3. Выбор и обоснование поточной схемы производства нефтепродуктов маслоблока и пути практического применения продуктов

Согласно с пунктом 2 на маслоблок поступает мазут Северо-варьеганской нефти. Головной установкой любого маслоблока является установка вакуумной трубчатки, на которой происходит разделение мазута на узкие масляные фракции и гудрон. Возможен вариант переработки мазута с разделением на широкую масляную фракцию и гудрон. Но при данном варианте разделения целесообразным является применение процесса гидрокрекинга, что при использовании данной нефти нежелательно, так как при этом значительно уменьшается выход базовых масел. При селективной очистке масел растворителями необходимо разделение мазута на узкие масляные фракции.

Исходя из выше сказанного, на установке ВТ производим разделение на погоны: легкий вакуумный газойль, фракция 360-420°С, фракция 420-490°С, фракция 490-550°С, фракция>550°С и затемненный продукт. ЛВГ представляет более легкокипящую фракцию, которая остается в мазуте из-за нечеткой работы отгонной части атмосферной колонны. Затемненный продукт выводится с установки ВТ, чтобы увеличить температуру начала кипения гудрона. Также необходимость извлечения затемненного продукта связана с установкой в вакуумной колонне первого пакета насадки повышенной прочности для отбоя капель гудрона из паров легких компонентов. С установки выводится утяжеленный гудрон, чтобы снизить нагрузку на установку деасфальтизации, которая имеет большой индекс энергопотребления. При этом на установке деасфальтизации повышается селективность экстракции и глубина отбора наиболее тяжелых масляных компонентов, повышается качество асфальта, который предполагается использовать как сырьё для производства окисленных и остаточных битумов.[2]

В качестве контактных устройств в вакуумной колонне рекомендуется применять пакеты регулярной насадки, наиболее распространенным и эффективным пакетом насадки является пакет Fleksipak фирмы Glitch. Применение данной насадки позволит с высокой четкостью разделить масляные погоны (наложение фракций составляет не более 10°С), что очень важно при использовании масляных фракций в качестве сырья для производства масел, при равной нагрузке на вакуумсоздающую аппаратуру существенно понизить давление в кубе колонны и понизить температуру подачи сырья в колонну, а следовательно снизить тепловую нагрузку на печь и уменьшить расход топлива. Снижение температуры подачи сырья в колонну позволит уменьшить интенсивность реакций термодеструкции и коксообразования в кубе колонны и в змеевике печи.

В качестве вакуумсоздающей аппаратуры предполагается использование жидкоструйных эжекторов типа системы Цегельского, в которых в качестве рабочего тела используется прямогонная дизельная фракция. Применение такой системы позволяет понизить давление в верхней части вакуумной колонны до 5-7 мм.рт.ст., сократить затраты на получение вакуума и исключить образование экологически опасных сероводородных сточных вод, которые имеют место при использовании пароструйных эжекторов.

Фракция 360-420°С направляется на установку селективной очистки избирательными растворителями. В качестве растворителя на данной установки применяется фенол. На данной установке из фракции удаляются средние и тяжелые ароматические углеводороды. Рафинат, получаемый на установке селективной очистки удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к базовым маслам. Рафинат имеет незначительное содержание сернистых соединений, а также индекс вязкости в приделах 98 единиц и температуру застывания -25°С. Исходя из этого рафинатный раствор не нуждается в дальнейшей обработке и направляется на установку компаундирования масел.

Экстракты селективной очистки обычно используются по следующим направлениям:

как компонент котельного топлива

как пластификатор при производстве резинотехнических изделий (в частности в производстве шин) и кожзаменителей

как пластификатор при получении битумов и битумных мастик

как компонент сырья для производства сажи и нефтяного кокса

В данном проекте экстракты направляются на установку производства битумов, так как потребность в данном продукте возрастает ежегодно, а компоненты находящиеся в экстракте наиболее ценны при производстве и позволяют получить битумы высокого качества.

