Материальный баланс нефтеперерабатывающего завода
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Комсомольский-на-Амуре государственный технический
университет"
Факультет Экологии и Химической Технологии
Кафедра "Технология переработки нефти и газа"
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
по курсу "Основы научных исследований и проектирования"
Материальный баланс нефтеперерабатывающего завода
Студент группы 4УК-1
Е.В. Панов
Преподаватель А.В. Михеев
2011
Задание
Составить материальный баланс
нефтеперерабатывающего завода. Мощность НПЗ 24 млн. т. в год. Количество
котельных топлив, получаемых на НПЗ -15 %, битумов - 10 % на перерабатываемую
нефть.
Технологическая схема завода
представлена на рисунке
Решение
Составление материального баланса
завода необходимо начать с АВТ. Для вычисления объема получаемых продуктов
необходимо производительность НПЗ умножать на массовый выход (в %) по каждому
продукту. Критерием правильности составления материального баланса является
равенство объемов взятого сырья и полученных продуктов.
Таблица 1 - Материальный баланс АВТ.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1 Обезвоженная и обессоленная нефть
|
100,0
|
24000000
|
Получено:
|
|
|
1. Сухой газ
|
0,1
|
24000
|
2. Головка стабилизации
|
0,9
|
216000
|
3. н.к. - 180 °С
|
18,6
|
4464000
|
4. 180 - 350 °С
|
26,0
|
6240000
|
5. 350 - 500 °С
|
24,9
|
5976000
|
6. Выше 500 °С
|
28,8
|
6912000
|
7. Потери
|
0,7
|
168000
|
ИТОГО:
|
100,0
|
24000000
|
Далее составляются материальные
балансы процессов, сырьем для которых являются нефтяные фракции, идущие только
с АВТ.
По технологической схеме фракция
н.к. - 180 °С в размере: 4464000 т/год отправляется на установку
облагораживания бензина.
Таблица 2 - Вторичная перегонка на
облагораживание бензина.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1. н.к. - 180°С
|
100,0
|
4464000
|
Получено:
|
|
|
1. н.к. - 85 °С
|
25,4
|
1133856
|
2. 85 - 180 °С
|
73,9
|
3298896
|
3. Потери
|
31248
|
ИТОГО:
|
100,0
|
4464000
|
Как видно из материального баланса
установок вторичной перегонки бензина и технологической схемы НПЗ на установку
каталитического риформинга (облагораживания бензина) подаётся фракция 85 - 180
°С.
Таблица 3 - Каталитический риформинг
на облагораживание бензина.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1. 85 - 180 °С
|
100,0
|
3298896,0
|
Получено:
|
|
|
1. Дебутанизированный бензин
|
84,5
|
2787567,1
|
2. Водородсодержащий газ
|
11,0
|
362878,6
|
(в т.ч. водород)
|
0,8
|
26391,2
|
3. Головка стабилизации
|
4,0
|
131955,8
|
4. Потери
|
0,5
|
16494,5
|
ИТОГО:
|
100,0
|
3298896,0
|
Фракция 350 - 500 °С с
АВТ подается на каталитический крекинг.
Таблица 4 - Каталитический крекинг.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1. 350- 500 °С с АВТ
|
100,0
|
5976000
|
Получено:
|
|
|
1. Сухой газ
|
3,5
|
209160
|
2. Газ жирный
|
14,5
|
866520
|
3. Бензин (н.к.-180 °С)
|
40,0
|
2390400
|
4. Легкий газойль (180 - 350 °С)
|
26,0
|
1553760
|
5. Тяжелый газойль
|
8,5
|
507960
|
6. Кокс сжигаемый
|
6,0
|
358560
|
7. Потери
|
1,5
|
89640
|
ИТОГО:
|
100,0
|
5976000
|
В соответствии с заданием
технологическая схема должна обеспечить получение битумов в объеме 10 %, т.е.
битумов различных марок должно получаться: т/год.
Количество гудрона, необходимого для
получения 2400000 т/год битумов определим с учетом материального баланса
процесса производств битумов. Из 100 % гудрона получается 96 % битумов, тогда: т/год.
По найденному количеству гудрона
можно составить материальный баланс установки получения битумов.
