Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации

Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации

Введение

Деасфальтизация - это процесс удаления из нефтяных остатков смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости.

Деасфальтизация нефтяных остатков углеводородными растворителями используется для выделения масляных фракций нефти, которые применяются в качестве основы для производства моторных, авиационных, цилиндровых, трансмиссионных, компрессорных и других масел.

Традиционным сырьем процессов является остаток вакуумной перегонки нефтей - гудрон. Целевым продуктом являются деасфальтизаты, используемые для выработки остаточных масел, и побочным - асфальты, служащие сырьем для производства битумов или компонентами котельных топлив.

Процесс деасфальтизации гудронов в мировой нефтепереработке применяют при производстве не только высоковязких остаточных масел, но и компонентов сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Деасфальтизация, направленная на выделение остаточных масляных фракций нефти, осуществляется исключительно с использованием пропана.

Процесс деасфальтизации гудронов сжиженными низкомолекулярными углеводородами, главным образом жидким пропаном, используется как при производстве высоковязких остаточных масел, так и компонентов сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Процесс деасфальтизации основан на различной растворимости компонентов масляного сырья в жидком пропане. Наименее растворимы в пропане смолы и особенно асфальтены. При температурах близких к критической температуре (96,8° С) растворимость составных частей масляного сырья уменьшается. Это связано с тем, что с приближением температуры раствора к области критического состояния данного растворителя резко снижается его плотность, что приводит к увеличению мольного объема. Растворимость углеводородов масляного сырья в пропане в области повышенных температур (75-90° С) уменьшается с увеличением их плотности и молекулярной массы. Смолы и особенно асфальтены - наименее растворимые в жидком пропане компоненты сырья (на этом основано использование пропана как деасфальтирующего растворителя). При дальнейшем повышении температуры выделяются высокомолекулярные углеводороды полициклического строения, а в растворе остаются в основном моноциклические углеводороды с длинными алкильными цепями. Процесс деасфальтизации сырья техническим пропаном - жидкофазный процесс, осуществляемый во избежание испарения растворителя при давлении около 4 МПа, кратности сырья к растворителю 1: (5-8) по объему. Выход деасфальтизата определяется характером сырья и колеблется в диапазоне от 26 до 90 масс.%.Главными факторами процесса деасфальтизации являются температура, давление, кратность пропана к сырью, качество пропана и сырья.

С повышением температуры верха деасфальтизационной колонны выход и коксуемость деасфальтизата снижаются. При уменьшении температуры по высоте колонны растворяющая способность сжиженного пропана растет, что приводит к повышению выхода, коксуемости и ухудшению цвета деасфальтизата.

Давление в процессе поддерживается 3,6-4,2 МПа. С ростом давления плотность пропана возрастает, что приводит к повышению выхода процесса повышение подачи пропана до определенного предела позволяет более селективно осаждать из сырья смолисто-асфальтеновые соединения. При избытке пропана смолы переходят в деасфальтизат, повышая его вязкость деасфальтизата и ухудшению его качества. При выбранной температуре, коксуемость и ухудшая цвет. Технический пропан не должен содержать более 7% примесей. При содержании в пропане метана или этана снижается отбор и вязкость деасфальтизата, возрастает давление в аппаратуре. При содержании бутана в пропане от 3-х до 5% увеличивается выход деасфальтизата и его коксуемость. Чем меньше содержится в сырье смолисто-асфальтеновых веществ, тем больше требуется пропана для получения деасфальтизата заданного качества. При деасфальтизации гудронов из малосмолистых нефтей соотношение пропана к сырью составляет 8: 1 (об.), при деасфальтизации гудронов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ оптимальные результаты достигаются при объемном соотношении (4-5): 1. При переработке облегченного и маловязкого сырья разбавление сырья пропаном составляет (8-10)

Нефтяные масла являются основным видом смазочных материалов, предназначенных для снижения трения и износа трущихся поверхностей. Они давно и широко используются в различных областях техники, и от правильного применения масел во многом зависят надежность и долговечность работы машин, механизмов и разнообразного оборудования. Рост быстроходности машин, повышение рабочих температур, контактных нагрузок и продолжительности эксплуатации оборудования существенно изменили роль и повысили требования к смазочным материалам. Возрастающее значение нефтяных масел для надежной эксплуатации техники вызвало необходимость более глубокого изучения их природы и свойств, выявления оптимальных условий их производства и применения.

На заре нефтепереработки для производства масел было достаточно осуществить очистку вакуумных дистиллятов от переработки мазута отбеливающими землями или серной кислотой, и полученное масло становилось пригодным для использования. При этом для производства смазочных масел использовали благородные малосмолистые и малосернистые нефти (сураханскую отборную, доссорскую и др.). Неглубокая очистка исходных дистиллятов из этих нефтей (отбеливающими землями или серной кислотой) обеспечивала достаточное качество маловязких масел.

Получение же вязких остаточных масел, особенно авиационных, было сопряжено с определенными трудностями. Как известно, в остатках от переработки мазута на установках фракционирования под вакуумом концентрируется основное количество смолистых веществ, серо- и металлоорганических соединений. Достаточное удаление этих соединений из полученных концентратов обеспечивает снижение нагарообразований, отложений углистых веществ на деталях двигателей и улучшение вязкостно-температурных характеристик масел.

Для удаления смол и других нежелательных примесей была введена двухступенчатая очистка остаточного масла, включая очистку 98%-ной серной кислотой (около 10% на сырье) и гумбрином (около 25% на сырье). Очистка авиационных масел осуществлялась и хлористым алюминием.

-40-е годы XX века характерны бурным развитием многих отраслей промышленности, и в первую очередь моторостроения. Возрастает спрос на моторные масла, ужесточаются требования к их качеству. Малосмолистых нефтей становится недостаточно.

В сферу масляного производства вовлекаются смолистые парафинистые нефти, для чего потребовалось разработать новую, совершенно отличную от прежней, технологию производства масел и парафинов.

К.В. Харичков первым начал исследования высокомолекулярных углеводородов фракций, содержащихся в нефтяных остатках. Специально для разделения высоковязких углеводородов он разработал метод дробного осаждения их из раствора органических растворителей. Этот метод получил название холодного фракционирования.

Изучая процессы адсорбции на различных естественных и искусственных адсорбентах, Л.Г. Гурвич показал, что наибольшую склонность к адсорбции на полярных адсорбентах проявляют непредельные углеводороды, затем, в убывающем порядке, ароматические, нафтеновые и парафиновые. При исследовании тяжелых фракций бакинских нефтей им было установлено, что по мере повышения температуры кипения фракций увеличивается цикличность в молекулах нафтеновых углеводородов.

Работами ГрозНИИ было установлено, что высококипящие фракции алканов разрушают коллоидное состояние тяжелых остатков от переработки нефти.

В 1911 г. в промышленном масштабе освоен процесс очистки нефтепродуктов растворителями. В качестве первого селективного растворителя был использован сернистый ангидрид.

Для очистки остаточных углеводородных фракций в СССР и за рубежом применяли нитробензол, но впоследствии эта технология утратила свое практическое значение.

В процессах деасфальтизации вакуумных остатков и обессмоливания сырья для каталитического крекинга используются жидкие низкомолекулярные алканы. Так при деасфальтизации нефтяных остатков используется жидкий пропан, обладающий коагулирующими свойствами по отношению к асфальтенам гудронов и полугудронов и свойствами селективного растворителя по отношению к парафино-нафтеновым углеводородам и легким ароматическим углеводородным компонентам масел.

К началу 1950 г. в мире было около 20 эксплуатируемых и строящихся установок пропановой деасфальтизации общей пропускной способностью 9000т/сут.

При кислотно-щелочной и селективной очистке, деасфальтизации и доочистке отбеливающими глинами из масел извлекаются многие нежелательные примеси, но не удаляются твердые углеводороды. Такие масла нельзя использовать при низких температурах, а транспортировка их связана с большими затратами.

Для повышения доли остаточных масел в отечественном масляном производстве в 60-е годы XX века ускоренными темпами было начато строительство установок пропановой деасфальтизации в Поволжском районе и в Предуральской зоне.

При деасфальтизации тяжелых остатков пропаном используют две модификации технологии (фирмы «Келлог» и «Фостер Уиллер»).

Значение процессов деасфальтизации нефтяных остатков в производстве масел в последние годы возросло, поскольку одно из возможных направлений углубления переработки как обычных, так и высоковязких нефтей, а также различных видов «синтетической нефти» (сланцевой смолы, битуминозной нефти, продуктов ожижения угля и др.) состоит в глубокой деасфальтизации остатков с получением деасфальтизата и асфальта [2].