Выход базового масла из фракции 360-420°С представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема переработки фракции 360-420°С

Фракция 420-490°С для извлечения тяжелых ароматических углеводородов направляется на установку селективной очистке. Рафинат, получаемый на селективной очистке фенолом, содержит значительное количество тяжелых ароматических соединений и соединений серы, которые являются нежелательными компонентами базовых масел, ухудшая их эксплуатационные свойства. Поэтому рафинат необходимо подвергать доочистке. В данный период существует несколько методов доочистки масел это: сернокислотная очистка, кислотно-щелочная очистка, контактная очистка отбеливающими глинами, гидрогенизационные процессы очистки масляного сырья. Первые три группы очистки отличаются высокими затратами, большим коррозионным износом оборудования, малой экологичностью, высокой себестоимостью продукции, трудностью аппаратурного оформления. В данной схеме предполагается применение гидрогенизационных процессов. Данные процессы отличаются высокой экологичностью, незначительными капитальными и энергозатратами, позволяют улучшить эксплуатационные свойства товарных масел, значительно повысить вязкостно-температурные характеристики базовых масел при незначительном уменьшении выхода целевого продукта.

Различают процессы гидроочистки, гидродоочистки и гидрооблагораживания сырья для производства базовых масел. Такое деление условно, так как все эти процессы характеризуются однородностью применяемых катализаторов и схожестью технологических режимов. В проекте предполагается использование процесса гидрооблагораживания, позволяющего не только обеспечить высокое обесссеривание, но и повысить ИВ на 4-5 пунктов засчет селективного гидрирования ароматических углеводородов.

Полученный в процессе гидрооблагораживания продукт ещё не является базовым маслом, так как характеризуется высокой температурой застывания. Гидрогенизат необходимо подвергнуть депарафинизации с целью удаления или реформулирования углеводородов, обладающих высокой температурой плавления.

На данном периоде существует два направления извлечения из масел парафиновых углеводородов: депарафинизация с помощью селективных растворителей и применение гидрокаталитических процессов.

Основными недостатками применения селективных растворителей являются огромные энергетические затраты на создание холода в процессе, малая экологичность процесса при использовании аммиака, недостаточный отбор углеводородов, обладающих высокой температурой плавления, значительный унос масляных компонентов с гачами. Помимо того, на установке производится парафин, спрос на который засчет незначительного производства белково-витаминного концентрата упал, а стоимость на рынке значительно ниже чем товарного масла. Засчет удаления парафиновых углеводородов значительно уменьшается выход масел.

Гидрокаталичические процессы не обладают ни одним недостатком селективной депарафинизации. Напротив имеют ряд преимуществ: выход целевого продукта увеличивается, повышается индекс вязкости на 3-4 пункта, процесс высоко экологичен, обладает небольшими капитальными и энергозатратами.

Недостатком проведения гидропроцессов является опасность работы с водородом обладающим широкими пределами взрываемости[3].

Предполагается использование процессов каталитической депарафинизации и каталитической изодепарафинизации. В курсовом проекте используется процесс каталитической изодепарафинизации, так как гидрогенизаты характеризуются значительным содержанием парафиновых углеводородов, применение данного процесса позволит значительно увеличить выход базового масла и снизить температуру застывания[4].

Фракция 490-550°С проходит все стадии очистки и облагораживания представленные выше и характерные для фракции 420-490°С. Отличием схемы переработки является наличие укрупненной установки селективной очистки, в которой экстракция и регенерация растворителя из рафинатного раствора происходит по двум параллельным линиям а регенерация из экстракта проводится на одном потоке, что позволило снизить затраты на оборудование и энергозатраты на регенерацию растворителя.

Выход базового масла из фракции 490-550°С представлен на рисунке 3.3.

Фракция >550 °С поступает на установку деасфальтизации с целью выделения масляных углеводородов и получения, после последующей очистки, наиболее высоковязких базовых масел.

Существует несколько вариантов проведения деасфальтизации: классическая схема деасфальтизации с применением низкомолекулярных углеводородов(пропан), процесс «ROSE», с применением бензинов(процесс Добен). В схеме маслоблока предусмотрена деасфальтизация «ROSE». Деасфальтизат проходит последовательные стадии облагораживания на установках сективной очистки и гидрооблагораживания. Для уменьшения температуры застывания базового масла в схеме предусмотрена установка сольвентной депарафинизации, применение каталитической гидроизодепарафинизации не целесообразно, так как число парафинов нормального строения в данном сырье мало.

