Установка селективной очистки масел 37-4

0

Дипломный проект

Установка селективной очистки масел 37-4

АННОТАЦИЯ

 

К дипломному проекту «Модернизация установки селективной очистки масел» с целью улучшения их качества».

 

Нефтяные масла представляют собой жидкие смеси высококипящих углеводородов. Для их производства используют нефти различающиеся содержанием парафинов, сернистых и асфальтосмолистых веществ, а также потенциальным содержанием масел и их качеством.

Технология производства базовых масел включает в себя ряд процессов; назначение каждого из них – удаление из сырья групп углеводородов и соединений, присутствие которых в масле нежелательно. К числу таких процессов относится экстракционная очистка масел селективными растворителями. До последнего времени в России данный процессе базировался только на использование в качестве растворителя фенол.

В своем дипломном проекте я предлагаю провести модернизацию установки селективной очистки масел на базе «Орскнефтеоргсинтез» с целью замены фенола, на более эффективный N-метилпирролидон. В связи с этим повышается выход продукта, его качество и улучшается экологическая обстановка на предприятие.

Дипломный проект содержит 129 страницы пояснительной записки, рисунков – 5, таблиц – 37, использованных источников -29 и графическую часть на 3 листах.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.. 10

ВВЕДЕНИЕ. 11

1 Литературный обзор. 13

1.1 Основные понятия и определения экстракционных процессов. 13

1.2 Теоретические основы экстракционного процесса очистки масел. 16

1.3 Влияние оперативных параметров на эффективность процесса очистки масел селективными растворителями. 18

1.4 Существующие технологические схемы установок по N-МП.. 25

2 Технологический раздел. 33

2.1 Характеристика исходного сырья, реагентов и готовой продукции. 33

2.2 Описание существующей схемы установки. 35

2.3 Технологический расчёт существующей установки. 39

2.3.1 Расчет экстракционной колонны К-1. 39

2.3.2 Расчет блока регенерации растворителя из раствора рафината. 44

2.3.3 Расчет блока регенерации растворителя из раствора экстракта. 52

2.3.4  Расчет теплообменника Т-8. 60

2.3.5 Расчет водяного холодильника. 61

3 Исследовательский раздел. 63

3.1 Обоснование модернизации установки 37-4  с целью увеличения выхода и качества рафината. 63

3.2 Описание технологического процесса и технологической схемы установки после модернизации. 65

3.3 Расчет установки после модернизации. 70

3.3.1 Расчет экстракционной колонны К-1. 70

3.3.2 Расчет блока регенерации растворителя из рафинатного раствора. 77

3.3.3 Расчет печи П-1. 87

4 Экономический раздел. 95

4.1 Характеристика установки. 95

4.2 Расчет показателей по труду. 96

4.3 Расчет затрат на реконструкцию.. 96

4.4 Исходные данные для расчета себестоимости. 97

4.5 Стоимость растворителей. 98

4.6 Потребность установки в энергосредствах. 98

4.7 Основные фонды и капитальные вложения. 99

4.8 Составление калькуляции себестоимости продукции установки после модернизации и определение затрат. 99

4.9 Расчет стоимости товарной продукции. 103

4.10 Расчет показателей экономического эффекта. 103

5 Безопасность и экологичность. 105

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов и разработка мероприятий для приведения их к нормативному уровню.. 105

5.2 Обеспечение безопасности технологического оборудования. 112

  1. 3 Обеспечение пожарной безопасности. 114

5.4 Средства индивидуальной защиты работников. 115

5.5 Расчет зоны воздействия при чрезвычайной ситуации. 116

5.6 Мероприятия по защите окружающей среды от загрязняющих веществ. 121

5.7  Мероприятия по защите воздушного бассейна от загрязнений. 121

5.8  Мероприятия по защите почвы от загрязнений. 123

5.9 Мероприятия по защите водного бассейна. 123

5.10 Расчет платы за загрязнение атмосферы.. 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 125

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 126

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 129

 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

 

N-МП  - N-метилпирролидон;

НПЗ - нефтеперерабатывающий завод;

КТР - критическая температура растворения;

ВНИИ НП - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт по Переработке Нефти;

КПД - коэффициент полезного действия;

АВО - аппарат воздушного охлаждения;

ИТР - инженерно-технические работники.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современное производство нефтяных смазочных масел основано на использовании процессов экстракционного разделения вакуумных дистиллятов и деасфальтизатов. К числу таких процессов относится очистка дистиллятного и остаточного масляного сырья селективными растворителями — которые являются главнейшими процессами производства нефтяных масел, т. к. позволяют улучшать эксплуатационные свойства масел, в частности стабильность против окисления и вязкостно-температурные свойства.

Эти процессы обеспечивают селективную выборку из масляного сырья таких ненужных элементов, как полициклические ароматичные и нафтено-ароматичные углеводороды с краткими боковыми цепями, сернистые, азот-, сплав - и кислородсодержащие соединения, полигетероатомные высокомолекулярные соединения (смолы).

В промышленных установках более широко применяются селективные растворители N-МП, фенол. В неких случаях при получении высоковязких остаточных масляных рафинатов применяется парный растворитель — смесь фенола и крезола с пропаном.

До последнего времени в России процессы селективной очистки масел базировались на применение в качестве растворителей в основном фенола и фурфурола.

Однако в связи с повышением требований к качеству смазочных масел, возрастанием роли экологических проблем при производстве и применении масел появилась нужда усовершенствования процессов селективной очистки с целью увеличения глубины очистки масляного сырья и улучшения экологических свойств реагентов и товарных масел.

За рубежом и в России все большее значение приобретает процесс селективной очистки масляного сырья N-МП  вместо фенольной и фурфурольной очисток. Такая замена растворителей повышает качество базисных масел, улучшает технико-экономические показатели технологических установок, решает ряд   экологических проблем.

В настоящее  время в мире эксплуатируются десятки  установок очистки масляного сырья с помощью  N-МП. В России первая установка очистки масляного сырья N-МП появилась в 1990 г. в результате перевода установки фенольной очистки. Перевод установок фенольной очистки на применение N-МП осуществлен и на Омском и Ново-Ярославском НПЗ. В 2000 г. реконструирована и переведена на работу с N-метилпирролидоном установка фенольной очистки на Рязанском НПЗ.

 

1 Литературный обзор

 

1.1 Основные понятия и определения экстракционных процессов

 

 

В исходных масляных фракциях нефти содержатся компоненты, составляющие основу базовых масел, и так называемые нежелательные компоненты, ухудшающие физико-химические и эксплуатационные свойства товарных масел, такие, как смолисто-асфальтеновые, полициклические ароматические и высокомолекулярные парафиновые углеводороды. Поэтому технология производства базовой основы смазочных масел основана на избирательном удалении из масляных фракций нежелательных углеводородов при максимально возможном сохранении компонентов, обеспечивающих требуемые физико-химические и эксплуатационные свойства конечных товарных масел. Для очистки масляных дистиллятов используется физический метод (экстракционный процесс), который предусматривает разделение дистиллята на две части без изменения химического строения углеводородов исходного сырья. Экстракционный процесс основан на использовании различной растворимости углеводородов в растворителях. В этих процессах фракционирование масляного сырья осуществляется не по температурным пределам кипения, а по химическому углеводородному составу. Одни групповые химические компоненты сырья хорошо растворяются в выбранном для данного экстракционного процесса растворителе, а другие, наоборот, плохо или совсем не растворяются [1].

Целевое назначение экстракционного процесса – удаление из исходного сырья низкоиндексных и коксогенных компонентов, а именно, смолистых веществ, полициклических ароматических углеводородов и нафтено- ароматических углеводородов, а также сернистых  и металлоорганических соединений [1]. В результате  очистки существенно улучшаются важнейшие эксплуатационные свойства масел – стабильность против окисления, вязкостно - температурные характеристики и термическая стабильность.

Из технологических параметров экстракционных процессов наибольшее значение имеют температура экстракции, соотношение растворитель:сырье (кратность растворителя) и являющаяся функцией этих параметров критическая температура растворения (КТР) [1].

При смешении сырья с растворителем при постоянной температуре вначале происходит полное растворение растворителя в сырье. При дальнейшем увеличении кратности растворителя образуется дисперсная (гетерогенная) система, состоящая из двух фаз: одна из них дисперсионная среда, представляющая собой растворитель с растворенными компонентами, а другая дисперсная фаза – нерастворенные компоненты с растворителем. При значительной кратности растворителя может происходить полная растворимость сырья. При неизменной кратности растворитель: сырье с повышением температуры увеличивается содержание растворенных компонентов сырья и при достижении определенной температуры, называемой КТР, и выше этой температуры сырье полностью смешивается с растворителем, образуя гомогенную, то есть однофазную систему [1].

Разделение исходного сырья на групповые химические компоненты, при помощи экстракции может быть осуществлено лишь при условии образования дисперсной системы, что обеспечивается соответствующим выбором температуры экстракции и кратности растворителя.

Разделение образующихся фаз осуществляется по разности плотностей в экстракционных аппаратах.

Растворяющая способность – показатель, характеризующий абсолютную растворимость компонентов масляных фракций в определенном количестве растворителя.