1. Литературный и патентный обзор

.1 Патентный обзор

Таблица 1.1 - Патентный обзор деасфальтизации гудрона

№ пункта	Номер патента	Название патента	Авторы патента	Дата опубликования	Формула изобретения
1.	2326154	Сособ деасфальтизации гудрона	Зоткин В.А., Никитин АА., Войдашевич В.В., Фролов А.И., Романов А.А., Захаров В.А., Есипко Е.А.	10.06.2008	Изобретение относится к способам деасфальтизации гудронов (тяжелых нефтяных остатков вакуумной перегонки мазутов) пропаном для получения компонентов остаточных базовых масел и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Способ деасфальтизации гудрона путем смешения его с легким углеводородным растворителем в смесителе, экстракции в экстракторе с получением растворов асфальта и деасфальтизата, последующей регенерации растворителя из растворов и его возврата на смешение с гудроном, отличающийся тем, что смесь гудрона с растворителем после смесителя
2	2112010	Способ деасфальтизации нефтяного сырья	Нигматуллин Р.Г., Гайнанов С.У., Золотарев П.А., Теляшев Г.Г.	10,06,2009	Способ деасфальтизации нефтяного сырья путем обработки его деасфальтирующим агентом, отличающийся тем, что в качестве нефтяного сырья используют нефть после электрообессоливающей установки и в качестве деасфальтирующего агента используют состав, содержащий 75 мас.% хлористого алюминия, 23 мас.% толуола, 1,8 мас.% диалкилдитиофосфата цинка и 0,2 мас.% активированного угля.
3	2176659	Способ деасфальтизации гудрона	Хайрудинов И.Р., Султанов Ф.М., Мингараев С.С., Исмагилов М.А.	10,12,2001	Изобретение относится к способам деасфальтизации нефтяных остатков легкими углеводородными растворителями (пропаном, бутаном и их смесями), используемым для производства масел и сырья процесса каталитического крекинга и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности
4	2089591	способ деасфальтизации нефтяных остатков	Биктимиров Ф.С.; Марушкин А.Б.	10.09.2002	Способ деасфальтизации нефтяных остатков путем обработки их углеводородным растворителем в экстракторе колонного типа, оснащенном контактными устройствами и подогревателем в верхней его части, с последующим выводом фазы деасфальтизатного раствора из верхней отстойной зоны экстрактора и фазы асфальтенсодержащей дисперсии с растворителем из нижней отстойной зоны, отличающийся тем, что нефтяной остаток предварительно смешивают с углеводородным растворителем, смесь охлаждают на 0,1 5,0 град. ниже температуры в нижней отстойной зоне экстрактора и подают в зону питания экстрактора между границей раздела фаз и контактными устройствами.
5	2068869	Сособ деасфальтизации гудрона	Подлесный Н.К.; Куцевалов В.В.; Фолиянц А.Е.; Думский Ю.В.; Баскакова Л.Г.	10.11.2006	Изобретение относится к способам очистки нефтепродуктов экстракцией селективными растворителями и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности в процессах деасфальтизации гудрона пропаном. Известен способ одноступенчатой деасфальтизации гудрона путем селективной экстракции исходного сырья пропаном. Способ включает предварительное смешение гудрона с жидким пропаном, взятым в количестве 2-9 об% от общего количества растворителя.
6	2218379	способ деасфальтизации нефтяных остатков	Заяшников Е.Н., Князьков А.Л., Блохинов В.Ф., Болдинов В.А., Лавриненко А.М.,	10.06.2008	1. Способ деасфальтизации нефтяных остатков экстракцией сжиженным пропаном с получением растворов асфальта и деасфальтизата, последующей регенерацией пропана из раствора деасфальтизата путем его ступенчатого одновременного нагрева и понижения давления, отличающийся тем, что раствор деасфальтизата перед подачей в сепаратор первой ступени подвергают дополнительному нагреву без изменения давления. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что испарение пропана на первой ступени проводят в докритических условиях при температуре 80-100°С и давлении 3,7-4,0 МПа.
7	2168534	Способ деасфальтизации нефтяных остатков	Хайрудинов Ильдар Рашидович (RU), Султанов Фаиз Минигалеевич (RU), Кузнецов Валерий Юрьевич (RU), Теляшев Эльшад Гумерович	31.01.2005	1. Способ деасфальтизации нефтяных остатков углеводородным растворителем с последующей регенерацией растворителя, отпаркой остатков растворителя, компремированием растворителя и рециркуляцией его в процесс, отличающийся тем, что на компремирование и рециркуляцию подают растворитель, очищенный от сероводорода. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что растворитель очищают от сероводорода путем абсорбции, например, моноэтаноламином. 3. Способ по п. 1 и 2, отличающийся тем, что компремирование растворителя проводят после абсорбции в струйном компрессоре, рабочим телом которого являются пары растворителя, выводимые из испарителя деасфальтизатного раствора.
8	2083634	Способ получения битумов	Александрова С.Л., Михеев Г.М., Синельникова В.К.	10.07.2001	Способ получения битумов путем окисления асфальта пропановой деасфальтизации в смеси с добавкой, отличающийся тем, что в качестве добавки используют кубовый остаток ректификации синтетических жирных кислот в количестве 5,0 20,0 мас. на сырье окисления.
9	2064961	Способ деасфальтизации углеводородных фракций	Яковлев С.П.; Хвостенко Н.Н.; Бройтман А.З.; Блохинов В.Ф.; Прошин Н.Н.; Лавриненко А.М.	10.08.2002	Изобретение относится к нефтехимии. Способ деасфальтизации тяжелых углеводородных фракций путем противоточной подачи исходного сырья и растворителя в колонный аппарат и непрерывного отбора из аппарата растворов асфальта и деасфальтизата, отличающийся тем, что подачу сырья и растворителя осуществляют через инжекторы и отражатели, установленные внутри аппарата.

.2 Литературный обзор

масло датчик деасфальтизация технологический

Многообразие и сложность состава сырья, вовлекаемого в переработку с целью деасфальтизации, высокие давления, при которых осуществляют процесс, трудности регенерации растворителя в лабораторных условиях - основные причины отсутствия систематизированных исследовательских данных по фазовому равновесию и по фазовым переходам высокомолекулярных углеводородов.

Трудности получения достоверных данных при изучении процесса деасфальтизации определяются и тем, что низшие углеводороды парафинового ряда, и в первую очередь пропан, обладают рядом особенностей. Метан, этан, пропан, бутан и пентан относятся к растворителям-коагуляторам и одновременно к селективным растворителям.

Теория коагуляции была разработана в начале 30-х годов коллективом ГрозНИИ под руководством А.Н. Саханова. Впервые было показано, что тяжелые нефтяные остатки типа гудронов и полугудронов можно отнести к коллоидным системам, в которых дисперсной фазой являются асфальтены с адсорбированными на них смолами, а дисперсионной средой - масла и растворимые в них смолы.

Сами по себе тяжелые нефтяные остатки можно отнести к стойким коллоидам, не способным к самопроизвольной коагуляции асфальтенов. Как показали последующие работы, устойчивость коллоидного состояния зависит от природы асфальтенов и их концентрации в сырье, от природы масел и смол и от концентрации их в остатке.

В результаты исследований, приведенных в ГрозНИИ, показали, что углеводороды парафинового ряда обладают свойством разрушать сольватную структуру тяжелых остатков, что ведет к укрупнению частиц асфальтенов с последующей их коагуляцией из коллоидного раствора. При добавлении к тяжелому остатку фракции парафиновых углеводородов в значительных количествах лиофильный коллоид переходит в лиофобное состояние и уже склонен к коагуляции асфальтенов. При удалении из остатка парафиновой углеводородной фракции самопроизвольно начинается обратный процесс - пептизация асфальтенов. Таким образом, для нефтяных остатков от переработки нефти коагуляция и пептизация асфальтенов - обратимые процессы.

Применительно к пропановой деасфальтизации гудронов с позиции теории коагуляции можно легко объяснить многие закономерности. Например, более низкую глубину деасфальтизации при использовании в качестве растворителя пропан-пропиленовой фракции вместо пропана объясняют более высокой пептизирующей способностью по отношению к асфальтенам пропиленовой части растворителя. Переход в коагулят вместе с асфальтенами значительного количества масляных фракций объясняют высокой адсорбционной способностью асфальтенов. Известное повышение глубины деасфальтизации с повышением температуры объясняют усилением лиофобности асфальто-смолистых веществ по отношению к осаждающим растворителям.

Легкие масляные фракции, согласно теории коагуляции, должны усиливать лиофобное состояние системы, а вместе с тем глубина деасфальтизации облегченного соляровыми фракциями сырья заметно понижается. И совершенно невозможно с позиции теории коагуляции объяснить механизм холодного фракционирования пропаном масляного сырья, лишенного асфальтенов.

Теория растворимости, экспериментально доказанная Н.Ф. Богдановым, более удобно объясняет те или иные закономерности процесса пропановой деасфальтизации. Ее сторонники считают, что пропан - типичный неполярный растворитель и в силу своей химической природы способен предпочтительно растворять в себе парафино-нафтеновые углеводороды и ароматические углеводороды с длинными алкильными цепями. Причем растворимость этих углеводородов увеличивается с уменьшением их молекулярной массы.

Работая при больших соотношениях пропан: сырье (4-20 объемов растворителя на 1 объем сырья), Р.Е. Вильсон и П.К. Кейс выявили определенные закономерности по влиянию температуры на деасфальтизацию тяжелых остатков в растворе пропана. Они установили, что с повышением температуры процесса область концентраций масло-асфальт, при которых жидкость разделяется на две фазы, расширяется. Иными словами, при больших разбавлениях пропаном сырья повышение температуры приводит к смешению фазового равновесия системы и способствует ее переходу из гомогенного в гетерогенное состояние.

Из всех перерабатываемых на нефтеперерабатывающих заводах тяжелых остатков только гудрон и асфальт поддаются глубокой деасфальтизации. Основной причиной, обеспечивающей более полное коагулирование асфальто-смолистых веществ из исходного сырья, даже при относительно низком разбавлении гудрона пропаном, принято считать благоприятный групповой углеводородный состав остатка (высокая концентрация асфальтенов и низкая концентрация маловязких масел). При высокой концентрации твердой фазы степень диспергации асфальтенов в дисперсионной среде будет довольно низкой, что повышает степень лиофобности системы и предопределяет возможность быстрого укрупнения асфальтенов с их последующей коагуляцией.

Маловязкие масла в тяжелых остатках выступают в роли растворителя - они растворяют смолистые соединения и вместе со смолами переходят в пропановый раствор. Образуется устойчивый двойной раствор, и смолистые соединения вместе с маловязкими маслами переходят в деасфальтизат, ухудшая его качественную характеристику, в первую очередь по коксуемости и цвету.

На полноту коагуляции асфальто-смолистых веществ из концентратов, полугудронов и гудронов существенно влияет соотношение между асфальтенами, смолами и маслами в перерабатываемом сырье.

Пфейффер наиболее близко подошел к рассмотрению зависимости физико-механических свойств коллоидных систем от соотношения указанных групп компонентов и их химических свойств, попытавшись выяснить влияние каждой из этих групп на реологические свойства системы. Он указал на важное значение атомарного соотношения С:Н как показателя степени ароматичности систем. Для оценки устойчивости коллоидной системы Пфеффер использовал критерий склонности к поляризации.

Природа растворителя-коагулятора, применяемого для разделения тяжелых остатков, имеет весьма существенное значение. Чем выше молекулярная масса парафинового растворителя, тем больше его потребуется для полной коагуляции асфальтенов.

Метан обладает самой высокой коагулирующей способностью по отношению к асфальто-смолистым соединениям, но и самой низкой растворяющей способностью по отношению к масляным углеводородам. В процессе метановой деасфальтизации экстрагируются парафино-нафтеновые углеводороды с низкой коксуемостью, но с чрезвычайно низким выходом.

Бутан, наоборот, обладает низкой коагулирущей способностью по отношению к асфальтенам, но растворяет масляные углеводороды с повышенной коксуемостью в значительных объемах. При бутановой деасфальтизации резко снижается выход асфальтовой фазы. В раствор бутана переходит основная часть масляных углеводородов, а также часть смол. При высоком выходе деасфальтизата его коксуемость резко повышается.

Пропан обладает средней коагулирующей способностью и средней растворяющей способностью. При заранее выбранных режимных показателях деасфальтизации в пропановый раствор переходит основная часть желательных масляных углеводородов.

Как показали исследования, избирательные растворяющие свойства пропана в диапазоне температур от отрицательных до критической изменяются в широких пределах. От отрицательных температур до +38⁰С растворяющая способность пропана к компонентам исходного сырья постепенно повышается. Начиная с +38⁰С и до критической температуры растворителя растворяющая способность пропана постепенно снижается. Из пропанового раствора начинают выпадать смолистые соединения, а затем ароматические углеводороды. При повышении температуры верхней части экстракционной колонны не только снижается растворяющая способность пропана, но и повышается его избирательность. С повышением температуры резко снижается плотность растворителя, а обратная величина плотности - молекулярный объем - резко возрастает.

При смешении первой порции пропана с гудроном наблюдается взаимное растворение пропана и компонентов тяжелого остатка. Эта закономерность сохраняется и далее, после чего система из гомогенного состояния переходит в гетерогенное с образованием пропано-масляной и асфальтовой фаз.

При низком соотношении растворитель: сырье нет четкой границы раздела фаз в системе. Пропано-масляная фаза загрязнена смолистыми веществами и полициклическими ароматическими углеводородами, в асфальтовой фазе присутствуют в значительных количествах желательные компоненты масла.