Согласно заданию на курсовое проектирование в схеме маслоблока предусмотрена установка получения битумов. Сырьем данной установки являются экстракты селективной очистки, затемненный продукт и асфальт деасфальтизации. На данной установки проводится переокисление и смешение данного сырья с производством высококачественных дорожных и строительных битумов. Такой подход позволяет получить битумы более высокого качества, чем при обычном окислении гудрона, так как снижается суммарная кислотность товарного битума, что приводит к изменению дисперсионной структуры продукта, образованию частицами асфальтенов лентовидных, а не клубковых ассоциатов, следствием чего является повышение его пластичности, теплостойкости и морозостойкости.[5]

В схеме маслоблока также предусмотрено производство пластичных смазок. В республики огромный парк автомобильной техники. Для удовлетворения потребностей данной отрасли народного хозяйства необходим выпуск автомобильных смазок. К данной группе смазок относятся смазки: ЯНЗ-2, ЛСЦ-15, ШРБ-4 и др. Наиболее приоритетной смазкой является смазка ЛСЦ-15, недаром данная смазка многие годы использовалась при производстве автомобилей на таких гигантах как ВАЗ и Камаз. Смазка обладает хорошей адгезией к металлу, водостойкостью и прекрасными консервационными свойствами, используется шарнирах и осях приводов, рычагах включения сцепления и ступицах колес автомобилей. Одной из наиболее универсальных многоцелевых современных смазок является ЛИТОЛ-24, применяющийся для смазки подшипников качения и скольжения всех типов, шарниров, зубчатых и других передач, поверхностей трения колесных и гусеничных транспортных средств, индустриальных механизмов, электрических машин и т.д. Эксплуатационные характеристики смазки: высокая коллоидная и химическая стабильность, водостойка даже в кипящей воде, при нагревании не упрочняется, работоспособна при температурах от - 40°С до 120°С, кратковременно сохраняет работоспособность при температуре +130°С

Литол-24 является многоцелевой смазкой производство которой рассчитано и на экспорт данной продукции. Сырьем установки производства смазок являются фракции 420-490°С и 490-550°С, при смешении которых получается базовое масло заданной вязкости.[6]

Полученные при производстве масел светлые нефтепродукты используются как сырье для производства товарных топлив в топливно-химическом блоке.

Поточная схема маслоблока представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Поточная схема маслоблока

4. Материальный баланс маслоблока

.1 Материальный баланс установки ВТ

Установка ВТ работает 340 дней в году, с учетом плановых и текущих ремонтов. На установку поступает 2 млн.т/г мазута по данным таблицы 2.1 определим выходы узких масляных погонов. Согласно практическим данным с установки выводится 3% легкого вакуумного газойля. Выходы фракций составят:

фракция 360-420°С=2000000·39,05848/100=781160т/г

фракция 420-490°С=2000000·20,637427/100=412740т/г

фракция 490-550°С=2000000·10,98830/100=219760т/г

фракция > 550°С=2000000·25,615789/100= 512300т/г

Результаты расчета приведены в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1- Материальный баланс установки ВТ

4.2 Материальный баланс установки селективной очистки 1

На установке СО закладывается значение ИВ и основных показателей качества базовых масел. Поэтому необходимо очистить сырье до необходимой глубины, не более и не менее. Необходимая глубина очистки зависит от того, какие требования предъявляются к получаемым товарным маслам. При расчете мат. баланса установки селективной очистки было принято, что из сырья извлекаются смолы, средние и тяжелые ароматические углеводороды, то есть в состав рафината входят только парафиновые, метано-нафтеновые и легкие ароматические углеводороды.

На установку селективной очистки 1 поступает фракция 360-420°С, исходя из данных таблицы 2.1 рафинат составит 65,8 % от фракции. Результаты расчета представлены в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1- Материальный баланс установки селективной очистки 1

4.3 Материальный баланс установки селективной очистки 2

На установку селективной очистки 2 поступает фракция 420-490°С, исходя из данных таблицы 2.2 рафинат составит 63,6 % от фракции. Результаты расчета представлены в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1- Материальный баланс установки селективной очистки 2

4.4 Материальный баланс установки деасфальтизации

Выход деасфальтизата определяется по эмпирической формуле:[7]

Х_д=94-4К_г+0,1(К_г-10)², где (4.4.1)

Х_д- выход деасфальтизата мас.