Избирательность (селективность) характеризует способность растворителя растворять только компоненты определенной структуры сырья, что позволяет четко разделять исходное сырье на отдельные групповые химические компоненты.

Требования к растворителям. В качестве избирательных растворителей предложено большое количество различных органических и неорганических соединений, однако сложный комплекс требований, предъявляемых к экстрагентам, ограничивает возможность использования многих из них для промышленных экстракционных процессов.

Oсновные требования к селективным растворителям, применяемым при очистке нефтяных масел [1]:

- сочетать хорошую растворяющую способность с высокой избирательностью по отношению к извлекаемым компонентам сырья  при умеренных  температурах процесса (эти показатели обуславливают  выход и качество целевых продуктов), что способствует лучшему контакту сырья с растворителем;

- ограниченно растворятся в желательных компонентах сырья, что облегчает его регенерацию из рафинатного раствора;

- иметь низкую вязкость при температурах экстракции для обеспечения хорошего смешения с сырьем

- низкими теплотой испарения и температурой кипения по сравнению с сырьем, что позволяет уменьшить энергетические затраты на регенерацию растворителей;

- обладать хорошими деэмульгирующими свойствами и не образовывать стойких эмульсий при смешении с сырьем при умеренном гидродинамическом воздействии;

При отгонке растворителя из обеих фаз получают полупродукты: из дисперсионной среды – экстракт; из дисперсной фазы – рафинат.

Растворяющая способность и избирательность растворителя – два основных эксплуатационных свойства, которые являются решающими при выборе эффективного растворителя для экстракционных процессов:

- достаточно высокой разностью плотностей с исходным сырьем и низкой вязкостью для облегчения процесса разделения гетерогенных фаз образующейся дисперсной системы;

- иметь достаточно высокую критическую температуру растворения с сырьем, что позволяет проводить процесс при повышенных  температурах (низкая температура плавления облегчает эксплуатацию установки в зимний период);

- не образовывать с водой при кипении азеотропных смесей, что упрощает схему регенерации растворителя;

- должны иметь высокую химическую и термическую стабильность при длительном хранении и эксплуатации, химически не взаимодействовать с компонентами очищаемого сырья;

- не должны вызывать коррозию аппаратуры, трубопроводов и оборудования установки;

 - должны быть нетоксичными, взрыво- и пожаробезопасными;

  - должны быть дешевыми и недефицитными.

   Практически ни один из применяемых в промышленности растворителей полностью не удовлетворяет вышеперечисленным требованиям.  Предпочтение отдается растворителям, которые удовлетворяют большинству указанных требований.     

 

1.2 Теоретические основы экстракционного процесса очистки масел

 

 

Физико-химическую сущность, механизм и количественные закономерности экстракционных процессов в настоящее время большинство отечественных и зарубежных исследователей трактуют с позиций молекулярной теории растворов.

В соответствии с современной молекулярной теорией растворов фазовое состояние химических веществ определяется двумя противоположно действующими факторами: с одной стороны, межмолекулярным взаимодействием, обуславливающем потенциальную энергию молекул, и, с другой – тепловым движением, которое определяет их кинетическую энергию [1].

Применяемый в процессе селективной очистки фенол является полярным растворителем с высоким дипольным моментом. Взаимодействие полярных растворителей с растворяемым веществом носит смешанный характер и складывается из дисперсионного эффекта и ориентационного.

Растворимость углеводородных компонентов масляных фракций в полярных растворителях зависит как от растворяющей способности последних, так и от химического состава, прежде всего способности молекул сырья поляризоваться под действием электрического поля молекул растворителя. При идентичных условиях в полярных растворителях лучше всех растворяются полярные компоненты сырья, то есть смолы и другие неуглеродные компоненты, в этом случае наряду с ориентационными проявляются и дисперсионные силы межмолекулярного взаимодействия. Углеводородные компоненты сырья являются преимущественно неполярными или слабополярными соединениями и растворяются в полярных растворителях в результате взаимодействия постоянных диполей молекул растворителя с индуцированными диполями молекул углеводородов [3].

Наибольшим значением средней молекулярной поляризации характеризуются ароматические углеводороды, наименьшим – парафиновые, а нафтеновые занимают промежуточное положение. Вследствие этого ароматические углеводороды имеют самые низкие значения КТР в полярных растворителях, а парафиновые – самые высокие.

 

1.3 Влияние оперативных параметров на эффективность процесса очистки масел селективными растворителями

 

 

Процесс экстракции углеводородов избирательными растворителями является многофакторным: на результаты очистки влияют химический состав и качество сырья, природа и количество растворителя, температурный режим, тип контактных устройств, эффективность экстракционного аппарата. Ниже рассмотрены основные факторы проведения процесса [3].

 

1.3.1 Влияние качества сырья. Компоненты масляных фракций обладают различными свойствами и,  в зависимости, от этого содержание определенных групп углеводородов в маслах может быть желательно или нежелательно. К желательным компонентам масел относят жидкие парафиновые, нафтеновые, парафино- нафтеновые, алкилароматические углеводороды (моно- и би- циклические углеводороды с длинными радикалами, хорошо если радикалы разветвленные). К нежелательным компонентам масел относят твердые парафины, полициклические ароматические и нафтено-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями, асфальто-смолистые вещества, гетеро- и металлорганические соединения, ухудшающие важнейшие эксплуатационные характеристики масел - стабильность против окисления и вязкостно- температурные свойства. Таким образом, экономически целесообразно подвергать переработке те нефти, в тяжелых фракциях которых превалируют желательные компоненты. Наоборот, большое количество полициклической ароматики, асфальтово-смолистых веществ и гетеросоединений в тяжелых фракциях нефти усложняет их переработку, снижает выход и во многих случаях не позволяет обеспечить требуемое качество масел. Ниже рассмотрены свойства различных групп углеводородов, присутствующих в сырье.

Парафино-нафтеновые углеводороды - являются основой нефтяного масла и их содержание в масляных фракциях составляет от 40 до 85 %. В чистом виде нафтеновые углеводороды в масляных фракциях почти не встречаются и обычно включают боковые парафиновые цепи. В сырье содержатся нафтеновые углеводороды, имеющие от одного до шести циклов в молекулах. Парафиновые углеводороды обладают наилучшими вязкостно-температурными свойствами, однако высокомолекулярные парафины нормального ряда повышают температуру застывания масел. Нафтеновые углеводороды близки по свойствам к углеводородам парафинового ряда нормального и изостроения, что объясняется наличием в их молекулах боковых цепей различной длины, структуры и степени разветвленности. Нафтеновые углеводороды отличаются от парафиновых, выкипающих в тех же температурных пределах, повышенной стабильностью к окислению, большими плотностью, вязкостью, показателем преломления, пониженной температурой плавления и худшими вязкостно- температурными свойствами [3].

Ароматические и нафтено-ароматические углеводороды. Ароматические углеводороды присутствуют во всех масляных фракциях в количестве от 15 до 45 %. В легких и средних масляных фракциях (до 400 0С) содержатся в основном гомологи бензола и нафталина, по мере утяжеления сырья возрастает содержание би- и трициклических углеводородов. С повышением пределов выкипания и утяжеления масляных фракций содержание ароматических компонентов в сырье увеличивается. Как правило, боковые цепи ароматических углеводородов короче боковых цепей соответствующих им по температуре нафтеновых компонентов. Некоторая часть ароматических углеводородов  имеет вторичное происхождение и образуется в результате процессов переработки нефти. Часть ароматических углеводородов имеет смешанное строение и содержит нафтеновые кольца. От количества и состава ароматических компонентов сложным образом зависят важнейшие эксплуатационные свойства масел - стабильность против окисления, термическая устойчивость, противоизносные и вязкостно-температурные свойства, восприимчивость к присадкам и другие [3].

Смолисто - асфальтовые вещества, содержащиеся в нефтях, относятся к классу гетеросоединений и содержат кроме углерода и водорода также серу, кислород и азот. Обычно в товарных маслах асфальтовые соединения не присутствуют, и их удаление является основной задачей в процессе селективной очистки масляных фракций. Часть смолистых компонентов являются естественными ингибиторами окисления и в небольших количествах присутствуют в маслах [1].

Сероорганические соединения содержатся во всех нефтях. Кроме того, в маслах почти всегда присутствует незначительное количество высокомолекулярных смол и сернистых соединений. Они являются естественными ингибиторами окисления. В то же время сернистые соединения способны легко окисляться при контакте с воздухом и при длительном хранении ухудшать цвет масла [1].

1.3.2 Влияние природы растворителя. В настоящее время в мировой нефтепереработке для селективной очистки масел применяются в основном следующие три избирательных растворителя: фенол, фурфурол и N-метилпирролидон.

Фенол как избирательный растворитель известен давно. Ещё в 1922 г. Был взят патент на применение фенола для очистки нефтепродуктов.

По растворяющей способности фенол значительно превосходит  фурфурол, поэтому очистка масел фенолом производится при меньшем расходе растворителя и при более низких температурах.

При очистке масел фенолом достаточно полностью извлекаются полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями. В значительной меньшей степени извлекаются фенолом смолистые соединения. Практически совсем не растворимы в феноле асфальтены, поэтому остаточные продукты (гудрон, полугудроны) должны быть предварительно деасвальтизированы.