При сверхвысокой концентрации растворителя в системе увеличивается общая растворяющая способность растворителя, и в пропано-масляную фазу вновь начинают вовлекаться фракции ароматических углеводородов полициклической структуры.

Основываясь на опыте и на многочисленных литературных данных, следует признать, что пропан - растворитель с весьма специфическими свойствами. Пропан, несомненно, растворитель-коагулятор и вместе с тем селективный растворитель. В отличие от полярных растворителей его растворяющие свойства снижаются при повышенных температурах, а избирательность проявляется, в первую очередь, по молекулярной массе углеводородов и во вторую - по групповому химическому составу. Легко растворяя парафино-нафтеновые углеводороды, пропан значительно труднее растворяет даже при низких температурах.

При температурах, близких к критической (96,85⁰С), пропан почти полностью теряет свои растворяющие свойства и удерживает в растворе только самые низкомолекулярные компоненты масла. Но если при этой температуре повысить давление до критического (4,2 МПа), то растворяющая способность пропана вновь резко возрастает.

Таким образом, в процессе деасфальтизации пропан выступает одновременно и как коагулятор дисперсной фазы из дисперсионной среды и как избирательный растворитель по отношению к желательным компонентам масла. Разрушая коллоидную структуру гудронов, он тем самым вызывает коагуляцию асфальтенов и смол, а за счет своих

растворяющих свойств переводит нафтеновые, парафиновые и легкие ароматические углеводороды в пропано-масляную фазу. Комплексного подхода при рассмотрении механизма процесса деасфальтизации придерживаются многие исследователи.

.3 Классификация и характеристика масел

Работа смазочного масла в узле трения значительной степени зависит от условий эксплуатации (температуры, нагрузки, скорости перемещения, состава окружающей среды и т.п.) и характера работы механизма или машины (постоянных или переменных внешних воздействий, остановок и т.п.). Наибольшее значение имеют: конструктивные особенности узла трения (тип, размер, характер движения трущихся поверхностей и т.п.); система смазки и материала, с которыми масло контактирует в процессе работы; условия эксплуатации узла трения; сроки смены масла.

Существует три общепринятые классификации нефтяных масел: по составу, по способу производства (или способу очистки) и по назначению. По составу нефтяные масла подразделяют на: дистиллятные, полученные из соответствующих масляных фракций вакуумной перегонки мазута; остаточные, полученные из остатка от вакуумной перегонки мазута, т.е. из гудрона или концентрата; компаундированные, полученные при метении дистиллятного и остаточного компонентов; запущенные, полученные введением в базовке масла полимерных присадок. По способу очистки выделяют следующие группы масел: кислотно-щелочной очистки, кислотно-контактной очистки; селективной очистки; гидроочистки.

По назначению нефтяные масла можно разделить на смазочные и несмазочные. Группы смазочных масел: моторные, индустриальные и приборные, трансмиссионные, цилиндровые и судовые, турбинные, компрессорные.

Несмазочные нефтяные масла делятся на: электроизоляционные, консервационные, гидравлические, технологические, вакуумные и белые. Вакуумные и белые масла в некоторых случаях выполняют также смазочные функции: так белые (нафтеновые) масла используют для смазки компрессоров при производстве стирола и полипропилена. Моторные масла в зависимости от вида двигателей, для которого они предназначены, делятся на автомобильные, дизельные и авиационные. Последние в зависимости от объектов применения делятся на масла: для поршневых, турбореактивных, турбовинтовых двигателей и для вертолетов. Классификация по назначению является наиболее обширной и разветвленной. Моторные масла предназначены для смазки двигателей различных систем. Доля моторных масел для двигателей внутреннего сгорания в общем объеме мирового производства составляет 50%, а в СССР - примерно 60%. Развитие современного автомобиля - и тракторостроения связано с совершенствованием конструкций и ростом мощности двигателей внутреннего сгорания. Увеличение метровой мощности и давления сжатия привело к повышению температуры стенок цилиндра и канавок поршневых колец и следовательно, температуры масла в картере двигателя (в настоящее время она достигает 150°С, а десятки лет назад редко превышало 100°С). Это, в свою очередь способствует повышенному окислению масла, образованию на поршнях лаков и нагаров, коррозии цилиндров. Появилась необходимость в четкой дифференциации моторных масел по свойствам и условиям применения. В СССР разработана и получила распространение классификация моторных масел (таб. 1.) в зависимости от условий эксплуатации и напряженности работы двигателей (ГОСТ 7479-72 «Масла моторные. Классификация»). Эта классификация распространяется на моторные масла с присадками, применяемые для смазывания двигателей внутреннего сгорания (автомобилей, тракторов, морских и речных судов, тепловозов, сельскохозяйственных и строительных машин и др.)-

Она отличается большой подвижностью, связанной с постоянным ужесточением условий работы масел в двигателях и появлением более высококачественных масел. Стандартом установлены соответствующие обозначения масел (табл. 2). В зависимости от указанных выше условий по эксплуатационным свойствам, масла разделены на шесть групп и три подгруппы с изменением вязкости при 100 С в интервале от 6 до 20 мм/с (с.С.т). По вязкостным свойствам моторные масла разделены на 11 классов (таб. 2). Товарные масла обозначаются следующим образом - М-8А, М-10Б_Ь М-6₃/10В] и т.п.: буква «-М» обозначает моторное масло; цифра «6», «8» - класс вязкости масла; индекс «3» означает, что масло содержит заглушающие (вязкостные) присадки и применяется как зимнее и всесезонное; буква «В» с индексом «1», что масло по эксплуатационным свойствам относятся к группе «В» и предназначено для смазывания среднефорсированных карбюраторных двигателей. Для улучшения эксплуатационных свойств автотракторных масел к ним как правило, добавляют многофункциональные присадки ВНИИ НП-360, ДФ-11 и т.п. В ГОСТ на автомобильные масла контролируется до 15 показателей их качества. Показатели качества дизельных масел, контролируемых ГОСТ, также, как у автомобильных. В специфических условиях работают масла в судовых дизелях, важным свойством масел для судовых двигателей является способность препятствовать образованию углеродистых отложений на внутренней стенке днища поршня и т.п.

Смазочные масла для авиационных двигателей в зависимости от объектов применения делят на четыре группы. Специфические условия работы авиационных поршневых двигателей (средние и высокие температуры) исключают применения в них металлосодержащих присадок, ведущих к накоплению зольных отложений в камере сгорания. Выпускают масла нескольких марок и модификаций в зависимости от состава нефти: МС - 14, МС - 20 и др., ГОСТ на авиационные масла предусмотрено 12-15 показателей качества.

Среди газотурбинных двигателей наиболее распространены турбореактивные (ТРД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели. В современных турбореактивных двигателях масло работает при температуре до 150°С. Поэтому одним из основных требований к маслам для ТРД являются их высокая теплоокислительная стабильность и низкая испаряемость. Масла для ТРД должны обладать хорошими вязкостно-температурными свойствами, обеспечивать легкий запуск двигателя при температуре окружающего воздуха до 50°С и в то же время быть достаточно вязкими при рабочих температурах. Для реактивной авиации разработана и производится в промышленных масштабах несколько сортов нефтяных и синтетических масел (МК-8, МК-6, МС-6, 36/1 и др.). Авиационные масла для ТВД вводят противоизносные и противозадирные присадки, а также синтетические жидкости.

Индустриальные масла предназначены для смазки машин и механизмов, различного промышленного оборудования. До недавнего времени по вязкости индустриальные масла делили на легкие (3,5-10мм²/с при50°С), средние (10-58мм²/с при 50°С) и тяжелые (11-96мм²/с при 100°С).

Таблица 1.2 - Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам (ГОСТ 17479 - 72)

Группа масел по эксплуатационным свойствам		Рекомендуемая область применения
А		- Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели.
Б	Б,	- Малофорсированные карбюраторные двигатели.
	Б2	- Малофорсированные дизельные двигатели.
В	в,	- Среднефорсированные карбюраторные двигатели.
	в2	- Среднефорсированные дизельные двигатели.
Г	г,	- Высокофорсированные карбюраторные двигатели.
	г2	- Высокофорсированные дизельные двигатели.
Д		- Высокофорсированные дизельные двигатели, работающие в тяжелых условиях.
Е		- Дизельные малооборотные двигатели с лубрикаторной системой смазки, работающие на тяжелом топливе с содержанием серы до 3,5%.

По условиям применения выделяют две группы масел: для легких и средних режимов скоростей и нагрузок; для тяжелых режимов работ. Легкие инструментальные масла применяют для смазки малонагруженных узлов трения, работающих при высоких скоростях (велосит, вазелиновое швейное, сепараторные и др.). Средние индустриальные масла по мере увеличения вязкости используют в более нагруженных и менее быстроходных механизмах (ИС-12, ИС-20, ИС-30, ИС-45 и др.). Тяжелые индустриальные масла применяют для смазки тяжелонагруженных механизмов (краны, буровые установки, оборудования мартеновских печей т. п.). К этой группе относятся высоковязкие дистиллятные масла - цилиндровое 11, цилиндровое 24 (вискозин), цилиндровое 52, для прокатных станов (П-28, П-40) и др. Товарный ассортимент среди индустриальных масел насчитывает около 100 наименований. В эти масла, как правило, не добавляют присадок, поэтому они часто не отвечают требованиям надежной эксплуатации оборудования. Индустриальные масла должны удовлетворять к ряду специфических требований, обусловленных их назначением и условиями применения. Так масла для зубчатых передач, обеспечивая надежную передачу мощности с ведущего элемента на ведомый, выполняют следующие функции: снижают трения и потери мощности на его преодоление, уменьшают износ трущихся деталей и предотвращают их коррозию, снижают шум, вибрацию и защищают детали от ударных нагрузок, вымывают загрязнения и отводят тепло. Основным критерием подбора масел без присадок является вязкость; при выборе масел для зубчатых передач учитывают условия работы зацепления-нагружность, твердость зубьев, окружную скорость. Масла серий: ИТП, ИСП, ИСПи ИРП и ИЦП (11 марок с изменением вязкости при 50°С от 27 до 190мм7с) применяют для смазки малонагруженных зубчатых передач станков, прессов и другого оборудования. Масла серии ИСП и ИСПи предназначены для смазки средненагруженных зубчатых передач и направляющих металлорежущих станков. Для смазки зубчатых передач и средненагруженных узлов трения промышленного оборудования используют масла серии ИРП. Широко применяется приборное масло МВП. Выпускается также более 10 марок часовых масел. Важными специфическими показателями их свойств является: растекаемость, нарастание вязкости при окислении в тонком слое испаряемость.

Трансмиссионные масла используются в транспортных средствах и предназначены для смазки зубчатых передач различных типов (цилиндрических, конических, четвертых, гипоидных и др.).

Различают масла для механических трансмиссий, где их основной функцией является смазочное действие, и масла для гидромеханических коробок передач, где помимо всего основного назначения они служат и гидравлической средой, заполняющей систему. В зависимости от условий применения выпускают три группы трансмиссионных масел: А - без присадок или с химически малоактивными противозадирными присадками; Б - с противозадирними присадками и противоизносными присадками средней активности; В-с высокоактивными противозадирными присадками. Масла без присадок используют только в случае жидкостного режима трения, когда главную роль играет вязкость смазочного материала. В зависимости от климатических условий различают летние, зимние (в том числе северные и арктические) и всесезонные трансмиссионные масла. Большинство трансмиссионных масел готовят смешением экстрактов N-МП очистки с дистиллятными маслами. Для бессезонных трансмиссионных масел наряду с

вязкостью при двух температурах (или индексом вязкости) важна температура застывания.