К_г- коксуемость гудрона, % мас.

Исходя из данных [1] коксуемость гудрона составит 13,55%.

Х_д=94-4·13,55+0,1(13,55-10)²=42,06 %, мас.

Сырьем установки является фракция >550°С. Результаты расчета представлены в таблице 4.4.1.

Таблица 4.4.1 - Материальный баланс установки деасфальтизации

4.5 Материальный баланс установки селективной очистки 3

Сырьем установки селективной очистки являются фракция 490-550°С и деасфальтизат. Установка является укрупненной с общей регенерацией растворителя из экстрактного раствора. Выход рафината и экстракта принимается в соответствии с данными таблиц 2.3,2.4. Результаты расчета переведены в таблице 4.5.1.

Таблица 4.5.1- Материальный баланс установки селективной очистки 3

4.6 Материальный баланс битумной установки

Сырьем установки являются экстракты селективных очисток, асфальт, также для улучшения качества получаемых битумов на установку подается затемненный продукт. На установке получаем битумы марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 200/300, БН-IV, БН-V. По данным [12] для производства битумов необходимо 10-15% воздуха с содержанием кислорода 20% об.

При окислении помимо битума образуются и побочные продукты - газы окисления и отгон (черный соляр). Газы окисления содержат в своём составе некоторое количество углеводородов и их необходимо утилизировать. Дожиг газов окисления осуществляется непосредственно на установке, отгон используется в качестве топлива в технологических печах установки.

Результаты расчета представлены в таблице 4.6.1.

Таблица 4.6.1 - Материальный баланс битумной установки

4.7 Материальный баланс установки гидрооблагораживания

Расчет материального баланса производится по рекомендациям [7,8,9].

Определение количества серы удаляемых из фракций.

Из фракции 360-420 С° сера не выделяется исходя из данных таблицы 2.1. Рассчитаем количество остаточной серы во фракции 490-550 С°

S²_ост=S₂(1-0,9)(1-0,8)=0,25*0,1*0,2=0,005 % мас. (4.7.1)

Количество остаточной серы во фракции >550 С°

S³_ост=S₃(1-0,9)(1-0,8)=0,5*0,1*0,2=0,01 % мас.

Рассчитаем количество серы удаленно из фракций :

Из фракции 490-550 С°

S₂=S₂- S²_ост=0.25-0,005=0,245 % мас. (4.7.2)

из фракции >550 С°

S₃=S₃- S³_ост=0,5-0,01=0,49 % мас.

Выход газа, % мас. на фракцию определяется по формуле

 (4.7.3)

выход газа из фракции 490-550 С°

В² _газа=S₂ · 0,3=0,245*0,3=0,0735 % мас.

выход газа из фракции >550 С°

В³ _газа=S₃ · 0,3=0,49*0,3=0,147 % мас.

Выход отгона приблизительно принимаем количеству образовавшейся серы, выход отгона для фракции 420-490 приблизительно примем равным 0,1 % мас. исходя из практических данных .

Выход отгона из фракции 490-550 С°

В²_отг=S₂=0,245 % мас

Выход отгона из фракции >550 С°

В³_отг=S₃=0,49 % мас

Выход гидрооблагороженного продукта рассчитаем по формуле:

В_гоп=100-S- В _газа- В_отг (4.7.4)

Для фракции 420-490 С°

В¹_гоп=100-0,1=99,9 % мас

Для фракции 490-550 С°

В²гоп=100-0,245-0,735-0,245=99,4365 % мас

Для фракции >550 С°

В³гоп=100-0.49-0.147-0,49=98,873 % мас

Определяем расход водорода пошедшего на процесс гидрооблагораживания.

Определим расход водорода на гидрогенолиз сернистых соединений по формуле.

