 и подается на контактную часть 3 нижней колонны. Из нижней колонны через патрубки 15 и 17 выводят соответственно азотную флегму (жидкий азот) и кубовую жидкость, которые подают в верхнюю колонну 8 соответственно через патрубки 12 и 13.

Рис. 7 – Ректификационная колонна

Из верхней колонны 8 жидкий кислород выходит через патрубок 6, а отбросной азот через патрубок 11. В конденсаторе 14 со стороны конденсации конденсируется газообразный азот, а со стороны кипения испаряется жидкий кислород. Благодаря свойствам высокоэффективной насадки в контактных частях из параллельно расположенных трубок 3, 6, 9 и распределительным тарелкам 4, 7, 10 над контактными частями в сечениях подачи жидкости, с которых обеспечивается подача жидкости в каждую трубку контактной части, достигается получение повышенной чистоты продуктов разделения воздуха, минимальная высота узла двукратной ректификации, а минимальное сопротивление данной насадки обеспечивает снижение энергозатрат.

Рис. 8 – Насадка

Формула изобретения

  1. Установка для разделения газов методом двукратной ректификации, содержащая нижнюю колонну, конденсатор и верхнюю колонну, отличающийся тем, что контактные части нижней и верхней колонн выполнены из параллельно расположенных трубок, заполненных насыпной насадкой, а колонны имеют соответственно распределительные тарелки, расположенные над каждой контактной частью для подачи жидкости в каждую ее трубку, а в кубе нижней колонны размещен распределитель газового потока для подачи газа в каждую трубку контактной части нижней колонны.
  2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждая распределительная тарелка содержит распределительные устройства по числу трубок соответствующей контактной части, каждое из распределительных устройств включает трубку с двумя или более перпендикулярными ей патрубками, верхний из которых является переливным патрубком, а другой или остальные имеют калиброванные отверстия для подачи жидкости.
  3. Ректификационная колонна для разделения газов, содержащая контактную часть и размещенный над ней конденсатор, отличающаяся тем, что контактная часть выполнена из параллельно расположенных трубок, заполненных насыпной насадкой, а колонна снабжена распределительной тарелкой, расположенной над контактной частью для подачи жидкости в каждую ее трубку, и распределителем газового потока, размещенным в кубе колонны для подачи газа в каждую трубку контактной части.
  4. Колонна по п.3, отличающаяся тем, что распределительная тарелка содержит распределительные устройства по числу трубок соответствующей контактной части, каждое из распределительных устройств включает трубку с двумя или более перпендикулярными ей патрубками, верхний из которых является переливным патрубком, а другой или остальные имеют калиброванные отверстия для подачи жидкости.

1.6.2. Патент № 2416461, Авторы: Кадыров Рафис Фаизович, Блиничев Валерьян, Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Вихревые массообменные установки», Пакетная вихревая насадка для тепло — и массообменных колонных аппаратов

Реферат:

Изобретение относится к пакетной насадке для тепло- и массообменных колонных аппаратов, используемой для осуществления процессов абсорбции, десорбции, ректификации, мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности. Пакетная вихревая насадка состоит из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, при этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе и на выходе ячейки за счет загнутых внутрь окончаний, которые образуют завихрители на входе и на выходе из ячейки. Завихрители на входе и выходе в каждой ячейке расположены перпендикулярно друг другу, а поверхность каждой ячейки полностью или частично покрыта шероховатостью и/или перфорацией любой формы. Технический результат: расширение диапазона устойчивого псевдоэмульсионного режима работы насадки при малом гидравлическом сопротивлении насадки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к конструктивному оформлению пакетных насадок для тепло- и массообменных колонных аппаратов, используемых для осуществления процессов абсорбции, десорбции, ректификации, мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, металлургической, энергетической и в других смежных отраслях промышленности.

Одним из направлений развития современного аппаратостроения является создание высокоэффективных, компактных и малоэнергоемких установок, которые должны отличаться простотой конструкции, высокой технологичностью и надежностью в эксплуатации. Использование, по возможности, более высокой скорости газовой фазы позволяет уменьшить размер поперечного сечения аппарата. Для выполнения этого условия, с точки зрения насадочных аппаратов, необходимо применение контактных устройств с меньшим гидравлическим сопротивлением, при сохранении высокой эффективности работы.

В последнее время наметились тенденции по развитию организованных пакетных насадок, характеризующиеся развитой межфазной поверхностью контактирования фаз, более высокой скоростью движения газообразной фазы и более устойчивым противоточным режимом работы, по сравнению с другими видами насадок. Такие насадки также весьма разнообразны по конструкции и применяемому материалу.

В отличие от тарельчатых контактных устройств, в насадочных контактных устройствах процесс тепломассообмена осуществляется не за счет организации интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз, а за счет увеличения площади поверхности контакта фаз. Для этого используются пористые, сетчатые и тому подобные материалы с большой удельной поверхностью.

Используемые длительное время в промышленности аппараты с насыпной насадкой (зернистая, хордовая) подвергались усовершенствованию и оснащались более совершенными видами насадок, такими как кольца Палля, «Инталлокс», седла Берля и другие виды. Усовершенствованные насадки привели к увеличению межфазной поверхности в единице занимаемого объема, но не были лишены недостатков, характерных для насадочных мокрых скрубберов, и отличающихся, в первую очередь, малой скоростью газового потока по свободному сечению аппарата -1+1,5 м/с и малой поверхностью массообмена, так как при этих скоростях наблюдается пленочное течение жидкости. В насадочных аппаратах наблюдается также неравномерность орошения жидкостью всего объема рабочего слоя, прохождение газового потока отдельными каналами, обедненными орошающей жидкостью. Следствием этого является постепенное забивание твердыми частицами каналов, что снижает надежность и эффективность работы аппаратов.

Более развитыми контактными устройствами в колонных аппаратах являются тарелки. Конструкции разработанных и используемых в промышленности тарелок весьма разнообразны, часть из них стандартизована. Выбор типа тарелки, например, при ректификации определяется видом смеси, производительностью колонны, требованиями по степени ректификации, качеству разделяемых компонентов (фракций), рабочим давлением в колонне и т.п. Тарельчатые колонны используются, как правило, в крупнотоннажных производствах. В тарельчатых контактных устройствах интенсификация процесса тепломассообмена между взаимодействующими жидкой и паровой фазами обеспечивается, в основном, за счет максимально возможного увеличения относительной скорости движения фаз при барботаже газовой или паровой фазы через слой жидкости. Предельная интенсивность процесса достигается при турбулизации двухфазной системы, однако в традиционных конструкциях тарелок достичь турбулентного течения не удается из-за ограничений по скорости паровой фазы, обусловленных «захлебыванием» колонны и недопустимо высокими потерями давления в контактных устройствах. Средний уровень КПД тарелок, применяемых в настоящее время, составляет 50-70%.

Современным этапом развития контактных устройств является создание пакетных насадок, характеризующихся развитой межфазной поверхностью контактирования фаз, более высокой скоростью движения газообразной фазы и более устойчивым противоточным режимом работы, по сравнению с другими видами насадок.

Известна пакетная вихревая насадка для тепло- и массообменных аппаратов (патент РФ 2205063 от 27.05.2003), которая по технической сущности наиболее близка к заявляемой. Данная насадка представляет собой множество одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, при этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе в ячейку за счет загнутых внутрьокончаний, образующих завихритель, а на выходе газового потока из ячейки окончания обеих стенок также выполнены загнутыми внутрь ячейки, перекрывая фронтальную щель и образуя второй завихритель.

Однако изобретение не позволяет существенно повысить эффективность тепло- и массопереноса в аппаратах в системах газ-жидкость, пар-жидкость за счет закрутки газожидкостного потока вокруг только горизонтальной оси в каждой ячейке, интенсивного образования и эффективной сепарации капель жидкой фазы в каждой ячейке и турбулентного течения газопарожидкостной смеси.

Предлагается пакетная вихревая насадка для колонных массообменных аппаратов, состоящая из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет за счет технологии его изготовления, при этом противоположные стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе в ячейку за счет удлиненных, загнутых внутрь окончаний, образующих оптимальной формы завихритель, а на выходе газового потока из ячейки окончания обоих стенок выполнены удлиненными и загнутыми внутрь ячейки, перекрывая выходную фронтальную щель и образуя еще один завихритель потока на выходе из ячейки, при этом в отличие от известного патента выходная фронтальная щель каждой ячейки расположена под 90° относительно входной щели, что позволяет создавать закрутку потоков не только относительно горизонтальной оси, но также и относительно вертикальной оси. Поверхность каждой ячейки полностью или частично покрыта регулярной шероховатостью и/или перфорацией любой формы отверстий.

Ячейки в пакете, при виде сверху и снизу, собираются таким образом, чтобы фронтальные щели каждой ячейки и четырех смежных по периметру ячеек, являющимися завихрителями, были взаимно перпендикулярны, причем вихревые потоки из смежных выходных фронтальных щелей каждой ячейки направлены в разные стороны, что позволяет быстро и эффективно равномерно распределить газожидкостную систему по диаметру аппарата.

Пакетная насадка обладает высокой пропускной способностью по жидкой и газовой фазам, низким гидравлическим сопротивлением, высокими значениями коэффициентов тепло- и массообмена, равномерностью распределения жидких и газообразных потоков по диаметру аппарата, высокой сепарационной способностью по жидкой фазе, компактностью и технологичностью.

Новизна описанной пакетной насадки — развитая криволинейная поверхность, основная цель которой интенсифицировать массообменный процесс за счет наличия нескольких вихревых потоков, создаваемых специально созданными завихрителями газожидкостных потоков на входе и выходе из ячейки за счет быстрого образования и сепарации на стенках ячеек большого количества капель, причем завихритель снизу взаимно перепендикулярен верхнему завихрителю.

Насадка предназначена для тепло- и массообменных аппаратов, используемых для проведения процессов абсорбции, десорбции, разделения многокомпонентных смесей (ректификации), мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической и других смежных отраслях промышленности.

Дальнейшее развитие пакетной вихревой насадки в предложенном решении заключается в существенной интенсификации тепло- и массообмена за счет закрутки газожидкостного потока не только вокруг горизонтальной оси в каждой ячейке, но также и вокруг вертикальной оси за счет того, что завихрители на входе и на выходе из ячейки взаимно перпендикулярны.

Предлагаемая пакетная вихревая насадка работает следующим образом. В рабочем режиме при противоточном движении фаз: газ или пар-жидкость при турбулентном и закрученном за счет наличия завихрителей движении газа или пара происходит интенсивное образование и одновременная сепарация капель жидкой фазы на стенках ячейки, в результате чего образуется развитая поверхность контакта фаз, реализуются высокие коэффициенты тепло — и массопередачи и в то же время снижается гидравлическое сопротивление каждой ячейки за счет более быстрого образования и осаждения капель на стенках вследствие того, что закрутка газа или парожидкостного потока осуществляется не только относительно горизонтальной оси, но также и относительно вертикальной оси в связи с перпендикулярным расположением входных и выходных завихрителей каждой ячейки. Благодаря такой организации завихрителей в каждой ячейке расширяется диапазон устойчивого «псевдоэмульсионного» режима работы насадки при малом ее гидравлическом сопротивлении. Так же как и в прототипе в каждой ячейке образуется вихрь, который движется уже по более сложной траектории в связи с его закруткой относительно уже двух осей — горизонтальной и вертикальной.

Диапазон рабочих скоростей по газовой фазе 2÷6 м/с, диапазон рабочих плотностей орошения 20÷100 м 3 /(м2 ·ч).

Гидравлическое сопротивление 1-го слоя высокоинтенсивной пакетной вихревой насадки менее 100 Па. Доля свободного сечения — 0,74÷0,99.

В качестве иллюстрации сравнения на фиг.1, 2 приведено сравнение гидравлического сопротивления и количества единиц переноса на одном метре колонного аппарата для четырех видов контактных устройств (насадок) -традиционных — колец Рашига и псевдоожиженной насадки (ПСОН), одного из наиболее эффективных насадочных контактных устройств — насадки фирмы «Зульцер»(на примере Mellapak 250.X) и предлагаемой нами модифицированной пакетной вихревой насадки (ПВН).

Справа от градиентов обозначения: ряд 1 — ПСОН: П=40 м 32 ч; ряд 3 — кол. Рашига: П=20 м32 ч; ряд 2 — кол. Рашига: П=40 м32 ч; ряд 6 — ПВН «НТ»: П=20 м32 ч; ряд 5 — ПВН «НТ»: П=40 м32 ч; ряд 4 — 250.Х: П=20 м32 ч. А — ПВН (П=20 м32 ч), В — Кольца Рашига (П=20 м32 ч), С — ПВН (П=40 м32 ч), D — ПСОН (П=20 м32 ч), Е — Mellapak 250.Х (П=20 м32 ч).

Представленные на фиг.1, 2 данные свидетельствуют о том, что гидравлическое сопротивление предлагаемой вихревой пакетной насадки во много раз меньше гидравлических сопротивлений других насадок при одной плотности орошения, а эффективность выше. Справа от градиентов обозначения:

Высокие параметры режимов работы предлагаемой пакетной вихревой насадки и ее конструктивные особенности позволяют создавать аппараты диаметром, в 2-4 раза меньшим по сравнению с современными, а по высоте (длине) в 4-6 раз меньшим. Таким образом, аппараты, созданные на основе предлагаемой насадки, обладают металлоемкостью, меньшей до 8 раз, а по энергетическим затратам (гидравлическое сопротивление) в 2-3 раза меньшим, чем современные аппараты. На фиг.3 представлена пакетная вихревая насадка диаметром 300 мм.

Преимущества пакетной вихревой насадки:

Высокие оптимальные скорости газовой или паровой фазы (3-5,5 м/с).

Низкое гидравлическое сопротивление аппарата (в 2-3 раза меньшее, чем современные аппараты) при больших расходах газа и жидкости.

Малая высота единицы переноса, приводящая к небольшим габаритам колонных аппаратов.

Высокий средний объемный коэффициент массоотдачи 12000-13000 кг/м 3 ч.

В связи с высокими скоростями движения газовой или паровой фазы, высокими плотностями орошения и малыми высотами единицы переноса — малые габариты аппарата.

Предлагаемая пакетная вихревая насадка обладает также легкостью масштабирования при переходе к аппаратам большего диаметра, так как при переходе от малого диаметра к большему увеличивается лишь количество вихревых ячеек.

Насадка обладает хорошей перераспределяющей способностью жидкой фазы по сечению аппарата даже при подаче последней в одну точку.

Специальные характеристики:

  • Перепад давления на 1 теоретическую ступень контакта 10.160 Па в зависимости от плотности орошения
  • Максимальная исследованная нагрузка по жидкости — 100 м 3 /(м2 ×ч)
  • Диапазон скоростей по газу 1,6 м/с
  • Обладает самораспределяющим эффектом по жидкой и газовой фазам
  • Доля свободного сечения 95,98% в зависимости от толщины листа конструкционного материала

Предпочтительные области применения:

  • от нормального до избыточного давления
  • малые, средние и крупномаштабные производства
  • повышение производительности действующих тарельчатых и насадочных колонн
  • химическая, биохимическая, нефтехимическая, металлургическая, а также для решения экологических проблем

Представленный образец пакетной вихревой насадки выполнен из конструкционного материала — 08Х18Н10Т, толщина листового материала — 0,3-0,5 мм.

Формула изобретения

  1. Пакетная вихревая насадка для тепло — и массообменных аппаратов, состоящая из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, при этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе и на выходе ячейки за счет загнутых внутрь окончаний, образующих завихрители на входе и на выходе из ячейки, отличающаяся тем, что завихрители на входе и выходе в каждой ячейке расположены перпендикулярно друг другу.
  2. Пакетная вихревая насадка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность каждой ячейки полностью или частично покрыта шероховатостью и/или перфорацией любой формы.

Рис. 9 – фигура 1, 2, 3

Рис. 10 — Модернизация установки первичной переработки газоконденсата МТУ-400 (Казахстан) УДП «Шуртаннефтегаз»

Установка МТУ-400 мощностью 400 тыс. Т./год. Сырье — Карачаганакский газоконденсат, 75% светлых.

Мощность доведена до 600 тыс.т. В год путём замены клапанных тарелок на пакетно-вихревую насадку и изменением схемы. Технология разделения бензинов для получения сырья риформинга установки выделения ароматики, включая удаление бензолсодержащих и бензолобразующих фракций.

1.6.3. Патент № 2049542, Заявитель:, Малое предприятие «РИВМА» по разработке и внедрению массообменной аппаратуры, Авторы: Богатых К.Ф., Резяпов Р.Н.,Соколовский А.В.,Боков А.Б., Патентообладатель:, Малое предприятие «РИВМА» по разработке и внедрению массообменной аппаратуры., Насадочная тепломассообменная перекрестноточная колонна

Реферат:

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности, конкретно к аппаратам для проведения тепломассообменных процессов в системах газ (пар) жидкость. Изобретение решает задачу повышения эффективности тепломассообмена за счет увеличения числа контактных ступеней при винтовом движении потоков пара и жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что в известной насадочной тепломассообменной перекрестноточной колонне, включающей корпус, в котором размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода пара (газа) и жидкости, согласно изобретению горизонтальное сечение колонны на каждой ступени контакта разделено на секции, состоящие из зоны входа паров (газов), зоны контакта пара (газа) и жидкости и зоны перетока жидкости на нижерасположенную и пара (газа) на вышерасположенную ступень, образующие в объеме колонны винтовое движение потоков жидкости и пара (газа) вокруг ее вертикальной оси, причем степень секционирования потоков жидкостей и пара (газа) одинакова и равна количеству секций на ступени контакта. 3 ил.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности, конкретно к аппаратам для проведения тепломассообменных процессов в системах газ (пар) жидкость.

Известна насадочная колонна, включающая цилиндрический вертикальный корпус с расположенными по высоте насадочными секциями, выполненными в форме полого многогранника. Колонна снабжена глухими перегородками, соединенными в ее центре [1].

Известна также тепломассообменная колонна, содержащая корпус в котором размещена насадка разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода пара (газа) и жидкости, в которой с целью повышения эффективности массообмена, увеличен путь пара (газа) в пределах одной контактной ступени. Для достижения этой цели колонна снабжена установленной на расстоянии от корпуса колонны вертикальной глухой перегородкой, обеспечивающей вращательно-колебательное движение потока пара в объеме колонны [2].

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности тепломассообмена за счет увеличения числа контактных ступеней при винтовом движении потоков пара и жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известной насадочной перекрестноточной колонне, включающей корпус, в котором размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода пара (газа) и жидкости, согласно изобретению горизонтальное сечение колонны на каждой ступени контакта разделено на секции, состоящие из зоны входа пара (газа), зоны контакта пара (газа) и жидкости и зоны перетока жидкости на нижерасположенную и пара (газа) на вышерасположенную ступень, образующие в объеме колонны винтовое движение потоков жидкости и пара (газа) вокруг ее вертикальной оси, причем степень секционирования потоков жидкости и пара (газа) одинакова и равна количеству секций на ступени контакта.

Известно, что геометрическая высота слоя насадки для перекрестно-точного контакта выше действующих фаз в системе пар-жидкость определяется следующим образом [3].

H ,

где = b – эквивалентная толщина насадочного блока, мм;

G вх — объемный расход потока пара (газа), м3 /с;

L вх — объемный расход потока жидкости, м3 /с;

П — плотность жидкостного орошения, м 3 /(м2 с);

г — линейная скорость потока пара (газа), м/с.

При этом:

F г — площадь под проход газа, м2 ;

F ж — площадь под проход жидкости, м2 ;

  • l — длина слоя насадки, м.

Отсюда: H .

При одинаковой длине слоя насадки и скорости движения потока пара г , определяемой из условий динамики контактирующих потоков пара и жидкости, высота слоя насадки зависит от объемного расхода потока пара. Отсюда следует, что уменьшение объемного расхода уменьшает высоту слоя насадки.

Увеличение числа заходов пара (газа) в N раз уменьшает высоту слоя насадки в N раз (фиг. 1) и количество контактов на одной ступени в N раз, при этом увеличивается число контактов в N раз на той же высоте, что и при однозаходовом варианте (фиг.2), т. е. число контактов не изменяется, но изменяется концентрация жидкости, поступающей на каждую ступень контакта на той же высоте колонны.

На фиг. 1 показана развертка по периметру тепломассообменной перекрестноточной колонны, разделенной на 3 секции; на фиг. 2 развертка по периметру тепломассообменной перекрестноточной колонны несекционированной с одним паровым входом); на фиг. 3 тепломассообменная перекрестноточная колонна с числом секций, равным двум в аксонометрии.

Предлагаемая колонна состоит из цилиндрического корпуса 1, горизонтальных перегородок 2 с отверстиями 3 для прохода газа, которые ограничены вертикальными перегородками 4 и сливными планками 5, на горизонтальных перегородках установлены пакеты насадки 6, над которыми установлена распределительная плита 7, причем каждый вышележащий пакет смещен относительно нижележащего в противоток пара (газа) на величину угла, равную половине угла пакета насадки в вертикальной проекции.

Колонна работает следующим образом.

Поток пара (газа) поступает с отверстий 3 (на фиг. 3 N=2) для прохода пара 3 в перегородках 2 и направляется в пакеты насадки 6, пар проходит пакеты насадки в перекрестном токе, контактируя с перетекающей под действием гидростатического напора жидкости с вышележащей ступени контакта смещенной относительно нижележащей в противоток пара на величину угла, равную половине угла пакета насадки в вертикальной проекции.