Турбинные масла применяют для смазки и охлаждения подшипников различных турбоагрегатов (гидротурбин, турбонасосов, компрессоров и т.д.). Они должны обладать высокой стабильностью против окисления, предотвращать высокий износ трущихся деталей, защищать их от коррозии, не пениться и не образовывать с водой стойких эмульсий. В современные турбинные масла добавляют композиции присадок, улучшающих комплекс необходимых эксплуатационных свойств. Улучшить качество турбинных масел можно также, используя базовые масла с высоким индексом вязкости и температурой вспышки и низкой температурой застывания. Вырабатывают более 10 марок и модификаций турбинных масел, различающихся составом и свойствами. Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров и клапанов компрессоров, а также используются в качестве уплотнительного смазочного материала для герметизации камер сгорания и штоков поршней компрессоров.

Компрессорные масла при работе нагреваются до высоких температур и соприкасаются с различными средами (как высокотемпературными, так и хладагентами). В связи с этим они должны обладать высокой термической и химической стабильностью, высоким индексом вязкости и хорошей подвижностью при низких температурах (низкой температурой застывания). К компрессорным маслам для тяжелых условий работы стали добавлять различные присадки-ингибиторы окисления и коррозии, противоизносные и др. Ряд специфических требований, обусловленных непрерывным контактом масла с различными хладоагентами (аммиаком, углекислотой, фреоном и др.), а также значительными изменениями температуры и давления серы, предъявляются к компрессорным маслам для холодильных машин. Помимо низкой температуры застывания и высокого ИВ при подборе масла необходимо учитывать возможности химического взаимодействия хладоагента (сернистого ангидрида, фреона) с углеводородами масла, а также взаимную растворимость и коррозионную агрессивность образующихся смесей. Масла для компрессоров холодильных машин (вырабатывается около 10 сортов - ХА, ХА-23, ХФ-12, ХФ-22 и т.п.) готовят на основе дистиллятных и остаточных базовых масел, а также смешением. В масла вводят антиокислительные, депрессорные и другие присадки. Практически все высококачественные компрессорные масла получают вводя соответствующие присадки в глубокоочищенные базовые масла. В СССР выпускаются более 15 марок компрессорных масел.

Электроизоляционные масла, к которым относятся трансформаторные, конденсаторные и кабельные, представляют собой специфическую группу так называемых несмазочных нефтяных масел. Основным их назначением является изоляция токонесущих частей электрооборудования, гашение электродуги в выключателях; выполняют они также функцию теплоотводящей среды. В наибольших количествах и ассортименте производят и применяют трансформаторные масла (6 марок). Наряду с традиционными требованиями к большинству нефтяных масел - высокой стабильностью против окисления, низкой температурой застывания и т.п. Важнейшими свойствами электроизоляционных масел являются низкие диэлектрические потери и проводимость, высокая электрическая прочность и газостойкость. В ГОСТ и ТУ на электроизоляционные масла предусмотрено определение таких специфических показателей, как тангенс угла диэлектрических потерь (tg…) и диэлектрическая проницаемость (Е), удельное объемное электрическое сопротивление (Pv), электрическая прочность и газостойкость в электрическом поле. Существенное влияние на свойства электроизоляционных масел оказывает их состав. Они имеют и наилучшие вязкостно-температурные показатели, хотя в наибольшей степени склонны к окислению, которое существенно ухудшает диэлектрические свойства масел. Высокой газостойкостью обладают ароматические углеводороды (под воздействием электрического поля они даже поглашают газ), нефтено-парафиновые углеводороды имеют низкую газостойкость. Во всех случаях газостойкость масел возрастает с повышением их вязкости.

Таким образом, с точки зрения эксплуатационных свойств для производства электроизоляционных масел целесообразно использовать базовые масла средней вязкости с НВ не менее 90. Переочистка масел нежелательна, поскольку это может привести к повышенному газовыделению. Наряду с антиокислительными и вязкостными присадками в электроизоляционные масла вводят присадки, улучшающие их диэлектрические свойства.

Гидравлические масла служат несжимаемой жидкой средой для передачи энергии в гидравлической системе от одного угла или агрегата машины к другому и превращения этой энергии в полезную работу. Масла для гидравлических систем представляют собой высокоочищенные нефтяные фракции, содержащие различные присадки. При повышении вязкости затрудняется запуск и снижается чувствительность гидросистемы, при резком снижении вязкости появляются утечки жидкости, снижается смазочная способность. Гидравлические масла имеют индекс вязкости не менее 85. Важной характеристикой гидравлических масел противопенные свойства - способность жидкости выделять растворенный воздух или другие газы без образования пены. Интенсивное пенообразование сокращает срок службы масла, так как при этом усиливается его окисление, ухудшается охлаждающая способность. При контакте с резинами гидравлические масла могут резко изменять их свойства, резины могут набухать, впитывая значительное количество некоторых углеводородов масла, или твердость и терять эластичность вследствие растворения в масле некоторых компонентов. Современный ассортимент гидравлических масел в зависимости от состава газового масла и наличие присадок можно разделить на три группы: масла без присадок, масла на обычной основе с присадками и глубокоочищенные масла с присадками.

Технологические масла используют при производстве разнообразных материалов и продуктов в качестве сырьевых компонентов и добавок, а также для различных целей в технологических процессах. К таким маслам относятся закалочные, абсорбционные (поглотительные), текстильные (для замасливания хлопка и производства химических волокон), пластификаторы и смягчители-наполнители, теплоносители, для производства смазок и присадок, белые масла - медицинские и парфюмерные.

2. Расчетно-технологическая часть

.1 Теоретические основы процесса деасфальтизации

Основные факторы, влияющие на процесс

Протекание процесса деасфальтизации определяют следующие факторы: температурный режим экстракции, давление, кратность пропана к сырью, качество сырья и растворителя.

С повышением температуры верха деасфальтизационной колонны (или РДК) получают более светлый деасфальтизат с меньшим выходом и коксуемостью. При приближении температуры верха деасфальтизационной колонны к критической плотность жидкого пропана и его растворяющая способность уменьшаются; следовательно, уменьшается растворимость в пропане углеводородных компонентов сырья. Последние осаждаются из раствора вместе со смолами и асфальтенами, выход деасфальтизата при этом снижается.

По мере уменьшения температуры по высоте колонны растворяющая способность сжиженного пропана растет, он удерживает в растворе не только парафино-нафтеновые и высокоиндексные ароматические углеводороды, но и низкоиндексные ароматические углеводороды с высоким показателем преломления (n _d ²⁰ 1,53). Ухудшается осаждение в осадок смолистых соединений, возрастает коксуемость и ухудшается цвет деасфальтизата.

Создание температурного градиента деасфальтизации - разности температур между верхом и низом колонны, постепенное равномерное снижение температуры по ее высоте позволяет наиболее полно и селективно отделить смолисто-асфальтеновые вещества от деасфальтизата. Необоснованное снижение температуры низа деасфальтизационной колонны может привести к избытку внутренней флегмы и захлебыванию аппарата.

Чем ниже температура процесса, тем выше плотность пропана и его растворяющая способность. Для растворения углеводородной части гудрона по мере снижения температуры требуется меньше пропана, однако в раствор при этом наряду с масляными углеводородами переходят и смолистые вещества, селективность процесса падает. В таких случаях приходится увеличивать кратность пропана к сырью.

Кратность пропана

При выбранной температуре процесса повышение подачи пропана до определенного предела позволяет избирательно осаждать из сырья смолисто-асфальтеновые соединения, однако при избытке пропана смолы все более растворяются в нем, переходят в деасфальтизат, повышая его вязкость и коксуемость и ухудшая его цвет.

Приведенные на рис. 5 кривые характеризуют зависимость выхода и качества деасфальтизата от соотношения пропан: сырье при переработке концентрированных гудронов ромашкинской нефти. Оптимальное разбавление гудронов выбирают на промышленной установке в зависимости от качества сырья и требуемых параметров деасфальтизата, от эффективности контакта сырья и растворителя в колонне, числа ступеней экстракции.

Рисунок 2.1 - Влияние кратности пропан: сырье на качество деасфальтизатов

Сырье

Чем меньше содержится в сырье смолисто-асфальтеновых веществ, тем труднее его деасфальтировать, тем большая кратность пропана необходима для получения деасфальтизата заданного качества. С повышением в гудроне доли углеводородных компонентов возрастает их концентрация в растворе; чтобы добиться необходимой селективности процесса, кратность пропана к сырью увеличивают.

При переработке гудронов с относительно высокой долей масляных углеводородов оптимальные результаты достигаются при большем разбавлении сырья пропаном, чем при деасфальтизации гудронов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Так, при деасфальтизации гудронов из малосмолистых жирновской и коробковской нефтей рекомендуемое соотношение пропана к сырью составляет 8:1 (объемн.), при деасфальтизации гудронов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ из ромашкинской нефти оптимальные результаты достигаются при объемном соотношении 4 - 5:1.

При вовлечении в гудрон низкокипящих фракций и маловязких углеводородов заметно ухудшается селективность процесса, уменьшается вязкость деасфальтизата, одновременно в нем увеличивается содержание смолистых соединений, ухудшается его цвет. При переработке облегченного и маловязкого сырья предпочитают больше разбавлять его пропаном (до 8-10:1). Температуру деасфальтизации (75 - 83⁰С) подбирают экспериментально в зависимости от растворяющей способности содержащихся в сырье углеводородов.

Давление

В экстракционных колоннах промышленных установок деасфальтизации гудронов пропаном поддерживается давление 3,6-4,2 МПа (36-42 кгс/см²). При применяемых температурах обработки сырья

плотность пропана с ростом давления в колонне заметно повышается, что приводит к повышению выхода деасфальтизата. Одновременно повышается его коксуемость, ухудшается цвет.

Качество пропана

При содержании в пропане метана или этана значительно возрастает осаждение в асфальт ценных масляных углеводородов, снижается отбор и вязкость деасфальтизата, возрастает давление в аппаратуре блоков деасфальтизации и регенерации растворителя, ухудшаются коэффициенты теплопередачи в конденсаторах-холодильниках. При содержании в пропане 3-5% Н-бутана увеличивается выход деасфальтизата, несколько возрастет его вязкость и коксуемость. Растворимость масляных углеводородов в изобутане меньше, чем в Н-бутане. При наличии 3-5% пропиленов и бутиленов в одинаковых условиях процесса вследствие повышения растворимости смол и полициклических соединений коксуемость деасфальтизата увеличивается на 0,1-0,25%

Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации

На рисунке 2.2 приведена технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации. Установка состоит из следующих секций: деасфальтизация I ступени (колонна 10 со вспомогательным оборудованием); деасфальтизация II ступени (колонна 18 и вспомогательные аппараты); регенерация пропана при высоком давлении из раствора деасфальтизата I, из раствора деасфальтизата II, из битумного раствора II (три секции); регенерация пропана при низком давлении из обедненных растворов, выходящих из предыдущих секций регенерации.