При фенольной очистке масляные фракции одновременно обессериваются и деазотируются в результате их удаления в составе полициклических углеводородов и смол.

Сравнительно низкая плотность и высокая температура плавления, вязкость и поверхностное натяжение фенола при температурах очистки, относящиеся к недостаткам, затрудняют массообмен и способствуют образованию эмульсии. В результате при очистке масел фенолом не могут быть использованы высокоэффективные экстракционные аппараты, в частности, роторно-дисковые контакторы, хорошо зарекомендовавшие себя при очистке фурфуролом [4].

Фурфурол - гетероциклический альдегид фуранового ряда. Фурфурол относится к числу избирательных растворителей с высокой селективностью и сравнительно низкой растворяющей способностью. При фурфурольной очистке масел достигается четкое экстрагирование низкоиндексных компонентов сырья и, как следствие, высокие выходы рафината, однако процесс требует повышенного расхода растворителя по сравнению с фенольной очисткой.

Фурфурол обладает более высокой плотностью, и в этой связи сепарация рафинатной и экстрактной фаз по высоте экстракционной колонны будет осуществляться более полно при очистке масел фурфуролом. Для улучшения разделения фаз при фенольной очистке масел приходится несколько снижать производительность установки по сырью.

Фурфурол имеет более низкую температуру плавления, а это в свою очередь обеспечивает более широкий диапазон рабочих температур в экстракционной колонне при фурфурольной очистке масел. Температура низа экстракционной колонны при фенольной очистке ограничена температурой плавления фенола.

Из-за пониженной растворяющей способности фурфурол применяется при очистке преимущественно дистилятных масляных фракций.

Основным недостатком фурфурола является его низкая термическая и окислительная способности. По этой причине в технологическую схему фурфурольной очистке масел приходится ввести дополнительную стадию деаэрации сырья, где под вакуумом с подачей перегретого водяного пара из сырьевого потока удаляются воздух и влага. Кроме того, для предотвращения окисления фурфурола его вынуждены хранить под защитным слоем масла или инертного газа [4].

N-МП имеет хорошую растворяющую способность, обладает большей избирательностью по отношению к углеводородам ароматического ряда, нетоксичностью, и более низкой температурой плавления. При экстракции масел N-МП обеспечивает больший выход и лучшее качество рафината при меньшей кратности растворителя по сравнению с фенолом. Кроме того,  N-МП не образует азеотропа с водой, что исключает необходимость водного контура в блоке регенерации растворителя [4].

1.3.3 Влияние кратности растворителя. Количество растворителя подбирается в зависимости от качества сырья и требуемого качества рафината. Чем выше содержание низкоиндексных компонентов в сырье, тем выше должна быть кратность растворителя к сырью. Аналогично ужесточение требований к качеству рафината требует увеличение расхода растворителя. При прочих равных условиях деароматизация дистиллятного сырья широкого фракционного состава, требует большей кратности растворителя.

Увеличение кратности растворителя к сырью сопровождается дополнительным растворением компонентов сырья и переходом их в экстрактный раствор. Поэтому выход рафината с увеличением кратности растворителя монотонно снижается, а его индекс вязкости и стабильность против окисления повышается. Однако улучшение качества масел наблюдается лишь до определенного момента, после которого как индекс вязкости, так и стабильность против окисления ухудшаются. Снижение индекса вязкости происходит в результате ухудшения избирательности растворения в области предкритического растворения, а ухудшение стабильности против окисления связано с эффектом переочистки, то есть чрезмерным удалением из масел полициклических ароматических углеводородов и смол, являющихся естественными ингибиторами окисления. Поэтому в тех случаях, когда к индексу вязкости предъявляются ординарные требования, процесс очистки следует проводить с получением рафината с наиболее высокой стабильностью против окисления. Установлено, что расход фенола в этом случае составляет от 1,5 до 2,0:1 для дистиллятного сырья, соотношение N-МП : сырье составляет от 1,1 до1,5:1, что по отношению с фурфурольной очисткой данное соотношение снижается от 20 до 40 %.

В тех случаях, когда к индексу вязкости предъявляются повышенные требования, рафинат следует переочищать, а стабильность против окисления повысить введением антиокислительных присадок.

1.3.4 Температурный режим экстракции. Температурный режим экстракции подбирается в зависимости от критической температуры растворения  сырья и требуемого качества рафината. Чем выше температура кипения сырья, тем выше  величина критической температуры растворения, следовательно, при более высокой температуре можно его очищать. Повышенное содержание асфальто - смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов понижает критическую температуру растворения  и требует более низкой температуры экстракции. Практически температура очистки поддерживается от 10 до 25 °С  ниже критической температуры растворения сырья в зависимости от требуемого качества рафината и составляет от 55 до  70 °С для дистиллятного сырья при очистке фенолом [5].

Повышение температуры очистки приводит к улучшению качества рафината и снижению его выхода вследствие увеличения растворяющей способности растворителя и соответственно более полному извлечению низкоиндексных компонентов сырья. Однако избирательность разделения при этом ухудшается особенно в области предкритических температур. Поэтому на практике целесообразно избегать применения температур, близких к критическим, а регулирование качества осуществлять путем увеличения кратности растворителя, подбором оптимального температурного градиента экстракции.

Как и в процессе деасфальтизации, для улучшения четкости разделения процесс селективной очистки масел целесообразно вести при высоком температурном градиенте. На установках фурфурольной очистки градиент экстракции поддерживают на уровне от 30 до 40 °С, а на фенольной – от 10 до 20 °С [5].

Различия в температурных условиях экстракции предопределяется плотностью применяемости растворителя. При фенольной очистке из-за низкой разности плотностей растворителя и исходного сырья градиент экстракции снижают до минимума, так как при смешении вторичных потоков с близкими удельными массами сепарация фаз происходит гораздо медленнее и даже при сравнительно невысоких скоростях в экстракционных колоннах приходится принимать конкретные меры к снижению степени внутренней циркуляции промежуточных масляных фракций. Повышение градиента экстракции приводит к заметному повышению относительных скоростей контактирующих фаз, в результате на отдельных участках по высоте экстракционной колонны не достигается фазового равновесия. Кроме того, эмульгируемость системы фенол – углеводороды еще более ухудшает фазовое равновесие в потоках. Более высокая плотность фурфурола позволяет вести процесс очистки с высоким градиентом экстракции.

Если температура верха колонны ограничивается критической температурой растворения, то температура низа – вязкостными свойствами экстрактного раствора.

1.3.5 Влияние рециркуляции. Одним из эффективных способов повышения четкости разделения масляных компонентов является возбуждение или ввод рециркулята в экстракционную колонну. В результате нарушения при этом межфазного равновесия усиливаются массообменные переходы из одной фазы в другую: из экстрактного раствора выделяются высокоиндексные компоненты как наименее растворимые в данном растворителе, увеличивая выход рафината; из рафинатного раствора переходят в экстрактный компонент с более низким индексом вязкости, что приводит к повышению качества рафината. Расход рециркулята увеличивается и при повышении температурного градиента экстракции. Однако слишком большой градиент может привести к снижению эффективности процесса. При очистке фенолом возбуждение рециркулята достигается добавлением фенольной воды в отстойную зону колонны или прямо в экстрактную фазу в количестве до 7 %, в результате понижается растворяющая способность, но повышается избирательность растворителя. В случае фурфурольной и N-метилпирролидоновой очистки масел предпочтение отдается - температурному градиенту [5].

 

1.4 Существующие технологические схемы установок по N-МП

 

Селективная очистка масел  включает в себя:

1)Процесс экстракции;

2)Процесс регенерации растворителя из рафинатного раствора;

3)Процесс регенерации растворителя из экстрактного раствора.

Процесс экстракции проводят в экстракционной колонне с получением рафинатного раствора (содержание рафината  от 88 до 95 %, растворителя – от 5 до 12 %) и экстрактного раствора (содержание экстракта – от 10 до 17 %, растворителя – от 70 до 90 %, воды – от 6 до 10 %).

Процесс регенерации растворителя из рафинатного раствора осуществляется в две ступени: сначала в испарительной колонне после подогрева в теплообменнике и печи, затем в отпарной колонне.

Регенерация растворителя из экстрактного раствора осуществляется в три ступени: откачиваемый с низа колонны  раствор поступает в сушильную колонну, затем, подвергается процессу отгонки растворителя в колонне и далее окончательной отпарке паров растворителя водяным паром [3].

Основным растворителем, используемым в России является фенол. За рубежом в настоящее время проводят замену фенола  на N-МП.  В Соединенных Штатах Америки уже все фенольные установки заменены на N-МП, также производится строительство новых. Также идет сокращение фурфурольных установок.

 В России первая установка по очистке масел метилпирролидоном появилась на Ново-Уфимском заводе. За время эксплуатации установки на заводе было выявлено ряд недостатков технологической схемы процесса, что потребовало внесения изменений в проект при переводе следующей установки на N-МП.

На Грозненском заводе им. Шерипова установка фурфурольной очистки масел была реконструирована для работы на N-МП.