Н=S*m,где (4.7.5)

m-коэффициент зависящей от характера сернистых соединений предполагаем исходя из [10], что во фракции 490-550 содержится 30% сульфидов (m=0,125), 5% дисульфидов (m=0,0938), 49% тиофенов (m=0,25), и 16% бензотиофенов (m=0,187).

Тогда для фракции 490-550 получаем

Н²₁=S₂*0,3*0,125+S₂*0,05*0,0938+S₂*0,49*0,25+S₂*0,16*0,187=0,245*0,3*0,125+0,245*0,05*0,0938+0,245*0,49*0,25+0,245*0,16*0,87=0,0341 %мас.

Предполагаем что в рафинате из деасфальтизата фракции >550 С° гидрируется 23% сульфатов, 4 % дисульфатов, 59 % тиофенов , 14 % бензотиофенов.

Тогда для фракции > 550 С° получим:

Н³₁=S₃*0,23*0,125+S₃*0,04*0,0938+S₃*0,59*0,25+S₃*0,14*0,187=0,49*0,23*0,125+0,49*0,04*0,0938+0,49*0,59*0,25+0,49*0,14*0,187=0,101 %мас.

Т.к. фракции представлены рафинатами селективной очистки, то содержание непредельных углеводородов ничтожно мало и расходом водорода на их гидрирование можно пренебречь.

Рассчитаем расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов, по формуле:

Н₂=6Ar/M где, (4.7.6)

М-молярная масса сырья , г/моль.

Предполагаем что гидрированию до метано-нафтеновых углеводородов во фракции 420-490 С° подвергаются 4,2 % тяжелых и средних ароматических углеводородов, во фракции 490-550 С°-13,49 % , во фракции >550 С° -14,42 % .

малярная масса фракции 420-490 - 421 г/моль

малярная масса фракции 490-550 -493 г/моль

малярная масса фракции >550- 538 г/моль

расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов для фракции 420-490 С°

Н¹₂=6*4,2/421=0,0598 % мас.

расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов для фракции 490-550 С°

Н²₂=6*13,49/493=0,164 % мас.

расход водорода на гидрирование тяжелых и средних ароматических углеводородов для фракции >550 С°

Н³₂=6*14,42/537 = 0,161 % мас.

Потери водорода за счет не плотностей оборудования ничтожно мало, т.к. водород обладает широкими пределами взрываемости и оборудование установки максимально герметизировано, данный вид потерь при расчете не учитывается.

Потери водорода с отдувом не учитываются, т.к. в любой линии водорода предусматривается концентрирование водорода в ВСГ до величины 95 %.

Определим общее потребление водорода:

Для фракции 420-490 С°

Н_S¹=0,0598 % мас

Для фракции 490-550 С°

Н_S²=0,0341+0,164=0,1981 % мас.

Для фракции > 550 С°

Н_S¹=0,101+0,161=0,261 % масс

На гидрооблагораживание всех фракций:

=

=% мас

Выход сероводорода определим по формуле:

 (4.7.7)

для фракции 490-550 С°

=0,26%мас

для фракции >550 С°

 %мас.

рассчитаем количество водорода, поглощаемое сероводородом

для фракции 490-550: 0,26-0,245=0,015 % мас.

для фракции >550: 0,52-0,49=0,03 % мас.

Количество водорода, вошедшее в состав отгона за счет гидрирования продуктов гидрогенолиза сернистых соединений составит:

Для фракции 490-550 С°

Н²₁-0,015=0,0341-0,015=0,0191 % мас.

Для фракции> 550 С°

Н³₁-0,03=0,101-0,03=0,071 % мас.

Уточненный выход отгона составит:

Для фракции 420-490 С°

В^1*_отг=0,1 % мас.

Для фракции 490-550 С°

В^2*_отг=В²_отг+0,0191= 0,245+0,0191=0,2631 %мас.   

Для фракции >550

В^3*_отг= В³_отг+0,071=0,49+0,071=0,561 % мас.

Количество водорода, вошедшее в масла за счет гидрирования ароматических углеводородов равно количеству водорода, израсходованного на гидрирование. Тогда уточненный выход гидрооблагороженного продукта составит:

Для фракции 420-490 С°

В^1*_гоп= В¹_гоп+Н¹₂=99,9+0,0598=99,9598 % мас.