Рисунок 2.2 - Технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном 1, 2, 12, 13, 27, 30, 35 - насосы; 3, 6, 14, 25, 26, 36-холодильники; 4, 15 - подогреватели; 5, 6-приемники; 7, 17 - аппараты воздушного охлаждения; 8 - редукционный клапан; 9-паровой встроенный подогреватель; 10, 18 - колонны; 11 - регулятор расхода; 19-трубчатая печь; 20-23- испарители; 24 - сепаратор; 28 - компрессор; 29, 31, 34-отпарные колонны; 32 - каплеотделитель; 33 - конденсатор смешения.

Сырьем I ступени является гудрон или концентрат, а исходной смесью для II ступени - битумный раствор, переходящий под давлением из первой колонны снизу во вторую.

Сырье насосом 1 подается через паровой подогреватель 4 в колонну деасфальтизации I ступени 10. В нижнюю зону этой же колонны вводится через холодильник 3 жидкий пропан, забираемый насосом 2 из приемника 5.

Пройдя верхний встроенный подогреватель 9 и верхнюю отстойную зону, раствор деасфальтизата I после снижения давления (примерно с 4,2 до 2,7 МПа) поступет в секцию регенерации пропана при высоком давлении.

Требуемое рабочее давление в колонне 10 поддерживается с помощью редукционного клапана 8; колонна оборудована тарелками жалюзийного типа. Битумный раствор I выводится с низа колонны 10, подогревается водяным паром в аппарате 15 и вводится в колонну 18 деасфальтизации II ступени. Пропан в колонну 18 подается насосом 12 через холодильник 14. Из раствора деасфальтизата I основное количество пропана выделяется в последовательно соединенных испарителях 21 и 22, а из раствора деасфальтизата II - в испарителях 20 и 23. Деасфальтизаты I и II практически полностью освобождаются от пропана соответственно в отпарных колоннах 29 и 31 тарельчатого типа. Далее оба деасфальтизата направляются насосами 27 и 30 соответственно через холодильники 25 и 26 в резервуары. Битумный раствор II ступени, пройдя регулятор расхода 11, нагревается в трубчатой печи 19; испарившийся пропан отделяется от жидкости в сепараторе 24. Смеси пропановых и водяных паров из колонн 29, 31, и 34 поступают в общий конденсатор-холодильник смешения 33. Здесь при контакте с холодной водой водяные пары конденсируются, а пары пропана низкого давления сжимаются компрессором 28 до давления 1,7-1,8 МПа. Освобожденный от растворителя битум деасфальтизации из отпарной колонны направляется насосом 35 через холодильник 36 в резервуар [58].

В экстракционных колоннах деасфальтизации наиболее часто применяют жалюзийные или перфорированные тарелки. Улучшения работы жалюзийных тарелок достигают перфорацией их пластинок. Суммарная скорость сырья и пропана принимается до 30-40 м³/(м²ч). Однако в случае производства на установке двух деасфальтизатов - менее вязкого с коксовым числом до 1-1,2% и высоковязкого с температурой вспышки не ниже 275⁰С часто необходимо снижать скорость до 25-32 м³/ (м²ч). Зону отстоя применяемых в настоящее время экстракционных колонн оборудуют змеевиками, в которые вводят пар низкого давления. Сочетание подъема температуры вверху колонны до заданной с отстоем раствора деасфальтизата позволяет наиболее эффективно отделить масляные компоненты гудрона от смолисто-асфальтеновых веществ.

Роторно-дисковые контакторы (РДК), внедренные на некоторых установках деасфальтизации гудронов, существенно не отличаются от РДК, широко применяемых для очистки масел фурфуролом. В верхней и нижней частях контактора предусмотрены отстойные зоны. Обычно монтируют 12-20 дисков, увеличение числа ступеней экстракции против оптимального приводит к ухудшению качества деасфальтизата. Частота вращения ротора в промышленных контакторах не превышает 20-30 об/мин.

Содержание пропана в остатках экстракционных аппаратов (30-70% масс. на асфальт) зависит от температуры низа колонны и содержания асфальтенов в отходящем с низа колонны продукте. Особенно резко возрастает растворимость пропана в асфальте при температурах выше 64-65⁰С. Снижение сопротивления в нижней части колонны, например, в результате увеличения расстояния между тарелками способствует уменьшению доли пропана в отходящем с низа колонны растворе асфальта.

Увеличение производительности экстракционных аппаратов на 20-25% может быть достигнуто порционной подачей пропана. Непосредственно с гудроном смешивается 100-140% масс. пропана на 100% сырья. Применение смесителей различной конструкции позволяет избежать гидравлических ударов при вводе растворителя в гудрон. Эффективное смещение пропана и гудрона происходит и в трубопроводе при подаче пропана на выход сырьевого насоса. Примерно половина растворителя вводиться в нижнюю часть экстрактора, остальной пропан, нагретый до 70-80⁰С, - в среднюю часть. В результате порционной подачи, ввода гудрона, обогащенного пропаном, улучшения контакта сырья и растворителя и снижения в нижней части колонны объема пропана четкость разделения углеводородов и смолисто-асфальтеновых продуктов улучшается.

Из-за применения при деасфальтизации высокого давления и пожароопасного растворителя - пропана особенно высокие требования предъявляются к герметичности системы в период подготовки установок к пуску. Все узлы установок, аппаратура, трубопроводы опрессовывают на рабочие давления. Тщательно проверяют герметичность фланцевых и резьбовых соединений.

Пропан подается в блоки регенерации растворителя после осуществления холодной, а затем горячей циркуляции продуктов, подъема температуры в аппаратах до рабочей. После приема пропана до рабочего поднимают и давление в аппаратуре. Пониженное давление в испарителях и эвапораторах, а следовательно, в емкости пропана приводит к затруднениям в работе насосом и подогревателей пропана, а сниженная температура увеличивает долю пропана в загрузке отпарных колонн, его содержание на входе в конденсатор смещения, затрудняет работу компрессоров и может привести к значительным потерям пропана. Пропан вводят в систему постепенно, не допуская резких колебаний температуры и давления в аппаратах.

2.2 Материальный баланс установки

Материальный баланс установки составляется исходя из производительности установки и числа рабочих дней в году. Производительность установки по сырью 510000 т/год, число рабочих дней в году, колеблется от 330 до 360. Принимаем 345 дней.

Таблица 2.1-Материальный баланс установки

	% от сырья	Количество
		т/год	т/сут.	кг/ч
Поступило: Гудрон	100	510000	1478,3	61595,8
Получено: Деасфальтизат I ст. Деасфальтизат II ст. Битум	59 6 35	300900 30600 178500	872,2 88,7 517,4	36341,5 3695,7 21558,5
Итого:	100	510000	1478,3	61595,7

2.3 Расчет системы деасфальтизации I ступени

В систему деасфальтизации входят: деасфальтизационная колонна, низко- и высокотемпературные испарители и отпарная колонна.

Находим массовую краткость пропана к сырью:

 (2.1)

Краткость пропана к сырью принимаем 8: 1

 (2.2)

Выход деасфальтизата составляет 59,0% от сырья, тогда выход битума I ступени составляет 41%, содержание битума в растворе с пропаном колеблется в пределах 40-60% (масс.) от смеси, что составляет 41% от сырья.

Таблица 2.2 - Материальный баланс

Статьи баланса	% масс. от сырья	% масс. от смеси	Количество, кг/ч
Взято: Гудрон Пропан	100		61595,8 224331,9
Итого:	464,2	-	285927,7
Получено: Раствор деасфальтизата I ст. в т.ч. деасфальтизат I ст. пропан Раствор битума I ст. в т.ч. битум I ст. пропан	382,2 59,0 323,2 82 41 41	100 15,4 84,6 100 50 50	235419,2 36341,5 199077,6 50508,5 25254,3 25254,3
Итого:	464,2	-	285927,7

2.4 Тепловой баланс деасфальтизационной колонны I ступени

Тепловой баланс составляется для определения расхода теплоагента на поддержание баланса тепла и температурного баланса в деасфальтизаторе.

Все продукты в колонне будут в жидкой фазе.

Гудрон входит в колонну при температуре 120^оС, а пропан при 50^оС. Раствор деасфальтизата уходит с верха колонны при температуре 80^оС, а раствор битума с низа при температуре 50^оС.

Находим энтальпии по формуле:

Таблица 2.3-Тепловой баланс деасфальтизационной колонны I ступени

Статьи баланса Продукты	Кол-во кг/ч	Пл-ть Тем-ра оС	Энт-ии кДж/кг	Кол.теплоты Q, кДж/ч
Приход: Гудрон Пропан	61595,8 224331,9	0,993 0,454	120 50	232,95 130,65	14348741,6 29308962,7
Итого:	285927,7	-	-	-	43657704,3
Расход: Раствор деасфальтизата I ст. в т.ч. деасфальтизат I ст. пропан Раствор битума I ст. в т.ч. битум I ст. пропан	235419,1 36341,5 199077,6 50508,5 25254,3 25254,3	- 0,9376 0,454  1,171 0,454	80   50	150,34 215,06  60,06 130,65	48277209,7 5463581,1 42813628,6 4816247,6 1516773,3 3299474,3
Итого:	285927,7	-	-	-	53093457,3

2.5 Расчет деасфальтизационной колонны II ступени

Кратность пропана к сырью 5: 1.

(2.3)

Таблицы 2.4 - Материальный баланс деасфальтизационной колонны II ступени

Статьи баланса Продукты	% масс. от сырья	% масс от смес.	Количество кг/ч
Взято: Раствор битума I ст. в т.ч. битум I ст. пропан I ст. Пропан свежий	82 41 41 191,6	100 50 50 -	50508,5 25254,3 25254,3
Итого:	273.6	-	168525,9
Получено: Раствор деасфальтизата I ст. в т.ч. деасфальтизат I ст. пропан Раствор битума I ст. в т.ч. битум I ст. пропан	195.6 6.0 189.6 78 39.0 39.0	100 3.1 36.9 100 50 50	120481,2 3695,7 116785,5 48044,6 24022,3 24022,3
Итого:	273.6	-	168525,8

Таблица 2.5 - Тепловой баланс деасфальтизационной колонны II ступени

Статьи баланса. Продукты	Кол-во кг/ч	Пл-ть Тем-ра оС	Эн-ии Кол-во тепла
Приход: Раствор битума I ст. в т.ч. битум I ст. пропан I ст. Пропан свежий	50508,5 25254,3 118017,4	1,171 0,454 0,454	120   50	194,6 80,5 130,65	4625272,2 1913332,0 14572204,5
Итого:	219034,5	-	-	-	19929975,7
Расход: Раствор деасфальтизата II ст. в т.ч. деасфальтизат II ст. пропан II ст. Раствор битума II ст. в т.ч. битум II ст. пропан II ст.	120481,2 3695,7 116785,5 48044,6 24022,3 24022,3	1,093 0,454  1,292 0,454	75   45	124,1 295,7  61,1 116,7	281607,7 33282010,8  1351831,3 2581975,8
Итого:	337051,6	-		-	39602224,5

_∆Q = Q_расх. - Q_прих. = 39602224,5 - 19929975,7= 19672248,8 кДж/кг (2.4)

F = _∆Q: (к · _∆t) · 1000 (2.5)

F 19672248,8 · 1000: 96336000 = 54,2 м²

.6 Определение размеров деасфальтизационной колонны

Основными размерами колонных аппаратов являются ее диаметр и высота.