В 2000 году произведена замена фенола на N-МП на Рязанский нефтеперерабатывающий завод.

За рубежом основными фирмами, реализующие процесс очистки масел N-МП, являются «Exxon» и «Texaco» [6].

Фирмой «Exxon» внедрен на нескольких установках процесс «Эксол- N» [6]. Схема приведена на рисунке 1.1.

 

 

 6

 

 

VII

                                       4

V

 

   1

                                                           8

I

IX

III

IV

 

3

 

2

10

  7

9

VIII

VII

V

VII

 

IV

                                                  5

 

Потоки: I - сырье; II - растворитель; III - рафинат; IV - экстракт;  V - водяной пар;     VI - отработанный водяной пар из абсорбера; VII- водный N- МП на осушку;     VIII  - вода для котлов; IX - пар.

Аппараты: 1- экстрактор;2- осушительная колонна;  3- абсорбер; 4,5- печи; 6,7- колонны для отгонки N-МП; 8,9 – вакуумные отпарные колонны рафината и экстракта; 10- пеногенератор.

 

Рисунок 1.2 – Схема установки очистки масел N-МП процесса «Эксол»

 

Сырье пройдя абсорбер, подается в экстрактор, на верх экстракта подается растворитель. При контакте образуется два раствора рафинатный и экстрактный. С верху выходит рафинатный раствор, он нагревается и подвергается однократному испарению в колонне 6, затем отпаривается водяным паром в вакуумной колонне 8 для удаления остатков N-МП. Водный растворитель направляется в осушительную систему. Экстрактный раствор поступает в осушительную колонну 2, с верха которой в виде пара отгоняется вода с частью N-МП. Последний поглощается сырьем в абсорбере 3. Поток с низа колонны 2 подвергается однократной перегонке под давлением в колонне 7 и затем отпаривается водяным паром от остатков  N-МП в вакуумной колонне 9.

 

В большинстве новых проектов для регенерации растворителя на конечных стадиях регенерации  применяется инертный газ вместо водяного пара, что позволяет  исключить обводнение растворителя и его осушку в дополнительной осушительной колонне.

Схема установки очистки масел N-МП с отгоном растворителя инертным газом представлена на рисунке 1.2.

Экстракционная колонна снабжена контактными тарелками, на которых происходит очистка масляного сырья с получением рафинатного и экстрактного растворов,  которые проходят через теплообменники 8,9 и печь 5 в раздельные отгонные колонны для отгонки растворителя, в нижнюю часть которых подается газ для отгона растворителя. Пары растворителя с верха колонн после конденсации в теплообменнике подогрева экстрактного раствора 10 и пароперегревателе 7 поступают в емкость горячего растворителя 20. Газ с парами N-МП после емкости 20 поступает в емкость холодного растворителя 19. Газом для отгонки растворителя может служить азот; его в этом случае направляют компрессором 18 на рециркуляцию.

По данной схеме поступление в систему воды возможно только с сырьем. Установка снабжена небольшой колонной 4 для отбора части паров между емкостями 20 и 19. Вода отводиться с верха колонны, а газ направляется в линию отработанного газа. Колонна 4 небольшая и используется периодически по мере удаления воды [6].

Данная схема проста,  имеет мало насосов, потребляется меньше энергии по сравнению с другими установками.

 

Потоки: I - сырье; II - растворитель; III  - рафинат; IV - экстракт; V - инертный газ; VI - орошение; VII - отработанный инертный газ; VIII - вода; IX- генерированный пар;   X - вода на генерацию пара.

Аппараты: 1 – экстрактор; 2,3 – колонны для регенерации N-МП; 4- колонна отделения инертного газа от  N- МП; 5,6- печи; 7 – парогенератор; 8-11- теплообменники; 12- холодильник; 13-17- насосы;18- компрессор; 19- емкость холодного N- МП; 20- емкость горячего N- МП.

 

Рисунок 1.2 – Схема установки очистки масел N- МП с отгоном растворителя инертным газом

Основное распространение за рубежом получила схема процесса фирмы «Тексако» [6]. Принципиальная технологическая схема приведена на рисунке 1.3.

Потоки: I - сырье;  II - растворитель; III - рафинат;  IV - экстракт; V - водяной пар;   VI - вода.

Аппараты: 1- деаэратор; 2- экстрактор; 3,8- вакуумные испарительные колонны; 4,9- вакуумные отпарные колонны;5,6,7- трехступенчатый сепаратор N- МП от экстракта повышенного давления; 10- колонна осушки водного N- МП; 11-15 – теплообменники; 16,17 – печи; 18-22- холодильники; 23-25- емкости.

 

Рисунок 1.3- Схема установки очистки масел N-МП фирмы «Тексако»

 

Сырье установки проходит деаэратор 1, где происходит отгон растворенного в сырье воздуха (около 0,01 % масс.) и направляется в экстракционную колонну 2, на верх которого подается растворитель. Рафинатный раствор с верха экстрактора прокачивается насосом через теплообменники и печь и N-метилпирролидон отгоняется от рафината в отгонной и отпарной вакуумных колоннах. В низ отпарной колонны подается водяной пар. Экстрактный раствор поступает в систему трех отгонных колонн с постепенно повышающимся давлением, где последовательно происходит отгон основного количества N-МП.

Данная схема наиболее пригодна при переводе фурфурольных установок на N-МП или при строительстве новых установок. При переводе бывших фенольных установок на N-МП требуется значительное изменение схемы регенерации растворителя  с большим объемом реконструктивных работ [6].

Все вышеприведенные схемы малопригодны при переводе установок фенольной очистки на N-МП  вследствие  большого  объема реконструктивных работ из-за кардинального изменения схемы регенерации экстрактного раствора по сравнению с существующей.

На рисунке 1.4 приведена схема очистки масел N-МП на бывшей фенольной установке [7]. Реконструкция установки проведена без больших капитальных затрат, поскольку схемы экстракции и регенерации растворителя практически остались прежними. 

 

 

Апараты: ХВ1-ХВ4-аппараты воздушного охлаждения; К1-абсорбер; К2-экстракционная колонна; К3,К6,К7-испарительные колонны; К4,К5-отпарные колонны; К8-Колонны осушки N-метилпирролидона; Б1-барометрический конденсатор; Т1-Т5-теплообменники; Х1-Х2-холодильники; Е1-Е4-емкости; П1,П2-трубчатые печи; Н1,Н2-насосы.

Рисунок 1.4 – Схема установки очистки масел N-МП на Ново-Уфимском заводе

 

Рафинатный раствор подвергается нагреву в печи П-1 и последовательно проходит испарительную колонну К-3 и вакуумную отпарную колонну К-4 и уходит в товарный парк после охлаждения. Схема регенерации экстрактного раствора не отличается от проектной  схемы за исключением создания вакуума в отпарных колоннах рафината К-4 и экстракта К-5.

Отгон воды от экстрактного раствора осуществляется в осушительной колонне К-7 и далее N-МП отгоняется в испарительной колонне К-6 и вакуумной отпарной колонне К-5.

Таким образом, основные технические решения, принятые при переводе установки с фенола на N-МП, следующие:

- смонтирована вакуумсоздающая система, состоящая из конденсатора смешения (барометрического конденсатора), емкости, насоса и холодильника воздушного охлаждения. Под вакуум с остаточным давлением 150 мм.рт.ст. переведены отпарные колонны рафината (К-4) и экстракта (К-5);

- для обеспечения подбора жидкости на приеме центробежных насосов отпарные колонны К-4, К-5 подняты (на 3,5 м) выше прежней отметки.

- печь П-2 увеличена по тепловой мощности и переведена на двухпоточную схему [7].

 

2 Технологический раздел

 

2.1 Характеристика исходного сырья, реагентов и готовой продукции

 

Качество продукции соответствует стандартам предприятия: дистилляты масляные – СТП 010501-401017-2012, рафинат селективной очистки - СТП 010501-401021-2012,  экстракт установки селективной очистки- СТП 010501-401028-2012, фенол – ГОСТ 23519-93 [8].

 

Таблица 2.1-Характеристика  сырья

Показатели

     Нормы

Методы испытания

Вязкость кинематическая при   50 оС, мм2/с, в        пределах

      20-25

ГОСТ 33

Температура вспышки в открытом тигле, оС,

не ниже

       180

ГОСТ 4333-74

   Цвет, ед.

        2,5

ГОСТ 20284

КТР, оС

     67-72

Методика

Плотность при 20оС, кг/м3, в пределах

      880-920

ГОСТ 3900

 

Показатели

  Нормы

     Методы испытания

Содержание фенола, %, не более

     0,002

Методика

   При получении масла «Полидекс», %, не более

       0,015

ГОСТ 1057

Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже

       230

ГОСТ 6351

Таблица 2.2 - Характеристика экстракта

 

Таблица 2.3 – Характеристика  рафината

Показатели

    Нормы

 Методы испытания

Кислотное число, мг КОН на 1гр. масла, не более

0,03

ГОСТ 5985-79

Содержание фенола, %, не более

отс.