Для фракции 490-550 С°

В^2*_гоп=В²_гоп+Н²₂=99,4365+0,164=99,6 % мас.

Для фракции >550 С°

В^3*_гоп=В³_гоп+Н³₂=98,873+0,161=99,034 % мас.

Результаты расчета представлены в таблице 4.7.1.

Таблица 4.7.1 - Материальный баланс установки гидрооблагораживания

4.8 Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации

В соответствии с данными литературы [3] в процессе каталитической изодепарафинизации образуются продукты в следующих количествах, (при содержании с сырье 20% парафиновых углеводородов):

газа - 0-5 % масс. на сырье

бензиновой фракции - 5-10 % масс. на сырье

фракции дизельного топлива - 5-10 % масс. на сырье

масляной фракции - 80-85 % масс. на сырье

Принимаем что, из фракции 420-490 °С получается:

Газы-2,75% мас.

Бензин-10% мас.

ДТ-7% мас.

Депарафинизированное масло - 80,25% мас.

из фракции 490-550 °С получается:

Газы-1,543% мас.

Бензин-8,7% мас.

ДТ-7,3% мас.

Депарафинизированное масло - 82,457% мас.

Расход водорода при этом составляет 0,3-0,4 % масс. на сырье. Для большей простоты расчетов бензиновая и дизельная фракции учитываются вместе, как отгон нк-360°С. Результаты расчета приведены в таблице 4.8.1.

Таблица 4.8.1 - Материальный баланс установки каталитической изодепарафинизации

4.9 Материальный баланс установки депарафинизации

По данным [1] в фракции >550 °С содержится 9,3% парафиновых углеводородов. Расчет количества петролатума образовавшегося в процессе депарафинизации производится при помощи кафедральной программы “DEPFILTER” . Количество образовавшегося петролатума ничтожно мало, поэтому экономически не целесообразно строить установку обезмасливания, а образовавшейся продукт использовать как компонент котельного топлива. Результаты расчета материального баланса установки депарафинизации представлены в таблице 4.9.1.

Таблица 4.9.1 - Материальный баланс установки депарафинизации

4.10 Материальный баланс блока смешения масел

При производстве данных пластичных смазок необходимо использовать смесь индустриального и веретенного масел в пропорциях 2,5/1. В данном производстве используются базовые масла полученные на основе масел фракций 420-490°С и 490-550°С,с вязкостью при 100°С 8,95 и 24,6 мм²/с, соответственно.

Исходя из номограммы для определения вязкости смесей нефтепродуктов [11] смешиваем данные компоненты в соотношении 6/4, при получении масла с вязкостью 13 мм²/с. Результаты расчета представлены в таблице 4.10.1.

Таблица 4.10.1 - Материальный баланс блока смешения масел

4.11 Материальный баланс установки производства пластических смазок

Пластическая смазка Литол-24 является многоцелевой смазкой, применяется во всех основных узлах трения разных механизмов. Смазка водостойкая и работоспособна в широком диапазоне температур и нагрузок, применяется в широком интервале скоростей.

Смазку готовят загущением смеси нефтяных масел литиевым мылом. Смазка характеризуется высокой температурой плавления, небольшой испаряемостью дисперсной среды, достаточным приделом прочности. Термоуплотнение для данной смазки не характерно.

Смазка ЛСЦ-15 применяется во всех узлах трения автомобилей. Готовят на тех же маслах, что и Литол-24 и также загущают литиевым мылом, в отличии от упомянутой смазки в нее входят 17% окиси цинка, которая эффективно предотвращает окисление смазки. Смазка характеризуется высокой адгезией к металлу, водостойкостью и прекрасными консервационными свойствами.

Результаты расчета материального баланса представлены в таблицах 4.11.1 и 4.11.2.

Таблица 4.11.1- Материальный баланс установки производства пластической смазки Литол-25

Таблица 4.11.2 - Материальный баланс установки производства пластической смазки ЛСЦ-15

4.12 Материальный баланс маслоблока

Материальный баланс маслоблока составлен на основании данных таблиц 4.1.1-4.11.2 и представлен в таблице 4.12.1.