Диаметр экстракционной колонны и расстояние между ее тарелками взаимосвязаны: диаметр нужно подбирать так, чтобы расстояние между тарелками находилось в пределах 0,25 - 0,6 м.

Рисунок 2.1 - Определение высоты деасфальтизационной колонны

Определим диаметр колонны:

 (2.6)

 (2.7)

hн = 1,5 м

 

hэ = (Nт - 1) _∆h

hэ = (12 - 1) ·0,4 = 4,4 м

Определим плотность деасфальтизата II ст.

 (2.9)

Определим длину труб:

 

lmp = Дк:

Находим твердость нагревателя:                                      (2.10)

Smp = Gmp· lmp·3,14 = 0,03 · 1,3 · 3,14 = 0,12 м = 0,1м²

Nmp = Fn: Smp = 10,5: 0,12 = 87,5mp (2.11)

        где S = 2 · dmp = 0,06 м. (2.12)

Определим число труб в вертикальном ряду

 (2.13)

Определим в горизонтальном ряду:

Nг = 1: (0,03 + 0,06) = 11 тр.

Определим высоту, занятую в змеевиках паровым подогревателем:

 

hп = Nв · dmp + (Nв - 1) S (2.14)

hп = 24,9 ·0,03 + 24,9·0,59 = 3,1 м.

 

h´в = hв - hп = 5,7 - 3,1 = 2,6 м (2.15)

 

Общая высота колонны:

Нк = 1,5 + 4,4 +3,1+5,7 = 14,7 м

.7 Расчет низкотемпературного испарителя

Для выполнения расчета необходимо составить таблицу, в которой приводятся показатели состава раствора, поступающего в данный испаритель.

Таблица 2.6 - Состав раствора деасфальтизата I ступени

Компонен-ты	Кол-во кг/ч	% масс	MiMi·Ci´
Деасфальтизат Пропан	36341,5 199077,6	15,4 84,6	0,154 0,846	75,7 4524,5	480 44	0,0165 0,9835	7,92 43,274
Всего:	235419,1	100,0	1,0000	4600,2	-	1	51,194

Определяем мольную долю отгона. В зависимости от числа компонентов в сырье, поступающем в испаритель, мольная доля отгона определяется по формуле:

(2.16)

где l - мольная доля отгона,

с´ - мольная концентрация растворителя в поступающем растворе.

х´, у´ - молекулярная концентрация растворителя в жидкой и паровой фазах.

Молекулярную концентрацию растворителя в жидкой фазе находят по формуле: (2.17)

Хр´ = Р: Рр,

где Р - давление в аппарате;

Рр - парциальное давление паров растворителя при температурах поддерживаемой в аппаратуре, мм. рт. ст.

Хр = 2,5: 5,065 = 0,4936

Находим массовую долю отгона по формуле:

 (2,18)

Му = У Мi Уi = 44·1 = 44 (2.19)

Мх = 44 · 0.4936 + 480 · 0,5064 = 264,8

Таблица 2.7 - Массовые концентрации компонентов

Компоненты:	xi´	yi´;	xi = xi´;yi = yi`
Деасфальтизат Пропан	0,5064 0,4936	0 1	0,9180 0,0820	0 1
Итого:	1,0000	1	1,0000	1

 (2,20)

 (2.21)

 (2.22)

.8 Материальный баланс испарителя низкого давления

Материальный баланс испарителя низкого давления составляется исходя из массовой доли отгона и массовых концентраций компонентов.

Таблицы 2.8 - Материальный баланс испарителя низкого давления

Статьи баланса	% масс.	Количество, кг/ч
Взято: Деасфальтизат Пропан	15,4 84,6	36341,5 199077,6
Всего:	100,0	235419,1
Получено: Паровая фаза пропана Жидкая фаза пропана в т.ч. деасфальтизат пропан	8148 18,52 15,4 3,12	191825,2 43593,9 36341,5 7252,4
Всего:	100,00	701425

.9 Тепловой баланс испарителя низкого давления

Тепловой баланс испарителя низкого давления составляют с целью определения расхода водяного пара, подаваемого в трубчатое пространство для поддержания необходимой температуры в испарителе.

Таблица 2.9 - Тепловой баланс испарителя низкого давления

Статьи баланса	Кол-во Gi, ж/ч	Плот-ть Темп-ра оС	Физ-ое сост-ие	Энт-и q кДж/кг	Кол-во тепла Q, кДж/ч
Приход: Деасфальтизат Пропан	36341,5 199077,6	0,9376 0,454	80 -	ж п	150,2 214,9	5458493,3 42781776,2
Итого:	235419,1	-	-	-	-	48240269,5
Расход: Паровая фаза Жидкая фаза в т.ч. деасфальтизат пропан	191825,2 65307,3 36341,5 7252,4	0,376  0,9376 0,454	85	п  ж ж	251,8  160,5 229,6	48240269,5  5832810,7 1665151
Итого:	300726,4	-	-	-	-	55799547,1

 

_∆Q = Q_расх. - Q_прих. = 48240269,5+ 55799547,1 = 12959277,6 кДж/ч (2.23)

2.10 Расчет высокотемпературного испарителя

Сырьем для высокотемпературного испарителя является раствор деасфальтизата выходящий из низкотемпературного испарителя

Таблица 2.10 - Состав раствора деасфальтизата

Компоненты	Gi, ж/ч	% масс. от р-раMiMi · Ci
Деасфальтизат Пропан	36341,5 7252,4	0,8337 0,1663	83,37 16,63	480 44	75,7 164,8	0,3147 0,1852	151,06 3014
Итого:	36960,9	1,0000	100,0	-	240,5	1,0000	181,2

При средней температуре ИНД 150^оС, Р₁ = 67500 мм. рт. ст., П = 1,8 МПа = 13500 (МПа) мм. рт. ст.

 (2.24)

Мольная доля отгона:

 (2.25)

Молекулярная масса жидкой и паровой фазы:

 (2.26)

 (2.27)

Массовая доля отгона:

 (2.28)

Массовые концентрации компонентов:

Хр = 0,2 · 44: 393 = 0,0225

Хд = 0,8 · 480: 393 = 0,9775

Таблица 2.11-Материальный баланс испарителя высокотемпературного испарителя

Статьи баланса	% масс. от р-ра	Кол-во, Gi кг/ч
Взято: Деасфальтизат Пропан	83,36 16,64	36341,5 7252,4
Итого:	100,00	43593,9
Получено: Паровая фаза Жидкая фаза в т.ч. деасфальтизат пропан	10,20 89,20 83,36 6,44	4446,7 39147,2 36341,5 2805,7
Итого:	100,00	43593,9

Таблица 2.12 - Тепловой баланс испарителя высокотемпературного испарителя

Статьи баланса	Кол-во, Gi, кг/ч	Плот-ть, Тем-ра оС	Физ-ое сост-ие	Энт-ия кДж/кг	Кол-во тепла Q, кДж/ч
Приход: Деасфальтизат Пропан	36341,5 7252,4	0,9376 0,454	85	гл п	160,5 229,6	5832810,7 1665151
Итого:	65307,3	-	-	-	-	7497961,7
Расход: Паровая фаза Жидкая фаза в т.ч. деасфальтизат пропан	4446,7 39147,2 363471, 2805,7	0,376  0,9376 0,454		п гл.	471,1  302,5 429,5	2094840,4 10993303,7 1205048,1
Итого:	82741,1	-	-	-	-	14293192

14293192,2-7497961,7=6795230,5 кДж/ч (2.29)

2.11 Расчет отпарных колонн

Расчет ведется с целью определения числа тарелок и геометрических размеров, сырьем отпарных колонн является раствор деасфальтизата выходящий из высокотемпературного испарителя.

Рисунок 2.2 - Схема отпарной колонны

Таблица 2.13 - Состав сырья отпарной колонны

Компоненты	Кол-во Gi, кг/ч	% масс. от р-раMiCi·Mi
Деасфальтизат Пропан	36341,5 2805,7	0,9284 0,0716	92,84 7,16	480 44	75,71 63,76	0,5427 0,4579	260,49 20,12
Итого:	39147,2	1,0000	100,00	-	139,5	1,0000	280,61

Находим количество растворителя, уходящего вместе в остатком в растворе, поступающего в колонну.

Находим количество деасфальтизата на 100 кг.

Таблица 2.14-Тепловой баланс отпарной колонны

Статьи баланса. Продукты	Кол-во Плот-ть Тем-ра оС	Энт-ия д, кДж/ч	Кол-во тепла Q
Приход: Деасфальтизат Пропан	36341,5 2805,7	0,9376 0,454	80	150,34 215,06	5463581,11 603393,84
Итого:	39147,2	-	-	-	6066974,95
Расход: Паровая фаза Жидкая фаза в т.ч. деасфальтизат пропан	2798,6 36348,6 36341,5 7,1	0,376  0,9376 0,454	85  80	251,8  150,34 215,06	704687,5  5463581,1 1526,9
Итого:	39147,2	-	-	-	6169795,5

 (2.32)

Находим количество водяного пара:

Z = 39147,2 · 3: 100 = 11744 кг/ч

Мольная доля растворителя в остатке:

 (2.34)

Упругость паров растворителя.

Рс = 40000 · 0,001 = 40 мм. рт. ст.

Общее давление в отпарной колонне принимается близким к атмосферному, П = 800 мм. рт. ст.

Масса паров поднимающихся с низа колонны:

Упругость паров растворителя на 1 тарелке:

Число рабочих тарелок будет:

Определение размеров отпарной колонны:

Диаметр определяют на наиболее погруженной части (верхней) колонны:

 (2.40)

Допустимую скорость движения определяют по формуле:

Рисунок 2.3 - Определение высоты колонны

Высотой нижней части колонны рассчитывается с учетом времени пребывания остатка в нижней камере (ф от 0 до 15 мин.).

 (2.45)

Высота всей колонны:

H = hи + ho + hc + hв + hм = 4,7 + 1 + 1,5 + 1 + 2,8 = 11 м.

3. Контроль и автоматизация процесса

Система автоматизации значительно видоизменилась в результате бурного внедрения в промышленности микропроцессоров, персональных компьютеров и прикладного программного обеспечения. Автоматизируются системы контроля и управления, их информационное и программное обеспечение.

На предприятиях нефтяной и газовой промышленности происходят значительные изменения, т.е. АСУТП усложнились.

Схема автоматизации установки двухступенчатой деасфальтизации гудронов жидким пропаном будет разработана на базе не менее сложного контроллера МФК 3000 отечественного производителя ПТК «ТЕКОН», поэтому целесообразно ограничиться функциями и функциональными возможностями этой серии контроллера.

