Одноступенчатая деасфальтизация гудрона жидким пропаном

метки: Пропан, Гудрон, Деасфальтизация, Температура, Масса, Давление, Раствор, Сырье

Интерес к процесса переработки нефти для получения различных ценных продуктов появился в первой половине ХIХ века. Бурное развитие нефтеперерабатывающей промышленности начинается с 60-х годов ХIХ века. В 1869 году в Баку уже существовало около 23 нефтеперерабатывающих заводов, а к 1876 году их число возросло до 123. В тот период основной целью таких заводов было производство керосина, а мазуты, гудроны и многие другое фракции не нашли применения.

Нефть подвергается переработке с целью получения из нее разнообразных нефтепродуктов, которые используются в качестве целевых продуктов, а так же сырья для дальнейшей переработки.

При перегонке нефти получают фракции:

1. фракция, собираемая от 40 до 200є С (газойлевая фракция бензина)

2. фракция с началом кипения 180є С (бензин)

3. фракция 180-240є С (керосин)

4. фракция 240-350є С (дизельное топливо)

5. фракция 350-500є С (мазут)

6. фракция выше 500є С (гудрон).

Гудрон — чёрная смолистая масса, получающаяся после отгона из нефти топливных и масляных фракций. Выход гудрона из различных нефтей 15—30% (считая на нефть).

Главные составные части гудрона масла, не отогнавшиеся при перегонке нефти, нефтяные смолы, твёрдые асфальтообразные вещества (асфальтены, карбоны, карбиды), смолистые вещества кислотного характера (асфальтогеновые кислоты и их ангидриды).

Одним из назначений гудрона является применение его как сырья на установках деасфальтизации. Деасфальтизация — извлечение из остаточных продуктов переработки нефти (гудронов) растворенных в них асфальтено-смолистых (сложная смесь высокомолекулярных соединений гибридной структуры, включающую в состав молекулы азота, серы, кислорода, а также некоторые металлы) веществ. Целевым продуктом процесса являются деасфальтизаты (сырье для производства остаточных масел) и битум деасфальтизации (побочный продукт двухступенчатого процесса — имеет высокую температуру размягчения, его можно использовать в качестве компонента сырья для производства нефтяных битумов твердых марок).

Цель курсового проекта.

Изучение назначения процесса одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном, его технологический режим, нормы технологического режима, требования к сырью и готовой продукции. Рассчитать материальный и тепловой балансы установки. Знать влияние процесса одноступенчатой деасфальтизации на здоровье человека и окружающую среду.

Гидрогенизационные процессы

... процессы: гидроочистки топливных фракций, затем деструктивной гидрогенизации высококипящих дистиллятов и остатков нефти под названием гидрокрекинг. Главной причиной интенсивного развития гидрокаталитических процессов в послевоенной нефтепереработки ... в России и Ф. Бергиусом в Германии. Гидрогенизационные процессы в промышленном масштабе получили развитие в 1927 г введением в эксплуатацию первой в ...

1. Технологическая часть

1.1 Назначение и краткая характеристика процесса деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Деасфальтизация — извлечение из остаточных продуктов переработки нефти растворенных в них асфальтено-смолистых веществ. Сырьем процесса деасфальтизации является гудрон (продукт прямогонных топочных мазутов).

Продуктами деасфальтизации являются деасфальтизат в дальнейшем перерабатываемый в остаточные масла, битум деасфальтизации — побочный продукт процесса, имеет высокую температуру размягчения, и используется в качестве сырья в производстве нефтяных битумов.

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

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

2. Деасфальтизация при помощи серной кислоты

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

деасфальтизация гудрон тепловой сырье

3. Деасфальтизация при помощи сжиженных низкомолекулярных алканов

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

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

3.1 Теоретические основы процесса деасфальтизации гудрона жидким пропаном

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

В процессе деасфальтизации идут одновременно два процесса:

Нефть черное золото

... и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, ... (обычно 50-350 млн лет) [3] процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий: Осадконакопление — во время которого ... примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только ...

• коагуляция и осаждение асфальтено-смолистых веществ (уходящих с асфальтом);
• экстракция углеводородов (уходящих с деасфальтизатом);
• Область температур, в которой смолы легко отделяются от раствора углеводородов масла в пропане, лежит в пределах 50 — 85°С.