Методика

Цвет, ед. ЦНТ

 2

ГОСТ 20284-74

Коэффициент рефракции, не более

   1,4680

ГОСТ 18995.2

Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже

    200

ГОСТ  4333-87

 

Таблица 2.4 - Характеристика фенола

Показатели

       Нормы

Методы испытания

Массовая доля воды, %, не более

0,03

ГОСТ 14870

Плотность при 20оС, кг/м3

1072

 

ГОСТ 3900

 

Молекулярная масса

94,1

---

Температура кипения,°С

182

---

 

2.2 Описание существующей схемы установки

 

2.2.1  Экстракция  масел  фенолом. Сырье из резервуарного парка насосом через межтрубное пространство теплообменника, где подогревается за счет тепла откачиваемого с установки экстракта до 60 °С, подается на верхнюю тарелку абсорбера.

Абсорбер К-7 предназначен для абсорбции фенола из паров азеотропной смеси, поступающей из колонны К-5 вниз абсорбера К-7. С верха абсорбера К-7 пары воды с незначительным содержанием фенола и нефтепродуктов через каплеотбойник Е-5 подаются в камеру сгорания печи П-1 для дожига вредных веществ. Собравшаяся жидкость в каплеотбойнике Е-5 периодически дренируется в емкость Е-7.

Сырье, с небольшим содержанием фенола, с низа абсорбера К-7 поступает в буферную емкость Е-13, откуда насосом Н-2 (2а) через погружной холодильник Х-3(3а) подается в среднюю часть экстракционной колонны К-1.

На верх колонны К-1, под глухую тарелку, из емкостей Е-3 (3а) насосами Н-8 (8а) через межтрубное пространство параллельно работающих холодильников Т-2 (2а)  подается фенол.

Для снижения содержания фенола в рафинатном растворе на глухую тарелку от насоса Н-14 (14а, 14б) подается фенольная вода, которая затем с глухой тарелки по переточной линии перетекает в нижнюю часть колонны К-1, для снижения растворяющей способности фенола и повышения отбора рафината из экстрактного раствора. В колонне К-1 поддерживается следующий температурный режим: температура верха 60 °С; температура середины колонны 52 °С; температура низа 47 °С за счет циркуляции части экстрактного раствора, насосом Н-4 (4а) с низа колонны К-1 через холодильник погружного типа Х-1 в нижнюю часть колонны.

Раствор рафината с верха колонны отводится в промежуточную емкость рафинатного раствора Е-1, откуда насосом Н-6 (6а) подается на регенерацию растворителя.

Раствор экстракта с низа колонны К-1 насосом Н-4 (4а) подается на регенерацию растворителя [9].

2.2.2  Регенерация фенола из рафинатного раствора. Рафинатный раствор из емкости Е-1 насосом Н-6 (6а), с температурой от 50 до 95 °С проходит двумя параллельными потоками межтрубное пространство теплообменников Т-8 (8а), где подогревается до 150-180  °С за счет тепла паров фенола идущих из Т-9 (9', 9'') затем конвекционную камеру печи П-1, затем подовый и потолочный экраны радиантной камеры печи П-1, где подогревается до 300 °С и подается в среднюю часть колонны К-2 (на третью тарелку).

Колонна К-2 предназначена для испарения основного количества фенола из рафинатного раствора. С верха колонны К-2 пары фенола с температурой 256 °С поступают в конденсатор-холодильник  Х-7а, где конденсируются и охлаждаются до 60-90 °С. Из Т-7а фенол поступает в емкость Е-3 (3а). С низа  колонны  К-2,  за  счет  избыточного давления, рафинатный раствор перетекает в колонну К-3.

Колонна К-3 предназначена для отпаривания остатков фенола из рафинатного раствора. В нижнюю часть колонны К-3 подается острый водяной пар.

С верха колонны К-3 пары азеотропной смеси эжектируются экстрактным раствором с нагнетательного трубопровода насоса Н-4 (4а) и вместе с экстрактным раствором поступают в межтрубное пространство рибойлеров          Т-9 (9', 9'').

С низа колонны К-3 рафинат забирается насосом Н-10 (10а) и через межтрубное пространство теплообменника Т-14, где отдает свое тепло топливному газу, холодильник погружного типа Х-6, где охлаждается до 100 °С и выводится в товарный парк [9].

 

2.2.3  Регенерация  фенола  из экстрактного раствора. С низа колонны К-1 экстрактный раствор забирается насосом Н-4 (4а) и подается на эжекцию паров из К-3 и К-6, откуда поступает в межтрубное пространство рибойлеров Т-9 (9', 9'').

Пары азеотропной смеси отводятся с верха рибойлера и подаются на полуглухую тарелку колонны К-5. Неиспарившаяся часть экстрактного раствора с температурой от 160 до 180 °С поступает через переливную перегородку рибойлера и по переточной линии под полуглухую тарелку К-5.

Колонна К-5 – сушильная колонна, её назначение – удаление воды из экстрактного раствора. Для поддержания температуры верха колонны К-5 в пределах от 116 до 120 °С подают острое циркуляционное орошение насосом Н-14 (14а, 14б) из емкости Е-4 (6).

С верха колонны К-5, часть паров азеотропной смеси отводится в конденсатор-холодильник Х-10, где конденсируются и охлаждаются до температуры 50 °С и стекают в емкость Е-4 (6).Балансовое количество паров азеотропной смеси с верха колонны К-5 сбрасывается в абсорбер К-7, для этого в колонне К-5 поддерживается избыточное давление до 0,7 кг/см2. С низа К-5 обезвоженный экстрактный раствор с температурой от 160 до 180 °С насосом Н-17 (16а), прокачивается через конвекционную камеру, подовый и потолочный  экраны печи П-2, где нагревается до температуры 250-270 °С и направляется в среднюю часть колонны К-4, предусмотрен возвратный трубопровод с выхода из печи П-2 в трубопровод  входа в рибойлеры Т-9, 9', 9'' для поддержания температуры низа колонны К-5.

Колонна К-4, испарительная колонна, которая предназначена для испарения основного количества фенола из экстрактного раствора. Пары фенола отводятся с верха колонны К-4, проходят параллельно по трубным пучкам рибойлеров Т-9 (9', 9''), отдавая свое тепло экстрактному раствору, затем параллельными потоками по трубным пучкам теплообменников Т-8 (8б) отдавая свое тепло рафинатному раствору, и холодильник Т-7 и с температурой от 60 до     90 °С перетекают в емкость Е-3 (3а).

Экстрактный раствор стекает на полуглухую тарелку, расположенную в нижней части колонны К-4, откуда забирается насосом Н-16 (16а) и подается, через подовый и потолочный экраны радиационной камеры печи П-3, где подогревается до температуры в диапазоне от 350 до 370 °С, под полуглухую тарелку колонны К-4. С низа колонны К-4, за счет разницы давления в колоннах экстракт перетекает в колонну К-6.

Колонна К-6 – отпарная колонна предназначена для отпаривания остаточного количества фенола из экстрактного раствора. В нижнюю часть колонны К-6 подают острый водяной пар. С верха колонны К-6 пары азеотропной смеси эжектируются экстрактным раствором вместе с парами из К-3. С низа колонны К-6 экстракт забирается насосом Н-19 (19а) и через трубное пространство теплообменника Т-12, где отдает свое тепло сырью, через холодильник погружного типа Т-13, где охлаждается до температуры 100 °С, выводится с установки в товарный парк или мазутопровод.

Часть экстракта направляется в емкость Е-2, как жидкое топливо, откуда насосом Н-25 (25а) подается к форсункам печей П-1, 2, 3 [9].

2.2.4  Сброс с предохранительных клапанов, дренажной системы . Сброс с предохранительных клапанов колонн К-2, К-4, К-5 производится в емкость Е-7 – это дренажная емкость, из которой, по мере накопления, нефтепродукты откачиваются насосом Н-15 в Е-4 (6) [9].

 

2.3 Технологический расчёт существующей установки

 

2.3.1 Расчет экстракционной колонны К-1

Соотношение сырья к растворителю 1:1,9 [10].

 

Таблица 2.1-Материальный баланс колонны

Компоненты

Кол-во, % вес от сырья

т/сутки

кг/час

 
 

Приход:

 

 

   

1.Дистилят

100

500

20 833

 

2.Фенол

190

950

39 583

 

3.Фенольная вода

       

-фенол

0,6

3

125

 

-вода

6,4

32

1 333

 

Итого:

297

1485

61 875

 

Расход:

       

1.Рафинатный раствор

       

- рафинат

69

345

14 375

 

- фенол

15

75

3 125

 

2.Экстрактный раствор

       

- экстракт

31

155

6 458

 

- фенол

175,6

878

36 583

 

      - вода

6,4

32

1 333

 

Итого:

297

1485

61 875

 

 

Задаемся температурным режимом  колонны:

температура верха..................................60 оС

температура низа....................................47 оС

температура ввод сырья........................52 оС

температура ввод фенола......................60 оС

температура ввод фен. воды.................47 оС

Диаметр колонны рассчитывается по формуле [11]

 

где   Gc - производительность установки по сырью, кг/ч;

ρс - плотность сырья при температуре экстрагирования, кг/м3;

Gф - количество фенола, вводимое в колонну, кг/ч;

ρф  - плотность фенола при температуре экстрагирования;

        W= 12 м3/м2·ч – скорость смеси в экстракционной колонне.