5. Выбор и обоснование поточной схемы установки деасфальтизации

С целью снижения энергозатрат я выбираю схему деасфальтизации гудрона пропаном с системой регенерации пропана из раствора деасфальтизата в критических условиях (ROSE).

Назначение процесса: Извлечение из мазута или гудрона масел высокого качества (используемых как компоненты смазочных масел) или сырья для установок каталитического крекинга с низким содержанием металлов и кокса. Остающиеся после экстракции смолы с высокой температурой размягчения и асфальтены, которые могут быть использованы при производстве битумов, в качестве компонентов котельных топлив или других специальных целей.

Гибкость процесса ROSE позволяет использовать самые разные растворители и рабочие условия в зависимости от качества получаемого сырья и требуемого количества продуктов, которые могут предназначаться для дальнейшей переработки или как конечные продукты.

6. Описание технологической схемы с указанием процессов протекающих в основных аппаратах

Сырье (гудрон) насосом Н-1 через теплообменник Т-1 поступает в верх колонны экстракции К-1. Температура на входе в колонну 120-150°С. С целью снижения кратности пропан: сырье, предусмотрена инжекторная подача в колонну сырья и растворителя [16]. Перед подачей в колонну в гудрон подается часть пропана в таком количестве, что еще не происходит раздел фаз. Пропан из емкости Е-1 с температурой 50-60°С подается в низ колонны К-1. В колонне К-1 происходит разделение остаточного сырья под действием растворителя на битумный раствор и раствор деасфальтизата. Раствор деасфальтизата через подогреватель Т-4 из экстракционной части колонны К-1 поступает в отстойную часть колонны К-1, где из него выделяется еще одна фаза - раствор смол, который отводится назад в экстракционную часть колонны. Раствор деасфальтизата пройдя верхнюю часть колонны после сброса давления с 4.2-4.4 МПа до 2.7 МПа поступает в секцию регенерации пропана в сверхкритических условиях. Необходимое давление в колонне К-1 поддерживается с помощью редукционного клапана. Колонна снабжена девятью жалюзийными тарелками. По высоте колонны осуществляется многозонный ввод пропана.

Битумный раствор выходит из колонны К-1, пройдя регулятор расхода, подогревается в печи П-1 до температуры 275-280°С и поступает в испарительную колонну К-5. Выходящие отсюда пары пропана поступают в конденсатор Х-1. Обедненный пропаном битумный раствор продувается пропаном в отпарной колонне К-6.

Выходящие из испарителя Э-1 пары пропана конденсируются сначала в холодильнике воздушного охлаждения, затем в водяном конденсаторе и конденсат поступает в емкость приемник. Раствор деасфальтизата в эвапораторе Э-1 нагревается парами пропана выходящего из сепаратора К-3.

Из эвапоратора Э-1 раствор деасфальтизата нагреваясь в паровом нагревателе до критической температуры пропана, поступает в сепаратор К-3, где при критических температуре и давления происходит разделение пропана. Обедненный пропаном масляный раствор продувается водяным паром в отпарной колонне К-4.

Влажный пропан из отпарных колонн К-4 и К-6 оступают в колонну сушки.

Технологическая схема установки деасфальтизации представлена на рисунке 6.1.

7. Расчет основных аппаратов

.1 Расчет экстракционной колонны

При составлении материального баланса принимаем:

кратность пропан : гудрон = 3 : 1

в экстракционной колонне не происходит потерь продуктов

в растворе асфальта содержится 1/3 часть пропана [13]

выхода раствора асфальта и деасфальтизата принимаем в соответствии с пунктом 4.4

Таблица 7.1.1 - Материальный баланс экстракционной колонны

На основании литературных данных[15] принимаем температурный режим колонны деасфальтизации:

температура низа колонны 65°С

температура верха колонны 85°С

температура гидрона на входе в колонну 130°С

температура пропана на входе в колонну 40°С

Таблица 7.1.2 - Тепловой баланс колонны экстракции

Энтальпия жидкой фазы определяется по формуле 7.1.1 [11].