Верхний предел температур ограничен критической температурой сжижения пропана (98,6°С).

Чем ближе температура процесса к критической, тем меньше растворяющая способность жидкого пропана и тем хуже растворяются в нем углеводороды масла, частично осаждаясь вместе со смолами. Происходит это потому, что с приближением температуры раствора к области критического состояния данного растворителя резко снижается его плотность и, следовательно, резко увеличивается мольный объем. В результате изменяются силы притяжения между молекулами растворителя и углеводородов, что приводит к снижению растворимости. Выход масла вследствие этого снижается. Зависимость выделения наиболее высокомолекулярных компонентов концентрата нефти из раствора в пропане от его плотности (рис. 1) прямолинейна при обычных температурных условиях процесса деасфальтизации.

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

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

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

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

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

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

Необходимое соотношение растворителя и сырья определяется опытным путем и зависит от содержания в сырье углеводородов. Чем выше их содержание, тем больше должно быть соотношение между объемом пропана и объемом сырью от 4:1 до 8:1. Увеличение количества пропана до определенного предела улучшает осаждение асфальтено-смолистых веществ, а это, в свою очередь, благотворно отражается на качестве деасфальтизата. С какого-то значения соотношения, разного для каждого вида гудрона (в зависимости от его происхождения), избыток пропана частично растворяет нежелательные компоненты, при этом выход деасфальтизата растет, но качество его ухудшается. (рис.2)

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

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

3.2 Описание технологической схемы одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном

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

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

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

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

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

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

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

Пары пропана низкого давления, выходящие в смеси с водяным паром из отпарных колонн 23 и 25, освобождаются от водяного пара в конденсаторе смешения 28 и затем, пройдя каплеуловитель 18, сжимаются компрессором 17

и направляются в конденсатор-холодильник 12а. Потери пропана восполняются подачей его извне в приемник 11. Если пропан вводится в деасфальтизационную колонну через два внутренних распределителя, то пропан, направляемый в расположенный выше распределитель, предварительно нагревают до более высокой температуры по сравнению с пропаном, подаваемым через нижний распределитель.

4. Основной реактор процесса одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Основной аппарат процесса деасфальтизации — экстракционная колонна (рисунок 4).

Колонна оснащена тарелками жалюзийного типа. В верхней части колонны расположена отстойная зона без тарелок, которая снабжена четырьмя внутренними паровыми подогревателями 2. В колонне для равномерного распределения гудрона и пропана, по горизонтали имеются трубчатые распределители с большим числом отверстий (распределители 4 для сырья, распределители 5 для пропана).

Перед вводом в колонну обе жидкости подогреваются до требуемой температуры. Внутренний подогреватель выполнен в виде нескольких параллельных змеевиков.

В нижнюю часть колонны подается пропан II, а несколько выше — подогретый до 130 — 170°С гудрон I. Процесс ведут под давлением 3,7 — 4,4 МПа. Для более полного извлечения углеводородов из сырья внизу колонны поддерживают температуру в пределах 50 — 65°С. Чтобы более полно удалить из раствора деасфальтизата (легкой фазы) смолистые вещества.

Температура вверху колонны определяет качество получаемого деасфальтизата, температура внизу — его выход. С повышением или понижением температуры вверху колонны даже на 2°С качество деасфальтизата (коксуемость) и его выход заметно изменяются. Если повысить температуру верха колонны для получения деасфальтизата лучшего качества и одновременно сверх допустимого понизить температуру внизу для увеличения его отбора, то колонна может «захлебнуться» из-за избытка внутреннего орошения, циркуляции чрезмерно большого количества раствора между низом и верхом колонны. Неудачно подобранный режим приводит к неустойчивой работе колонны, что недопустимо. Нежелательные компоненты, выделяющиеся при повышении температуры из верхнего раствора, опускаются вниз колонны и обрабатываются встречным потоком пропана. Снизу колонны уходит битумный раствор, содержащий около 35% (масс.) пропана, а сверху раствор деасфальтизата, содержащий примерно 85% (масс.) пропана. Уровень раздела фаз находится ниже места ввода пропана в колонну.