Таблица 5 - Производство битума.
|
% масс.
|
Взято:
|
|
|
1. Гудрон
|
100,0
|
2500000
|
Получено:
|
|
|
1. Битум
|
96,0
|
2400000
|
2. Отгон
|
3,0
|
75000
|
3. Потери
|
1,0
|
25000
|
ИТОГО:
|
100,0
|
2500000
|
Котельных топлив должно в
соответствии с заданием получаться 15 % или т/год.
Однако, как видно из схемы на
рисунке 1.3, поток котельного топлива формируется из нескольких продуктовых
потоков различных установок.
Используя поточную схему НПЗ,
определим потоки, составляющие котельное топливо (КТ), к ним относятся:
. Тяжелый газойль каталитического
крекинга - ТГКК;
. Отгон производства битумного
производства - ОТБ;
3. Гудрон с АВТ - ГКТ;
. Тяжелый газойль замедленного
коксования - ТГЗК;
. Смолы пиролизные - СП.
То есть баланс по котельному топливу
имеет вид:
КТ = ТГКК +
ОТБ + ГКТ + ТГЗК + СП.
Гудрон с АВТ расходуется по
следующим потокам:
. На производство битумов - ГБ;
. На котельные топлива - ГКТ;
. На замедленное коксование - ГЗК.
Тогда баланс по гудрону имеет вид:
Г = ГБ + ГКТ
+ ГЗК
Из материального баланса
замедленного коксования видно, что ТГЗК = 0,24 ГЗК.
Используя материальные балансы пиролиза бензина, приходящего с установки
замедленного коксования, и замедленного коксования, получаем СП = 0,15·0,11·
ГЗК.
Составим систему уравнений:
Подставим второе уравнение в первое:
КТ = ТГКК +
ОТБ + (Г - ГБ - ГЗК) + 0,24 ГЗК
+0,15·0,11· ГЗК.
Решая уравнение с одним неизвестным ГЗК,
получим
т/год.
Определив количество гудрона для
замедленного коксования, легко определить количество гудрона для котельного
топлива:
ГКТ = Г - ГБ
- ГЗК = 6912000 - 2500000 - 1876207,1 =2535792,9 т/год.
Таким образом, для получения 3600000
т/г котельных топлив потребуется 2535792,9 т/год гудрона.
На установку замедленного коксования
поступает 1876207,1 т/год гудрона.
Теперь составим баланс установки
замедленного коксования.
Таблица 6 - Замедленное коксование.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1. Выше 500 °С с АВТ
|
100,0
|
1876207,1
|
Получено:
|
|
|
1. Газ
|
9,5
|
178239,7
|
2. Бензин
|
15,0
|
281431,1
|
3. Легкий газойль
|
25,0
|
469051,8
|
4. Тяжелый газойль
|
24,0
|
5. Кокс
|
25,0
|
469051,8
|
6. Потери
|
1,5
|
28143,1
|
ИТОГО:
|
100,0
|
1876207,1
|
Бензиновая фракция, полученная при
замедленном коксовании, поступает на установку пиролиза бензина.
Таблица 7 - Пиролиз бензина.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1. Бензин
|
100,0
|
281431,1
|
Получено:
|
|
|
1. Газ
|
76,0
|
213887,6
|
2. Смола пиролиза
|
23,0
|
64729,1
|
в т.ч. бензол
|
6,0
|
16885,9
|
толуол
|
4,0
|
11257,2
|
ксилолы
|
2,0
|
5628,6
|
3.
Потери
|
1,0
|
2814,3
|
ИТОГО:
|
100,0
|
281431,1
|
Далее составляем материальный баланс
установки гидроочистки дизельного топлива. Гидроочистке подвергаются фракция
180 350 °С с АВТ и легкий газойль установок каталитического крекинга и
замедленного коксования. Рассчитаем количество водорода необходимого на процесс
гидроочистки ДТ. Количество фракций, подвергаемых ГО составляет 99,5 % от всей
загрузки установки, т. е.
Тогда водорода т/год.
Установка каталитического риформинга
производит водорода 26391,2 т/год. Таким образом, со стороны водорода
требуется: 41521,6 - 26391,2 = 15130,4 т/год. Составляем материальный баланс
установки гидроочистки дизельного топлива.