На верхнем уровне АСУ ТП у него выполняются следующие функции:

представление информации о работе оборудования и состоянии контролируемых параметров;

дистанционное управление задвижками, насосами и регуляторами;

изменения заданий для регуляторов;

отображение сигнализации аварийных состояний оборудования;

архивирование технологических параметров в СПАД архив;

архивирование событий в журнал отчета тревог.

На нижнем уровне системы выполняются следующие функции:

сбор и обработка сигналов от датчиков;

формирование сигнализации выхода контролируемых параметров за предупредительные и аварийные границы;

сбор и обработка информации от электрических схем управления оборудованием и формирование на её основе возможных 14 состояний для затворов и регулирующих клапанов, 13 состояний для насосов;

обработка команд, поступающих от операторских станций, и выдача команд управления в эл. схемы задвижек, насосов и регуляторов.

Регистрируется и регулируется расход сырья подаваемого в колонну К-10. Также регистрируется и регулируется расход жидкого пропана, который охлаждается в холодильнике 3 и подается в низ колонны К-10.

Температура верха колонны поддерживается с помощью регулирующего клапана, установленного на входе встроенного парового подогревателя 9. Давление в колена К-10 поддерживается сбросом через верх. Клапаном, установленным на линии перекачки снизу К-10 в К-18, регулируем уровень битумного раствора колонны К-10. В испарителях 20,21, 22, 23 нужная температура поддерживается автоматическими клапанами, регулирующим расход подачи пара. В сепараторе 24 предусмотрена регистрация и регулирование уровня. Аналогично методу регистрации и регулирования давления в колонне К-10 поддерживается давление и в К-18. Регулируем уровень низа отпарной колонны К-34. Еще по схеме предусмотрено регулирование уровня конденсатор-холодильника 33. Температура верха отпарной колонны К-29 регулируется подачей раствора деасфальтизата I. Как и в К-10 температура верха колонны К-18 поддерживается с помощью регулирующего клапана, установленного на входе встроенного парового подогревателя 9. Регулируются уровни колонн К-29, К-31, спуском через низ колонны К-29 деасфальтизата I и колонны К-31 деасфальтизата II. Нужная температура битумного раствора II ступени в трубчатой печи 19 поддерживается задержкой его регулятором расхода 11. Производим контроль и регистрацию температур в колоннах К-31, К-34.

Уровень в испарителе 23 регулируется автоматическим клапаном, установленным на линии перепуска деасфальтизата I в колонну К-31.

3.1 Выбор технических средств АСУ ТП

МФК3000 представляет собой технологический контроллер ориентированный на применение в крупномасштабных АСУ ТП и в системах автоматизации объектов с повышенными требованиями к надежности функционирования, в том числе в системах блокировки и противоаварийных защит (ПАЗ).

В контроллер может устанавливаться до двух модулей ЦП и до 61 модуля УСО (с максимальным количеством дискретных входов до 2928 или аналоговых входов до 976). Любой модуль УСО занимает одно посадочное место, модуль ЦП занимает два посадочных места.

Адреса модулей на ШК определяются географически номером посадочного места в контроллере. В первом крейте адреса модулей от 0 до 20, во втором от 21 до 41 и в третьем от 42 до 62. Все места в крейтах совершенно равнозначны, и модули ЦП можно устанавливать на любой адрес в контроллере от 0 до 62.

В МФК3000 обеспечивается многоуровневое резервирование и дублирование ресурсов контроллера, что позволяет разрабатывать системы автоматизации с различными требованиями к степени надежности и безопасности.

Связь с СВУ выполняется через интерфейс Ethernet 100 Base-T. Каждый модуль ЦП имеет два интерфейса Ethernet 100 Base-T.

В контроллере без резервирования возможно резервирование или дублирование сетевых интерфейсов. При резервировании ЦП или контроллеров в целом обязательно резервируется сетевые интерфейсы от контроллера в целом или от резервированного комплекса в целом. При резервировании (дублировании) сетевых интерфейсов рекомендуется использовать два сетевых коммутатора (switch типа D-Link DGS - 1024TL).

Все модули контроллера поддерживают механизм «Plug & Play». Это означает, что при установке нового модуля в контроллер он сразу обнаруживается СПО. В программе TUNER можно настроить его параметры и в системе технологического программирования подключить к программе. Некоторые модули имеют дополнительные диагностические возможности, например, контроль выхода сигнала датчика за границы предупредительных и аварийных уставок, а также за границы рабочего диапазона.

В качестве средств местного операторского интерфейса применяется графическая интеллектуальная панель оператора V04M (ДАРЦ.426476.501). Программирование панели осуществляется в среде VisiBuilder фирмы «Дэйтамикро». Для контроллера с одним ЦП рекомендуется использовать V04M/0/0/0 и нуль-модемный кабель связи с подключением к порту COM1 контроллера.

Для контроллера с резервированными ЦП или комплекса резервированных контроллеров рекомендуется использовать один V04M/2/0/0 с двумя конверторами TCC485A (ДАРЦ.426441.002) и кабелями «COM2_МФК-TCC485A» (ДАРЦ.685625.151) с подключением к COM2.

МФК3000 производится и поставляется преимущественно в шкафном исполнении, которое обеспечивает необходимую степень защиты и подключение объектовых кабелей (уровень пыле- и брызгозащиты - IP54 и выше по ГОСТ 14254-96).

Подключение объектовых сигналов к контроллеру выполняется с задней стороны. Применяются два типа разъемов стандарта DIN 41612 тип F на 48 контактов и тип C на 96 контактов. Функциональный состав модулей позволяет подключать объектовые сигналы без промежуточных нормализаторов и умощнителей. Объектовые сигналы рекомендуется подключать через проходные клеммники (например: фирмы WAGO), устанавливаемые на DIN-рейку.

В состав контроллера входят модули ЦП, модули УСО, крейты, источники питания (ИП) и вспомогательное оборудование. Конструкция контроллера МФК3000 основана на стандарте Евромеханика 19» размера 6U. Модули выполнены в формате Е3 (233,35 х 160 мм).

Ширина модулей УСО 20 мм. Модуль занимает одно посадочное место.

Ширина модуля ЦП 40 мм. Модуль занимает два посадочных места.

Контроллер имеет степень защиты IP20 и предназначен для установки в электротехнические или монтажные шкафы.

В МФК3000 обеспечивается несколько способов резервирования, а также дублирование ресурсов внутри самого контроллера, что позволяет разрабатывать системы автоматизации с различными требованиями к степени надежности и безопасности. Разработчику АСУ ТП предоставляется возможность определить режим использования контроллера с частичным или полным резервированием и дублированием ресурсов МФК3000.

В конструкции контроллера дублируются:

шины питания (объединение питания на модулях через диодные развязки);

контакты на разъемах шины.

Для систем ПАЗ, систем защит и блокировок, регуляторов - рекомендуется резервировать модули центральных процессоров, дублировать модули, участвующие в ПАЗ, защитах и блокировках и резервировать выходные модули, входящие в регуляторы.

Для особо ответственных сигналов можно в резервирование поставить два модуля. При этом образуется резервированная тройка модулей.

Резервирование ЦП значительно повышает надежность всего контроллера. При отказе модуля центрального процессора (а у него самая большая вероятность отказа) и передаче управления резервному не возникают провалы на выходах контроллера (в отличие от резервирования контроллера целиком). Резервированные модули ЦП могут устанавливаться в произвольные места, в том числе, могут располагаться в разных крейтах одного u1082 контроллера.

Для подключения аналоговых сигналов и дискретных сигналов уровня 24 В к контроллеру необходимо применять кабель с экраном для уменьшения наводимых помех, сечения 0,2-0,5 мм². Экран заземляется с одной стороны в месте установки контроллера.

Модули ввода-вывода контроллера МФК 3000 выполнены в формате Е3 стандарта МЭК-297 Евромеханика 19». На лицевую планку выведены органы управления и индикации, а также экстракторы для удобного извлечения модуля из крейта. Трехцветные индикаторы показывают состояние каналов и результаты диагностики как по каналам, так и по всему модулю. Подключение всех сигналов производится с обратной стороны модуля с помощью двух разъемов, что позволяет заменять модули без отключения объектовых кабелей. С помощью верхнего разъема модули подключаются к внутреннему интерфейсу и шинам питания контроллера.

Выходные дискретные модули сигналов уровня 220 В имеют искрогасящие цепочки, варистор, ограничивающий выброс напряжения, и плавкие предохранители для защиты выходных цепей. Настройка (конфигурирование) модулей выполняется из программы TUNER.

Каркас CR3000 (далее - крейт) предназначен для установки модулей (включает в себя 21 посадочное место). Основой каркаса CR3000 является пассивная кросс-плата (не содержащая микросхем и других активных элементов).

Модуль центрального процессора Р05-01 предназначен для использования в качестве центрального вычислительного устройства контроллера. СПО поддерживает работу до двух модулей ЦП в составе одного контроллера.

Для обмена информацией с внешними устройствами используются следующие коммуникационные интерфейсы: Ethernet, СOM1, СOM2.

Прикладные программы загружаются во внутреннюю энергонезависимую память модуля.

Конструктивно модуль занимает два посадочных места и состоит из:

платы носителя с источником питания 24 В/5 В;

PC-совместимой процессорной платы формата 3,5» с шиной расширения PC104;

платы расширения статического ОЗУ в формате PC104;

платы управления ШК microCAN в формате PC104.

На процессорной плате установлено системное ОЗУ размером не менее 32 Мбайт формата SODIM (SDRAM) и карта Flash-памяти формата CompactFlash с установленным СПО TeNIX® на основе ОС Linux.

На плате расширения статического ОЗУ установлено 512 Кбайт памяти с резервным питанием от литиевой батарейки.

Модуль P05-01 имеет два последовательных порта СOM1, COM2, которые имеют физическую среду RS232, поддерживают работу со стандартными скоростями обмена до 115200 бит/с.

Модуль имеет два интерфейса 100Base-T Ethernet (LAN1, LAN2).

Принтерный порт LPT используется для установки ключа защиты от несанкционированного копирования БПО (для некоторых систем технологического программирования). Модуль имеет два USB порта стандарта 1.0.

Модуль вывода аналоговых сигналов AOC8 предназначен для выдачи 8 аналоговых сигналов тока в диапазонах 0…5 мА, 0…20 мА и 4…20 мА.

Основные особенности:

8 каналов с индивидуальной гальванической развязкой;

каждый канал независимо от других каналов может быть настроен на любой диапазон;

диагностика обрыва линии подключения нагрузки;

светодиодная индикация состояния и результатов диагностики каждого канала;

контроль температуры на плате модуля;

возможность применения в резервированных системах;

наличие реле в каждом канале позволяет отключать выходы модуля в режиме резервирования.

Модуль занимает в крейте одно посадочное место. Каждый канал содержит реле для отключения выхода канала от нагрузки.

Диапазон выходного сигнала задается программно.

Модуль ввода дискретных сигналов DI48-24M предназначен для ввода дискретных сигналов постоянного тока с номинальным напряжением 24 В.