Температура экстрагирования находится по формуле [12]

где  - температура верха экстракционной, °С;

        - температура низа экстракционной колонны, °С.

Относительная плотность сырья  = 0,901 г/см3, фенола  =1,072 г/см3.

Плотность при температуре, отличающихся от стандартных находим по формуле [12]

,                                             (2.3)                                           

 где α - температурная поправка, вычисляемая по формуле [12]

                

Определяем температурную поправку для сырья

α=0,001828-0,00132 ·0,901=0,0006387,

тогда плотность сырья при температуре экстрагирования

= 0,901 – 0,0006387·(53,5-20)=0,900 кг/дм3=900 кг/м3.

Определяем температурную поправку для фенола

α=0,001828-0,00132 ·1,072=0,000413,

тогда плотность фенола при температуре экстрагирования

= 0,901 – 0,000413·(53,5-20)=1,071 кг/дм3=1071 кг/м3.

Найдем диаметр колонны

Уравнение теплового баланса экстракционной колонны  

,

где Qприх - общее количество приходящего тепла, кДж/ч;

      Qрасх - общее количество уходящего тепла, кДж/ч.

Тепловые потоки компонентов найдем по формуле [13]

                                                                                                (2.5)

где G - количество, кг/ч;

 - энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

Энтальпии нефтепродуктов найдем по формуле Крэга [12]

                                                   (2.6)

где  - относительная плотность, определяемая по формуле [12]

                                                   (2.7)

Относительная плотность сырья

Отсюда находим энтальпию сырья (масляной фракции)

Относительная плотность рафината

Энтальпия рафината

Относительная плотность экстракта по формуле (2.7)

Энтальпия экстракта

Энтальпию фенола берем из справочника [15]:

при 61 °С…………………. 126 кДж/кг

при 60 °С…………….…… 124 кДж/кг

при 47 °С……………….….105 кДж/кг

Тепловой баланс экстракционной колонны сведен в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2-Тепловой баланс экстракционной колонны

Компоненты

G, кг/ч

p420,кг/дм3

t, °С

J, кДж/кг

Q, кДж/ч

Приход

Сырьё

20 833

0,901

52

97

2 022 068

Фенол

39 583

1,072

61

126

5 004 971

Фенольная вода:

 

 

 

 

 

Фенол

125

1,072

47

105

13 084

Вода

1 333

0,998

47

197

262 373

Итого:

61 875

 

 

 

7 302 495

Расход

Рафинатный раствор:

17 500

 

 

 

 

Рафинат

14 375

0,875

60

114

1 645 889

Фенол

3 125

1,072

60

124

388 587

Экстрактный раствор:

43 042

 

 

 

 

Экстракт

6 458

0,92

47

86

558 059

Фенол

36 583

1,072

47

105

3829178

Вода

1 333

0,998

47

197

262 373

Итого:

61 875

 

 

 

6 684 085

 

Из уравнения теплового баланса находим тепловую нагрузку холодильника Qх, кДж/ч.

Тепловая нагрузка холодильника составляет

Определяем энтальпии циркулирующего экстрактного раствора при температурах на входе и на выходе из холодильника.

Энтальпии раствора определяются как сумма его составляющих [13]

 ,                          (2.9)

где а = 0,15 и b = 0,85– массовые доли компонентов экстрактного раствора (экстракта и растворителя соответственно).

Температура вывода экстрактного раствора из экстракционной колонны составляет 47 °С.

Находим энтальпию раствора при 47 °С

Принимаем температуру ввода охлажденного экстрактного раствора в экстракционную колонну равной 35 °С.

Находим энтальпию экстракта при 35 °С

Энтальпия фенола при  35 °С:  J35 = 59,7 кДж/кг.

Энтальпия раствора при  35 °С

Определим количество циркулирующего экстрактного раствора по формуле [13]

Количество циркулирующего экстрактного раствора на загрузку экстракционной колонны составляет [13]

Количество циркулирующего экстрактного раствора не превышает     30 %  от суммарного количества легкой и тяжелой фаз, следовательно, условие выполняется.

2.3.2 Расчет блока регенерации растворителя из раствора рафината

2.3.2.1 Расчет испарительной колонны К-2. Основная масса фенола из рафинатного раствора отгоняется в колонне К-2. В колонну рафинатный раствор входит из печи П-1 с температурой 300 оС. Давление в колонне 0,15 МПа (1,5 атм.).

Количество фенола в жидкой фазе определяется по формуле [14]

                                                                        ,                                                                                             (2.12)

где  - количество рафината, кг/ч;

Х2 - мольная доля фенола в жидкой фазе;

μр – молярный вес рафината;

μф = 94,1 – молярный вес фенола;

К – константа фазового равновесия;

Р =0,98 МПа (9,8 атм.) – упругость паров фенола при t=300 оС;

π – давление в колонне.

Найдем молярный вес рафината по формуле [14]

Температурную поправку рассчитываем по формуле (2.4) ,

 

,

= 14 375·0,07 = 943,64  кг/ч.

= 3125 – 943,64 = 2181,36 кг/ч.

 

Таблица 2.3-Материальный баланс испарительной колонны

Компоненты

кг/ч

% масс от смеси

Приход:

Рафинатный раствор

   

рафинат

14 375

82

фенол

3 125

18

Итого:

17 500

100

      Расход:

1.Жидкая фаза

   

рафинат

14 375

82

фенол

944

5

2.Паровая фаза

   

фенол

2 181

12

Итого:

17 500

100

 

Температуру низа колонны принимаем  298 оС.

Температура верха находится методом подбора из теплового баланса колонны.

Определяем тепловую нагрузку прихода [13]

Энтальпию рафината находим по формуле (2.6)

Энтальпия фенола берем из справочника [15]   

тогда .

Определяем тепловую нагрузку расхода [13]

.

Примем температуру верха колонны 256 °С.

Энтальпию рафината находим по формуле (2.6)

Энтальпию фенола берем из справочника [15], тогда

Тепловой баланс колонны сведен в таблицу 2.4.

 

Таблица 2.4 –Тепловой баланс испарительной колонны

Компоненты

кг/ч

t, °С

J, кДж/кг

Q, кДж/ч

Приход

Рафинатный раствор

 

 

 

 

рафинат

14 375

300

702,7

10 101 436

фенол

3 125

300

724,3

2 263 488

Итого

17 500

   

12 364 924

Расход

1.Жидкая фаза

 

 

 

 

рафинат

14 375

298

696,9

100 18 597

фенол

944

298

699,1

659 787

2.Паровая фаза

       

фенол

2 181

256

523,7

1 142 475

Итого

17 500

   

11 820 859

 

Найдем тепло орошения по формуле (2.8)

Определяем диаметр колонны К-2.

Секундный объем паров , м3/с, вычисляется по формуле [14]

где t – температура, 0С;

 Р – давление, атм;

     G – расход компонента, кг/ч;

 – молекулярная масса рафинатного раствора.

Молекулярную массу рафинатного раствора находим по правилу аддитивности [14]

линейная допустимая скорость паров [14]

,                                           (2.18)

где - плотность жидкости, кг/м3;

  - плотность паров, кг/м3.

Определяем плотность рафината и фенола при 300 °С по формуле (2.3)

 =0,875 – 0,000673·(300-20) = 0,6866 кг/дм3= 687кг/м3,

 = 1,072–0,00041328· (300-20) = 0,958 кг/дм3 =958 кг/м3,

Тогда по формуле (2.18)

 

Из практических данных диаметр колонны К-2 примем равным 1 м [9].

2.3.2.2 Расчет  отпарной колонны К-3.данная колонна К-3 предназначена для отпаривания остатков фенола из рафинатного раствора, поступающего в колонну  К-3 из испарительной колонны К-2. Вниз колонны подается острый водяной пар под давлением 1,0 МПа (10 атм.). Давление в К-3 – 0,07 МПа (0,7 атм.). Температура ввода сырья 288 оС.

Для отделения количества водяного пара, для отпарки оставшегося фенола, необходимо рассчитать температуру низа колонны. Температура низа находится по температуре остатка, охлажденного вследствие испарения    фенола [16].

где r =376,8 кДж/кг - скрытая теплота испарения растворителя;

с - удельная теплоемкость рафината, кДж/кг [12],

Количество вводимого в колонну водяного пара берем как 3 % масс. от рафината [22]  

В = 14 357·0,03 =431 кг/ч.

Материальный баланс колонны представлен в таблице 2.5.

 

Таблица 2.5 – Материальный баланс отпарной колонны

Компоненты

кг/ч

% масс от смеси

Приход

1.Рафинатный раствор

 

 

рафинат

14 375

91

фенол

944

6

2.Водяной пар

431

3

Итого

15 750

100

Расход

1.Жидкая фаза

 

рафинат

14 375

91

2.Паровая фаза

 

фенол

944

6

водяной пар

431

3

Итого

15 750

100

 

Температура верха определяется из теплового баланса колонны.

Количество тепла вносимое в колонну [13]

.