Аналогично двигаются остальные потоки пара и жидкости, создавая тем самым винтовые N-заходовое на фиг. 3 N=2 движение потока пара и жидкости, при этом поток пара движется относительно потока жидкости по обратному винту.

Использование многозаходовой конструкции тепломассообменной перекрестноточной колонны с винтовым движением потоков пара и жидкости позволяет увеличить путь движения газа (пара) и число контактных ступеней по высоте колонны.

Формула изобретения

Насадочная тепломассообменная перекрестноточная колонна, включающая корпус, в котором размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода пара (газа) и жидкости, отличающаяся тем, что горизонтальное сечение колонны на каждой ступени разделено на секции, состоящие из зоны входа паров (газов), зоны контакта пара (газа) и жидкости и зоны перетока жидкости на нижерасположенную и пара (газа) на вышерасположенную ступень, образующие в объеме колонны винтовое движение потоков жидкости и пара (газа) вокруг ее вертикальной оси, причем степень секционирования потоков жидкости и пара (газа) одинакова и равна количеству секций на ступени контакта.

Рис 11. — Фигуры 1, 2, 3: тепломассообменная перекрестноточная колонна

1.6.4 Патент № 2254355, Авторы: Цегельский В.Г. Жидков М.А., Патентообладатель: ООО «Техновакуум», Способ переработки углеводородов (варианты)

Реферат:

Изобретение относится к нефтепереработке, преимущественно к способам разделения углеводородов при стабилизации бензина или продуктов переработки синтез-газа. Способ переработки углеводородов по первому варианту включает подачу жидких углеводородов в ректификационную колонну, отвод из нижней ее части остатка и с верхней части — парогазовой фазы, которую охлаждают в холодильнике-конденсаторе и частично конденсируют. Полученную газожидкостную смесь разделяют на конденсат и обедненную паром парогазовую фазу. Затем часть конденсата в качестве флегмы подают в ректификационную колонну, а другую часть конденсата в качестве дистиллята выводят по назначению. При этом обедненную паром парогазовую фазу направляют в рекуперативный теплообменник и после конденсации части парогазовой фазы отделяют полученный конденсат. Отдельную газовую фазу направляют в вихревую трубу с ее разделением на холодный и горячий потоки. При этом холодный поток направляют в рекуперативный теплообменник в качестве охлаждающей среды. Нагретый в рекуперативном теплообменнике холодный поток и горячий поток выводят по назначению, а конденсат из сепаратора смешивают с выводимым дистиллятом. По второму варианту способ включает подачу синтез-газа в колонну синтеза и отвод из нее смеси газов, содержащей продукт синтеза и непрореагировавший синтез-газ. Смесь газов направляют в холодильник-конденсатор, в котором конденсируют продукт синтеза, после чего разделяют смесь на конденсат и парогазовую фазу. Конденсат выводят по назначению. Одну часть парогазовой фазы используют как продувочный газ, а другую часть возвращают в колонну синтеза на повторную обработку. При этом продувочный газ направляют в рекуперативный теплообменник, в котором конденсируют часть продувочного газа, а затем отделяют конденсат от газовой фазы. Полученную газовую фазу направляют в вихревую трубу, где газовую фазу разделяют на холодный и горячий потоки. Холодный поток направляют в рекуперативный теплообменник в качестве среды, охлаждающей продувочный газ. Нагретый в теплообменнике холодный поток и горячий поток выводят по назначению. Конденсат продувочного газа из сепаратора выводят потребителю. Технический результат — повышение эффективности переработки углеводородов путем снижения потерь продуктов при их разделении. 2 н. и 2 з.п. ф- лы, 2 ил.

Изобретение относится к области нефтепереработки, преимущественно к способам переработки углеводородов, в частности к способам стабилизации бензина в ректификационных колоннах и способам синтеза углеводородов, метанола и других органических соединений.

Известен способ переработки углеводородов, включающий подачу исходного сырья в ректификационную колонну, отвод из нее остатка, боковых погонов и парогазовой фазы (см. SU 910725, кл. С 10 G 7/06, 07.03.82).

Однако данный способ переработки нефти и ее продуктов требует больших затрат энергии и сложной технологической схемы для его реализации, что снижает привлекательность данного способа переработки.

Наиболее близким к одному из вариантов изобретения по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки жидких углеводородов, включающий подачу жидких углеводородов в ректификационную колонну, отвод из нижней ее части остатка и с верхней части — парогазовой фазы, причем последнюю после выхода из колонны охлаждают в холодильнике-конденсаторе и частично конденсируют, после чего полученную газожидкостную смесь разделяют на конденсат и обедненную паром парогазовую фазу, затем часть конденсата в качестве флегмы подают в ректификационную колонну, а другую часть конденсата в качестве дистиллята выводят по назначению (см. Плановский А.Н., Николаев П.И., Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, Москва, Химия, 1987, с.282-283).

Наиболее близким к другому варианту переработки углеводородов является способ переработки углеводородов, включающий подачу синтез-газа в колонну синтеза и отвод из нее смеси газов, содержащей продукт синтеза и непрореагировавший синтез-газ, смесь газов направляют в холодильник-конденсатор, в котором конденсируют продукт синтеза, после чего разделяют смесь на конденсат продукта синтеза и парогазовую фазу, а затем этот конденсат выводят по назначению, часть парогазовой фазы выводят как продувочный газ, а другую часть возвращают в колонну синтеза на повторную обработку (см. О.В.Румянцев, Оборудование цехов синтеза высокого давления в азотной промышленности, Химия, Москва, 1970, с.61-62).

Однако одним из основных недостатков данных способов переработки углеводородов является потеря части продукта переработки углеводородов, а в тоже время достаточно высокое давление парогазовой фазы на выходе из ректификационной колонны и продувочного газа в месте его вывода в установках синтеза бесполезно дросселируется, что приводит к потере давления, как вида энергии.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности способов переработки углеводородов путем снижения потерь продуктов переработки за счет полезного использования давления парогазовой фазы и продувочного газа после выхода их соответственно из ректификационной колонны и колонны синтеза и, как следствие, увеличение выхода дистиллята и продукта синтеза.

Указанная задача решается за счет того, что способ переработки углеводородов по первому варианту включает подачу жидких углеводородов в ректификационную колонну, отвод из нижней ее части остатка и с верхней части — парогазовой фазы, причем последнюю после выхода из колонны охлаждают в холодильнике-конденсаторе и частично конденсируют, после чего полученную газожидкостную смесь разделяют на конденсат и обедненную паром парогазовую фазу, затем часть конденсата в качестве флегмы подают в ректификационную колонну, а другую часть конденсата в качестве дистиллята выводят по назначению, при этом обедненную паром парогазовую фазу направляют в рекуперативный теплообменник, в котором путем охлаждения конденсируют часть обедненной паром парогазовой фазы, а затем отделяют полученный в рекуперативном теплообменнике конденсат от газовой фазы, после чего газовую фазу направляют в вихревую трубу с разделением в последней газовой фазы на холодный и горячий потоки, при этом холодный поток направляют в рекуперативный теплообменник в качестве среды, охлаждающей обедненную паром парогазовую фазу, после чего нагретый в рекуперативном теплообменнике холодный поток и горячий поток выводят по назначению, а конденсат из сепаратора смешивают с выводимым дистиллятом.

Обедненная паром парогазовая фаза перед подачей в рекуперативный теплообменник может быть предварительно охлаждена в дополнительном холодильнике.

Указанная задача по второму варианту решается за счет того, что способ переработки углеводородов включает подачу синтез-газа в колонну синтеза и отвод из нее смеси газов, содержащей продукт синтеза и непрореагировавший синтез-газ, смесь газов направляют в холодильник-конденсатор, в котором конденсируют продукт синтеза, после чего разделяют смесь на конденсат продукта синтеза и парогазовую фазу, а затем этот конденсат выводят по назначению, часть парогазовой фазы выводят как продувочный газ, а другую часть возвращают в колонну синтеза на повторную обработку, при этом продувочный газ направляют в рекуперативный теплообменник, в котором путем охлаждения конденсируют часть продувочного газа, а затем отделяют полученный в рекуперативном теплообменнике конденсат продувочного газа от газовой фазы, после чего газовую фазу направляют в вихревую трубу с разделением в последней газовой фазы на холодный и горячий потоки, при этом холодный поток направляют в рекуперативный теплообменник в качестве среды, охлаждающей продувочный газ, после чего нагретый в рекуперативном теплообменнике холодный поток и горячий поток выводят по назначению, а конденсат продувочного газа из сепаратора выводят потребителю.

Продувочный газ перед подачей в рекуперативный теплообменник может быть предварительно охлажден в дополнительном холодильнике.

В ходе проведенных исследований было установлено, что одним из основных недостатков способов переработки углеводородов является потеря части продуктов переработки (дистиллята и продукта синтеза), содержащихся в обедненной парогазовой фазе и в продувочном газе. Используемые холодильники не позволяют достигнуть в полной мере конденсации паров дистиллята и продукта синтеза, что приводит к потере с газовой «сдувкой» ценных углеводородов, например бензиновых фракций или продуктов синтеза. При этом давление в зоне отвода парогазовой фазы с верха ректификационной колонны может достигать 0,5 МПа — 0,8 МПа, а давление в месте вывода продувочного газа может достигать десятков МПа. Такое достаточно высокое давление парогазовой фазы и продувочного газа позволяет организовать более эффективную конденсацию продукта переработки (дистиллята и продукта синтеза) после его выхода соответственно из ректификационной колонны и колонны синтеза.

Как показал проведенный анализ, предложенный способ позволяет увеличить количество выделяемого конденсата дистиллята и продукта синтеза из парогазовой фазы и продувочного газа путем рационального использования энергии давления, соответственно обедненной паром парогазовой фазы и продувочного газа, что уменьшает потери дистиллята и продукта синтеза. Этого удалось добиться путем использования энергии давления обедненной паром парогазовой фазы и продувочного газа для их охлаждения. Как следствие, более глубокое охлаждение обедненной паром парогазовой фазы и продувочного газа позволяет интенсифицировать процесс конденсации соответственно дистиллята и продукта синтеза из обедненной паром парогазовой фазы продувочного газа и за счет этого повысить экологическую безопасность процессов переработки углеводородов. В результате на сжигание подается парогазовая фаза, в составе которой остались только относительно легкие углеводороды, что снижает содержание вредных продуктов сгорания в дымовых газах, а в случае процесса синтеза в продувочном газе резко увеличивается содержание инертных, безопасных для окружающей среды газов.

Таким образом, удалось добиться выполнения поставленной в изобретении задачи — повышение эффективности процессов переработки углеводородов путем снижения потерь дистиллята и продукта синтеза за счет использования давления обедненной паром парогазовой фазы и продувочного газа после выхода последних соответственно из ректификационной колонны и колонны синтеза. Одновременно повысилась экологическая безопасность процесса переработки углеводородов.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки, в которой реализуется описываемый способ переработки жидких углеводородов путем их перегонки, а на фиг.2 представлена принципиальная схема установки переработки синтез-газа.

Установка переработки углеводородов путем их перегонки (см. фиг.1) содержит ректификационную колонну 1 с подключенными к ней трубопроводом 2 подвода жидких углеводородов, трубопроводом 3 отвода остатка и трубопроводом 4 отвода парогазовой фазы. Последний подключен через холодильник-конденсатор 5 к сепаратору-дефлегматору 6, который выходом из него конденсата подключен к верху ректификационной колонны 1 и трубопроводу 7 отвода дистиллята, а выходом обедненной паром парогазовой фазы — к рекуперативному теплообменнику 8, который, в свою очередь, подключен к сепаратору 9. Сепаратор 9 выходом конденсата подключен к трубопроводу 7 отвода дистиллята, а выходом газовой фазы — к вихревой трубе 10 с подключенными к ней трубопроводами 11 и 12 соответственно отвода холодного и горячего потоков. При этом трубопровод 11 отвода холодного потока подключен к рекуперативному теплообменнику 8. Установка может быть снабжена дополнительным холодильником 13, установленным перед рекуперативным теплообменником 8.

Установка для переработки углеводородов, в частности синтез-газа, содержит колонну синтеза 14 с подключенными к ней трубопроводом 15 подачи синтез-газа и трубопроводом 16 отвода смеси газов, который подключен через холодильник-конденсатор 17 к сепаратору 18 синтез-газа. Сепаратор 18 синтез-газа выходом конденсата продукта синтеза подключен к трубопроводу 19 отвода продукта синтеза, а выходом парогазовой фазы — к колонне синтеза 14 со стороны ввода в нее синтез-газа, например, при помощи трубопровода 27. Кроме того, выход парогазовой фазы из сепаратора 18 синтез-газа подключен к трубопроводу 20 отвода продувочного газа, который, в свою очередь, через рекуперативный теплообменник 21 подключен к сепаратору 22 продувочного газа. Сепаратор 22 выходом конденсата продувочного газа подключен к трубопроводу 19 отвода продукта синтеза, а выходом газовой фазы — к вихревой трубе 23 с трубопроводами 24 и 25 соответственно отвода холодного и горячего потоков газовой фазы. Трубопровод 24 отвода холодного потока газовой фазы подключен к рекуперативному теплообменнику 21. Установка может быть снабжена дополнительным холодильником 26, установленным перед рекуперативным теплообменником 21.

Описываемый способ переработки углеводородов, например перегонки жидких углеводородов, реализуется следующим образом. Жидкие углеводороды нагревают и подают по трубопроводу 2 в ректификационную колонну 1. Из нижней части ректификационной колонны по трубопроводу 3 отводят остаток, а по трубопроводу 4 отводят парогазовую фазу. Последнюю после выхода из колонны 1 охлаждают в холодильнике-конденсаторе 5 и частично конденсируют. После этого полученную газожидкостную смесь в сепараторе 6 разделяют на конденсат и обедненную паром парогазовую фазу. Затем часть конденсата в качестве флегмы подают в ректификационную колонну 1, а другую часть конденсата в качестве дистиллята по трубопроводу 7 выводят из установки переработки углеводородов по назначению, например в резервуары для хранения дистиллята. Обедненную паром парогазовую фазу из сепаратора 6 направляют в рекуперативный теплообменник 8, в котором путем охлаждения конденсируют часть обедненной паром парогазовой фазы. Затем в сепараторе 9 отделяют полученный в рекуперативном теплообменнике 8 конденсат от газовой фазы, после чего газовую фазу направляют в вихревую трубу 10 с разделением в последней газовой фазы на холодный и горячий потоки. Холодный поток по трубопроводу 11 направляют в рекуперативный теплообменник 8 в качестве среды, охлаждающей обедненную паром парогазовую фазу. Нагретый в рекуперативном теплообменнике 8 холодный поток и горячий поток по трубопроводу 12 выводят по назначению, например в качестве топлива в печи котельной установки. Конденсат из сепаратора 9, который представляет собой конденсат дистиллята, направляют в трубопровод 7 отвода дистиллята и смешивают с выводимым дистиллятом. Процессы, протекающие в рекуперативном теплообменнике 8 и сепараторе 9, могут реализовываться в одном устройстве, например в модернизированном рекуперативном теплообменнике 8. При этом в этом теплообменнике 8 за счет охлаждения будет происходить не только процесс конденсации части обедненной паром парогазовой фазы, но и отделение конденсата от газовой фазы. Обедненная паром парогазовая фаза перед подачей в рекуперативный теплообменник 8 может быть предварительно охлаждена в дополнительном холодильнике 13. Данная процедура охлаждения может быть необходима при работе в жарких условиях, например в летний период.

В случае реализации второго варианта способа переработки углеводородов в колонну синтеза 14 подают по трубопроводу 15 синтез-газ и отводят из нее по трубопроводу 16 смесь газов, содержащую продукт синтеза и непрореагировавший синтез-газ. Смесь газов направляют в холодильник-конденсатор 17, в котором конденсируют продукт синтеза. После этого в сепараторе 18 разделяют смесь на конденсат продукта синтеза и парогазовую фазу. Этот конденсат по трубопроводу 19 выводят из установки по назначению, например в резервуар для хранения продукта синтеза. Часть парогазовой фазы из сепаратора 18 выводят как продувочный газ по трубопроводу 20, а другую часть возвращают в колонну синтеза 14, например, по трубопроводу 27 на повторную переработку. Продувочный газ по трубопроводу 20 направляют в рекуперативный теплообменник 21, в котором путем охлаждения конденсируют часть продувочного газа. Затем в сепараторе 22 отделяют полученный в рекуперативном теплообменнике 21 конденсат продувочного газа от газовой фазы, после чего газовую фазу направляют в вихревую трубу 23 с разделением в последней газовой фазы на холодный и горячий потоки. Холодный поток по трубопроводу 24 направляют в рекуперативный теплообменник 21 в качестве среды, охлаждающей продувочный газ, после чего нагретый в рекуперативном теплообменнике 21 холодный поток и горячий поток по трубопроводу 25 выводят по назначению, например в систему его сжигания в котельной установке, а конденсат продувочного газа (продукт синтеза колонны синтеза 14) из сепаратора 22 выводят по назначению, например в трубопровод 19. Процессы, протекающие в рекуперативном теплообменнике 21 и сепараторе 22, могут реализовываться в одном устройстве, например в модернизированном рекуперативном теплообменнике 21. При этом в этом рекуперативном теплообменнике 21 за счет охлаждения будет происходить не только процесс конденсации части продувочного газа, но и отделение (сепарация) образованного конденсата от газовой фазы. Продувочный газ перед подачей в рекуперативный теплообменник 21 может быть предварительно охлажден в дополнительном холодильнике 26. Данная процедура охлаждения может быть необходима при работе в жарких условиях, например в летний период.

Настоящее изобретение может быть использовано в химической и нефтегазовой промышленности при перегонке нефти и нефтепродуктов, а также при синтезе аммиака, метанола и других продуктов химической промышленности.

Формула изобретения

  1. Способ переработки углеводородов, включающий подачу жидких углеводородов в ректификационную колонну, отвод из нижней ее части остатка и с верхней части — парогазовой фазы, причем последнюю после выхода из колонны охлаждают в холодильнике-конденсаторе и частично конденсируют. После чего полученную газожидкостную смесь разделяют на конденсат и обедненную паром парогазовую фазу, затем часть конденсата в качестве флегмы подают в ректификационную колонну, а другую часть конденсата в качестве дистиллята выводят по назначению, отличающийся тем, что обедненную паром парогазовую фазу направляют в рекуперативный теплообменник, в котором путем охлаждения конденсируют часть обедненной паром парогазовой фазы. Затем отделяют полученный в рекуперативном теплообменнике конденсат от газовой фазы, после чего газовую фазу направляют в вихревую трубу с разделением в последней газовой фазы на холодный и горячий потоки, при этом холодный поток направляют в рекуперативный теплообменник в качестве среды охлаждающей обедненную паром парогазовую фазу, после чего нагретый в рекуперативном теплообменнике холодный поток и горячий поток выводят по назначению, а конденсат из сепаратора смешивают с выводимым дистиллятом.
  2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обедненную паром парогазовую фазу перед подачей в рекуперативный теплообменник предварительно охлаждают в дополнительном холодильнике.
  3. Способ переработки углеводородов, включающий подачу синтез-газа в колонну синтеза и отвод из нее смеси газов, содержащей продукт синтеза и непрореагировавший синтез-газ, смесь газов направляют в холодильник-конденсатор, в котором конденсируют продукт синтеза, после чего разделяют смесь на конденсат продукта синтеза и парогазовую фазу. Затем этот конденсат выводят по назначению, часть парогазовой фазы выводят как продувочный газ, а другую часть возвращают в колонну синтеза на повторную обработку, отличающийся тем, что продувочный газ направляют в рекуперативный теплообменник, в котором путем охлаждения конденсируют часть продувочного газа. Затем отделяют полученный в рекуперативном теплообменнике конденсат продувочного газа от газовой фазы, после чего газовую фазу направляют в вихревую трубу с разделением в последней газовой фазы на холодный и горячий потоки, при этом холодный поток направляют в рекуперативный теплообменник в качестве среды, охлаждающей продувочный газ, после чего нагретый в рекуперативном теплообменнике холодный поток и горячий поток выводят по назначению, а конденсат продувочного газа выводят потребителю.
  4. Способ по п.3, отличающийся тем, что продувочный газ перед подачей в рекуперативный теплообменник предварительно охлаждают в дополнительном холодильнике, конденсат продувочного газа выводят потребителю.

1.6.5 Патент № 200912, Авторы: Вальдберг Арнольд Юрьевич, Полиенова Евгения Валерьевна

Патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет инженерной экологии».

Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов

Реферат:

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепло — и массообменных процессов в системе газ — жидкость, и может применяться в колонных аппаратах при осуществлении процессов абсорбции и ректификации в газовой, нефтяной и химической отраслях промышленности. Насадка выполнена в виде сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы, изготовленной из сетчатого рукава, вязаного кулирной гладью из проволоки. Поверхность сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы расположена по направлению газового потока. Диаметр проволоки сетки находится в следующем соотношении с основными геометрическими параметрами кулирной глади:

  • где d — диаметр проволоки;
  • А — петельный шаг, равный 7-9 мм;
  • В — высота петельного ряда, равная 6-8 мм;
  • М — коэффициент, находящийся в пределах от 32,5 до 85. Технический результат: снижение аэродинамического сопротивления насадки, повышение эффективности тепломассообмена. 4 з.п. ф-лы, 6 ил тепломассообмена. 4 з.п. ф- лил

Рис. 12 – Фигуры 1,2: Регулярная насадка для тепломассообменных

аппаратов

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) — жидкость, и может найти применение в колонных аппаратах при осуществлении процессов абсорбции и ректификации в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности.