Таблица 8 - Гидроочистка дизельного
топлива.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1 180 - 350 °С с АВТ
|
75,1
|
6240000,0
|
2 180 - 350 °С с каталит. крекинга
|
18,7
|
1553760,0
|
3 180 - 350 °С с УЗК
|
5,6
|
469051,8
|
4 Водород
|
0,5
|
41521,6
|
(в т. ч. с УКР)
|
0,3
|
26391,2
|
ИТОГО:
|
100,0
|
8304333,4
|
Получено:
|
|
|
1 Дизельное топливо
|
97,0
|
8055203,4
|
2 Бензин
|
124565,0
|
3 Сероводород
|
1,0
|
83043,3
|
4 Потери
|
0,5
|
41521,7
|
ИТОГО:
|
100,0
|
8304333,4
|
Соотношение объемов ДТЗ : ДТЛ
(дизельное топливо летнее : дизельное топливо зимнее) определяется произвольно.
Примем такое отношение равным 4500000 : 3555203,4, т.е. 4500000 т/г ДТ
отправляется на карбамидную депарафинизацию, а 3555203,4 т/г является
компонентом ДТ летнего.
Таблица 9 - Карбамидная депарафинизация.
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1 180 - 350°С (после гидроочистки)
|
100,0
|
4500000
|
Получено:
|
|
|
1 Дизельное топливо зимнее
|
82,5
|
3712500
|
2 Компонент дизельного топлива летнего
|
7,0
|
315000
|
3 Жидкий парафин
|
10,0
|
450000
|
4 Потери
|
0,5
|
22500
|
ИТОГО:
|
100,0
|
4500000
|
В соответствии с поточной схемой
предприятия и таблицей 1.3 сероводород присутствует в следующих потоках:
. Сероводородный газ гидроочистки
дизельного топлива.
. Газ замедленного коксования.
. Жирный газ каталитического
крекинга.
Принимаем, что с установок
гидроочистки идет чистый сероводород. Пользуясь таблицей 1.3, определим общее
количество сероводорода:
ΣH2S = 83043,3 + 0,05·178239,7 +
0,08·866520,0 = 161276,9 т/год.
Таблица 10 - Производство
элементарной серы
|
% масс.
|
т/год
|
Взято:
|
|
|
1 Сероводород
|
100,0
|
161276,9
|
Получено:
|
|
|
1 Сера элементарная
|
93,0
|
149987,5
|
2 Потери
|
7,0
|
11289,4
|
ИТОГО:
|
100,0
|
161276,9
|
Материальный баланс газофракционной
установки не составляем, но бутан-бутиленовая фракция поступает на установку
алкилирования. Подобно сероводороду, определим потоки газов, содержащих С4Н8,
i-
С4Н10 и н- С4Н10:
. Сухой газ АВТ;
. Головка стабилизации АВТ;
. Газ замедленного
коксования;
. Жирный газ каталитического
крекига;
. Водородсодержащий газ
каталитического риформинга;
. Головка стабилизации
каталитического риформинга;
. Газ пиролиза бензина.
Пользуясь таблицей 1.3, определим
общее количество бутан-бутиленовая фракции:
Σ С4
= (0,264 + 0,117)·24000,0 + (0,412 + 0,096)·216000 + (0,034 + 0,016 +
+0,048)·178239,7 + (0,106 + 0,158 + 0,061)·866520,0 + (0,111 +0,039)·362878,6 +
+(0,012 + 0,2 + 0,352)·131955,8 + (0,028 + 0,012)·213887,6 = 9144 + 109728 +
+17467,5 + 281619 + 54431,8 + 74423,1 + 8555,5 = 555368,9 т/год.
топливо гудрон коксование
материальный баланс
Таблица 11 - Алкилирование.
|
% масс.
|
Взято:
|
|
|
1 Бутан-бутиленовая фракция
|
100,0
|
555368,9
|
Получено:
|
|
|
1 Газ
|
14,0
|
77751,6
|
2 Пропан
|
2,0
|
11107,4
|
3 н-Бутан
|
24,5
|
136065,4
|
4 Алкилбензин
|
55,0
|
305452,9
|
5 Тяжёлый мотоалкилат
|
3,5
|
19437,9
|
6
Потери
|
1,0
|
5553,7
|
ИТОГО:
|
100,0
|
555368,9
|