5. Показатели технологического режима

Таблица 1. Показатели технологического режима.

Наименование аппаратов и показатели режима	Единицы измерения	Допустимые пределы
Температура
Сырье-гудрон при входе в колонну 4	°С	130-170
Вверху колонны	°С	75-85
Внизу колонны	°С	50-65
В испарителе 14	°С	60-85
В испарителе 16	°С	160-170
Битумный раствор при выходе из печи	°С	210-250
Пары пропана на выходе из аппарата 28	°С	30-40
Давление
В приемнике 11	МПа	1,7-1,8
В колонне 4	МПа	3,7-4,4
В испарителе 14	МПа	2,2-2,4
В испарителе 16	МПа	1,7-2,0
Паров пропана на выходе из компрессора	МПа	1,8-2,0
Кратность пропана к сырью (по объему)		3:1

5.1 Качество сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов

Таблица 2. Качество сырья, готовой продукции, вспомогательных материалов.

Наименование продукта	ГОСТ, ТУ, СТП	Показатели по ГОСТ, ТУ, СТП	Допустимые пределы	Описание
Гудрон	ГОСТ 22245-76	Плотность при 20°С	0,95-1,03	Вязкая жидкость или твердый асфальтообразный продукт черного цвета
		Температура застывания, °С	45
		Температура вспышки, °С	300
		Коксуемость, %	9,9
		Содержание S, %	0,63
Деасфальтизат	ГОСТ 3900-85	Плотность при 20°С	0,92-0,97	Вязкая, полупрозрачная жидкость, от желтого до светло-коричневого цвета.
		Вязкость при 100°С	62,5-64,7
		Коксуемость, %	1,1-1,5
Битум	ГОСТ 22245-90	Температура размягчения, °С	Не ниже 35	Твёрдая или вязкая консистенция, состоящая из углеводородов и гетероатомных соединений.
		Температура хрупкости, °С	Не выше — 20
		Температура вспышки, °С	Не ниже 220
Пропан	ГОСТ 20448-90	Температура кипения, °С	?42,1°С	Бесцветный газ без запаха, очень мало растворим в воде.
		Содержание свободной воды и щелочи	отсутствие
		Максимальное давление насыщенных при +45°С	Не более 1,6 МПа
Вода	ГОСТ 2874-82	Водородный показатель	6,5-8,5	Химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета, запаха и вкуса.
		Содержание молибдена	до 0,05 мг/л.
		Содержание мышьяка	до 0,05 мг/л.
		Содержание нефтепродуктов	до 0,3 мг/л
		Содержание ртути	до 0,0005 мг/л.
		Содержание аммиака	до 2 мг/л.
		Содержание сероводорода	не более 0,003 мг/л.
Пар	ГОСТ 2874-82	Имеет такие же показатели по ГОСТ, что и вода	Имеет такие же допустимые пределы, что и вода	Газообразное состояние воды.

5.2 Автоматизация колонны деасфальтизации

Таблица 3. Спецификация средств автоматизации.