Известна насадка для массообменных и сепарационных аппаратов (RU 2155095 С1, МПК B01J 19/32, B01D 45/00, от 09.03.1999), содержащая сетку, уложенную слоями, и фиксирующие элементы, выполненные в виде параллельных стержней, установленных в сетке и между слоями сетки с частичным перекрытием сечения насадки и креплением их концов пластинами, при этом слои сетки установлены под углом к стержням. Стержни установлены под углом к горизонтальной плоскости. Сетка по длине имеет зигзагообразный профиль и выполнена из сетчатого рукава.

Недостатком такой насадки является увеличение аэродинамического сопротивления насадки за счет наличия фиксирующих элементов в сетке и между слоями сетки, а также расположения поверхности сетки под утлом к направлению газового потока. Кроме того, частичное перекрытие сечения насадки стержнями, установленными в сетке и между слоями сетки, уменьшает удельную поверхность насадки. Указанные недостатки известного устройства не позволяют снизить аэродинамическое сопротивление насадки и достичь существенного повышения эффективности тепломассообмена. Кроме того, за счет наличия фиксирующих элементов в сетке происходит снижение механической прочности насадки.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является сетчатая насадка для массообменных процессов (SU 403422 А1, МПК B01J 19/32, от 30.03.1971), прототип, выполненная в виде зигзагообразной полосы, на которую наложена вторая полоса равной длины, расположенная под углом 90° к первой полосе.

Недостатком такой насадки является увеличение аэродинамического сопротивления насадки за счет расположения второй полосы насадки под углом 90° к первой полосе, а также расположения поверхности сетки перпендикулярно направлению газового потока.

Задача изобретения — снижение аэродинамического сопротивления насадки и повышение эффективности тепломассобмена.

Указанная задача достигается тем, что насадка выполнена в виде сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы, изготовленной из сетчатого рукава, вязаного кулирной гладью из проволоки. Поверхность сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы расположена по направлению газового потока. Диаметр проволоки сетки находится в следующем соотношении с основными геометрическими параметрами кулирной глади: , где d — диаметр проволоки; А — петельный шаг, равный 7÷9 мм; В — высота петельного ряда, равная 6÷8 мм; М — коэффициент, находящийся в пределах от 32,5 до 85. Кроме того, число зигзагов на 1 м длины слоя насадки составляет от 155 до 165, а угол, образуемый в местах сгиба полосы, находится в пределах от 1 до 3°.

При исследовании отличительных признаков описываемой регулярной насадки не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования регулярных насадок для тепломассообменных аппаратов, позволяющих снизить аэродинамическое сопротивление насадки и повысить эффективность тепломассобмена за счет соответственно большого свободного объема и высокой удельной поверхности насадки путем выполнения насадки в виде сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы, изготовленной из сетчатого рукава, вязаного кулирной гладью из проволоки, и расположенной по направлению газового потока, в которой диаметр проволоки сетки находится в следующем соотношении с основными геометрическими параметрами кулирной глади:

  • где d — диаметр проволоки;
  • А — петельный шаг, равный 7÷9 мм;
  • В — высота петельного ряда, равная 6÷8 мм;
  • М — коэффициент, находящийся в пределах от 32,5 до 85, число зигзагов на 1 м длины слоя насадки составляет от 155 до 165, а угол, образуемый в местах сгиба полосы, находится в пределах от 1 до 3°.Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемой заявителем задаче изобретения отличительных признаков в заявляемой конструкции регулярной насадки, изложенных в формуле изобретения.

Результаты поиска с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленной регулярной насадки, показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено влияний преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанной выше задачи изобретения.

На фиг.1 показана регулярная насадка в аксонометрической проекции: L — длина слоя насадки.

На фиг.2 — рукав сетчатый (исходный материал для изготовления насадки).На фиг.3 — плетение нитей в кулирной глади: А — петельный шаг; В — высота петельного ряда. На фиг.4 — сопоставление зависимости аэродинамического сопротивления заявляемой насадки и прототипа p/H, Па/м, от скорости газового потока v г м/с (результаты опытных испытаний заявляемой насадки и результаты расчета прототипа).

На фиг.5 показан продольный разрез тепломассобменной колонны, в которой установлена регулярная насадка. Крепление насадки в колонне осуществляется, например, при помощи фиксирующих элементов в виде решеток, установленных снизу и сверху насадки.

На фиг.6 — разрез А-А на фиг.5.

Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов состоит из сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы 1 (фиг.1), выполненной в виде сетчатого рукава (фиг.2), вязаного кулирной гладью (фиг.3) из проволоки диаметром , где А — петельный шаг, равный 7÷9 мм; В — высота петельного ряда, равная 6÷8 мм; М — коэффициент, находящийся в пределах от 32,5 до 85. При этом число зигзагов на 1 м длины слоя насадки составляет от 155 до 165, а угол, образуемый в местах сгиба полосы, находится в пределах от 1 до 3°.

Регулярная насадка в условиях противотока на системе газ (пар) — жидкость работает следующим образом.

Насадка, выполненная из сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы 1 (фиг.1), располагается в колонне 2 (фиг.5-6) так, что поверхность сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы расположена по направлению газового потока. Жидкость равномерно распределяется на насадку сверху. Газ (пар) поступает снизу насадки. Процесс тепломассобмена осуществляется на поверхности сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы 1, выполненной в виде сетчатого рукава, вязаного кулирной гладью из проволоки.

Заявленная регулярная насадка предназначена для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) — жидкость и может найти применение в колонных аппаратах при осуществлении процессов абсорбции и ректификации в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности.

Работоспособность опытного образца регулярной насадки для тепломассообменных аппаратов, выполненной в соответствии с формулой изобретения (петельный шаг А — 8 мм, высота петельного ряда В — 7 мм, коэффициент М — 50 (диаметр проволоки d — 0,3 мм), число зигзагов на 1 м длины слоя насадки — 160, угол, образуемый в местах сгиба полосы, — 2°), подтверждена опытными испытаниями. По результатам наших расчетов аэродинамическое сопротивление заявляемой насадки в диапазоне скорости газа 1÷4 м/с ниже аэродинамического сопротивления прототипа на 70÷90% (фиг.4).

Преимущество заявленной регулярной насадки для тепломассообменных аппаратов, выполненной в виде сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы, изготовленной из сетчатого рукава, вязаного кулирной гладью из проволоки, и расположенной по направлению газового потока, в которой диаметр проволоки сетки находится в следующем соотношении с основными геометрическими параметрами кулирной глади: , где d — диаметр проволоки; А — петельный шаг, равный 7÷9 мм; В — высота петельного ряда, равная 6÷8 мм; М — коэффициент, находящийся в пределах от 32,5 до 85, число зигзагов на 1 м длины слоя насадки составляет от 155 до 165, а угол, образуемый в местах сгиба полосы, находится в пределах от 1 до 3°, заключается в снижении аэродинамического сопротивления насадки и повышении эффективности тепломассобмена за счет соответственно большого свободного объема и высокой удельной поверхности насадки.

При значениях петельного шага А, высоты петельного ряда В, коэффициента М, числа зигзагов на 1 м длины слоя насадки и угла, образуемого в местах сгиба полосы, выходящих за указанные в формуле изобретения пределы, наблюдается следующее:

а) не обеспечивается достаточная механическая прочность насадки:

  • при петельном шаге А менее 7 мм и высоте петельного ряда В менее 6 мм;
  • при значении коэффициента М более 85;

б) значительно увеличивается аэродинамическое сопротивление насадки:

  • при петельном шаге А более 9 мм и высоте петельного ряда В более 8 мм;
  • при значении коэффициента М менее 32,5;
  • при числе зигзагов на 1 м длины слоя насадки более 165;
  • при величине угла, образуемого в местах сгиба полосы, менее 1°;

в) происходит нежелательный провал жидкости через насадку и, как следствие, уменьшается эффективность тепломассообмена:

  • при числе зигзагов на 1 м длины слоя насадки менее 155;
  • при величине угла, образуемого в местах сгиба полосы, более 3°.

Указанный в формуле изобретения диапазон значений петельного шага А, высоты петельного ряда В, коэффициента М, числа зигзагов на 1 м длины слоя насадки и угла, образуемого в местах сгиба полосы, обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления насадки и повышение эффективности тепломассобмена при достаточной механической прочности насадки.

Формула изобретения

  1. Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов, выполненная в виде сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы, отличающаяся тем, что сетчатая двухслойная полоса выполнена в виде сетчатого рукава, вязаного кулирной гладью из проволоки.
  2. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность сетчатой двухслойной зигзагообразной полосы расположена по направлению газового потока.
  3. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр проволоки сетки находится в следующем соотношении с основными геометрическими параметрами кулирной глади:, где d — диаметр проволоки; А — петельный шаг, равный 7-9 мм; В — высота петельного ряда, равная 6-8 мм; М — коэффициент, находящийся в пределах от 32,5 до 85.
  4. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что число зигзагов на 1 м длины слоя насадки составляет 155÷165.
  5. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что угол, образуемый в местах сгиба полосы, находится в пределах 1÷3°.

1.6.6 Патент № 2300419

Авторы: Дмитриева Галина Борисовна, Беренгартен Михаил Георгиевич, Пушнов Александр Сергеевич, Поплавский Виктор Юлианович

Патентообладатель:

Московский государственный университет инженерной экологии

Регулярная насадка для тепло — и массообменных аппаратов

Реферат:

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, а также газового конденсата в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве разделителей фаз в сепарационных устройствах, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения, в качестве оросителей градирен и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслях промышленности. Регулярная насадка состоит из собранных в пакеты гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр соседних листов под углом к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы сложной геометрической формы. Насадка снабжена проставками, выполненными в виде блока горизонтально уложенных в ряды параллельно друг другу объемных элементов, причем оси симметрии элементов, лежащих в соседних по высоте рядах, взаимно перпендикулярны. Отношение высоты пакета из гофрированных листов к высоте блока проставки находится в пределах 2-5. Общая высота блока проставок находится в пределах 1,0-4,0 эквивалентных диаметров одного элемента. Эквивалентный диаметр каналов пакета из гофрированных листов и эквивалентный диаметр элемента блока проставки находятся в соотношении 0,4-0,8. Элементы блока проставки представляют собой тела вращения, которые выполнены в виде многозаходных геликоидов, причем число заходов составляет 2-4. Элементы блока проставки уложены в ряды с зазором относительно друг друга, причем шаг, на расстоянии которого оси симметрии соседних элементов располагаются друг от друга, составляет 1,7-2,5 диаметра одного элемента. Изобретение позволяет повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков и перераспределения жидкости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, газового конденсата, а также в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве разделителей фаз в сепарационных устройствах, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения, в качестве оросителей градирен, и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслей промышленности.

Известна регулярная насадка фирмы «Глитч» (патент ЕР 0130745 А2, МПК: F28F 25/08, В01D 53/18, F28С 1/02 от 21.06.84), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры соседних соприкасающихся друг с другом листов выполнены по диагонали в противоположных направлениях. Листы выполнены с отверстиями или просечками в виде арок, отогнутых треугольников, прямоугольников или четырехлистников, расположенными на сторонах гофр.

Известна регулярная насадка фирмы «Зульцер» (патент США №4643853, НКИ: 261-112 от 17.02.87), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры на каждом из листов расположены по диагонали и выполнены с отверстиями или насечками вдоль или поперек гофр.

Недостатком таких насадок является то, что они недостаточно эффективно обеспечивают равномерное распределение газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является регулярная насадка, которую содержит тепломассообменный аппарат (авторское свидетельство SU №1681924 A1, В01J 19/30 от 07.10.1991), состоящая из контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр соседних листов под углом к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы сложной геометрической формы. Контактные пакеты насадки расположены по высоте аппарата с промежутками, в которых размещены перераспределительные пакеты или проставки, выполненные аналогично контактным пакетам из гофрированных листов, но имеющие меньшую высоту и меньший шаг гофрирования листов.

К недостаткам этой конструкции относится отсутствие перемешивания и турбулизации газовых и жидкостных потоков внутри контактных и перераспределительных пакетов насадки и, как следствие, несущественное повышение эффективности тепло- и массообменных процессов.

Также недостатком известных конструкций насадок является то, что их наибольшая тепло- и/или массообменная эффективность проявляется при проведении определенных технологических процессов, что ограничивает область их применения.

Задача изобретения:

  • повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков, поступающих из закрытых каналов пакета из гофрированных листов, с помощью дополнительной их закрутки и перемешивания в блоке проставки;
  • создать дополнительную пленочно-капельную зону контакта фаз, что приведет к увеличению массообменной эффективности насадки и уменьшению капитальных затрат;

— повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет перераспределения и поперечного перемешивания жидкости, поступающей из закрытых каналов пакета из гофрированных листов, с помощью ее дополнительного перемещения в горизонтальном направлении в блоке проставки.

Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в достижении турбулизации потоков газа на входе в пакет регулярной насадки из гофрированных листов, получении дополнительной пленочно-капельной области взаимодействия газовой и жидкой фаз, достижении перемешивания жидкостных потоков в поперечном сечении аппарата перед входом в нижерасположенный пакет регулярной насадки из гофрированных листов и как следствие в повышении тепло- и массообменной эффективности известных регулярных насадок массообменных аппаратов и оросительных устройств градирен, а также в расширении сферы применения насадки.

Указанный технический результат достигается тем, что в регулярной насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр соседних листов под углом к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы сложной геометрической формы, и размещенных в промежутках по высоте между контактными пакетами блоков проставок, согласно изобретению блоки проставок выполнены в виде горизонтально уложенных в ряды параллельно друг другу объемных элементов, причем оси симметрии элементов, лежащих в соседних по высоте рядах, взаимно перпендикулярны, а общая высота блока проставок находится в пределах 1,0÷4,0 эквивалентных диаметров одного элемента, при этом отношение высоты пакета из гофрированных листов к высоте блока проставки находится в пределах 2÷5.

Эквивалентный диаметр каналов пакета из гофрированных листов и эквивалентный диаметр элемента блока проставки могут находиться в соотношении 0,4÷0,8.

Элементы блока проставки могут быть телами вращения, которые выполнены в виде многозаходных геликоидов, причем число заходов может составлять 2÷4.

Элементы блока проставки, представляющие собой многозаходные геликоиды, должны быть уложены в ряды с зазором относительно друг друга, причем шаг, на расстоянии которого оси симметрии соседних элементов располагаются друг от друга, может составлять 1,7÷2,5 диаметра одного элемента.

На фиг.1 изображена регулярная насадка, снабженная блоком проставки из объемных элементов, представляющих собой четырехзаходные геликоиды; на фиг.2 изображен в плане блок проставки из четырехзаходных геликоидов (разрез А-А фиг.1).

Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов состоит из контактных пакетов 1, собранных из гофрированных листов 2, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр 3 соседних листов под углом () к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами 3 друг с другом и образующих между собой свободные каналы 4 сложной геометрической формы, и размещенных в промежутках по высоте аппарата 8 между контактными пакетами 1 блоков проставок 5, которые выполнены в виде горизонтально уложенных в ряды параллельно друг другу объемных элементов 7, причем оси симметрии 9 элементов 7, лежащих в соседних по высоте рядах 6, взаимно перпендикулярны, а общая высота блока проставок 5 (h) находится в пределах 1,0÷4,0 эквивалентных диаметров одного элемента 7, при этом отношение высоты пакета 1 из гофрированных листов 2 (Н) к высоте блока проставки 5 (h) находится в пределах 2÷5.

Компоновка регулярной насадки в аппарате 8 выполнена так, что эквивалентный диаметр каналов 4 пакета 1 из гофрированных листов 2 и эквивалентный диаметр элемента 7 блока проставки 5 находятся в соотношении 0,4÷0,8.

Элементы 7 блока проставки 5 выполнены, например, в виде многозаходных геликоидов 10, заходы 11 которых в количестве 2÷4 образуют спиралевидные каналы 12, причем геликоиды уложены в ряды 6 с шагом (t), составляющим 1,7÷2,5 диаметра (D) одного геликоида 10.

Регулярная насадка работает следующим образом. Жидкая фаза подается на верхний торец пакета 1, собранного из гофрированных листов 2 и стекает по их поверхности в виде тонкой пленки, контактируя с восходящими по свободным каналам 4 пакета 1, образованным взаиморасположением гофрированных листов 2, потоками газа, таким образом, массообмен между жидкостью и газом происходит в пленочном режиме. Расположение гофр 3 в листах 2 под углом к горизонту обеспечивает рациональное использование рабочего объема аппарата 8 вследствие увеличенного пути прохождения жидкости и ее эффективного перераспределения в местах соприкосновения гофр 3 соседних листов 2 пакета 1.

Пройдя пакет 1 из гофрированных листов 2, жидкость перетекает в блок проставки 5, выполненный, например, из уложенных в ряды 6 с зазором относительно друг друга многозаходных геликоидов 10. Жидкость растекается по поверхностям ребер 11 многозаходных геликоидов 10 верхнего ряда 6 блока проставки 5 в виде пленки, перемещаясь по сложной траектории, и подвергается взаимодействию с восходящими потоками газа. По мере накопления жидкости на поверхности ребер 11 геликоида 10 она срывается с них в виде капель и попадает на следующий нижележащий ряд 6 геликоидов 10, расположенных перпендикулярно геликоидам 10 верхнего ряда 6, и на третий ряд 6 геликоидов 10, размещенных аналогично геликоидам 10 верхнего ряда 6. В результате достигается перемешивание жидкости за счет переориентации ее движения, что способствует интенсификации тепло- и массообмена.

Газовые потоки попадают в блок проставки 5 из свободных каналов 4 нижерасположенного пакета 1 из гофрированных листов 2, закручиваются, попадая в спиралевидные каналы 12, образованные ребрами 11 геликоидов 10, и перетекают на следующий вышележащий ряд 6 геликоидов 10. Таким образом обеспечивается поперечное перемешивание газа и его турбулизация, а взаимодействие газа и жидкости в блоке проставки 5 носит пленочно-капельный характер, что повышает эффективность тепло- и массообмена между ними. Пройдя блок проставки 5, газ распределяется по свободным каналам 4 вышерасположенного пакета 1 из гофрированных листов 2, а жидкость растекается по поверхности гофрированных листов 2 пакета 1, расположенного ниже блока проставки 5.

  • повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков, поступающих из закрытых каналов расположенного ниже проставки пакета из гофрированных листов, с помощью дополнительной их закрутки и перемешивания в блоке проставки;
  • создать дополнительную пленочно-капельную зону контакта фаз, что ведет к увеличению массообменной эффективности насадки и уменьшению капитальных затрат;

— повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет перераспределения жидкости, поступающей из закрытых каналов расположенного выше проставки пакета из гофрированных листов, с помощью ее дополнительного перемещения по поверхности элементов блока проставки в горизонтальном направлении, что обеспечивает перемешивание жидкости и ее равномерное распределение по поперечному сечению аппарата.

Компоновка пакетов и проставок как основных составляющих регулярной насадки таким образом, что отношение высоты пакета из гофрированных листов к высоте блока проставки находится в пределах 2÷5 обусловлено тем, что для выполнения проставкой функции турбулизатора и перераспределителя газовых и жидкостных потоков необходимо, чтобы ее высота была не менее 1/5 высоты пакета из гофрированных листов, с другой стороны, процессы тепло- и массообмена между фазами протекают в основном внутри пакета на поверхности гофрированных листов, поэтому высоту пакета из гофрированных листов целесообразно выполнять как минимум в 2 раза большей, чем высоту проставки.

Выполнение блока проставки таким образом, что общая высота блока из элементов находится в пределах 1,0÷4,0 эквивалентного диаметра одного элемента, т.е. блок проставки состоит из 1÷4 рядов элементов, причем оси симметрии элементов, лежащих в соседних по высоте рядах блока проставки, взаимно перпендикулярны, обусловлено тем, что для выполнения функции турбулизатора и перераспределителя газовых и жидкостных потоков достаточно одного ряда элементов, для повышения турбулизации можно увеличить количество рядов, располагая каждый последующий ряд с поворотом на 90° по отношению к предыдущему, однако с увеличением количества рядов растет гидравлическое сопротивление насадки по газу, поэтому полезный эффект от наличия проставки сохраняется при количестве рядов элементов не более 4.

Из соображений соответствия размера каналов в пакете, имеющих сложную геометрическую форму, с размерами каналов, образованных в блоке проставки взаиморасположением элементов, насадка должна выполняться таким образом, чтобы эквивалентный диаметр свободных каналов в пакете из гофрированных листов был не менее 0,2 эквивалентных диаметров элемента блока проставки, для того чтобы в блоке проставки придать нужное направление потокам газа, поступающим из свободных каналов пакета, и турбулизировать их. С другой стороны, эквивалентный диаметр свободных каналов в пакете из гофрированных листов должен быть не более 0,8 эквивалентных диаметров элемента блока проставки, поскольку в противном случае эквивалентный диаметр свободных каналов в проставке может оказаться меньше эквивалентного диаметра свободных каналов в пакете из гофрированных листов, тогда проставка перекроет поток газа и создаст гидрозатвор для жидкости, что приведет к захлебыванию аппарата.

Выполнение блока проставки из элементов, представляющих собой тела вращения, которые выполнены в виде многозаходных геликоидов, способствует закручиванию газовых потоков, поступающих из закрытых каналов расположенного ниже проставки пакета из гофрированных листов, по спиралям, созданным поверхностью ребер многозаходных геликоидов, и, тем самым, турбулизации газового потока. Минимальное число заходов многозаходного геликоида 2, а максимальное ограничено уменьшением площади свободных каналов для прохода газа в блоке проставки и составляет 4.