Энтальпию рафината определяем по формуле Крэга (2.6)

Энтальпию фенола берем из справочника [15].

Количество тепла выносимое из колонны [13]

примем tверха = 260 оС, тогда по формуле (2.25)

=11 295 559 кДж/ч.

Тепловой баланс сведен в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 – Тепловой баланс отпарной колонны

Компоненты

кг/ч

t, °С

J, кДж/кг

Q, кДж/ч

Приход

1.Рафинатный раствор

       

рафинат

14 375

288

668,3

9 607 523

фенол

944

288

699,2

659 787

2.Водяной пар

431

180

2845,0

1 226 906

Итого

15 750

   

11 494 216

Расход

1.Жидкая фаза

       

рафинат

14 375

278,00

579

8 329 639

2.Паровая фаза

       

фенол

944

260

847

799 251

водяной пар

431

260

5024

2 166 669

Итого

15 750

   

11 295 559

 

Найдем тепло орошения по формуле (2.8)

Определяем диаметр колонны К-3.

Секундный объем паров определим по формуле (2.17)

 м3·с-1,

плотность фенола при t=260 оС и рафината определим по формуле (2.3)

ρф = 1,072–0,00041328·(260-20) = 0,9729кг/дм3 =973 кг/м3,

плотность рафината при t = 260 оС

ρр = 0,875-0,000673·(260-20) = 0,7134 кг/дм=713 кг/м3,

плотность паров по формуле (2.20)

 кг/м3,

плотность жидкости по формуле (2.19)

 кг/м3.

Линейная допустимая скорость паров (2.18)

Из практических данных принимаем диаметр колонны равным 1 м.

 

2.3.3 Расчет блока регенерации растворителя из раствора экстракта

Принимаем условия работы в колонне К-4

давление….…......................0,21 МПа

температура в П-2...……...….260 оС

температура в П-3……….…..320 оС

Молекулярная масса экстракта рассчитана по формуле Крэга (2.15)

                  ,

где   - плотность экстракта. Находится по формуле (2.7)

 

                    кг/дм3

Количество фенола, которое осталось в жидкости [14]

                                                      ,                                           (2.26)

где  Gэк – количество экстракта, кг/ч;

μф – молекулярный вес фенола;

μэ – молекулярный вес экстракта;

        К – константа фазового равновесия рассчитываем по формуле (2.14).

Рассчитываем количество фенола оставшегося в жидкости, т.е. перешедшее в колонну К-6 по формуле (2.26)

 

2.3.3.1 Расчет колонны К-6. Колонна К-6-является отпарной и  предназначена для отпаривания остатков фенола из экстрактного раствора, поступающего из колонны К-4.Считаем что t=320 °С понизилось до t=317 °С.

Рассчитываем количество фенола, оставшееся в жидкой фазе при   t=317 оС и Р=0,07 МПа (0,7 атм.) по формуле (2.26)

количество испарившегося фенола рассчитываем как разность между поступившим фенолом в колонну и оставшимся  200-76=123 кг/ч.  

Количество водяного пара, подаваемое в колонну К-6 определяем, как 4 % от экстракта, 6 458·0,04=258 кг/час.

Для отделения водяного пара и остатков фенола, находим температуру низа по температуре остатка, охлажденного вследствие испарения фенола.

Температура низа К-6 рассчитывается по формуле [16]

где  -количество экстракта, кг/ч;

       - теплоемкость экстракта, кДж/кг·град;

      - температура после редуцирования, °С;

        r=671,98 кДж/кг- скрытая теплота испарения фенола [9];

      -количество фенола в жидкой фазе, кг/ч.

Теплоемкость экстракта находится по формуле (2.23)

 кДж/кг ·град,

Принятую температуру после редуцирования проверяем по сходимости тепловых балансов:

t=320 оС                                           t=317 оС

6 458+200                                        6 458+76+123

Р=0,21 МПа (2,1 атм.)                   Р=0,07 МПа (0,7 атм.)

Количество тепла вносимое в колонну [13]

Энтальпия  экстракта определяем по формуле Крэга [14]

энтальпию фенола берем из справочника [15], а энтальпию водяного пара находим по диаграмме, тогда по формуле (2.28) тепло прихода

Количество тепла выносимое из колонны [13]

Найдем тепло орошения по формуле (2.8)

Сходимость теплового баланса достаточная, следовательно, температура после редуцирования 317 оС.

Диаметр колонны определяем через секундный объем паров (с учетом, что весь фенол, поступающий в К-6, отпаривается) по формуле (2.17)

Рассчитываем плотность фенола при t=317 °С по формуле (2.3)

ρф = 1,072–0,00041328·(317-20) = 0,949 кг/дм3 =949 кг/м3,

рассчитываем плотность экстракта при t = 317°С по формуле (2.3)

ρЭ = 0,875-0,00062·(317-20) = 0,738 кг/дм3 =738 кг/м3.

Плотность жидкости (2.19)

Плотность паров (2.20)

Допустимая скорость паров и диаметр (2.21) - (2.22)

 

Принимаем диаметр равный 1м [9].

2.3.3.2 Расчет колонны К-5. Количество азеотропной смеси определим по формуле [14]

Количество фенола уходящего из К-5 в К-4

 

Таблица 2.7 - Материальный баланс колонны К-5

Компоненты

кг/ч

Компоненты

кг/ч

Приход

 

Расход

 

1.Экстрактный раствор:

 

1.Азеотропная смесь:

 

экстракт

6 458

вода

2 023

фенол

36 583

фенол

276

вода

1 333

2.Экстрактный раствор

 

2.Фенол из К-6

123

экстракт

6 458

3.Водяной пар из К-6

258

фенол

37 375

4.Фенол из К-3

944

 

5.Водяной пар из К-3

431

Итого

46 132

Итого

46 132

 

Принимаю режим К-5 tв=116 оС, tн=174 оС, Р=0,07 МПа (0,7 атм.).

Рассчитывая тепловой баланс колонны, находим количество фенольной воды подаваемое на орошение [13].

Входит в колонну

 

Уходит из колонны

 

Тепло орошения найдем по формуле (2.8)

 

Рассчитываем допустимая скорость паров по формуле (2.17)

 

Определяем плотность фенола при t=174 °С по формуле (2.3)

ρф = 1,072–0,00041328·(174-20) = 1,008 кг/дм3 =1 008кг/м3,

плотность экстракта при t = 174 °С по формуле (2.3)

ρЭ = 0,920-0,00062·(174-20) = 0,8255 кг/дм3=826 кг/м3.

Плотность жидкости определяем по формуле (2.19)

 

плотность паров по формуле (2.20)

Допустимая скорость паров (2.18)

 

Диаметр колонны К-5 расчитываем по формуле (2.22) он равен

принимаем диаметр колонны 2,6 м [9].

2.3.3.3 Расчет колонны К-4. С низа К-5 уходит:  экстракт – 6 458 кг/ч; фенол – 37 375 кг/ч. Это количество экстрактного раствора проходит через

П-2, где нагревается до 260 оС и поступает в К-4. Задаемся режимами П-3: t=320 оС, Р=0,21 МПа (2,1 атм.).Количество фенола из К-4 в К-6  200 кг/ч.

Сверху К-4 уходят пары фенола

Количество фенола, испарившегося после П-2 рассчитаем по формуле (2.26)

 

 

Количество неиспарившегося  фенола 37 375-5 521=31 874 кг/ч.

Количество ушедшего фенола после П-3   31 874-200=31 654 кг/ч.

Найдем диаметр колонны К-4.

Режим колонны  К-4

температура верха…………..231 °С

температура низа…………....317 °С

           давление…….…………0,21 МПа (2,1 атм.)

Допустимая скорость паров по формуле (2.17)

Рассчитываем плотность фенола и экстракта при t=231 °С по формуле (2.3)

ρф = 1,072–0,00041328·(231-20) = 0,984 кг/дм3 =984 кг/м3,

плотность экстракта

ρЭ = 0,920-0,00062·(231-20) = 0,789 кг/дм3=798 кг/м3.

Определяем плотность жидкости по формуле (2.19)

плотность паров (2.20)

Допустимая скорость паров (2.8)

 

Диаметр колонны рассчитываем по формуле (2.22)

принимаем диаметр колонны 3 м [9].

2.3.4  Расчет теплообменника Т-8

Теплообменник Т-8 предназначен для нагрева рафинатного раствора до температуры 130 °С, за счет тепла отданного парами фенола (поступающих из К-4).

Целью теплового расчёта является определение необходимой поверхности нагрева при известных расходах, начальной и конечной температурах теплоносителей и подбор типового теплообменного аппарата. На основании приведённых выше расчётов принимаем следующие температуры потоков:

Твх.х = 60 °С  -температура рафинатного раствора на входе в аппарат;

Твых.х= 130 °С  -температура рафинатного раствора на выходе из аппарата;

Твх.г = 231 °С  -температура паров фенола на входе в аппарат;

Твых.г= 180 °С  -температура паров фенола на выходе из аппарата.