Позиция	Наименование параметра	Наименование и технологическая характеристика прибора	Кол-во	Марка прибора
1а	Температура	Термометр сопротивления медный, Гр. 23., рабочая длина 120 мм. Защитная арматура ОХ13. Предел измерений — (-50°С) +120°С	1	ТСМ — 1088
1д,2д, 3е, 4е, 5е, 8д	Температура Давление Расход Уровень	Регулирующий клапан с пневмоприводом. Ду = 10 мм, Ру = 0,02-0,1МПа.	6	КРП (НЗ)
2а	Давление	Измерительный преобразователь. Класс точности 0,5. Предел измерений 0-1,6МПа. Погрешность ±5%. I вых = 0-5mА. Uпит = 220В.	1	Сапфир 22ДИ-2120
1г	Температура	Электропневматический преобразователь. Класс точности 0,5. I вых = 0-5mА.	1	ЭПП Е 845/3
3а, 4а, 5а, 6а, 6б, 6в	Уровень Расход Температура Давление	Диаграмма камерная. Материал — сталь. Ду = 50-520 мм. Ру = 0,6МПа	6	ДСК
8а	Уровень	Гидравлический преобразователь во взрывозащищенном исполнении. Погрешность ±0,5-1,0%. I вых = 0-5mА. Uпит = 36В.	1	Сапфир 22-ДУ-Вн
3б, 4б, 5б, 7а, 7б, 7в	Расход	Передающий преобразователь. Класс точности 0,5. Погрешность ±5%. I вых = 0-5mА	5	Сапфир 22ДД-Ех2440
3д, 4д, 5д, 8г, 2г	Расход Уровень, Давление	Электропневматический преобразователь. Класс точности 0,5. I вых = 0-5mА.	5	ЭПП Е 845/3
1в, 2в, 3г, 4г, 5г, 8в	Уровень Температура Расход	Регулятор со станцией управления. I вх = 0-5mА. I вых = 0-5mА. Uпит = 220В.	6	Р25.1
8б	Уровень	Измерительный преобразователь. Класс точности 1. Предел измерений 3000 мм. I вых = 0-5mА.	1	Сапфир 22-ДГ-2620
2б	Давление	Регулирующий блок. Класс точности 0,5. Предел измерений 2,5МПа. I вх = 0-5mА. I вых = 0-5mА.	1	Сапфир 22-М-ДИ
3в, 4в, 5в	Расход	Измерительный преобразователь. Класс точности 0,5. Предел измерений 0-1,6МПа. Погрешность ±5%. I вых = 0-5mА.	3	Сапфир 22-М-ДД
1б	Температура	Измерительный преобразователь. Класс точности 0,5. I вых = 0-5mА.	1	Ш9322
7г	Расход	Автоматический переключатель. Погрешность 0-5МПа. Класс точности 0,5.	1	А683

5.3 Техника безопасности и охрана труда на установке одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Гудроны и полугудроны обладают опасными и вредными свойствами. При нарушении технологического режима, несоблюдении правил безопасности на установках одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном происходят аварии и несчастные случаи, у работающих возникают профессиональные заболевания. Аварии и несчастные случаи вызываются следующими причинами:

1. Гудроны и полугудроны являются горючими веществами и, кроме того, при определенной температуре способны размягчаться и самовоспламеняться. На установках одноступенчатой деасфальтизации используются трубчатые печи, они являются одним из самых опасных мест на установках.

2. В технологическом процессе одноступенчатой деасфальтизации участвуют гудроны и полугудроны, пары которых могут создавать с воздухом взрывоопасные смеси. Такие смеси образуются внутри аппаратов. При наличии импульса воспламенения смеси взрываются. Источниками импульса могут быть искры от неисправного электрооборудования, открытый огонь и т.п.

3. Гудроны, полугудроны и реагент пропан относятся к числу вредных веществ, обладающих токсичными свойствами.

4. На установках одноступенчатой деасфальтизации имеются электродегидраторы, электродвигатели, осветительные приборы и другие электрические устройства. При неправильном обращении с электрическим током возможны электрические удары, когда током поражается весь организм, и электротравмы результатом которых являются местные поражения тела — ожоги.

Предупреждение и ликвидация аварий.

Причиной аварий на установках одноступенчатой деасфальтизации являются нарушения технологического режима, правил эксплуатации установок, прекращение подачи на установку сырья, пара, топлива, воды, электроэнергии.

При прекращении подачи сырья установку следует перевести на горячую циркуляцию. Если прекратилась подача электроэнергии, то следует немедленно произвести аварийную остановку. В этом случае последовательно выполняют следующие операции: тушат форсунки печей, перекрывают задвижки на приемных и нагнетательных линиях насосов, тщательно наблюдая за давлением в аппаратах. Необходимо отключить все электродвигатели и прочее электрооборудование, чтобы при восстановлении подачи электроэнергии не произошел самопроизвольный пуск. После возобновления подачи электроэнергии установку выводят на нормальный режим согласно пусковой инструкции.

Порядок ликвидации аварий подробно излагается в производственных инструкциях, инструкциях по технике безопасности и пожарной безопасности, плане ликвидации аварий.