Расположение элементов, представляющих собой многозаходные геликоиды, в ряду блока проставки с зазором относительно друг друга обусловлено необходимостью создания в блоке проставки свободных каналов для прохода газа. Размер шага, на расстоянии которого оси симметрии соседних элементов располагаются друг от друга, должен быть не более 2,5 диаметра одного элемента, чтобы потоки газа, поступающие из свободных каналов нижерасположенного пакета из гофрированных листов, в блоке проставки приняли спиралевидное направление, и не менее 1,5 диаметра одного элемента, чтобы площадь свободных каналов в блоке проставки была достаточной для интенсивного беспрепятственного прохождения газа и жидкости.

Предлагаемая регулярная насадка позволяет повысить эффективность тепло- и массообмена на 15-30% в процессах абсорбции, ректификации, очистки, осушки газов, охлаждения жидкостей и т.п., проста в изготовлении и может быть получена при реконструкции известных регулярных насадок, собранных из гофрированных листов, согласно изобретению путем размещения по высоте между пакетами из гофрированных листов соответствующих проставок, позволяющих интенсифицировать процессы тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков и перераспределения потоков жидкости.

Формула изобретения

  1. Регулярная насадка для тепло — и массообменных аппаратов, состоящая из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр соседних листов под углом к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы сложной геометрической формы, и размещенных в промежутках по высоте между контактными пакетами блоков проставок, отличающаяся тем, что блоки проставок выполнены в виде горизонтально уложенных в ряды параллельно друг другу объемных элементов, причем оси симметрии элементов, лежащих в соседних по высоте рядах, взаимно перпендикулярны, а общая высота блока проставок находится в пределах 1,0-4,0 эквивалентных диаметров одного элемента, при этом отношение высоты пакета из гофрированных листов к высоте блока проставки находится в пределах 2-5.
  2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что эквивалентный диаметр каналов пакета из гофрированных листов и эквивалентный диаметр элемента блока проставки находятся в соотношении 0,4-0,8.
  3. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что элементы блока проставки представляют собой тела вращения, которые выполнены в виде многозаходных геликоидов, причем число заходов составляет 2-4.
  4. Насадка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что элементы блока проставки уложены в ряды с зазором относительно друг друга, причем шаг, на расстоянии которого оси симметрии соседних элементов располагаются друг от друга, составляет 1,7-2,5 диаметров одного элемента.
  1. Технологическая часть. Характеристика сырья,

вспомогательных материалов и готовой продукции

2.1 Характеристика исходного сырья

2.1.1 Объемы поставки конденсата и нефти на

ГПЗ

В настоящее время на установки стабилизации газоперерабатывающего завода поступает два основных потока жидких углеводородов с газоконденсатного газоконденсатного месторождений. В эти потоки добавляется нефть нефтяных оторочек (ассельская, артинская, восточной зоны, среднекаменноугольная), Копанского и Донецко-Сыртовского месторождений.

На рис.2.1. представлена принципиальная схема формирования потоков жидких углеводородов на ГПЗ.

Конденсат КГКМ в смеси с нефтью КГКМ, а также смесь нефтей и конденсатов ОГКМ с ДКС-1 и ДКС-2 поступают на установку У-731 (ЭЛОУ).

Установки стабилизации на ОГПЗ несколько отличаются друг от друга по технологическим параметрам (температура, давление) и конструктивному оформлению оборудования (тип ректификационной колонны, тип обогрева куба колонны, с использованием либо печей, либо рибойлера).

После прохождения отделения дегазации и обессоливания У-731 смесь конденсата с нефтью распределяется по отдельным установкам стабилизации конденсата. На У-30 I очереди ОГПЗ поступает все сырье ГКМ с ДКС-1 и ДКС-2 плюс давальческое сырье.

Нефть (Дачно-репинского месторождения) подается в резервуар 110Т01С на У-110.

Конденсат КГКМ в смеси с нефтью КГКМ, распределяются по всем установкам стабилизации У-32, У-330, У-730 и в качестве добавки к сырью ОГКМ на У-30.

Продукция всех установок стабилизации поступает на склады товарной продукции: У-110 — склад стабильного конденсата, У-100 — склад широкой фракции легких углеводородов и У-300 — склад пропан-бутановой фракции. Стабильный конденсат в смеси с нефтью через У-110 подается в Салават и Уфу.

Рис.12 — Принципиальная схема формирования потоков жидких углеводородов на ОГПЗ

Таблица 4 , Состав углеводородной смеси нестабильного конденсата и нефти

(сырья), поступающей на установки стабилизации ОГПЗ

Компонентный

состав, %

Года

2006

2007

2008

2009

2010

Н 2 S

3,2

3,57

3,61

3,74

3,63

N 2

1,1

0,97

0,86

0,14

0,16

CO 2

2,6

2,5

2,28

1,45

1,58

C 1

10,3

9,39

8,1

4,99

4,87

C 2

6,53

5,85

5,07

5,12

5,01

C 3

6,54

6,36

5,94

6,58

6,42

i-C 4

2,01

1,99

2,19

2,30

2,34

n-C 4

5,3

5,41

5,4

5,97

5,89

C 5+выше

62,14

63,46

66,0

68,84

69,22

RSH

0,55

0,50

0,55

0,87

0,88

r, кг/дм 3

0,648

0,655

0,659

0,668

0,772

Итого:

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

На рис.13, 14 представлены графики изменения составов нестабильного сырья по годам, начиная с 2006 г.

Рис.13 — График изменения содержания углеводородов С 5+ в нестабильном углеводородном сырье по годам

Рис.14 — График изменения содержания сероводорода в нестабильном

углеводородном сырье по годам

2.1.2 Характеристика исходного сырья, поступающего на установки

стабилизации

Основную долю перерабатываемого углеводородного сырья для У-330, У-32, У-730 составляет конденсат Карачаганакского газоконденсатного месторождения. При общей переработке конденсата установками стабилизации по данным 2010 года 4088,21 тыс. т/год конденсат КГКМ составляет 3739,1 тыс. т/год.

На газоперерабатывающем заводе на установке стабилизации У-30 большую долю перерабатываемого сырья составляет нефть различных месторождений, также в качестве сырья используется нестабильный газовый конденсат газоконденсатного месторождения ТУ 51-288-86 изм.1,2 “Конденсат газовый нестабильный газоконденсатного месторождения” и нестабильный конденсат газоконденсатного месторождения, регламентируемый требованиями ТУ 657 РК-01-94 “Конденсат газовый нестабильный газоконденсатного месторождения”.

Нестабильный конденсат ОГКМ поступает на ОГПЗ с дожимных компрессорных станций ОГПУ (ДКС-1, ДКС-2).

Объемы переработки конденсата ОГКМ в 2010 г. за 11 месяцев составили 336,2 тыс.т. Конденсат ГКМ поступает на переработку на У-30 в смеси с нестабильным конденсатом КГКМ и нефтями ряда месторождений (Нефти ОГПУ, Копанская, Восточный участок ОГКМ, Донецко-сыртовская, Северо-копанская, Нагумановская, нефть скв. 905 КГКМ).

В табл.2.2., 2.3 приведена характеристика состава жидкого углеводородного сырья, поступающего на установки стабилизации за 2010 год. Состав сырья за 2009 год приведен в первом этапе данной работы.

Технологическими регламентами по эксплуатации установок стабилизации не предусмотрена переработка нефтяного сырья, в тоже время процент нефти на У-30 с каждым годом увеличивается, что ведет к изменению состава сырья .

Расчеты проводились из условия, что все составляющие компоненты сырья поступают на У-731, проходят отделение ЭЛОУ, где подвергаются обезвоживанию и далее поступают на установки стабилизации У-30, 32, 331, 732.

Производительность каждой установки стабилизации следующая:

  • У-30 — 1,16 млн.т/год;
  • У-32 — 1,3 млн.т/год;
  • У-331 — 1,2 млн.т/год;
  • У-732 — 1,36 млн.т/год;

Таблица 5

Усредненный компонентный состав исходного сырья отделения стабилизации У-30

Наименование

Ед. изм.

H 2 S

N 2

CO 2

C 1

C 2

C 3

iC 4

nC 4

C 5+

CH 3 OH

RSH

r, г/см 3

Нестабильный конденсат ОГКМ

%вес.

1 ,54

0 ,28

0 ,33

3 ,68

2 ,31

4 ,29

2 ,33

6 ,02

78 ,62

0 ,08

0 ,52

0 ,64

Нефть ОГКМ

%вес.

1 ,56

0 ,11

0 ,17

1 ,16

0 ,69

0 ,98

0 ,33

0 ,67

93 ,95

0

0 ,38

0 ,79

Нестабильный конденсат КГКМ

%вес.

0 ,98

0 ,04

1 ,01

1 ,56

1 ,55

2 ,34

0 ,98

2 ,36

89 ,01

0 ,01

0 ,16

0 ,752

Нефть ЗАО “УНГП”

%вес.

2 ,62

0 ,12

0 ,2

0 ,86

0 ,89

1 ,79

0 ,49

1 ,0

91 ,75

0

0 ,28

Нестабильный конденсат ЗАО “УНГП”

%вес.

4 ,65

0 ,24

0 ,48

2 ,26

1 ,5

3 ,58

1 ,86

5 ,1

80 ,0

0 ,09

0 ,24

0 ,66

Нефть ЗАО “Стимул”

%вес.

1 ,28

0 ,03

0 ,19

0 ,88

0 ,58

0 ,99

0 ,38

1 ,17

94 ,13

0

0 ,37

0 ,804

Качество нестабильного конденсата ОГКМ и КГКМ по данным паспортов ПГПУ за 2010 год

Таблица 2.3

Показатели

Плотн

УКПГ

Н 2 S

N 2

C 1

CO 2

C 2

C 3

iC 4

nC 4

C 5+

RSH

CH 3 OH

мех

Смо

Па-

Вода

Хлор. соли

при

прим

лы

раф

своб

эм.

мг/л

% мас

раб.усл

ед.изм.

% масс.

нормы

>65

<0,5

<

0,05

0,6

0,04

<0,5

<0,5

142

0,02

0,637

1

1,02

0,16

3,10

0,43

1,74

3,49

1,90

5,48

82,07

0,61

0,03

0,01

0,22

0,18

0

0

154

0,02

0,637

2

0,78

0,16

2,26

0,27

1,36

2,96

1,75

5,22

84,68

0,56

0,04

0,01

2,94

0,44

0,317

0,115

481

0,06

0,645

3

1,52

0,23

3,15

0,39

2,75

6,12

3,14

8,54

73.59

0,56

0,15

0

0,19

0,57

0

0

164

0,02

0,625

6

0,79

0,16

2,29

0,25

1,28

2,68

1,64

4,81

85,60

0,56

0,015

0,02

2,97

0,37

0

0,07

370

0,05

0,651

7

1,11

0,24

2,96

0,29

1,61

4,36

1,87

5,43

81,62

0,60

0,045

0,01

0,26

0,14

0,015

0

234

0,03

0,644

8

0,97

0,33

2,72

0,29

1,56

3,20

1,86

5,50

83,00

0,58

0,02

0,02

1,69

0,17

0

0

203

0,07

0,644

9

1,44

0,19

3,18

0,37

1,67

3,46

1,95

5,72

81.29

0.73

0,04

0

0,79

0,08

0

0

378

0,05

0,641

10

2,54

0,20

2,78

0,58

1,28

2,79

1,61

4,88

82,93

0,57

0,02

0,01

4,89

0,36

0

0

568

0,08

0,647

12

1,03

0,26

3,18

1,36

1,83

3,93

2,10

5,24

80,60

0,59

0,01

0

0,32

0,04

0

0

179

0,02

0,633

14

0,67

0,41

6,17

0,59

3,12

5,39

2,53

6,95

72,83

0,52

0,07

0

0,07

0,03

0,2

0

180

0,03

0,606

15

1,73

0,25

5,01

0,73

3,03

5,65

2,69

7,19

73,19

0,52

0,06

0,01

0,16

0,05

0

0

180

0,03

0,615

ДКС-1

1,24

0,16

0,96

0,22

0,70

2,16

1,49

4,75

87,87

0,44

0,22

0,03

16,6

1,97

0,03

0,08

529

0,06

0,675

ДКС-2

1,06

0,13

1,80

0,25

2,04

4,61

2,48

7,08

79,97

0,57

0,06

0,17

1,43

0,27

0,02

0,2

395

0,05

0,652

16

1,79

0,03

1,36

0,99

1,55

2,26

0,97

2,57

88,48

0,2

0,004

0

2,6

1,45

0,07

103

0,757

Копанка

2,75

0,31

1,34

0,33

0,98

2,93

1,96

6,05

83,35

0,22

0,03

0,02

7,13

1,04

0,53

0,05

377

0,02

0,659

Среднее

81,12

0,52

0,054

0,02

2,82

0,48

0,07

0,03

303

0,04

0,649

2.1.3 Технологическая характеристика рабочих веществ

В процессе стабилизации конденсата и очистки газов стабилизации от кислых компонентов участвуют рабочие вещества:

  • нестабильный дегазированный и обессоленный углеводородный конденсат – сырье;
  • стабильный конденсат соответствующий требованиям ОСТ 51.65-80-продукт, являющийся сырьем для нефтехимических производств;
  • газы стабилизации конденсата (промежуточный продукт), являющиеся сырьем для получения широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ);
  • диэтаноламин (водный раствор 25-30%) — поглотитель кислых компонентов (Н 2 S и СО2 );
  • азот газообразный по ГОСТ 9293-74, применяемый для продувки аппаратов и трубопроводов после ремонта;
  • вода техническая;
  • паровой конденсат, согласно СТП 51-0153269-14-85;
  • кислая вода.

2.1.4 Характеристика исходного сырья

Исходным сырьем процесса переработки конденсата и нефтей является:

  • нестабильный дегазированный и обессоленный углеводородный конденсат установки У-731.

Усредненный компонентный состав исходного сырья приведен в табл.2.4.

Таблица 7

Усредненный компонентный состав исходного сырья

Наименование

Компоненты, % вес

NaCl

Н 2 О,

r,

N 2

C 1

CO 2

C 2

C 3

iC 4

4

iC 5

nC 5

C 6+

H 2 S

мг/

дм 3

% мас.

кг/м 3

Нестабильный конденсат

0,19

5,17

0,76

2,4

2,66

0,8

1,9

10,36

11,71

61,01

3,04

44

0,03

757

Компонентный состав нестабильной нефти приведен в табл.8.

Таблица 8

Компонентный состав нестабильной нефти

Наименование

Компоненты, % масс.

r,

кг/м 3

N 2

C 1

CO 2

C 2

C 3

iC 4

4

iC 5

nC 5

C 6+

H 2 S

СН 4 S

Нестабильная нефть

0,06

0,55

0,65

0,81

1,62

1,13

2,61

2,56

3,37

85,25

0,96

0,43

775

Полуфабрикаты

В процессе переработки нестабильного конденсата вырабатывается газ стабилизации. Состав газа стабилизации указан в табл.9.

Таблица 9

Состав газа стабилизации

Наименование

Компоненты, % мас.

r,

N 2

C 1

C 2

C 3

iC 4

nC 4

iC 5

nC 5

C 6+

CO 2

Н 2 S

кг/м 3

Газ

стабилизации

0,05

6,89

14,0

20,08

2,84

5,46

15,17

13,16

0,3

2,74

19,31

1,759

2.1.5 Характеристика изготовляемой продукции

Товарной продукцией установки У-30 является стабильный конденсат.

Техническое название — стабильный конденсат, торговое название конденсат газовый, стабильный.

Cтабильный конденсат представляет собой смесь углеводородов метанового, нафтенового и ароматического рядов и по физико-химическим показателям должен соответствовать требованиям и нормам ОСТ 51.65-80.

Таблица 10

Требования к качеству конденсата газового стабильного

по ОСТ 51.65-80

Наименование показателей

Норма

Методы испытаний

1. Давление насыщенных паров, Па (мм.рт.ст.), не более

66661

(500)

ГОСТ 1756-52 *

(СТ СЭВ 3654-82)

2. Массовая доля воды, %, не более

0,1

ГОСТ 2477-65 *

(СТ СЭВ 2382-80)

3. Массовая доля мех.примесей, %, не более

0,005

ГОСТ 6370-83 *

(СТ СЭВ 2876-81)

4. Масса хлористых солей, мг/дм 3 , не более

10

ГОСТ 23534-76 *

(СТ СЭВ 2879-81)

5. Массовая доля общей серы, %

не норм.

ГОСТ 19121-73 *

(СТ СЭВ 6754-85)

6. Плотность, кг/дм 3

не норм.

ГОСТ 3900-85 *

(СТ СЭВ 6754-85)

7. Цвет

светлый до темного

ГОСТ 3900-85 *

(СТ СЭВ 6754-85)

8. Массовая доля сероводорода, %, не более

0,03

ГОСТ 17323-71 *

(СТ СЭВ 756-77)

Топливный газ — продукт, получаемый в процессе очистки газов расширения нестабильного конденсата, газов выветривания и экспанзерных газов.

Применяется в качестве топливного газа для КТЭЦ и на собственные нужды завода.

Фактический компонентный состав топливного газа показан в табл.11.

Таблица 11

Фактический компонентный состав топливного газа

Наименование

Компоненты, % об.

r,

N 2

C 1

C 2

C 3

iC 4

nC 4

iC 5

nC 5

C 6+

Н 2 S

кг/м 3

Топливный

газ

отс.

75,78

12,58

6,59

1,22

2,09

0,76

0,6

0,38

отс.

0,978

Приложение 1

Таблица 12

Техническая характеристика исходного сырья, полупродуктов

и изготовляемой продукции

п/п

Наименование сырья,

материалов, реагентов,

изготовляемой продукции

Номер ГОСТ,ОСТ,ТУ,

СТП проект

Наименование показателей по ГОСТ,ОСТ,ТУ,СТП, проекту

Ед.

изм.

Норма по ГОСТ,ОСТ,ТУ,СТП,

проекту

Наименование материала в процессе

основная

область применения

товарной продукции

1

2

3

4

5

6

7

1.

И сходное сырье

Конденсат газовый нестабильный ОГКМ

ТУ 51-228-86с изм.6.1.2-96

1.1.компонентный состав:

— массовая доля тяжел.у/в С 5 и выше, не менее

— массовая доля азота

— массовая доля углекислого газа

— массовая доля меркап. S

— массовая доля Н 2 S

— массовая доля метанола,не более

— массовая доля эмульгированной воды , не более

— массовая доля свободной воды

%

%

%

%

%

%

%

%

65

не норм., опред. обязательно

-”-

-”-

0,5

0,5

не норм. опред. обязат.

сырье для у-30

Продолжение приложения 1

1

2

3

4

5

6

7

— массовая доля хлористых солей,не более

— массовая доля мехпримесей, не более

— массовая доля фактических смол по Бударову

— массовая доля парафинов

1.2.Плотность при раб.усл.

мг/л

%

%

мг/л

400

0,05

не норм.,

определение

обязательно

-”-

г/см 3

-”-

2

Конденсат газовый

нестабильный КГКМ

по контракту

2.1.Компонентный состав:

— массовая доля тяжел.у/в С 5 и выше, не менее

— массовая доля азота

— массовая доля углекислого газа

— массовая доля меркап. S

— массовая доля Н 2 S

— массовая доля метанола, не более

— массовая доля эмульгированной воды, не более

— массовая доля свободной воды

— массовая доля хлористых солей, не более

— массовая доля мехпримесей,не более

— массовая доля фактических смол по Бударову

— массовая доля парафинов

%

%

%

%

%

%

%

%

мг/л

%

%

мг/k

80

не норм.опред.

обязат.

-”-

-”-

-”-

0.5

0.5

не норм.опред. обязат.

400

0.05

не норм. опред. обязат.

сырье для

У-30

Продолжение табл 2.9

1

2

3

4

5

6

7

3

Расширенный конденсат после блока ЭЛОУ У-730

Технический проект на У-730 том2,кН.1

3.1.Компонентный состав:

— массовая доля тяжел.у/в С 5 и выше, не менее

— массовая доля азота

— массовая доля углекислого газа

— массовая доля меркаптанов

— массовая доля Н 2 S

— массовая доля метанола, не более

— массовая доля эмульгированной воды, не более

— массовая доля хлористых солей, не более

— массовая доля мехпримесей, не более

— массовая доля фактических смол по Бударову

— массовая доля парафинов

%

%

%

%

%

%

%

мг/л

%

%

мг/л

Все показатели не нормируются

4

Конденсат сепарации сырого газа

Проект фирмы Жекса

4.1. Содержание:

— метана

— этана

— пропана

— i-бутана

— n-бутана

— i-пентана

— n-пентана

%

вес.

9,46

5,39

7,64

3,81

10,43

9,78

12,1

сырье для получения конденсата газового нестабильного

Продолжение приложения 1

1

2

3

4

5

6

7

— С 6+выше

— азота

— двуокиси углерода (СО 2 )

— Н 2 S

25,1

9,46

1,66

5,17

5

Конденсат осушки

Проект фирмы Жекса

5.1.Содержание:

— метана

— этана

— пропана

— i-бутана

— n-бутана

— i-пентана

— n-пентана

— С 6+выше

— азот

%

вес.