Основные особенности:

48 каналов с групповой гальванической развязкой (6 групп по 8 входов);

общий «минус» входов (датчики должны иметь общий «плюс»);

первые 16 входов могут принимать числоимпульсные и частотные сигналы частотой до 1 кГц;

контроль обрыва цепи входного сигнала;

светодиодная индикация состояния и диагностики каждого канала;

возможность применения в резервированных системах;

высокая помехоустойчивость, обусловленная:

большой величиной I_вх тока (10 мА) и тока контроля обрыва (1,5 мА);

Модуль вывода дискретных сигналов DO32-24P предназначен для коммутации электрических цепей постоянного тока с номинальным напряжением 24 В и общим плюсом на модуле. Может быть использован для управления нагрузками с активным и реактивным характером сопротивления. Неограниченное число циклов включения / выключения позволяет использовать модуль DO32-24P в приложениях, требующих интенсивной коммутации нагрузки (ШИМ и т.п.).

Основные особенности:

32 канала с групповой гальванической развязкой (4 группы по 8 выходов);

общий контакт нагрузок в группе - «минус» (выходные ключи коммутируют на нагрузку «плюс» источника питания);

неограниченное число циклов коммутации нагрузки;

защита выходных ключей от перегрузок по току (время КЗ не ограничено);

защита выходных ключей от перегрева;

На лицевой панели модуля располагаются стандартные индикаторы, переключатель, а также 32 индикатора, соответствующих каналам.

Контроллер и модули поставляются предприятием-изготовителем сконфигурированными в соответствии с Картой заказа или Договором. Пользователю необходимо выполнить конфигурирование контроллера и модулей в соответствие с проектной документацией на конкретную АСУ ТП.

Контроллер МФК3000 предоставляет разработчику АСУ ТП возможность создания, загрузки и отладки прикладных проектов, используя языки технологического программирования в соответствии с международным стандартом IEC 61131-3. Среда технологического программирования, установленная на инженерной станции разработчика АСУ ТП, взаимодействует с БПО контроллера.

3.2 Базовое программное обеспечение (БПО)

Разработчик системы может использовать для программирования контроллеров различное базовое программное обеспечение (БПО) - среду ISaGRAF PRO, а также инструментальные средства, входящие в состав интегрированных пакетов КРУГ-2000 и MasterSCADA (MasterLogic).

Базовой системой программирования для всей линейки контроллеров ТЕКОН является система ISaGRAF PRO. Загрузка подготовленных прикладных программ в память контроллера для отладки и выполнения производится по сети Ethernet, используя протокол TCP/IP.

Например, для контроллера, состоящего из 58 модулей ввода - вывода (3 крейта, более 1000 каналов), время цикла технологической программы ISaGRAF PRO, имеющей 20000 внутренних переменных, 100 алгоблоков управления задвижками и двигателями, 20 ПИД-регуляторов, составляет всего 20 мс. При этом цикл опроса всех 58 модулей трех крейтов составляет 90 мс, время доставки инициативных сообщений порядка 5 мс, а время реакции (с использованием инициативных сообщений) вход-выход контроллера - 25…40 мс (среднее время 35 мс) по ограниченному количеству каналов участвующих в защитах.

СПО контроллеров ТЕКОН является TeNIX®, включающее ядро многозадачной ОС Linux с драйверами и файловой системой, а также подсистему ввода-вывода, взаимодействующую со встроенным программным обеспечением модулей УСО и с БПО.

3.3 Выбор модулей ввода / вывода

масло датчик деасфальтизация технологический

Процесс установки двухступенчатой деасфальтизации гудронов жидким пропаном после проектирования имеет 22 входных и 18 выходных сигнала.

Для автоматизации данной установки необходимо подобрать необходимое количество модулей ввода и вывода.

Модуль ввода аналоговых сигналов выберем LI 16, который имеет 16 каналов ввода. Так как установка имеет 22 входных сигналов, а модуль LI 16 имеет 16 каналов ввода, то выбираем модули в количестве 2 шт.

Выбираем модуль аналогового вывода АОС 8.

Модуль АОС 8 имеет 8 каналов вывода аналоговых сигналов.

Модули вывода выбираем в количестве 3 шт., так как мы имеем 18 выходных каналов.

Для ввода дискретных сигналов используем модуль DI 16 - 220.

Модуль DI 16 предназначен для ввода 16 дискретных сигналов напряжением 220 В переменного тока от датчиков «сухой контакт» или от других совместимых источников сигнала.

Модуль для вывода дискретных сигналов принимаем DO 16s - 220 DC.

Модуль DO 16s - 220 DC предназначен для коммутации напряжений с действующим значением до 250 В переменного тока и до 125 В постоянного тока.

3.4 Выбор датчиков, преобразователей и исполнительных механизмов

1.    Для измерения избыточного давления применяем измерительные преобразователи «Сапфир22МТ-ДИ-Ех» модели 2120 с верхним пределом измерений 0,25 МПа, выходным сигналом 4-20 мА постоянного тока и погрешностью измерений 0,5%;

2.      Расход измеряем методом переменного перепада давления, с использованием сужающего устройства (диафрагмы), измерительного преобразователя «Сапфир22МТ-ДД-Ех» (диапазон 0,25-250 кПа, погрешность - 0,1% от диапазона измерений) и блока ЭП2715, предназначенного для линеаризации выходной характеристики преобразователя;

.        Для измерения уровня в емкостях используем камерный датчик уровня фирмы Fisher типа 249 В и входящим в его комплект измерительный преобразователь уровня жидкости 2390 В; выходной сигнал преобразователя: 4-20 мА постоянного тока; точность: ± 0,5%; питание: от 11 до 45 В; объем поплавка: 1639 см³;

.        Измерение температур осуществляется термопарами фирмы ITТ Barton модели RTD 3920; термопары имеют выходной сигнал 4-20 мА; линейность и отклонение: ± 0,1% диапазона; диапазон температур: - 50 до +450°С;

.        TDLS 200 нормирующий лазерный диодный анализатор True Peak - предназначен для быстрых и точных измерений концентрации в сложных технологических условиях, с переменной температурой и давлением, при наличии корозионно-активных и агрессивных компонентов. TDLS200 анализатор может работать при давлениях до 2 МПа и температуре до 1500°С.

.        В качестве исполнительных механизмов используем клапаны КМР с позициионерами Sipart PS2. Клапаны малогабаритные регулирующие КМР являются новой серией кованных клапанов, предназначенных для автоматического регулирования расхода перекрытия жидких и газообразных сред.

Конструкция указанных клапанов превосходят основные типы устаревших клапанов по ряду показателей:

точности и плавности регулирования;

отсутствию перепада давления на направляющей втулке;

повышенному значению допустимого перепада давления;

Конструкция и технология изготовления клеточно-плунжерных клапанов КМР основана на применении новых для арматуростроения технологий. Вместо изготовления корпусов, крышек и других деталей методом литья применяется метод ковки, при этом резко повышаются прочностные характеристики, снижается вес, повышается надежность изготавливаемых клапанов. Управление регулирующих клапанов осуществляется с помощью позиционера или электропневмопреоразователя с входным аналоговым сигналом 4-20 мА (0-5 мА) или НАRT, Profibus и другими протоколами. Для питания привода клапана необходимо давление не менее 2 - 2,5 атм. с учетом позиционера и потерь на фильтре - редукторе.

Таблица 3.1-Спецификация технических средств АСУ ТП

№	Наименование	Кол-во	Ориентировочная цена, руб.
			1 ед.	Всего
ТЕ   FE  PT   FT   LT	Термопары фирмы ITТ Barton модели RTD 3920 Диафрагма ДК - 6 Преобразователь избыточного давления марка «Сапфир22 МТ-ДИ-Ех» Преобразователи расхода дифманометр: «Сапфир22МТ-ДД-Ех» Датчик уровня фирмы Fisher типа 249 В Регулирующие клапаны: КМР с позиционером Sipart PS2 Продукция ПЛК «ТЕКОН»: Модуль дискретного вывода DO 16s - 220 DC Модуль дискретного ввода DI 16 - 220 Модуль аналогового ввода LI 16 Модуль аналогового вывода АОС 8 Модуль ввода числоимпульсных и частотных сигналов FP 6 Шкаф + клемники WAGO Панель оператора V04M Многофункциональный контроллер (МФК 3000) Программа ISaGRAF PRO Проектно - монтажные работы Прочие расходы	10 2 3  2 6 18    1 1 2 3  1 1 1  1	550 350 6700  9700 7350 23600    11550 13050 10300 14500  15250 47300 7000  23600 90000	5500 700 20800  19400 44100 424800    11550 13050 20600 43500  15250 47300 7000  23600 90000 610000 121000
	Итого:			1518150

Заключение

Процесс деасфальтизации нефтяных остатков приобретает особую актуальность в связи с необходимостью углубления переработки нефти и вовлечения нефтяных остатков в производство компонентов моторных топлив и нефтяных масел. В данной работе разработан проект установки двухступенчатой деасфальтизации гудрона Западно-Сибирских нефтей. Установка состоит из следующих секций: деасфальтизация I ступени, деасфальтизация II ступени, регенерация пропана при высоком давлении из раствора деасфальтизата I, из раствора деасфальтизата II, из битумного раствора II (три секции); регенерация пропана при низком давлении из обедненных растворов, выходящих из предыдущих секций регенерации. Применение двухступенчатой деасфальтизации позволяет повысить отбор деасфальтизата на 6%.

Увеличение производительности экстракционных аппаратов на 20-25% может быть достигнуто порционной подачей пропана. Применение смесителей различной конструкции позволяет избежать гидравлических ударов при вводе растворителя в гудрон. Эффективное смещение пропана и гудрона происходит и в трубопроводе при подаче пропана на выход сырьевого насоса. Примерно половина растворителя вводиться в нижнюю часть экстрактора, остальной пропан, нагретый до 70-80⁰С, - в среднюю часть. В результате порционной подачи, ввода гудрона, обогащенного пропаном, улучшения контакта сырья и растворителя и снижения в нижней части колонны объема пропана четкость разделения углеводородов и смолисто-асфальтеновых продуктов улучшается.

Список использованной литературы

1. Хадисова Ж.Т., Мусаева М.А. Методические указания по дипломному проектированию для студентов дневной и заочной форм обучения. - ГГНИ, 2006. - 30 с.: ил.

. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Ч - 3. Очистка нефтепродуктов и производство специальных продуктов. - М.: Химия, 1966. - 360 с.: ил.

. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. - Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.: ил.

. Гурвич С.А., Сосновский Н.П. Избирательные растворители в переработке нефти. - М.: Красный печатник, 1952. - 320 с.: ил.

. Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с.: ил.

. Рудин М.Г. Карманный справочник нефтепереработчика. - Л.: Химия, 1989. - 464 с.: ил.

. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования. Изд. 2-е, перераб. - М.: Химия, 1971. - 296 с.: ил.

. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. - М.: Химия, 1973. - 272 с.: ил.

. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, пер. и доп. - Л.: Химия, 1974. - 344 с.: ил.

. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 8-е изд., перераб. - М.: Химия, 1971. - 784 с.: ил.

. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник/ Рабинович Г.Г. и др.; по ред. Е.Н. Судакова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 568 с.: ил.

. Мартыненко А.Г. Совершенствование процессов производства масел

и парафинов. Сборник научных трудов ГрозНИИ. ЦНИИТЭнефтехим. М.: 1991.