6. Охрана окружающей среды

На современном этапе развития производств все большее применение находит принцип «от техники безопасности к безопасной технике». Если раньше обеспечение безопасности работающих сводилось к применению предохранительных устройств и защитных приспособлений, то теперь основным направлением охраны труда является создание таких процессов и оборудования, в которых практически исключается возникновение опасностей и вредностей. Энергонасыщеность современных объектов стала огромной. Постоянно интенсифицируются технологии, вследствие этого такие параметры, как температура, давление, содержание опасных веществ, растут и приближаются к критическим. Растут единичные мощности аппаратов, количества находящихся в них веществ. Номенклатура выпуска нефтеперерабатывающего и нефтехимического заводов с передовой технологией, обеспечивающей комплексную переработку сырья, стала состоять из тысяч позиций, причем многое из изготавливаемых продуктов взрыво-, пожароопасные и токсичные. Успешное решение экологических проблем в значительной степени зависит от рационального проектирования и совершенствования таких технологический процессов, как системы факельного хозяйства, каталитического обезвоживания газовых выбросов и очистка производственных сточных вод.

Степень загрязнения атмосферного воздуха зависит так же от высоты выброса. При ветровом потоке воздуха, направленном на здание, над крышей и за зданием создается область пониженного давления. Внутри этой зоны возникает циркуляция воздуха, в результате которой в зону вовлекается пыль и газовые выбросы. Поэтому все организационные выбросы должны направляться выше той зоны.

Для уменьшения выбросов углеводородов необходимо постоянно контролировать герметичность аппаратов, резервуаров, фланцевых соединений и т.д. Особое внимание необходимо уделить резервуарам для хранения нефтепродуктов.

7. Расчетная часть

7.1 Материальный баланс процесса деасфальтизации

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

Данные для расчета материального баланса.

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

Время работы установки в год составляет 8000 часов.

В расчет внесены временные затраты на ремонтные работы:

• КР — 400 часов;
• ППР — 263 часа;
• ТР — 97 часов.

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

• битум деасфальтизации — 45,6%, масс.

Расчет материального баланса.

Таблица 4. Материальный баланс процесса деасфальтизации

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

Расчет прихода:

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

450000000/8000 = 56250 кг/ч.

Данные сводим в таблицу материального баланса.

Расчет расхода:

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

Пр:54,4 — m _{деасфальтизата}

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

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

По аналогии рассчитываем массу битума деасфальтизации

7.2 Материальный баланс аппарата ( колонны деасфальтизации)

Данные для расчета материального баланса

Производительность колонны по гудрону составляет 56250 кг/ч.

Соотношение пропана к гудрону 3:1

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

• асфальт — 60%, масс.

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

Расчет материального баланса

Таблица 5. Материальный баланс колонны деасфальтизации

Компонент	% масс	Состав р-ра, % масс	кг/ч
Приход
Сырье — гудрон	100	25	56250
Сырье — пропан	300	75	168750
Итого:	400	100	225000
Расход
Р-р деасфальтизата	340.0	100	191250
деасфальтизат	54.4	16	30600
пропан	285.6	84	160650
Р-р асфальта	60.0	100.0	33750
асфальт	45.6	76.0	25650
пропан	14.4	24.0	8100
Итого:	400.0		225000

Расчет прихода:

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

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

M _{пропана} = 56250*3 = 168750 кг/ч

Расчет расхода:

Масса в % растворов деасфальтизата и асфальта равна 400%. Рассчитаем массу деасфальтизата в кг/ч:

Пр:340 — m _{р-ра деасфальтизата}

400 — 225000 m _{р-ра деасфальтизата} = 191250кг/ч.

Исходя из состава раствора деасфальтизата можем рассчитать массу каждого компонента в растворе:

Пр:340% _{(масса раствора)} — 191250

54,4 — m _{деасфальтизата в растворе деасфальтизата} m_{деасфальтизата} = 30600кг/ч

По аналогии рассчитываем массу пропана в растворе деасфальтизата.

Масса раствора деасфальтизата составляет 191250 кг/ч. Раствор деасфальтизата принимаем за 100% для того, чтобы рассчитать процент содержания каждого компонента в растворе деасфальтизата.

Пр:100 — 191250

m _{деасфальтизата в растворе деасфальтизата} — 30600; m_{деасфальтизата} = 16%

Аналогично рассчитываем массу пропана в %, масс в растворе деасфальтизата. По примеру расчета раствора деасфальтизата рассчитываем массу раствора асфальта. Сводим все данные в таблицу материального баланса колонны деасфальтизации.