1,48

3,04

7,78

4,72

13,63

13,33

16,68

39,35

0,004

Сырье для получения конденсата газового нестабильного

6

Конденсат осушки из 09Д107

Проект фирмы Жекса

6.1. Содержание:

— метана

— этана

— пропана

— i-бутана

— n-бутана

— i-пентана

— n-пентана

— С 6+выще

— Н 2 S

6.2. Плотность

%

вес.

кг/м 3

4,1

5,0

11,4

12,4

8,8

16,7

20,3

21,0

0,12

0,567

-”-

Продолжение приложения 1

1

2

3

4

5

6

7

Материалы, реагенты,

полупродукты

Пар высокого давления

СТП 0153269-

20-96

1.1. рН

1.2. Солесодержание в пересчете на NаСI

мкг/кг

8.0-9.0

не б. 300

теплоноситель в т/о 30Е04

Газ расширения нестабильного конденсата

Проект фирмы Жекса

2.1. Содержание:

— азот

— Н 2 S

— СО 2

— метана

— этана

— пропана

— i-бутана

— n-бутана

— i-пентана

— n-пентана

— С 6+выше

2.2. Плотность

%

вес.

кг/м 3

1,51

5,83

2,87

66,76

13,47

5,64

0,90

1,59

0,65

0,55

0,23

не норм.

сырье для получения топливного газа

Продолжение приложения 1

1

2

3

4

5

6

7

1.

Т оварная продукция

Конденсат газовый стабильный

ОСТ 51. 6 5 — 8 0

( с изв.1, 2, 3 )

( группа I ,II )

1.1. Давление насыщен.паров не более

1.2. Массовая доля воды, не более

1.3. Массовая доля мех. примесей, не более

1.4.Массовая концентр.хлористых солей, не более

1.5. Массовая доля серы

1.6. Массовая доля H 2 S, не более

1.7. Плотность при 20 0 С

кПа

(мм ртст)

%

%

мг/л

%

%

%

кг/lдм 3

Гр.I, гр.II

66,7

500

0,1 0,5

0.005 0.05

10 не норм. опред. обязат.

не норм.

0.03

не норм.

Используется в качестве сырья для нефтеперераб.и нефтехимии

2.

Топливный газ (после очистки)

Проект фирмы ТЕКНИП

2.1. Содержание:

— азот

— метана

— этана

— пропана

— i-бутана

— n-бутана

— i-пентана

— n-пентана

— С 6+выше

— Н 2 S, не более

— СО 2

— меркаптановая сера, не более

— объемная доля кислорода, не более

— мехпримеси, г в 1 м 3 , не более

%, об.

мг/м 3

%, об.

мг/м 3

%, об.

1,4

77,14

12,54

5,26

0,84

1,48

0,6

0,52

0,22

100

250

1,0

0,001

В качестве топливного газа для КТЭЦ, на собствен.

нужды завода

Таблица 12

Физико-химические константы и свойства исходного сырья,

промежуточных и конечных продуктов

п/п

Наименование продукта

Физико-химические константы

1

2

3

1.

Нестабильный конденсат

Внешний вид — жидкость темного цвета.

Плотность — 0,747-0,856 г/см 3

Молекулярная масса 158¸246кг/Кмоль

Температура застывания — минус 10 ¸ минус 30 0 С

Вязкость кинематическая при температуре от 10 до 50 0 С равна 1,8 ¸17,21 мм2

Температура помутнения — 15 0 С

2.

Стабильный конденсат

Внешний вид — жидкость от светло-желтого до темного цвета.

Плотность — 0,690¸0,700 г/см 3

Температура начала кипения — 36¸43 0 С

Пределы воспламенения паров конденсата в воздухе нижний — 1,4 % об., верхний — 3 % об.

Температура вспышки — ниже 0 0 С

Температура самовоспламенения — 415¸530 0 С

3

Газ стабилизации

Внешний вид — бесцветный газ, c неприятным запахом.

Плотность — 1,69 кг/м 3

Состоит из смеси углеводородов С 1 ¸С6 , N2 , СО2 , Н2 S

Пределы взрываемости по пропану:

нижний — 2,1% об.

верхний — 9,5% об.

4.

Азот газообразный (N 2 )

Внешний вид — бесцветный газ

Молекулярная масса — 28,02кг/Кмоль

Температура плавления — минус 210 0 С

Температура кипения — минус 196 0 С

Плотность газа при 0 0 С и 760 мм рт. ст. —

1,251 кг/м 3

Растворимость в воде — 2,33 см 3 /100 мл воды при 0 0 С

Удельный объем — 0,8 м 3 /кг

Теплоемкость — 0,25 ккал/кг.град

5.

Вода техническая

Внешний вид — бесцветная жидкость, без запаха

Плотность — 1,0 г/см 3

6.

Паровой конденсат

Активность среды — рН — 8,5¸9,0

Окись кремния — не более 0,12 мг/л

Железо — 0,15 мг/л

Жесткость — 0,02 мг/эквл

Содержание углекислоты — отс.

+

  • Описание технологической схемы установки

стабилизации у/в конденсата (У-30 ОГПЗ)

Назначение установки и общая характеристика

Установка У-30 предназначена для очистки от сероводорода и стабилизации углеводородных конденсатов:

  • обессоленного расширенного конденсата поступающего с блока ЭЛОУ У730;
  • конденсатов осушки с первой очереди (ОГПЗ);
  • конденсатов сепарации со второй очереди;
  • абсорбента из куба колонны 374С02;
  • отстоявшиеся от кислой воды у/в конденсаты;
  • у/в конденсата с У-196.

Полученные в процессе переработки нестабильного конденсата:

  • очищенные от сероводорода и углекислоты, газы расширения используются в качестве топливного газа на собственные нужды завода и в качестве топлива на КТЭЦ;
  • очищенные от сероводорода и углекислоты, газы стабилизации являются сырьём для получения ШФЛУ на У-90.
  • очищенный от сероводорода стабильный конденсат направляется в резервуары У-110.

Описание технологического процесса и технологической схемы

В состав установки входят:

  • блок стабилизации конденсатов;
  • блок очистки газов расширения и газов стабилизации раствором аминов;
  • узел рекуперации углеводородных, аминовых и щелочных стоков и откачки этих стоков на установку У-100;
  • блок стабилизации у/в конденсатов.

2.1.7 Физико-химические константы и свойства исходного сырья,

промежуточных и конечных продуктов

На блок стабилизации поступает:

  • через трёхфазный сепаратор 30В01- нестабильное у/в конденсаты с УКПГ первой и второй очередей;
  • неочищенные у/в конденсаты из входных сепараторов 10В01, В02 установок 1,2,3У-70;
  • отстоявшиеся из кислой воды у/в конденсаты с У-100;
  • возможна подача отстоявшегося куба колонны 374С02 водного раствора с незначительным количеством абсорбента с расходом около 5 м 2 /час, температурой до 136 0 С, давлением не более 13,5 кгс/см2 .
  • обессоленный расширенный конденсат с У730;

в линию питания колонны 30С01 перед рекуперативным теплообменником 30Е02А,В очищенный от сероводорода и углекислоты нестабильный конденсат с блока осушки газа установок 1,2,3 У-70, а также нестабильный конденсат с установок У-01,02,03 из сепаратора 09Д107 установки У-09, легкий у/в конденсат с У-196 (ЮУПК) с расходом до 30 м 3 /час, с температурой не более 45 0 С и давлением до 14 кгс/см2 .

Технологической схемой предусмотрена подача конденсата осушки с первой и второй очередей на У-90 для подпитки системы абсорбентом.

Давление в конденсатопроводе с УКПГ первой и второй очередей регулируется в пределах 40 кг/см 2 (не более) прибором поз.30PRC01, клапан которого поз.30PCV01 установлен на общем конденсатопроводе перед входом коллектор нестабильного конденсата У-30.

Для аварийного случая на конденсатопроводе с УКПГ первой и второй очередей на границе У30 установлен шаровой кран поз.RSV01 с пневматическим исполнительным механизмом. Управление шаровым краном производится со щита в операторной прибором поз.30PiS01.

Нестабильный конденсат с УКПГ–14,15 третьей очереди по отдельному конденсатопроводу подаётся в общий коллектор нестабильного конденсата У-30. Давление в конденсатопроводе с УКПГ третьей очереди не выше 17 кг/см 2 регулируется прибором поз.30PiC11 и регулируется прибором поз.30PR11, клапан которого поз.30PCV11 установлен на конденсатопроводе с УКПГ третьей очереди.

Технологической схемой предусмотрена возможность подачи нестабильного конденсата с УКПГ третьей очереди с клапанной сборки поз.30PCV11, минуя У-30 на У-09. Схемой предусмотрена возможность подачи нестабильного конденсата с УКПГ первой и второй очереди на У-30.

Конденсаты сепарации с установок 1,2,3 У-70 по общему трубопроводу, через запорную арматуру на границе У-30, подаются в коллектор нестабильных конденсатов У-30. Давление в трубопроводе (не выше 14,7 кг/см 2 ) регистрируется прибором поз.30PR56, температура- регистрируется прибором поз.30TR146, расход прибором поз.30FR10. В этот же трубопровод предусмотрена подача у/в конденсатов «отстоя» с У-100 и отстоявшегося в кубе колонны 374С02 водного раствора с незначительным содержанием абсорбента. Расход продукта с третьей очереди регистрируется прибором 30FR42 на щите в операторной. Для защиты общего коллектора на нём установлено два предохранительных клапана поз. 30PSV01A,B со сбросом на факел высокого давления.

По коллектору нестабильные конденсаты направляются в трёхфазный сепаратор 30В01.

Технологической схемой предусмотрена возможность подачи в технологическую линию перед 30В01 подогретого обессоленного нестабильного у/в конденсата с установки У-730 с температурой не более 80 0 С. Расход нестабильного конденсата с У730 регулируется прибором поз.760RiC07 , клапан которого поз.760RCV07 установлен на трубопроводе перед входом в 30В01.

Поступающие в трехфазный сепаратор 30В01 нестабильные конденсаты расширяются при давлении не более 14 кг/см 2 и отстаиваются от кислой метанольной воды. Газы расширения из сепаратора направляются на блок очистки от сероводорода и двуокиси углерода, в аварийных случаях на факел высокого давления.

Расход газов выветривания регистрируются прибором поз.30FR11, давление прибором 30PRC02, температура прибором 30TR144.

В трубопровод газа расширения после 30В01 врезается трубопровод газа расширения амина с установок 1,2,3У-70, расход которого регистрируется прибором поз.30FR09, давление прибором 30PR57, температура прибором 30TR147.

Жидкие у/в из сепаратора 30В13 подаются в линию питания колонны 30С01.

Давление в 30В01 поддерживается за счёт отвода газов расширения и регулируется местным прибором поз.30PRC02, клапан которого 30PCV02 находится на трубопроводе выхода газов расширения из 30В01.Дополнительно, при работе установки только на обессоленном и выветренном конденсате с У-730, в трубопровод газа расширения из 30В01 подаётся часть газа выветривания. Давление регулируется прибором поз.30PRC02A, клапан которого установлен на трубопроводе подачи газа выветривания с У-730 поз.30PCV02.

Отстоявшаяся из нестабильного конденсата кислая метанольная вода накапливается в сборнике трехфазного сепаратора 30В01 и выводится на У-100 через общезаводской коллектор.

Уровень кислой воды в сборнике 30В01 регулируется прибором раздела фаз поз.30LdC02 и выведен на щит в операторной поз.30LdR02 , клапан которого поз.30LdCV02 установлен на трубопроводе вывода кислой воды из сборника.

Расширенный нестабильный конденсат из 30В01 совместно с конденсатами осушки установок 1,2,3У-70, конденсатом осушки установок У-02,03 , из 09В107 У-09, избытком орошения колонны 30С01, жидкой фазой из 30В13 и легким у/в конденсатом с У-196 (ЮУПК), через трубное пространство рекуперативного теплообменника 30Е02А,В подаются на питание колонны стабилизации 30С01 с температурой не более 105 0 С. Показание температуры питания колонны выведено на джековую панель в операторной поз.30ТЕ102. Расход конденсата осушки установок 1,2,3У-70 регистрируется прибором 60FR11, давление прибором 30PR59, температура прибором поз.30TR149 .

Количество подаваемого расширенного конденсата на питание колонны 30С01 регулируется с коррекцией по уровню в 30В01 прибором 30FRC01, который действует каскадно с регулятором уровня поз.30LRC01, на клапан поз.30FCV01, установленный на трубопроводе подачи расширенного конденсата в 30С01.

Поступающие в колонну 30С01 на 13-ю тарелку конденсаты стабилизируются в ней при следующих параметрах:

  • давление — не более 7,5 кг/см 2 ;
  • температура верха – не более 67 0 С;
  • температура куба – не более 167 0 С.

Колонна имеет 19 клапанных тарелок. Давление верха колонны контролируется прибором поз.30Pi17. Необходимая температура в колонне 30С01 обеспечивается паровым кипятильниками 30Е04А,В, которые при необходимости могут работать как вместе, так и по отдельности.

Температура в колонне 30С01 на второй контрольной тарелке регулируется прибором 30TRC02, клапан которого поз 30TCV02 установлен на трубопроводе подачи пара высокого давления в кипятильники 30Е04А,В. Температура куба колонны контролируется прибором 30TR16. Показания температуры куба колонны 30С01 выведены на джековую панель поз.30TE105 и 30TE106. Повышение температуры пара высокого давления выше нормы сигнализируется на щите в операторной прибором 30ТАН21 (244 0 С).

Каждый кипятильник снабжен термоклапанами 30TSV06А,В со сбросом углеводородов в линию рекуперации.

Конденсат пара высокого давления выводится из кипятильника через конденсатоотводчики и поступает в расширитель 30В10 откуда расширенный паровой конденсат сбрасывается в сеть парового конденсата низкого давления – завода, а паровая фаза – в сеть пара низкого давления.

Стабильный конденсат выводимый из куба колонны 30С01, проходит через межтрубное пространство рекуперативного теплообменника 30Е02А,В, где подогревает нестабильный конденсат , поступающий на питание колонны 30С01, через водяные холодильники 30Е05, 30Е-13, воздушный холодильник 30А03 А,В и с температурой не более 45 0 С направляется в резервуары установки 110. Сюда же предусмотрена подача продукта с линии «зачистки одоранта», с У-16/30. Схемой предусмотрена возможность подачи стабильного конденсата из технологической лини на У-110 (или с линии откачки стабильного конденсата из Е502 У-16/30) на третью очередь завода.

Температура стабильного конденсата на входе в 30Е02А,В контролируется прибором поз.03ТЕ103 с выводом на джековую панель, на выходе из водяного холодильника 30Е05 прибором поз. 30ТЕ104 с выводом на джековую панель, на выходе из 30А03А,В прибором поз.30TiC05, на границе установки прибором 30TR132.

Для улучшения работы колонны стабилизации 30С01 предусмотрен отвод отвод воды с 17 тарелки через бачок уровень воды в котором

регулируется по месту прибором поз. 30LdC12, клапан которого 30LdCV12 установлен на трубопроводе вывода воды в коллектор кислых метанольных вод на У-100.

Парогазовая смесь выходящая из верхней части колонны 30С01 охлаждается и частично сконденсировавшись в воздушном холодильнике 30А01А,В,С,Д поступает в сепаратор 30В02. Температура парогазовой смеси на входе в 30А01А,В,С,Д контролируется прибором 30ТЕ107 с выводом на джековую панель. На выходе из 30А01 температура контролируется прибором 30Ti03.

В сепараторе 30В02 сконденсировавшаяся жидкость отстаивается. Газовая фаза, так называемые «газы стабилизации», с верхней части выводятся и направляются на блок очистки от сероводорода и углекислоты, в аварийных случаях – на факел высокого давления.

Расход газов стабилизации из 30В02 контролируется прибором поз. 30FR13. Давление в 30В02, и одновременно в колонне 30С01, регулируется прибором 30PRC03, клапан которого поз. 30PCV03 установлен на трубопроводе вывода газов стабилизации на блок очистки (в аварийных случаях на факел высокого давления).

Отстоявшиеся в 30В02 от воды углеводороды поступают на всас насосов 30Р01А,В и подаются на орошение колонны стабилизации 30С01. Расход орошения колонны регулируется прибором 30FRC02, клапан которого поз. 30FCV02 установлен на трубопроводе подачи орошения в колонну стабилизации. Уровень жидких углеводородов (флегмы) в 30В02 регулируется прибором 30LiC04, и регистрируется прибором поз. 30LR04 , клапан которого поз.30LCV04 установлен на трубопроводе подачи избытка флегмы от насоса 30Р01А в трубопровод питания колонны 30С01, перед 30Е02А,В.

Накапливающаяся в отстойнике сепаратора 30В02 кислая метанольная вода выводится совместно с водой из 30В01, с 17-й тарелки колонны стабилизации, по общему трубопроводу на У-100. Уровень кислой воды в отстойнике 30В02 регулируется прибором раздела фаз поз. 30LdRC11, клапан которого 30LdCV11 установлен на трубопроводе вывода воды из отстойника в общий трубопровод кислой воды на У-100.

2.3. Технологический расчёт колонны стабилизации У-30.

1600000

т/год- производительность установки У-30

8000 —

фактическое число рабочих часов в году

188857.413

кг/час- часовая производительность

или 2487,716 кмоль/час

Температура T, С =

35

Давление П, МПа = 1,4

мольная доля отгона е´ =

0.0023

Таблица 13

Компонент

M i

% масс.

X if

X fi/ M i

X’ fi

Ki

X i

Y i

жид.ф.

пар.ф.

1

СН4

16

0.72

0.0072

0.00045

0.0342

21.149

0.0359

0.7585

2

С2Н6

30

0.83

0.0083

0.000277

0.021

3.0843

0.0211

0.0652

3

С3Н8

44

2.15

0.0215

0.000489

0.0372

0.824

0.0371

0.0306

4

изо- С4Н10

58

1.5

0.015

0.000259

0.0197

0.3343

0.0196

0.0066

5

н- С4Н10

58

4.11

0.0411

0.000709

0.0539

0.2376

0.0538

0.0128

6

изо- С5Н12

72

3.65

0.0365

0.000507

0.0385

0.098

0.0385

0.0038

7

н- С5Н12

72

4.36

0.0436

0.000606

0.046

0.0753

0.0459

0.0035

8

С6Н14

86

80.99

0.8099

0.009417

0.7161

0.0258

0.7145

0.0184

9

H2S

34

1.12

0.0112

0.000329

0.025

1.3958

0.0251

0.035

10

С2Н5SH

62

0.4

0.004

6.45E-05

0.0049

0.078

0.0049

0.0004

11

СН3ОH

32

0.01

0.0001

3.13E-06

0.0002

0.0297

0.0002

7E-06

12

N2

28

0.04

0.0004

1.43E-05

0.0011

49.603

0.0012

0.0606

13

CO2

44

0.12

0.0012

2.73E-05

0.0021

2.3274

0.0021

0.0048

cумма

100

1

0.013151

1

1

1.0001

При расчёте свойств газовых смесей воспользуемся псевдокритическими параметрами:

Т пс.кр. =, Рпс. кр =,

где Х i – мольная концентрация i-го компонента; Ткрi -критическая температура компонента; Ркрi -критическая давление компонента.

Расчёты сводим в таблицу 14.

Таблица 14

Расчёт псевдокритических параметров (сырьё).

компонент

Yi

Tкр,K

Yi*Tкр

Ркр,MПа

Yi*Ркр

Yi* Mi

СН4

0,7585

190,7

144,637

4,71

3,5723

12,135

С2Н6

0,0652

305,27

19,9025

4,89

0,3188

1,9559

С3Н8

0,0306

369,8

11,3173

4,26

0,1304

1,3466

изо- С4Н10

0,0066

407,98

2,67807

3,648

0,0239

0,3807

н- С4Н10

0,0128

425,01

5,43243

3,797

0,0485

0,7413

изо- С5Н12

0,0038

461

1,73772

3,37

0,0127

0,2714

н- С5Н12

0,0035

469,9

1,62657

3,35

0,0116

0,2492

С6Н14

0,0184

507,5

9,34596

3,03

0,0558

1,5837

H2S

0,035

373,4

13,0667

9,01

0,3153

1,1898

С2Н5SH

0,0004

499

0,19049

5,42

0,0021

0,0237

СН3ОH

7E-06

513,2

0,00361

7,85

6E-05

0,0002

N2

0,0606

123,26

7,46725

3,4

0,206

1,6963

CO2

0,0048

304,2

1,47271

7,38

0,0357

0,213

сумма

1,0001

218,878

4,7332

21,787

Т пр =Т/ Тпс.кр. = (35+273) / 218,878 = 1,41

Р пр = П/ Рпс.кр. = 1,4/ 4,7332 = 0,296

Z= 0,98

Приложение 2

Основные физические характеристики некоторых углеводородов и неорганических соединений

Компо- ненты

Молекуляр- ная масса

Температура кипения

Критические параметры

Коэффи-циент

сжимае-мости

0 С

К

Температура

Давление

Уд.объем

0 С

К

МПа

см 3

1

CH 4

16,043

-161,49

111,660

-82,60

190,55

4,61

6,1985

0,288

2

C 2 H6

30,07

-88,63

184,520

32,28

305,43

4,88

4,9126

0,285

3

C 3 H8

44,097

-42,07

231,080

96,67

369,82

4,25

4,5568

0,281

4

изо-С 4 Н10

58,124

-11,73

261,420

134,98

408,13

3,65

4,5256

0,283

5

н-С 4 H10

58,124

-0,5

272,650

152,01

425,16

3,80

4,3945

0,274

6

изо-С 5 Н12

72,151

27,852

301,000

187,24

460,39

3,38

4,2759

0,270

7

н-С 5 H12

72,151

36,074

309,074

196,50

469,65

3,37

4,3071

0,262

8

С 6 H14

86,178

68,740

341,890

234,20

507,35

3,01

4,2759

0,264

9

2

44,01

-78,477

194,673

31,05

304,20

7,38

3,1723

0,274

10

H 2 S

34,08

-60,341

212,809

100,40

373,55

9,01

0,283

11

N 2

28,010

-195,798

77,352

-149,89

123,26

3,40

3,2147

0,2916

12

СН 3 ОН

32,04

64,51

337,66

240,05

513,2

7,85

0,222

13

С 2 Н5

62,13

35,0

308,15

225,85

499

5,42

  • Расчет колонны стабилизации 30С01.