 кДж/кг (7.1.1)

Н - энтальпия кДж/кг

t - температура потока, °С

 - плотность при 20°С

Результаты расчета приведены в таблице 7.1.2. Из Этой таблице видно, что в колонну необходимо подводить тепло в количестве 1250234,27 кДж/ч или 3347,29 кВт, тепло в колонну подводится выносного теплообменника раствору деасфальтизата выходящего из экстракционной и поступающего в отстойную часть колонны.

Диаметр экстракционной колонны определяем, исходя из допустимой объемной скорости потоков в колонне

[13]

 (7.1.2)

D - диаметр колонны, м

F - площадь живого сечения колонны,

 (7.1.3)

Gc, Gп - массовые расходы сырья и гудрона соответственно кг/ч,

,  - плотности сырья и пропана соответственно, при средней температуре в колонне, кг/м3

Принимая во внимание то, что экстракционные колонны обычно имеют диаметр 2,0-2,4 м, на данной установке деасфальтизации установим две работающие параллельно колонны экстракции со стандартными диаметрами 2,2м [11]

Объемная скорость в колонне составит:

 (7.1.4)

 (7.1.5)

Полученная скорость в колонне удовлетворяет значению допустимой скорости

7.1.1 Расчет подогревателя экстракционной колонны

Принимаем что из экстракционной части колонны в отстойную часть поступает раствор деасфальтизата в количестве равному выходящему из колонны плюс 10% от этого количества - это количество смол которые возвращаются в экстракционную часть колонны.

G=98371,04*1,1=108208,14 кг/ч

Исходя из того что скорость раствора деасфальтизата в трубном пространстве теплообменника должна быть в пределах 0,1-0,7 м/с [11] рассчитаем необходимую площадь проходного сечения по трубному пространству.

Принимаем теплообменник с диаметром кожуха 800 мм, двухходовой, площадь проходного сечения по трубам 0,063 , размером труб 202,0. [15]

Скорость по трубам

Определим необходимую поверхность теплообмена по формуле 7.1.2.

 (7.1.2) [11]

F - поверхность теплообмена

Q - тепловая нагрузка

K - коэффициент теплопередачи  

tср - средняя температура, °С

Исходя из справочных данных принимаем коэффициент теплопередачи

К=290 [11]

В качестве теплоносителя используется перегретый водяной пар с температурой 250°С, причем его охлаждение не происходит, происходит только его конденсация.

По результатам расчета принимаем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 800 мм, длинна труб 6000 мм, Площадь проходного сечения по трубам 0,0,063, площадь поверхности теплообмена 197 .

Запас поверхности  - удовлетворяет условию.

7.2 Расчет системы регенерации пропана из раствора асфальта

.2.1 Расчет полезной тепловой нагрузки печи

Полезная тепловая нагрузка печи складывается из тепла затрачиваемого на нагрев асфальтового раствора, тепла затрачиваемого на испарение асфальтового раствора и тепло, затрачиваемое на получение водяного пара.

Расчет полезной тепловой нагрузки печи производим при помощи программы PRO II.

Исходные данные к расчету приведены в таблице 7.2.1.

Таблица 7.2.1. - Исходные данные к расчету полезной тепловой нагрузки печи

В результате расчета получено значение величины полезной тепловой нагрузки 26771000кДж/ч.

Полный отчет расчета полезной тепловой нагрузки приводится в приложении 1.1, 1.2.

7.2.2 Расчет испарителя

Расчет испарителя производим при помощи программы PRO II.

Исходные данные к расчету приведены в таблице 7.2.2.1.

Таблица 7.2.2.1 - Исходные данные

Результаты расчета представлены в таблице 7.2.2.2.

Таблица 7.2.2.2 - Результаты расчета испарителя

р-р асфальта пропан р-р асфальта

Объемный расход Пропана 6,237

Объемный расход р-ра деасфальтизата 41,281

Необходимый диаметр сепаратора определяется по формуле 7.2.1.

(7.2.1)

F - Необходимое свободное сечение газосепаратора, определяется по формуле (7.2.2)

(7.2.2)

 - объемный расход газ

 - допустимая скорость газа, определяется по формуле 7.2.3.

(7.2.3)

(7.2.4)

Из стандартного ряда принимаем диаметр сепаратора 3,6м.

Высота сепаратора рассчитывается по формуле 7.2.5

(7.2.5)