7.3 Тепловой баланс колонны

Тепловой баланс колонны составляется с целью определения тепловой грузки подогревателя раствора деасфальтизата, которая находится по разности приходных и расходных статей теплового баланса.

Уравнение теплового баланса колонны:

Qприх = Qpacx,

где Qприх — общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Qpacx — общее количество уходящего тепла, кДж/ч.

Тепловые потоки компонентов найдем по формуле:

• где G — количество, кг/ч; J ^ж — энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

Энтальпии веществ найдем по формуле Крэга

Относительную плотность найдем по формуле

Относительная плотность сырья:

Энтальпия сырья:

Относительная плотность деасфальтизата:

Энтальпия деасфальтизата:

Относительная плотность битума:

Энтальпия битума:

Энтальпии жидкости пропана [5, с. 95]:

• при 50°С: Jж = 136,18 кДж/кг;
• при 60°С: Jж = 169,70 кДж/кг;
• при 80°С: Jж = 246,37 кДж/кг.

Таблица 6.Тепловой баланс колонны деасфальтизации

Поток	G, кг/ч	t, C	J, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход
Сырье	56250	150	299.92	16870500
Пропан	168750	50	136.18	22980375
Тепло пологревателя				Qп
Всего:	225000			39850875+Qп
Расход
Раствор деасфальтизата	191250
а) деасфальтизат	30600	80	151.23	4627638
б) пропан	160650	80	246.37	39579340.5
Раствор битума	33750
а) битум деасфальтизации	25650	60	109.56	2810214
б) пропан	8100	60	169.7	1374570
Всего:	225000			48391762.5

Тепловая нагрузка подогревателя составляет:

Qn = 48 391 763 — 39 850 875= 8540888 кДж/ч

или

8 540 888/3600 =2372 кВт

Принимаем следующие параметры греющего пара: давление Р = 0,6 МПа, температура t _s = 158°С, теплота конденсации г = 500 ккал/кг (2117 кДж/кг) [6, с.550]. Коэффициент удержания тепла в теплообменнике принимаем равным з =0,95.

Расход пара составит:

Расчет давления в колонне.

В процессе деасфальтизации пропан должен находиться в жидком состоянии. Для этого в колонне поддерживается давление, на 0,3 — 0,4 МПа превышающее давление насыщенного пара пропана при максимальной рабочей температуре.

Технический пропан, применяемый на установках деасфальтизации, содержит примеси этана и бутана, которые несколько изменяют давление насыщенных паров смеси по сравнению с чистым пропаном.

Рабочее давление в деасфальтизационной колонне определяют по формуле:

P _i •x_i =P

где Pi — давление насыщенных паров компонента i при температуре однократного испарения, МПа; X’i — мольная доля компонента i в техническом пропане; Р — давление в системе, МПа.

Принимаем рабочую температуру в колонне t = 80°С. При температуре 80°С по графику Кокса давление насыщенных паров чистого пропана Pi = 3,1 МПа.

С учетом примесей давление насыщенных паров смеси по сравнению с чистым пропаном несколько изменится. Результаты расчета давления в системе приведены в таблице 6.

Таблица 6. К расчету давления в колонне

Компонент	Мольная доля, X’ i	P i , Мпа	X’ I Pi , МПа
С 2 Н6	0.044	10.0	0.44
С 3 Н8	0.948	3.1	2.94
С 4 Н10	0.008	1.18	0.01
Сумма:	1.000		3.39

При температуре 80°С давление в системе составляет Р = 3,39 МПа.

Принимаем давление в колонне на 0,4 МПа выше, чем давление насыщещного пара пропанового растворителя при рабочей температуре 75°С.

Р = 3,39 + 0,4 = 3,79 ? 3,8 МПа

7.4 Расчет основных конструктивных размеров колонны деасфальтизации

Расчет диаметра колонны

Диаметр колонны деасфальтизации рассчитывается по формуле:

где F — площадь живого сечения колонны, м ² .

Допустимая объемная скорость потоков в колонне обычно составляет

26 -32 м ³ /(м² ч).