Исходные данные:

  1. Давление в зоне питания- ПF =0,75 МПа
  2. Температура сырья ТF. = 100 0 С
  3. Плотность потока сырья rF = 751 кг/м3
  4. Производительность: GF = 188857,41* (1- 0,0023)= 188427,71 кг/ч

Сырье для колонны — жидкая фаза сепаратора 30В01

Стабилизацию следует вести в режиме дебутанизации с целью получения стабильного конденсата, практически свободного от сероводорода и не требующего последующего защелачивания.

Принимаем степень извлечения С 4 Н10 в дистилляте fi Di -0,99.

Степень извлечения кислых компонентов в дистилляте fi Di:

H 2 S – 1, C2 H5 SH – 0,3.

Степень извлечения и-С 5 Н12 в остатке fi Ri -0,01.

Для охлаждения паров дистиллята, выводимых в верха колонны, используется воздушный холодильник 30А01. Температуру охлаждающего воздуха принимаем 25 О С.

Материальный баланс, соответствующий заданным условиям разделения приведен в таблице 15.

Таблица 15

Материальный баланс колонны стабилизации

Компонент

Mi

Х’fi* Mi

Данные по сырью

Содержание

Количество

мольн.доли, X’fi=ni/ Sni

Xfi,

масс.доли

gi, кг/час

ni=gi/Mi, кмоль/час

1

СН4

16

0.5738

0.0359

0.0076

1424.17

89.01

2

С2Н6

30

0.6341

0.0211

0.0084

1573.95

52.47

3

С3Н8

44

1.6342

0.0371

0.0215

4056.14

92.19

4

изо- С4Н10

58

1.1389

0.0196

0.0150

2826.72

48.74

5

н- С4Н10

58

3.1198

0.0538

0.0411

7743.51

133.51

6

изо- С5Н12

72

2.7697

0.0385

0.0365

6874.66

95.48

Продолжение таблицы 15

1

2

3

4

5

6

7

8

7

н- С5Н12

72

3.3084

0.0459

0.0436

8211.50

114.05

8

С6Н14

86

61.4480

0.7145

0.8094

152517.10

1773.45

9

H2S

34

0.8524

0.0251

0.0112

2115.72

62.23

10

С2Н5SH

62

0.3035

0.0049

0.0040

753.35

12.15

11

СН3ОH

32

0.0076

0.0002

0.0001

18.83

0.59

12

N2

28

0.0342

0.0012

0.0005

84.88

3.03

13

CO2

44

0.0915

0.0021

0.0012

227.17

5.16

cумма

M F =75.916

1.0000

1

188427.71

2482.05

компонент

Данные по дистилляту

Количество

Содержание

fi Di

Di,

кг/час

nDi,

кмоль/час

XDi

X’Di

X’Di* Mi

1

СН4

1

1424.17

89.01

0.0684

0.1785

2.8565

2

С2Н6

1

1573.95

52.47

0.0756

0.1052

3.1570

3

С3Н8

1

4056.14

92.19

0.1949

0.1849

8.1356

4

изо- С4Н10

1

2826.72

48.74

0.1358

0.0978

5.6697

5

н- С4Н10

0.99

7666.08

132.17

0.3684

0.2651

15.3763

6

изо- С5Н12

0.01

68.75

0.95

0.0033

0.0019

0.1379

7

н- С5Н12

0

0.00

0.00

0

0

0

8

С6Н14

0

0.00

0.00

0

0

0

9

H2S

1

2115.72

62.23

0.1017

0.1248

4.2436

10

С2Н5SH

0.99

745.82

12.03

0.0358

0.0241

1.4959

11

СН3ОH

1

18.83

0.59

0.0009

0.0012

0.0378

12

N2

1

84.88

3.03

0.0041

0.0061

0.1702

13

CO2

1

227.17

5.16

0.0109

0.0104

0.4556

cумма

20808.23

498.57

1

1

M D = 41.736

компонент

Данные по остатку

Количество

Содержание

fi Ri

Ri,

кг/час

nRi,

кмоль/час

масс. доли,

XRi

мол. доли,

X’Ri

X’Ri* Mi

1

СН4

0

0

0

0

0

0

2

С2Н6

0

0

0

0

0

0

3

С3Н8

0

0

0

0

0

0

4

изо- С4Н10

0

0

0

0

0

0

5

н- С4Н10

0.01

77.44

1.34

0.0005

0.0007

0.0390

6

изо- С5Н12

0.99

6805.91

94.53

0.0406

0.0477

3.4313

7

н- С5Н12

1

8211.50

114.05

0.0490

0.0575

4.1399

8

С6Н14

1

152517.10

1773.45

0.9099

0.8941

76.8934

9

H2S

0

0

0

0

0

0

10

С2Н5SH

0.01

7.53

0.12

4.494E-05

6.126E-05

3.798E-03

11

СН3ОH

0

0

0

0

0

0

Продолжение таблицы 15

1

2

3

4

5

6

7

8

12

N2

0

0

0

0

0

0

13

CO2

0

0

0

0

0

0

cумма

167619.48

1983.49

1

1

М R = 84.508

Давление в колонне.

Давление в секции питания П F = 0,75 МПа.

П D = 0,75- 0,02= 0,73 МПа

П R = 0,75+ 0,02= 0,77 МПа

  • Расчет температурного режима в колонне

Температуру верха колонны определяем методом последовательного приближения при помощи уравнения изотермы паровой фазы:

∑(Y´ Di /Ki )=1 (2.1.)

путём подбора такого значения температуры, при котором константы фазового равновесия Кi для давления верха колонны, будучи подставлены в это уравнение, превращают его в тождество. Расчёт приведён в таблице 16; температура верха колонны:

t D = 54,99О С ≈ 55 О С.

Таблица 16

Расчет температурного режима в колонне

компонент

мольн. доли, X’Di

Константа фазового равновесия Ki

X’Di/ Ki

1

СН4

0,1785

42,25

0,0042

2

С2Н6

0,1052

6,35

0,0166

3

С3Н8

0,1849

1,73

0,1069

4

изо- С4Н10

0,0978

0,71

0,1374

5

н- С4Н10

0,2651

0,51

0,5214

6

изо- С5Н12

0,0019

0,21

0,0090

7

н- С5Н12

0

0,16

0

8

С6Н14

0

0,06

0

9

H2S

0,1248

2,91

0,0429

Продолжение таблицы 16

10

С2Н5SH

0,0241

0,17

0,1422

11

СН3ОH

0,0012

0,07

0,0180

12

N2

0,0061

97,80

6,217E-05

13

CO2

0,0104

4,81

0,0013

сумма

1,0000

1,0000

Температуру низа t R = 158 0 С и ПR = 0,77 МПа определяем методом последовательного приближения при помощи уравнения изотермы жидкой фазы: Σ(Х´Rii )=1 (2.2.).

Расчёт температуры низа приведен в таблице 17.

Таблица 17

Расчёт температуры низа

компонент

X’Ri

Константа фазового равновесия

Ki

X’Ri* Ki

1

СН4

0

88,39

0

2

С2Н6

0

23,55

0

3

С3Н8

0

9,51

0

4

изо- С4Н10

0

5,12

0

5

н- С4Н10

0,0007

4,05

0,0027

6

изо- С5Н12

0,0477

2,20

0,1049

7

н- С5Н12

0,0575

1,84

0,1057

8

С6Н14

0,8941

0,88

0,7866

9

H2S

0

13,66

0

10

С2Н5SH

6E-05

1,88

0,0001

11

СН3ОH

0

0,97

0

12

N2

0

158,77

0

13

CO2

0

19,41

0

сумма

1

1,0001

  • Расчёт доли отгона и состава жидкой и паровой фаз сырья при подаче его в колонну

Температура ввода сырья 100 0 С по исходным данным. Мольную долю отгона е исходного сырья и составы фаз при заданной температуре подачи и давлении ПF = 0,98 МПа рассчитываем аналитическим методом Трегубова по формулам:

( 2.3.)

( 2.4.)

Путём подбора находят такое значение доли отгона е´, при котором удовлетворяются эти равенства.

Расчёт приведен в таблице 17. Найдено значение е´= 0,1678.

Таблица 17

Расчёт доли отгона и состава жидкой и паровой фаз сырья при

подаче его в колонну

компонент

Mольн. доли, X’ fi

Константа фазового равновесия

Ki

Cостав фаз

жидкой

X’

паровой

Y’

1

СН4

0,0359

68,76

0,0029

0,1994

2

С2Н6

0,0211

14,98

0,0063

0,0947

3

С3Н8

0,0371

5,27

0,0216

0,1141

4

изо- С4Н10

0,0196

2,58

0,0155

0,0401

5

н- С4Н10

0,0538

1,97

0,0463

0,0912

6

изо- С5Н12

0,0385

0,98

0,0386

0,0377

7

н- С5Н12

0,0459

0,79

0,0476

0,0378

8

С6Н14

0,7145

0,34

0,8035

0,2730

9

H2S

0,0251

8,00

0,0115

0,0922

10

С2Н5SH

0,0049

0,82

0,0051

0,0041

11

СН3ОH

0,0002

0,38

0,0003

0,0001

12

N2

0,0012

134,99

0,0001

0,0070

13

CO2

0,0021

11,99

0,0007

0,0088

сумма

1,0000

1,0000

1,0000

Далее вычислим коэффициент относительной летучести при разных температурах для любого компонента по формуле: а= K i /К (2.5.).

Для концентрационной части и отгонной части колонны находим среднее значение коэффициента относительной летучести. За эталонный компонент, принимается наиболее летучий компонент жидкой фазы и-пентан. Расчёт коэффициентов летучести для компонентов сырья, дистиллята и остатка приведены в таблице 2.17.

Приложение 3

компонент

Укрепляющая часть

Отгонная часть

Кi

при ТF и пF

a if =Kif/Kc5

Кi

при ТD и пD

a iD =KiD /Kc5

a cp

Кi

при ТR и пR

a iR =KiR/Kc5

a cp

1

СН4

50.77

75.605

35.64

161.188

118.396

89.85

22.901

49.253

2

С2Н6

10.78

16.055

5.77

26.099

21.077

29.27

7.460

11.757

3

С3Н8

3.73

5.550

1.66

7.491

6.520

13.57

3.457

4.504

4

изо- С4Н10

1.80

2.685

0.71

3.192

2.938

8.02

2.044

2.365

5

н- С4Н10

1.37

2.040

0.51

2.311

2.176

6.57

1.675

1.858

6

изо- С5Н12

0.67

1.0

0.22

1.0

1.0

3.92

1.0

1.0

7

н- С5Н12

0.54

0.809

0.17

0.780

0.795

3.37

0.858

0.834

8

С6Н14

0.23

0.341

0.06

0.283

0.312

1.80

0.459

0.400

9

H2S

5.70

8.482

2.73

12.331

10.406

18.44

4.700

6.591

10

С2Н5SH

0.56

0.832

0.18

0.806

0.819

3.43

0.875

0.854

11

СН3ОH

0.26

0.383

0.07

0.323

0.353

1.96

0.499

0.441

12

N2

100.83

150.140

79.80

360.936

255.538

147.64

37.630

93.885

13

CO2

8.60

12.800

4.42

19.998

16.399

24.84

6.331

9.565

2.3.3. Расчет минимального орошения.

Минимальное флегмовое число для концентрационной части колонны определяют по уравнению Андервуда методом последовательного приближения:

(2.6.)

где α id — коэффициент относительной летучести компонента при tf =1000 С и

π f = 0,75 МПа;

θ- параметр, определяемый из другого уравнения Андервуда:

(2.7.)

где е = 0 (кипящая жидкость).

Расчеты константы θ сведены в таблице 18. θ = 1,45.

Таблица 18

компонент

Мольная доля,

C’ if

a if

a if *C’if

a if — q

a if *C’i / (a if — q )

a iD *X’ iD

a iD*X’iD / (aiD-q)

1

СН4

0,0359

70,339

2,52250

68,8939

0,0366

35,4906

0,1798

2

С2Н6

0,0211

15,328

0,32401

13,8827

0,0233

3,1420

0,1106

3

С3Н8

0,0371

5,393

0,20030

3,9476

0,0507

1,5050

0,2248

4

изо- С4Н10

0,0196

2,641

0,05186

1,1956

0,0434

0,3273

0,1720

5

н- С4Н10

0,0538

2,016

0,10843

0,5704

0,1901

0,6342

0,6698

6

изо- С5Н12

0,0385

1,000

0,03847

-0,4455

-0,0863

0,0019

-0,0043

7

н- С5Н12

0,0459

0,812

0,03732

-0,6333

-0,0589

0,0000

0,0000

8

С6Н14

0,7145

0,348

0,24832

-1,0980

-0,2262

0,0000

0,0000

9

H2S

0,0251

8,184

0,20519

6,7389

0,0304

1,7071

0,1396

10

С2Н5SH

0,0049

0,835

0,00409

-0,6109

-0,0067

0,0193

-0,0298

11

СН3ОH

0,0002

0,389

0,00009

-1,0568

-0,0001

0,0004

-0,0003

11

N2

0,0012

138,094

0,16866

136,6488

0,0012

2,7981

0,0061

12

CO2

0,0021

12,266

0,02552

10,8209

0,0024

0,2343

0,0111

сумма

1,0000

0,0000

1,4794

Минимальное флегмовое число рассчитываем: r min = 1,48-1= 0,48.

=2,08

r опт = rmin* τопт = 0,48*2,08= 0,998

Рабочее паровое число для отгонной части рассчитываем из уравнения материального баланса питательной секции колонны:

(2.8)

S опт = (0,998*498,57 + (1- 0,1678)* 2482, 05- 1983,49)/ 1983,49 = 0,292

Количество материальных потоков, проходящих секцию

питания колонны.

Количество орошения, стекающего с нижней тарелки укрепляющей секции:

G K = rопт * D = 0,983*498,57= 490,09 кмоль /час .

Количество паровой фазы сырья:

Vc= e* F = 0,0959* 2482,05= 238,03 кмоль /час.

Количество жидкой фазы сырья:

G C = F — Vc =2482,05- 238,03 = 2244,02кмоль /час.

Количество жидкости, стекающей на верхнюю тарелку отгонной секции:

G m = GK + Gc = 490,09+2244,02 = 2734,11 кмоль/час.

Количество парового орошения, стекающего с верхней тарелки от­гонной секции:

Vo = G m — R = 2734,11-1983,49 = 750,62 кмоль /час .

Количество паров, поступающих под нижнюю тарелку укрепляю­щей секции:

Vm= V 0 + Vc=750,62 + 238,03= 988,65 кмоль/час,

Vm= G K + D = 490,09+ 498,57= 988,66 кмоль /час .

  • Расчет количества холодного орошения

Тепловая нагрузка конденсатора-холодильника может быть опре­делена по уравнению:

Q K = G* (Н tD — h tD )+ D* (Н tD — h t0 ), (2.9.)

G = G K = 490,09 кмоль /час — количество горячего орошения наверху колонны, принимаемое равным количеству орошения внизу укрепляю­щей части.

Значения энтальпий определяем по графику для зависимости эн­тальпии жидкости h или энтальпии паров Н от температуры [15]

где H tD — энтальпия паров дистиллята при температуре верха колонны t D = 550 С и πD = 0,96 МПа, кДж / кмоль (MD = 41,736);

h tD — энтальпия конденсата дистиллята при температуре t D = 49,64 ° С, кДж / кмоль;

h t0 — энтальпия конденсата дистиллята при температуре орошения t0 = 40 ° С,

кДж / кмоль;

H tD = 23000 кДж/кмоль;

h tD = 6000 кДж/кмоль;

h t0 = 4800 кДж/кмоль.

Q K = 490,09* (23000- 6000)+ 498,57* (23000- 4800) = 17405504 кДж/час = =4834,86 кВт .

Количество холодного орошения, подаваемого на верхнюю тарелку колонны, находится по формуле:

(2.10.)

Go = 490,09* (23000- 6000)/ (23000- 4800)

Go = 457,78 кмоль / час

или Go = 457,78 * M D = 457,78 *41,736= 19105,76 кг /час .

2.3.5. Расчет нагрузки кипятильника и количества парового орошения внизу отгонной части колонны

Тепловая нагрузка Q P кипятильника колонны определяется из урав­нения теплового баланса колонны:

F * h tF = D * qB + R * qH (2.11.),

где h tF — энтальпия сырья, подаваемого в колонну в виде кипящей жидкости при температуре tF = 100°С, кДж/кмоль (h tF определяется по графику htF = 16000 кДж / кмоль); qB и qH — верхний и нижний тепловые параметры колонны, кДж/кмоль.

Верхний тепловой параметр колонны:

(2.12.)

q B = 23000+ (457,78* (23000- 4800)/ 498,57) = 39710,99 кДж/кмоль .

Нижний тепловой параметр колонны

(2.13.)

где h tR — энтальпия остатка колонны при температуре tr = 158 0 С, кДж/кмоль;

h tR — определяется по графику: h tR = 40000 кДж/кмоль;

Q p — тепловая нагрузка кипятильника, кДж /ч

Подстановка значения q H в уравнение теплового баланса колонны дает:

Q p = R* htR — (F* htF — D* qB ) (2.14),

Q p = 1983,49* 40000- (2482,05*16000 – 498,57* 39710,99) = 59425528 кДж/ч = 16507,09 кВт.

Количество парового орошения внизу колонны определяется по формуле:

(2.15.)

где λ R = HtR — htR — скрытая теплота испарения флегмы, поступающей из колонны в кипятильник, равная разности энтальпий паров орошения, идущих из кипятильника в колонну, и остатка, покидающего кипятиль­ник, кДж/ кмоль (при работе колонны с рибойлером — кипятильником с паровым пространством).

H tR = 68000 кДж/ кмоль

V R = 59425528/ (68000- 40000)= 790,562 кмоль/час

Сравнение полученного значения V R = 790,562 кмоль/час с ранее найденной величиной Vo = 750,62 кмоль /час показывает, что количество парового орошения несколько возрастает к верху отгонной части.

Если количество парового орошения считать постоянным по высоте отгонной части, то V R = Vo = 750,62 кмоль /час. Тогда тепловая нагрузка на кипятильник определится так:

Q p = VRR = VR * (HtR — htR )= 750,62* (68000- 40000)= 59425528 кДж/ч = 16507,09 кВт.

Эта величина совпадает со значением Q p рассчитанным выше.

2.3.6. Расчет числа теоретических тарелок колонны

Минимальное число теоретических тарелок в колонне определяется по уравнению Фенске-Андервуда в расчете на то, что легким ключевым компонентом по условиям разделения является н-бутан, а тяжелым ключевым компонентом изо — пентан.

(2.16.)

X D5 = 0,2651; XD6 = 0,0019; XR6 = 0,0477; XR5 = 0,0007; К56 = 1,37/0,67

N = 12,89 ≈ 13

Число теоретических тарелок в колонне находится по формуле:

= (0,7/ 11)+ 1,7= 1,76

N опт = 1,76* 13= 22,88

Принимается в колонне 23 теоретических тарелок N т =23. Оптимальное соотношение числа тарелок в укрепляющей и отгонной частях колонны вычисляется по уравнению:

= 0,126

X F6 =0,0385; XF5 =0,0007.

N У /NО =1,34. Так как Ny +No =23, то No = 10 , Ny =13 .

Число рабочих тарелок в колонне рассчитывается с учетом КПД тарелок. Для клапанных тарелок η=0,45. Тогда в укрепляющей части колонны число рабочих тарелок .

N y = Ny / η = 13/ 0,45= 28

В отгонной части колонны число рабочих тарелок:

N ор = Nо /η = 10/ 0,45= 22

Всего в колонне тарелок. N= N y + Nор = 22+28 =50.

2.3.7. Расчет диаметра нижней части колонны

Рассчитаем диаметр низа колонны по формуле:

; (2.17.)

где V- секундный расход паров в расчетном поперечном сечении колон­ны, м 3 /с; u — допустимая скорость газа в расчетном сечении, м/с; π = 3,14.

Секундный объем паров в расчетном сечении определяется по формуле:

при t R = 158°С и дав­лении π R = 0,75 МПа

(2.18.) V CR = 8,092 м3 /с;

где V R — количество парового орошения внизу колонны, кмоль/ч; tR — температура низа колонны (tR = 158 ° С); π R — давление внизу колонны

R = 0,75 МПа).

Ввиду того, что давление в аппарате невелико, коэффициент сжимаемости Z равен единице.

Допустимая скорость газа в расчетном сечении определяется по формуле:

; (2.19.)

где ρ Ж , ρП — плотности жидкости и пара в расчетном сечении, кг/ м3 ; С — коэффициент, определяемый по уравнению: С = f1 x f2 x C1 ; (f1 = 0,65; f2 = 1; C1 — определяется по графику при расстоянии между тарелками 0,5 м; C1 = 0,115):

С = 0,65*1*0,115 = 0,075.