Принимаем допустимую скорость потоков в колонне W = 29 м/ч.

Плотность сырья при температуре входа в колонну 150°С находим по формуле Менделеева:

Относительная плотность пропана = 0,5010.

Плотность пропана при температуре входа в колонну 50°С равна:

Находим площадь живого сечения колонны:

• где и — плотности сырья и пропана при данной температуре; и — количество пропана и сырья, кг/ч. Диаметр колонны:

Согласно нормальному ряду выбираем по стандартному ряду диаметр колонны равным 4,5 м.

Расчет высоты колонны.

Общая высота колонны складывается из следующих высот [5, с. 21]:

H ₁ — отстойная зона для раствора деасфальтизата;

Н ₂ — зона подогрева (3 — 3,5 м) — принимаем равной 3 м;

Н ₃ — зона контактирования (6 — 7 м) — принимаем равной 6 м;

Н ₄ — отстойная зона для битумного раствора;

Н ₅ — высота опорной части колонны (не менее 1 — 2 м) — принимаем равной 2 м.

Высоты H ₁ и Н₄ рассчитаем по формуле:

• где t — время отстоя раствора, ч;
• Vp — объем раствора, м /ч;
• F — площадь поперечного сечения колонны, м2.

Время пребывания раствора деасфальтизата в верхней отстойной зоне принимаем 0,1 ч; линейная скорость движения обычно не превышает 0,8 м/мин.

Плотность деасфальтизата при температуре 80°С:

Плотность пропана при температуре 80°С равна:

Объем раствора:

Находим площадь живого сечения колонны:

• Время пребывания раствора битума в нижней отстойной зоне принимаем 0.5ч; линейная скорость движения обычно не превышает 0,12 м/мин. Плотность битума при температуре 60°С:

Плотность пропана при температуре 60°С равна:

Объем раствора:

Находим площадь живого сечения колонны:

Общая высота:

Н = Н ₁ + Н₂ + Н₃ + Н₄ + Н₅ , м

Н = 4,8 + 3 + 6 + 3,6 + 2 = 19,4 м

Расчет количества тарелок в колонне.

В колонне деасфальтизации представленной на рисунке 4, используются тарелки жалюзийного типа. Определенного расчета таких тарелок не существует, их количество зависит от того сколько запланировано в колонну вводов гудрона и пропана. В соответствии с ГОСТ 12011-73 место между вводами гудрона и пропана должно быть оснащено тремя жалюзийными тарелками. Так же в соответствии ГОСТу место до парового подогревателя должно быть оснащено двумя жалюзийными тарелками.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/deasfaltizatsiya-gudrona-propanom/

Пыхалова Н. В. Конспект лекций по дисциплине «Технология получения масел и парафинов». Учебное пособие. Астрахань. АГТУ. 2001. 145 с.

Технология переработки нефти и газа. Часть 3. Черножуков Н. И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. М.: Химия. 1978. 424 с, ил.

Нефти СССР. Справочник: Т-4. Нефти Средней Азии, Казахстана, Сибири и о. Сахалин. М.: Химия. 1974. 788 с.

Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М.: Химия. 2001. 568 с, ил.

Сочевко Т. И., Федорова Т. В., Холодов В. П., Макаров А. Д. Технология производства топлив и смазочных материалов. Ч. 2. М., 1989.

Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия. 1987. 576 с, ил.

Сардинашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия. 1973. 256 с.

Гутник С. П., Сосонко В. Е., Гутман В. Д. Расчет по технологии органического синтеза. М. Химия. 1988. 392 с.

Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Е. Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Л.: Химия. 1974. 538.

Мановян А.К., Тараканов Г. В. Технологический расчет аппаратуры установок дистилляции нефти и ее фракций. Астрахань. АГТУ. 1998.

Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Под ред. Ю. И. Дытнерского. М. Химия. 1981. 496 с.

12. Ахметов С.А., Технология глубокой переработки нефти. 2002.

13. Альбом технологических схем. Б. И. Бондаренко. 1983.

14. М. А. Танатаров., М. Н. Ахметшина., Р. А. Фасхутдинов., Технологические расчеты установок переработки нефти. 1987.