Плотность пара рассчитывается по формуле:

(2.19)

ρ п = 2,177 кг/м3

Плотность жидкости (при молекулярной массе M R = 84,508) соответ­ствует жидкому гексану: плотность гексана при tD = 97,96° С равна 525 кг/м3 .

Допустимая скорость газа внизу колонны:

u= 1,16 м /c

Диаметр низа колонны равен:

D н = 3,35м

Согласно нормальному ряду диаметров принимается диаметр ко­лонны

D н = 3,4м

Для сравнения определяют диаметр колонны по ее сечению над верхней укрепляющей тарелкой.

2.3.8. Определение диаметра верхней части колонны

Расчет ведется аналогично определению диаметра внизу колонны.

Количество паров наверху колонны:

V D = go + D = 457,78+ 498,57= 956,35 кмоль /час .

Секундный расход паров вверху колонны:

V CD = 0,73 м3

Плотность жидкости (при молекулярной массе M D = 41,736) соответ­ствует жидкому пропану: плотность пропана при tD = 55° С равна 300 кг/м3 . Плотность паров равна:

ρ п = 15,12 кг/м3

По графику определяем С 1 для плотности паров кг/м3 и рас­стояния между тарелками 0,5 м: С1 = 0,12

С = 0,65* 1*0,12 = 0,078.

Допустимая линейная скорость газа равна (м/с):

u B = 0,34 м/с.

Диаметр верха колонны равен:

D B = 1,86 м. Принимаем 2 м.

Диаметр низа колонны больше диаметра верха колонны. Поэтому окончательно принимается диаметр колонны по нижнему сечению D = 3,4 м.

  • Расчет высоты колонны

Определяют высоту колонны. На основе практических данных рас­стояние между верхним днищем колонны и ее верхней укрепляющей тарелкой принимается h 1 = l,2 м; высота секции питания h 3 =1,3 м; рас­стояние между нижним днищем и нижней отгонной тарелкой h5 =3 м (для обеспечения трех — четырехминутного запаса флегмы внизу колон­ны).

Расстояние между тарелками hT = 0,5 м.

Высота колонны равна:

для укрепляющей части:

h 2 =(Ny-l)*hT =(28-l)*0,5= 13,5 м,

для отгонной части:

h 4 =(No-l)*hT =(22- l)x 0,5 = 10,5 м,

рабочая высота:

Нр = h 1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 1,2 + 13,5 + 1,3 + 10,5 + 3 = 29,5 м.

Диаметры основных штуцеров колонны рассчитываются по обыч­ным формулам гидравлики с последующим принятием их размеров, со­гласно существующим нормалям.

  1. Гидравлический расчёт

Гидравлический расчет колонны 30С01

При расположении отверстий по треугольной сетке суммарная их доля по отношению ко всей площади тарелки рассчитывается по формуле:

где:

do

диаметр отверстий, м;

to

шаг отверстий, м.

Числовые значения величины f п (в % ко всей площади тарелки) в зависимости от диаметра отверстий и их шага даны в таблице.

Долю f п площади отверстий тарелки будет равна 19%.

Примем диаметр колонны D к = 3,6 м. Тогда площадь поперечного сечения колонны составит:

Величина отношения площади отверстия к площади поперечного сечения колонны при этом равна:

Суммарная площадь отверстий на тарелке:

Количество отверстий на тарелке:

Скорость диспергированной фазы в отверстиях тарелки рассчитывается по формуле:

где:

w д

фиктивная скорость диспергированной фазы в полном сече-

нии колонны, м/с

Величина фиктивной скорости равна:

Тогда

Скорость жидкости в отверстиях тарелок в промышленных экстракционных колоннах составляет 0,1 – 0,3 м/с.

Подставив в формулу для D h 1 числовые значения величин, получим:

Величина Dh 2 рассчитывается по формуле:

где:

e п

коэффициент гидравлического сопротивления тарелки,

равный 1,5¸4,5

w п

скорость сплошной фазы, 0,231 м/с

r с

плотность сплошной фазы под нижней тарелкой, принимается

равной плотности сырья, кг/м 3

Колонна будет работать неудовлетворительно, если значительное количество диспергированных капель будут уноситься со сплошной фазой. Поэтому скорость w п сплошной фазы должна быть меньше скорости осаждения капель с диаметром 0,001 – 0,002 м. Для нахождения предельного допустимого значения скорости wп д сплошной фазы воспользуемся формулой Стокса:

где:

g

ускорение свободного падения, g = 127×106 м/ч2

d

диаметр капель, м

m с

Динамическая вязкость сплошной фазы, кг/(м´ч)

Динамическая вязкость сплошной фазы (сырья) определим по формуле:

где:

x ¢ о

мольная доля метана в сырье;

x ¢ к

мольная доля этана в сырье;

m о

динамическая вязкость метана, г/(см´с);

m к

динамическая вязкость этана, г/(см´с).

Зная массовые доли метана и этана в сырьё, найдём их мольные доли:

Получим:

или

Тогда приняв диаметр самых мелких капель равным d = 0,001 м и подставив числовые значения величин в формулу для w п д , найдём предельное числовое значение скорости сплошной фазы:

Унос диспергированных капель происходить не будет, так как w п < w п. д. В случае получения w п > w п. д. следует увеличить диаметр колонны.

Подставив в формулу для D h 2 числовые значения величин, предварительно при этом, приняв коэффициент e п = 4,5, получим:

Величина D h 3 рассчитывается по формуле:

Таким образом

Примем высоту слоя диспергируемой жидкости h с = 0,2 м.

Расстояние между тарелками h т равно 0,6 м.

Условие 0,25 < h т < 0,7 выполняется и поэтому диаметр колонны Dк = 3,6 м выбран правильно.

В проекте предлагается применить вихревую пакетную регулярную насадку, которая характеризуется более высокой скоростью движения газообразной фазы и более устойчивым противоточным режимом работы. Технические характеристики насадки приведены в таблице 19.

Таблица 19

1

2

Средний объёмный коэффициент массоотдачи, кг/м 3 ´ч

12 000¸13 000

Номинальная производительность по газовой фазе, кг/м 2 час

18 000

Диапазон рабочих скоростей по газовой фазе, м/с

1¸6

Диапазон рабочих плотностей орошения, м 3 /(м2 ´ч)

25¸90

Удельный вес, кг/м 3

180¸350

Свободное сечение, %

70¸99

Продолжение таблицы 19

1

2

Высота слоя, мм

55¸120

Гидравлическое сопротивление слоя, Па

100

Для расчета гидравлического сопротивления смоченной насадки в противоточном токе в условиях отсутствия сноса жидкости с насадки воспользуемся зависимостью, применяемой при противотоке фаз:

  • где: — динамическая задержка жидкости на насадке, для насадки динамическая задержка равна 5% от объёма насадки;
  • Величины А и m – эмпирические коэффициенты, учитывающие уменьшение свободного объёма насадки при орошении её жидкостью.

Для насадок эти значения составляют: m=3,5 ; А=39000d экв0,25 .

Соответственно перепад давления на орошаемой насадке составит:

Перепад давления по газу составит 5,09 мбар. Предельным значением перепада давления для колонны является 15 мбар, при этом начинается подвисание жидкости в насадке. Полученный в результате расчета перепад давления 5,09 мбар не превышает предельную величину.

Общее сопротивление насадок составит:

  1. Механический расчет колонны

4.1 Расчет толщины стенки обечайки

Настоящим расчетом определяю необходимую минимальную толщину металла корпуса колонны.

Расчетная формула для полной толщины стенки имеет вид:

где:

Р — расчетное давление в аппарате, Р=7,5 кг/см 2

D — внутренний диаметр аппарат

[d] — допустимое напряжение стали при t = 350° C

j p — коэффициент прочности продольного шва, jp = 1 (автоматическая сварка)

С – прибавка на коррозию, С = 0,4 см.

Расчет толщины стенки обечайки колонны Æ 360 см

Обечайка Æ 360 см изготовлена из стали 16 Гс,

[d] = 1340 кгс/см 2

Принимаем в связи с возможным утонением листа при вальцовке S 1 = 1,5 см

Допускаемое внутреннее избыточное давление из условия прочности

[P 1 ]P; 8,167,5 Условие выполняется

Фактическое напряжение;

d ф1 Условие выполняется.

Расчет толщины стенки обечайки Æ 260 см

Материал обечайки сталь 16 ГС:

В связи с возможным утонением листа при вальцовке принимаем S 2 =1,2 см

Допустимое внутреннее избыточное давление из условия прочности.

[P 2 ] 8,22 Условие выполняется

Фактическое напряжение:

Условие выполняется

4.2 Расчет конической обечайки

Расчетная длина переходной части:

Расчетный диаметр гладкой конической обечайки:

Д к =Д – 1,4*а1 *sin a1 =360-1,4*12,5*0,36=353,7 см

Толщина стенки корпуса конуса

S к = Sкр +С=1,1+0,4=1,5 см

Принимаем S кр =1,8 см

Допускаемое внутренне избыточное давление

Условие выполняется

4.3 Расчет нижнего эллиптического днища

Рис. 15 – Нижнее эллиптическое днище

Материал днища: сталь 09 Г2С

Толщина днища

где R – радиус кривизны в вершине днища принимаем равным диаметру

[d] — допустимое напряжение стали 09Г2с при t = 350°,[d] = 1480

Принимаем S 4 = 2,0 см

Допускаемое внутренне давление:

Условие выполняется

4.4 Расчет верхнего эллиптического днища

Материал днища сталь: сталь 09 Г2С

Толщина днища

Принимаем S 5 =1,4 см

Допускаемое избыточное давление:

Условие выполняется

4.5 Определение максимального и минимального веса аппарата

а) Расчетные нагрузки:

Р 1 = 7,5 кг/см2 – расчетное давление

Р 2 = 1,25* Р1 =9 кг/ см2 – пробное давление

Р н = g (Н-Х0 ) = 10-3 (30140-300)=2,9 кгс/см2 – гидростатическое давление

б) Вес колонны в рабочем состоянии:

где Н 1 – высота уровня жидкости в колонне, Н1 =300 см

g — плотность продукта, g = 0,85

Z т – число тарелок, Zт = 19

G т – вес 1 тарелки, Gт = 70 кг

h – высота жидкости на тарелке, h = 6 см

G пл – вес 1й площадки обслуживания, Gпл =450 кг

Z пл – число площадок обслуживания, Z пл =7 шт

G к – вес пустой колонны, Gк = 60612 кг

G изол – вес изоляции, Gизол = 480 кг

G 1 = 841,54 Кн

в) Вес колонны при ГИ:

где Н 2 – высота колонны, Н2 = 2500 см

g — плотность воды, g = 1

г) Максимальная нагрузка колонны в условиях монтажа

G 3 =645,4 кН

д) Минимальная нагрузка от собственного веса в условиях монтажа:

G 4 =624,8 Кн

4.6 Определение ветровых нагрузок и моментов, действующих на аппарат

Колонна фракционирования 30C-01 установлена на открытом воздухе, она подвержена действию ветра. Ветровые силы, действующие в горизонтальной плоскости создают изгибающий и опрокидывающий ветровой момент.

Определение периода собственных колебаний:

T = 1,79*H*[Q/g]*((H/e*I)+(4*V 0 ))]0,5

где: Н – высота аппарата,

Q – вес аппарата, МН,

Е – модуль продольной упругости материала корпуса аппарата, МПа,

g – ускорение свободного падения,

I – экваториальный момент инерции площади поперечного сечения стенки корпуса аппарата, М 4

I = (P/64)(Д н4в4 ),

Рис. 16 — Колонна фракционирования 30C-01

I = (3,14/64)(3,624 4 -3,64 )=0,17

V 0 – угол поворота опорного сечения фундамента под действием единичного момента, МНМ-1

где G ф – коэффициент неравномерности снятия грунта,

G ф = 10

I ф – экваториальный момент инерции площади подошвы фундамента, м4

I ф = 0,065(Д2 )4

I ф = 0,065*3,884 =14,73 м4

Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки:

где

gni – нормативное значение статистической составляющей ветровой нагрузки,

Д – наружный диаметр аппарата с учетом изоляции,

Нi – высота с участка аппарата,

Мi — масса i – участка аппарата,

е – коэффициент динамичности, определяемый по графику [28], у = 2,2,

ni – приведенное ускорение центра масс i – го участка, м/с 2

g 0 – скоростной напор ветра, g0 = 45*10-5 МПа

Q – коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора с увеличением высоты над поверхностью земли

С – аэродинамический коэффициент, зависящий от формы аппарата,

С = 0,7,

Р 1 = 155 Па,

Р 2 = 273 Па,

Р 3 = 322 Па,

Р 4 = 502 Па,

Изгибающие моменты от трубопроводов принимаем равными 0, т.к. все трубопроводы имеют опоры:

Общие мембранные напряжения:

dх = 0, dy = 0

Изгибающие моменты от сейсмических нагрузок в области равны 0 .

Расчет корпуса аппарата в сечении В-В

Проверяем условие прочности

на наветренной стороне:

max {[d x1 ];dE1 } £ [dk ] * jT

d E1 =96,01£ [dk ] = 108,4 МПа

на подветренной стороне:

max {[d x2 ];dE2 } £ [dk ] * jT

d E2 =96,04£ [dk ] = 108,4 МПа

Условие прочности выполняется полностью

2) Проверка устойчивости колонны в сечении В-В:

F – принимается для условий при Г.И.

М – принимается для условий при монтаже

Условие устойчивости выполняется

F y – вес аппарата при Г.И.

M y – изгиб. момент от действия ветровой погрузки

Условие устойчивости обечайки в зоне смотрового люка выполняется.

4.7 Расчет опорной обечайки

Рис. 17 — Опорная обечайка

Проверка прочности сварного шва соединяющего корпус с опорной обечайкой

где: Mz – ветровая нагрузка для сечения z – z при монтаже

Fz – для условий при Г И.

[d 0 ] = [dk ] = 108,4 МПа

d х =47,49£[dк ] = 108,4 Условие прочности сварного шва выполняется.

Проверка устойчивости обечайки в зоне отверстия (люка)

Для проверки сечения х –х используются нагрузки сечения у – у:

где: [F] = 13400 KH

[M] = 3638000 KH

j 1 =1, j2 =0,9, j3 =0,1

Расчет нижнего опорного узла аппарата и анкерных болтов

Ширина нижнего опорного кольца

где: Д 4 – диаметр окружности анкерных болтов

[d бет ] – допустимое напряжение бетона, [dбет ] = 20 Мнм2

Принимаем b1 = 0,245 м

Выступающая ширина нижнего опорного узла

где d 2 –внутренний диаметр анкерного болта d2 =32 мм

Принимаем b2= 0,120 м.

Определяем напряжение сжатия в бетоне:

Условие прочности выполняется

Толщина нижнего опорного узла

где: g- коэффициент [],g = 0,65

[G A ] – предельно допустимое напряжение для опорного кольца, материал сталь 09Г2С, [GA ] = 196 МПа

S 3 – толщина опорной обечайки, S3 =14 мм

1,5*0,014 =0,021 м

Принимаем S 4 = 0,04 м

Толщина ребра опорного узла

где: [d В ] — предел текучести материала анкерного болта, материал сталь ГО, таким образом – нормализация, [dВ ] = 110 МПа

А б –площадь поперечного сечения анкерного болта М36,

А б = 7,9 см2

g 3 — коэффициент [],g3 = 2

0,4*0,04=0,016 м

Принимаем S 7 = 0,020 м.

Толщина верхнего опорного кольца:

где g 2 – коэффициент [],g2 = 0,9

1,5*0,014=0,021 м

Принимаем S 5 = 0,024 м

Высота нижнего опорного узла

где

g 5 = 1 + g7 =1 + 1,145 = 2,145

n – число анкерных болтов

g 6 = 1 + 2g7 = 3,29

l 2 – расстояние от опорной обечайки до анкерного болта

Принимаем h 1 = 0.4 м

4.8 Расчет анкерных болтов

Внутренний диаметр резьбы болта для колонны, устанавливаемых на бетонном фундаменте:

g 8 — коэффициент [],g8 = 0,9

Принимаем d 2 = 32 мм

4.9 Расчет штуцера, врезаемого в колонну для отбора

дизельной фракции

Рис. 18 — Материал штуцера и накладного кольца – сталь 16 ГС

Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением:

d p = d + 2CS

где d – диаметр штуцера

C S – прибавка на коррозию по технологическим причинам

d p = 10+2*0,1 = 10,2 см

Расчетная толщина стенки штуцера

[d 1 ] — предельно допустимое напряжения материала штуцера [d1 ] = 148 МПа

Принимаем S 1 =0.8 см

Расчетная длина штуцера:

Принимаем L 1 = 15см

Принимаем L = 2 см

Расчет ширины зоны укрепления

Расчет ширины накладного кольца

L = 21 см

Принимаем L 2 = 22 см

Допускаемые напряжения в месте выреза под штуцер:

где

15*(0.8-0.2-0.1)*1+22*1.2*1+1.2(1.2-0.6-0.4)³ 0.5(10.2-5.7)

8.13 ³ 2.25 Условие выполняется

Допускаемое внутреннее напряжение

где: К 1 – коэффициент для цилиндрических обечаек, К1 =1

V — коэффициент понижения прочности, V = 1

[P]>P, 9,07 >6 Условие выполняется .

Минимальные размеры сварных швов

D³2,1

D принимаем равной 2 см.

Проверка прочности сварного шва:

D 1 +D2

9,6 ³ 5,1 Условие прочности выполняется

4.10 Расчет фланцевого соединения

Рис. 19 – Фланцевое соединение

Допускаемые напряжения для сечения А – А.

[d ф ] = dтф – предел текучести материала фланца

Допускаемые напряжения для сечения Б – Б, при Р £ 6

[d ф0 ] = 0,003 Е

где: Е – коэффициент предельной упругости фланца []

[d ф0 ] = 2100

Наименьшая величина конической втулки:

S 0 £ 1,35 S, S0 – S £ 0,5

где S – толщина стенки штуцера

S 0 £ 1,35*0,8 = 1,00

1,00 – 0,8 = 0,2 £ 0,5 Условие выполняется

Принимаем S 0 = 1 см

Рассчитаем отношение большей толщины втулки фланца к меньшей

b = 2,1

Длина втулки приварного фланца

Принимаем l = 5 см

Диаметр окружности болтов

где d Б – диаметр болтов.

Принимаем предварительно d Б = 1,6 см

Принимаем Д Б = 18 см

Наружный диаметр фланца

где= 40 мм т. 3.30 []

Принимаем Д Ф = 22 см

Средний диаметр прокладки

Д ПС = ДП — bП ,

где: b П – ширина уплотнения прокладки принимается в зависимости от ее конструкции, материала, диаметра по таблице 3.28 []

b П = 2,5 см (плоская не металлическая)

Д П — наружный диаметр прокладки

Д П = ДБ — е,

где е = 2 см таблица 3.30 []

Д ПС = 18-2-2.5 =13.5 см

Рассчитываем эффективную ширину прокладки.

Выбираем расчетные параметры прокладки:

m – коэффициент удельного давления, m = 2,5 кгс/м 2

g – удельное давление сжатия прокладки,

g = 20 для поронита марки ПА с S³1 мм

Ориентированное число шпилек:

где t б – шаг болтов т. 3.32

Принимаем

Определяем вспомогательные величины:

коэффициент g по рис. 3.35 [], g = 1,5

эквивалентная толщина втулки фланца

S Е = g * S0 = 1,5 *1 =1,5 см

ориентировочная толщина фланца

безразмерные величины

где

где

Т = 1,7 рис.3.38 []

j 2 = 5 рис.3.39 []

j 3 = 1,5 рис.3.40 []

Угловая податливость фланца:

где Е ф = 2,1* 106 табл 10 [] –модуль продольной упругости фланца

Линейная податливость прокладки

где Е n = 2000 т. 3.31 []

Расчетная длина шпильки

L б = Lбо + 0,56 dб

где L бо = 5,6 см

L б = 5,6 + 0,56*1,6 = 6,5 см

Принимаем шпильки длинной 7 см

Линейная податливость шпилек при расчетной температуре

где Е б – модуль продольной упругости шпильки, Еб = 2*106

f б – расчетная площадь поперечного сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы табл.3.30 []

f б = 1,8 см2

Коэффициент жесткости фланцевого соединения

где В 1 = В2 = В , т.к. фланцы одинаковые

Болтовая нагрузка в условиях монтажа:

где Q Д – нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления

где Р R – расчетное давление

R n – сила реакции прокладки в рабочих условиях

m – коэффициент удельного давления на прокладку, показывающий, во сколько раз удельное давление должно быть больше внутреннего, чтобы обеспечить герметичность табл. 3.31 []

m = 2,5

0,011*858+1144,5=1153,9 кг

3,14*13,5*0,9*9,8=415,4 кг

Р б1 =1153,9 кг

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

Р б2 = Рб1 +(1 — l)*QД + Qt

где Q t – усилие возникающее от t деформации для приварных фланцев из одного материала

где: a ф – коэффициент линейного расширения фланца в зависимости от рабочей температуры aф = 14,0 *10-6 табл. 18

a б – коэффициент линейного расширения шпильки в зависимости от температуры и материала aб = 14,0 *10-6 табл. 19

t ф, tб – расчетная температура фланца и шпильки табл. 3.24 tф = 0,96*350=336°С, tб = 0,95*350=332,5°С

Е б – модуль продольной упругости шпильки при расчетной температуре, Еб = 2*106 , []

n — безразмерный коэффициент []

V = A*У б = 7,7*106 *0,24*10-6 =1,8

Определяем приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца

В условиях монтажа:

М 01 =

В рабочих условиях:

М 02 =

=

Так как М 02 > М01 в дальнейших расчетах принимаем большее значение.

Максимальные напряжения в сечении S 1

где Т = 1,7 рис. 3.8 []

а) Определяем предельные напряжения на наветренной и подветренной стороне аппарата.

где

F = 2279,7 кН

б) Определяем кольцевые напряжения

в) Эквивалентные напряжения на наветренной стороне:

Максимальные напряжения в сечении S 0

Напряжение в кольце фланца.

Напряжение во втулке фланца от внутреннего давления:

Проверка условия прочности фланца в сечении S 1, S0

Условие прочности выполняется

где j = 1

[d 0 ] = 2100

Условие прочности выполняется

Угол поворота фланца

Условие прочности выполняется

4.11 Расчет шпилек фланцевого соединения

Условие прочности болтов

В условиях монтажа:

где Р б , Zб , fб – смотреть в расчете фланцевого соединения

Условие выполняется

В рабочих условиях:

где Р б2 – смотреть в расчете фланцевого соединения

Условие выполняется

Крутящийся момент на ключе при затяжке:

где [g] по табл. 3.31 [], [g] =20

Условие выполняется

  1. Безопасность и экологичность проекта

5.1. Безопасность эксплуатации производственного

оборудования на установке стабилизации углеводородного

конденсата

Оборудование УСК подобрано и рассчитано с учетом требований безопасности производственного процесса, что обеспечивается следующими его качествами:

  • надежностью;
  • герметичностью;
  • стойкостью к коррозии и эрозии;
  • отсутствием открытых опасных зон;
  • высоким уровнем автоматизации;
  • механизацией монтажа и ремонта;
  • надежностью в обращении.

Каждый аппарат установки снабжен предохранительными клапанами. Сбросы с ППК направляются на факел. Колонны, сосуды снабжены автоматическими регуляторами уровня, приборами для замера давления, световой и звуковой сигнализацией о повышении или снижении давления, температуры, уровня.

В соответствии с Правилами Ростехнадзора РФ для контроля за работоспособностью аппаратов производится их опрессовка под давлением в 1,25 раз больше проектного.

Обеспечено дистанционное отключение и переключение оборудования из операторной в случае аварии.

Для оповещения обслуживающего персонала существует громкоговорящая связь между операторной, установкой и машзалом. Предусмотрена телефонная связь между объектами.

Согласно требованиям гл. 7.3 ПУЭ и гл. 3.4 «Правил эксплуатации электроустановок потребителей», электрооборудование, расположенное во взрывоопасных зонах внутри и вне помещений выполнено во взрывозащищенном исполнении в соответствии с «Правилами изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования» (ПИВРЭ) или с Государственными стандартами.

Обеспечена защита оборудования установки от атмосферного и статического электричества.

Питание КИПиА осуществляется сжатым осушенным воздухом через рессивер, обеспечивающий часовой запас воздуха.

Выполнение требований всех разделов технологического регламента и соблюдение норм технологического режима работы установки, предполагает работу всех блоков установки без аварий и несчастных случаев.

Наиболее опасные отклонения от нормального технологического режима на установке У-30:

  • прекращение подачи электроэнергии;
  • прекращение подачи воздуха КИП;
  • прекращение подачи топливного газа;
  • прекращение подачи пара низкого давления;
  • прекращение подачи технической воды;
  • прекращение подачи оборотной воды;
  • разгерметизация систем установки;
  • пожар на установке.

Последствия и меры необходимые при названных отклонениях предусмотрены “Планом ликвидации аварий У-30”.

При аварийной ситуации обслуживающий персонал обязан поставить в известность диспетчера завода и сменного заместителя главного инженера.

Все плановые ремонтные работы производить по утвержденному плану, наряду-допуску, с приложением схемы места ведения газоопасных работ, схемы эвакуации, схемы возможной загазованности.

Перед началом ремонтных работ ремонтируемые аппараты, трубопроводы пропариваются паром низкого давления и продуваются азотом.

Основные мероприятия, обеспечивающие безопасное ведение технологического процесса:

  • строгое соблюдение норм технологического регламента;
  • соблюдение требований производственных инструкций по эксплуатации и обслуживанию технологического оборудования;
  • соблюдение правил пожарной и газовой безопасности при обслуживании оборудования;
  • соблюдение правил эксплуатации приборов КИПиА, обеспечение их исправной работы;
  • использование исправного и искробезопасного инструмента;
  • ведение постоянного контроля за работой технологического и энергетического оборудования со стороны технологического персонала;
  • выполнение распоряжений и требований вышестоящего руководства в цехе и по заводу;
  • своевременное и аккуратное ведение записей в вахтовых журналах, режимных листах и в другой технологической и технической документации;
  • содержание рабочих мест в чистоте и порядке;
  • обязательное обеспечение подачи воды в систему охлаждения;
  • своевременное проведение профилактических мероприятий и поддержание надежной работы оборудования, КИПиА.

Установка должна быть оборудована системой автоматической защиты и блокировок, предусматривающей дистанционную и местную остановку установки.

5.2. Система газовой безопасности на установке

Даже при нормальной работе технологической установки в воздушной среде могут выделятся вредные вещества:

  • газообразные — при проведении газоопасных работ, из-за не плотностей во фланцевых соединениях;
  • жидкие — из-за неплотностей во фланцевых соединениях, при перекачке жидкостей по неисправным линиям;
  • твердые — при погрузке, выгрузке сыпучих грузов (например, серы, катализаторов).

В аварийных ситуациях: при взрыве трубопровода, разрушении оборудования, взрывах, пожарах – выделение вредных веществ в рабочую зону увеличивается в сотни, тысячи раз.

В настоящее время на газоперерабатывающем заводе используют в основном три группы методов определения концентраций токсичных газов и взрывоопасных веществ в воздухе производственных помещений: лабораторный, экспрессный и автоматический.

  1. Лабораторный — метод контроля осуществляется центрально заводской лабораторией, он отличается высокой точностью но не достаточно оперативно т.к. отбор проб и выполнение анализа требует больших затрат времени.
  2. Экспрессный – метод определения токсичных газов в воздухе с помощью индикаторных трубок или современным газоанализатором — СОЛЯРИС, прост и надежен, требует сравнительно небольших затрат времени для проведения анализа.
  3. Автоматический – метод анализа состава воздуха и их смеси является наиболее эффективным для решения вышеуказанных задач.

Стационарные газосигнализаторы Анкат, СТМ-10 и «GENERAL MONITORS» являются наиболее распространенные на заводе и их монтируют для определения ПДК,ДВК и сигнализации при достижении загазованности пороговых значений.

На У-30,а именно машзал оборудован автоматичекими приборами конроля загазованности, три датчика «GENERAL MONITORS» которые реагируют на сероводород с порогами срабатывания: 3мг/м³ и 10мг/м³; также установлены пять датчиков СТМ-10 которые реагируют на метан с порогами срабатывания: 20% и 50% от нижнего коэфицента предела взрываемости, установленные в местах наиболее вероятного появления загазованности.

При достижении порога срабатывания автоматически подается световая и звуковая сигнализация которая находится над входом и выходом из машзала а также на пульте старшего оператора и в ГСС.

Кроме этого контроль воздуха рабочей зоны осуществляется работниками КВО и лабораторией по контролю воздушного бассейна.

Также машзал оборудован системой вентиляции и отопления для создания нормальных санитарно-гигиенических условий в производственном помещении, а также для предупреждения образования взрывоопасной среды и поддержания температуры в соответствии с требованиями ведения технологического процесса.

Для создания в помещении насосной У-30 нормативных санитарно-гигиенических условий воздушной среды и для обеспечения подпора воздуха в вент.камере предусмотрена механическая приточная вентиляция

Свежий приточный воздух подается системой П-1, которая укомплектована 3-мя центробежными вентиляторами типа Ц4-70. Два вентилятора рабочих, третий – резервный.

Для предотвращения попадания производственных вредных концентраций в помещении венткамеры предусмотрен подпор воздуха, что составляет 3 мм.вод.ст

Краткость воздухообмена в помещении машзала 8. Кратность воздухообмена в венткамере 2

5.3. Способы и необходимые средства пожаротушения

Существует несколько способов непосредственного воздействия на огонь:

  • пенное тушение;
  • тушение водой;
  • тушение порошковым материалом;
  • тушение песком;
  • тушение кошмой;
  • тушение паром.

К средствам пожаротушения на У-30 относятся: пожарные рукава, пожарные гидранты 4 шт., стволы 8 шт., огнетушители порошковые, песок, лопаты, багры, ломы, ведра, пожарные краны.

Аппараты колонного типа снабжены стационарными кольцами орошения. Машзал снабжен стационарной системой пожаротушения тонкораспыленной водой, а так же системой паротушения, на ней установлена паровая завеса.

Все средства пожаротушения должны быть проверены и постоянно находиться в исправном состоянии.

5.4. Виды коррозии и рекомендации по защите технологического

оборудования от коррозии

Коррозия металла — разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозийной средой.

На установке У-30 наиболее коррозионно-опасными составляющими технологического процесса являются:

  • нестабильный конденсат;
  • неочищенный газ выветривания;
  • неочищенный газ стабилизации;
  • дистиллят конденсата (рефлюкс);
  • кислая и подтоварная вода;
  • некондиция.

Слабо коррозионной средой являются:

  • очищенный газ выветривания (топливный газ);
  • очищенный газ стабилизации;
  • оборотная вода;
  • пар высокого давления.

По механизму процесса на У-30 возможны следующие типы коррозии:

  • электрохимическая — взаимодействие металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительных компонентов коррозионной cреды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала;
  • химическая — взаимодействие металла с коррозийной средой при котором окисление металла и восстановление окислительных компонентов коррозийной cреды протекают в одном акте.

По условиям протекания возможны следующие виды коррозии:

  • газовая — химическая коррозия металла в газах при высоких температурах;
  • атмосферная — коррозия металла в атмосфере воздуха;
  • подземная — коррозия металла в почвах и грунтах;
  • контактная — электрохимическая коррозия, вызванная контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите;
  • межкристаллитная — коррозия, распространяющаяся по границам кристаллов (зерен) металла;
  • щелевая — усиление коррозии в щелях и зазорах между двумя металлами, а также в местах неплотности контакта металла с неметаллическим коррозионно-инертным материалом;
  • под напряжением — коррозия металла при одновременном действии коррозионной cреды и постоянных или переменных механических напряжений;
  • коррозионное растрескивание — коррозия металла при одновременном действии коррозийной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин.

По характеру коррозионных поражений возможны:

  • сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность металла;
  • равномерная, протекающая с одинаковой скоростью на различных участках поверхности металла;
  • местная коррозия, охватывающая отдельные участки поверхности металла;
  • точечная (питтинг), местная коррозия металла в виде отдельных точечных поражений;
  • коррозия пятнами (в виде отдельных пятен);
  • сквозная коррозия, вызванная разрушением металла насквозь.

За аппаратами и трубопроводами во время планово-предупредительных ремонтов проводится контроль коррозионного состояния ультразвуковыми толщиномерами в точках, обозначенных на каждом аппарате.

Точки расположенны, согласно коррозийной карте по одной на каждой обечайке и днищах. На технологических трубопроводах точки замеров находятся на расстоянии не более 10 метров друг от друга.

Методы контроля коррозионного процесса:

  • осмотр внутренних и наружных поверхностей всего оборудования во время ППР;
  • замер толщины стенки трубопроводов и аппаратов ультрозвуковыми толщиномерами.

Все трубопроводы на У-30 выполнены из материала — сталь 20, трубопроводы по богатому амину выполнены из материала сталь Х18Н9Т.

Основное оборудование и трубопроводы установки изготовлены из углеродистых и низколегированных сталей, для компенсации коррозии расчетами предусмотрена прибавка на коррозию. Кроме этого, для предотвращения коррозионного процесса осуществляется:

  • термообработка сварных швов трубопроводов, чем снимаются дополнительные местные напряжения в местах сварных швов, сглаживаются раковины и неплотности, наличие которых может привести к коррозии;
  • нанесение защитного антикоррозионного покрытия на внутреннюю поверхность аппаратов;
  • изоляция и окраска трубопроводов и оборудования лакокрасочными материалами.

С целью защиты трубопроводов и оборудования при подаче углеводородного конденсата и нефти на ГПЗ на промыслах применяют ингибиторы коррозии:

  • ИТК — 1;
  • Д-4-3 — парофазный;
  • И-55-Д.

    5.5.

Способы обезвреживания в аварийных случаях продуктов,

используемых в производстве

В случае аварийной ситуации установка аварийно останавливается.

Газообразные углеводороды сбрасываются на факел для сжигания, жидкие углеводороды рекуперируются в системе некондиции для дальнейшей переработки. Все разлитые продукты или смываются водой или засыпаются песком и убираются с территории установки.

Других способов обезвреживания не предусмотрено.

5.6. Выбор предохранительного клапана

Предохранительные клапаны применяются на сосудах, установках или емкостях для выпуска пара или газа при превышениях давления сверх установленного. Их располагают так, чтобы предотвратить засорение или приведение в бездействие содержимым аппаратов.

Расчет давления настройки предохранительного клапана производится с учетом противодавления факельной системы:

Р н = 1,1 Рраб + Рф = 1,1*0,75 + 0,01 = 0,835 МПа

где: Р раб = 0,75 МПа – рабочее давление в колонне стабилизации;

Р ф = 0,1 кгс/см2 — противодавление факельной системы.

Выбор предохранительного клапана по Ду.

В колонну поступает 80000 кг/час сырья.

Из формулы пропускной способности клапана для газа:

G= B 3 *а* F

Где, B 3 – коэффициент, учитывающий физико-химические свойства газов при рабочих параметрах;

  • а – коэффициент расхода, соответствующей площади F для газообразных соединений;
  • F– площадь сечения клапана, равная наименьшей площади сечения в проточной части, мм;

Р 1 – максимальное избыточное давление перед клапаном, кгс/см2 ;

g 1 – плотность реального газа перед клапаном при Р1 и Т1 , кг/м3 ;

находим F=

Для определения B 3 при параметрах Р1 =8,35 кгс/см2 и t=67о С, Р2 =0,1 кгс/см2 рассчитываем К – показатель адиабаты (для состава газа):

C 1 — 13.5% 0.135*1.22=0.1647

C 2 — 18.023% 0.18*1.3=0.2342

C 3 — 21.392% 0.214*1.14=0.2438

C 4 + — 23.688% 0.2369*1.1=0.2606

N — 0.007% 0.00007*1.4=0.000098

CO 2 — 5.48% 0.0548*1.31=0.07178

H 2 S — 17.91% 0.1791*1.3=0.2328

Сумма =1,2081

Принимаем К=1,21

Для соотношения <0,1 значение В 3 =0,7325 при К=1,21

Определяем плотность реального газа перед клапаном, g 1 :

4

g 1 =

где: В 4 =0,99 – коэффициент сжимаемости реального газа;

  • R – газовая постоянная;

C 1 — 13.5% 0.135*28,2=3,807

C 2 — 18.023% 0.18*52,6=9,48

C 3 — 21.392% 0.214*19,25=4,118

C 4 + — 23.688% 0.2369*14,6=3,458

N — 0.007% 0.00007*30,25=0,0021

CO 2 — 5.48% 0.0548*19,25=1,055

H 2 S — 17.91% 0.1791*24,9=4,4595

Сумма =26,38

Принимаем R=26.38 кг*м/кг* о К.

Т 1 =t1 +273=67+273=340 о К

g==10,52 кг/м 3

Тогда F==7586 мм 2 ;

А диаметр в проточной части клапана d c :

d c= ==98,15

Выбираем предохранительный клапан 17 НЖ 92 СГ Ду 200, Ру 16 (с d c =142 мм), что соответствует ранее установленному клапану (до реконструкции).

По таблице номенклатуры пружин для СППК, разработанной ЦКБА подбираем пружину №305 с Дн=144 мм, d пр =26 мм, Нсв=323 мм, tсп =42 мм.

  1. Экономический расчет

Реконструкция установки стабилизации У-30 с целью повышения надежности работы установки при переработке утяжеленного конденсата в смеси с нефтью и обеспечение качества стабильного конденсата в соответствии с требованиями ОСТ 51.65-80 изм.1,2,3. принесет Газоперерабатывающему заводу экономический эффект от замены тарелок колонны 30 С01 на насадки за счет:

  • стабилизации качества товарной продукции выпускаемой установкой;
  • снижения покупного пара, и следовательно, сокращения энергетических затрат на производство единицы продукции.

Таблица 20

Материальный баланс работы отделения стабилизации У-30

п/п

Наименование

Ед.изм.

Количество

%

П р и х о д

1.

Сырье — нестабильные конденсаты ОГКМ и КГКМ + нефти

т/час

180,0000

100

1.

Стабильный конденсат

т/час

142,4499

81,225

2.

Газ стабилизации

т/час

20,3951

10,1976

3.

Газ расширения:

731В01

731В02

30В01

т/час

т/час

т/час

10,4130

4,1328

2,6084

5,2065

2,0664

1,3042

ИТОГО:

180

100

Изменяющиеся затраты на производство стабильного конденсата при реконструкции У-30 имеют место по следующим статьям сметы затрат: затраты на тепловую энергию.

8.2. Расчёт затрат на реконструкцию

Смета затрат на модернизацию технологического оборудования, представлена в таблице 8.2.

Таблица 21

Смета затрат на модернизацию технологического оборудования

№ п/п

Наименование

Единица измерения

Кол-во

Цена за единицу, тыс. руб.

Сумма, тыс. руб.

1

2

3

4

5

6

1

Насадка

блок

120

30,0

3600

2

Тарелка ситчатая

–––

8

100,0

800,0

3

Распределитель

шт.

2

100,0

200,0

Всего:

4600

Стоимость демонтажа и монтажных работ при модернизации составит:

850 тыс. руб.

Капитальные вложения составят:

8.3. Расчет изменения экплуатационных затрат установки

Загрузка установки стабилизации по сырью — 180 т/ч.

Расход пара среднего давления в ребойлер — 32 т/ч.

Тепловая нагрузка на ребойлер составляет 13,2х10 6 ккал/ч.

Удельный расход пара: 32/180 = 0,18 т/ч.

Расход пара среднего после реконструкции – 25 т/ч.

Тепловая нагрузка на ребойлер составит — 10,3х10 6 ккал/ч.

Удельный расход пара будет: 25/180=0,13 т/ч.

Стоимость: 1 Гккал =670 руб.

тогда 1 т пара составляет Э= 0.41х10 6 ккал.

Тогда 1 т пара П= 0.41х10 6 х670=275 руб.

Сокращение потребления пара 32-25=7 т/ч

Время работы установки в год 8000 ч

Сокращение потребления пара в год 8000х7=56000т

Определим экономию пара 56000х0,41=2696 Гкалл

Экономия за год 2696х670=1806320 руб/г.

Налог на доходы 1806320х20/100=361264 руб.

Чистая прибыль 1806320-361264=1445056 руб.

Таблица 22

Технико-экономические показатели реконструкции

установки стабилизации углеводородного конденсата У-30

Ед.изм.

Значения

До реконструкции

После реконструкции

Затраты на тепловую энергию

т/ч

32

25

Экономический эффект

тыс.руб

1445,056

Изменяющиеся капиталь-

ные затраты

тыс.руб

5450

Срок окупаемости

Года

3,5

Cписок использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/diplomnaya/rektifikatsiya-2/

  • Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Основные процесса и аппараты химических технологий. 2-е издание.- М.: Химия, — 496 с.
  • Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Технология переработки газов и газового конденсата. Оренбург: ИПТ «Газпром-печать» ООО «Оренбурггазпромсервис», 2002.
  • Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтегазоперерабатывающих заводов. М.: Машиностроение, Недра, 1996.
  • ГОСТ 2246-70 Проволока стальная сварочная. Технические условия.
  • ГОСТ 5264-80. Швы сварных соединений. Ручная и дуговая сварка. Основные типы и конструктивные элементы.
  • ГОСТ 9087-81 Флюсы сварочные плавленые. Технические условния.
  • ГОСТ 9467-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы.
  • ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.
  • ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек.
  • ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды аппараты, нормы и методы расчетов на прочность укрепления отверстий.
  • ГОСТ Р 51273-99 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
  • ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность.
  • Косаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химических технологий. 9 — е издание.- М.: Химия, 1973.- 750 с.
  • Кузнецов А.А., Судаков Е.И. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие – М. – Химия, 1983.
  • Куцин П.В., Федоренко В.И., Султанович А.И.. Организация работ по охране труда в газовой промышленности. Москва. Недра. 1984 год.
  • Методическое пособие по гидравлическому расчету прямоточных клапанных тарелок. РГУНГ им. И.М. Губкина
  • ОСТ 26-02-1401-76 Прямоточные клапанные тарелки для аппаратов колонного типа.
  • ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.
  • ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Фланцевые соединения.
  • Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением. — СПб.: Издательство «ДЕАН», 2002.- 192 с.
  • Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов. — СПб.: Издательство «ДЕАН», 2001.- 256 с.
  • Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. – С.233, 234
  • Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии. 3-е издание.- М.: ООО «Недра — Бизнесцентр», 2000. — 677 с.
  • ТУ 14-1-3333-82 Стали для аппарато- и котлостроения. Физические и химические характеристики.
  • Федеральный закон о промышленной безопасности опасных производственных объектов от 21.7.1997 N 116 (с изменениями на 18 декабря 2006 года).

Чертежи:

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.