Составляем схему теплообмена:

t160                   t2130

t4180                            t3231

tВ = 171 °C       tН = 50 °C

Определяем энтальпии потоков [14]:

= 114,5 кДж/кг - энтальпия рафинатного раствора на входе в аппарат;

= 264 кДж/кг - энтальпия рафинатного раствора на выходе из аппарата;

= 1 046,7 кДж/кг - энтальпия паров фенола на входе в аппарат;

= 617 кДж/кг - энтальпия паров фенола на выходе из аппарата.

Необходимая поверхность теплообмена F, м3, определяется из основного уравнения теплопередачи [17]

где Q- количество тепла, кВт;

      К-коэффициент теплоотдачи, кВт/м2·°К,  К=200 Вт/(м2·ч·град);

      τср -средний температурный напор, °С.

Определим количество тепла отдаваемое горячим потоком холодному по формуле [17]

где  G-количество паров фенола из К-4, G=37 194 кг/ч.

Q=37194·(1046,7-617)=15 982 440 кДж/ч = 4 439,8 кВт = 4 439 800 Вт,

Принимаем поверхность теплообмена с 10 % запасом F=248 м2.

2.3.5 Расчет водяного холодильника

Экстрактный раствор в количестве G = 10 401,74 кг/ч поступает в холодильник Т-1 с температурой 47 °С, где охлаждается за счет воды до температуры   35 °С.

Температура входа воды в холодильник 25 °С, температура воды на выходе из холодильника 32 °С.

       Находим энтальпии потоков по формуле Крэга [14]:

- энтальпия экстрактного раствора на входе в холодильник;

- энтальпия экстрактного раствора на выходе  из холодильника;

 - энтальпия воды на входе в холодильник;

 - энтальпия воды на выходе из холодильника.

Тепло, отдаваемое при охлаждении циркулята рассчитаем по формуле (2.34)

Коэффициент удержания тепла в холодильнике принимаем равным η=1. Расход воды составит [17]

Выбираем противоточную схему теплообмена. Находим среднюю разность температур

                   (2.37)

                     (2.38)

Средний температурный напор  определим по формуле

Принимаем общий коэффициент теплопередачи К=60 Вт/(м2·ч·град). Находим поверхность теплообмена по формуле (2.33)

К=60 Вт/(м2·ч·град)=216 кДж/(м2·ч·град),

Принимаем один холодильник погружного типа с характеристиками:

давление…………….…..атмосферное

диаметр……………………..…100 мм

поверхность теплообмена…... 140 м2

Определим запас поверхности теплообмена

запас поверхности теплообмена достаточный.

  • Исследовательский раздел

 

3.1 Обоснование модернизации установки 37-4  с целью увеличения выхода и качества рафината

 

 

Установка селективной очистки 37-4 является одним из объектов в комплексе установок по производству нефтяных масел и предназначена для удаления из масляных фракций нежелательных низкоиндексных компонентов путем экстрагирования их избирательным растворителем

Установка введена в эксплуатацию в 1958 году. Проектная мощность по сырью составляет 166,0  тыс. т/год. Разработчик проекта: организация «Гипронефтезавод», генеральный проектировщик предприятия: «Самаранефтехимпроект» [9].

В настоящее время в качестве растворителя на установке применяется фенол.

Установка характеризуется небольшим выходом рафината и низким качеством, так как при  использование фенола не достигается полного извлечения нежелательных компонентов. Так же он по своим характеристикам не позволяет проводить процесс экстракции при повышенных температурах. Важным недостатком фенола, является высокая токсичность, что неблагоприятно сказывается на окружающей среде и персонале.

Во всем современном мире сейчас ужесточились требования к охране окружающей среды, это приводит к поиску более экологически-чистых растворителей. За рубежом отмечается тенденция к замене фенола менее токсичным и достаточно эффективным N-МП.

Важным показателем данного растворителя является взаимодействие его с водой. N-МП смешивается с водой в любом соотношении и,  благодаря этому, не образует с ней азеотропной смеси. Следовательно, при очистке им практически исключает необходимость водного контура в блоке регенерации растворителя, при этом достигается снижение  энергозатрат [18].

N-МП имеет высокую температуру кипения, и казалось бы его труднее отогнать из экстрактного и особенно рафинатного растворов. Однако за счет меньшей теплоемкости N-МП КПД тарелок ректификационной колонны выше, чем при отгоне фенола, что дает возможность отогнать растворитель без серьезного уноса легкого продукта с растворителем и, кроме того, для снижения температур кипения растворителя отпарные колонны работают под вакуумом.

Плотность N-МП несколько меньше плотности фенола, однако,  разность плотностей N-метилпирролидона и масляных фракций достаточна для быстрого их разделения. Меньшие вязкость и эмульгируемость смеси масло - N-МП обеспечивают более быстрое расслоение фаз по сравнению с фенольной очисткой (более чем в 2 раза), что дает возможность увеличить производительность установки приблизительно на 25 % [18].

N-МП имеет несколько меньшую растворяющую способность по сравнению с фенолом. От фенола N-МП отличается большей избирательностью по отношению к нежелательным компонентам, и более низкой температурой плавления.

N-МП обладает значительно меньшей токсичностью, существенно повышается экологическая безопасность на установке.

Также преимуществом применения  N-МП по сравнению с фенолом  заключается в том, что при меньшей кратности растворителя к сырью он обеспечивает наиболее полное извлечение нежелательных компонентов и, соответственно, получение рафината лучшего качества.

При замене фенола на N-МП все основное оборудование и обвязка будут сохранены. Процесс очистки  включает те же стадии, что и фенольная очистка: селективная очистка дистиллятного сырья; регенерация растворителя из рафинатных растворов дистиллятного сырья; регенерация растворителя из смеси экстрактных растворов на блоке регенерации N-МП из экстрактного раствора.

Актуальность разрабатываемого проекта в применении наиболее перспективного избирательного растворителя - N-МП в процессе селективной очистки с целью увеличения выхода рафината и улучшения его качества.

 Таким образом, предлагаемый вариант модернизации включает следующие мероприятия:

  1. Установка деаэратора;
  2. Перевод отпарных колонн рафината (К-3) и экстракта (К-6) на работу под вакуум.

 

3.2 Описание технологического процесса и технологической схемы установки после модернизации

 

3.2.1Экстракция масел N-метилпирролидоном. Сырье - масляная фракция из  резервуаров товарного парка маслоблока насосом Н-1 (2а) через межтрубное пространство теплообменника Т-12, где подогревается за счет тепла откачиваемого с установки экстракта, подается на верхнюю тарелку деаэратора 7, где происходит удаление растворенного в сырье воздуха. Вниз деаэратора подаётся водяной пар. С верха К-7  пары поступают к вакуумсоздающей системе.

С низа деаэратора К-7  подготовленное сырье перетекает в буферную емкость Е-5, откуда забирается  насосом  Н-2 и прокачивается через погружные холодильники Х-3(3а) где охлаждается до температуры от 70 до 90 0С и подается через три маточника в среднюю часть колонны К-1.

Сухой N-МП из емкости Е-3 (3а) через маточник подается наверх колонны К-1 насосом Н-8 (8а)  через холодильники Т-2 (2а).

Подаваемое в колонну сырье входит в сплошной слой экстрактного раствора и поднимаясь за счет разности плотностей по высоте колонны контактирует со спускающимся отработанным растворителем.

По мере движения вверх в очищенном сырье уменьшается содержание нежелательных компонентов.

В результате обработки масляного сырья метилпирролидоном в колонне К-1 образуются два слоя:

- верхний слой - рафинатный раствор (содержание МП до 15 % масс.);

- нижний слой - экстрактный раствор (содержание МП до 85 % масс.).

Очистка в зоне рафинатного раствора проводится при повышенной температуре (от  8 до 15 0С ниже КТР сырья), что позволяет извлечь из него максимальное количество нежелательных компонентов.

Температура низа колонны должна поддерживаться от  10 до 20 0С ниже температуры верха - для снижения растворяющей способности растворителя и выделения из экстрактного раствора вторичного рафината (рисайкла). Температура середины колонны – за счет температуры вводимого сырья.

Оптимальный температурный режим в колонне подбирается в процессе работы в зависимости от качества сырья, получаемых продуктов, степени обводнения и обмасливания растворителя, подаваемого в колонну.

Для поддержания требуемого температурного градиента по высоте колонны часть экстрактного раствора снизу забирается насосами Н-4(4а) и прокачивается через холодильник погружного типа Х-1 и поступает  в эту же колонну ниже уровня 1-ой тарелки. 

Рафинатный раствор с верха экстракционной колонны К-1 перетекает в промежуточную емкость Е-1 [18].

3.2.2 Регенерация N-метилпирролидона из рафинатного раствора. Рафинатный раствор из емкости Е-1 насосом Н-6 (6а) подается в теплообменники Т-8 (8а), где нагревается до температуры от 150 до 180 0С и подается в печь П-1 и с температурой 250 0С подается в испарительную колонну К-2.  

В колонне К-2 происходит основное испарение растворителя из рафинатного раствора. В колонне поддерживается минимальное давление            (0,15 МПа), позволяющее осуществлять переток рафинатного раствора в  колонну К-3 и добиваться чистоты выделяемого N-метилпирролидона.

Температурный режим колонны К-2 поддерживается:

- верха около 210 0С - за счет температуры испарившегося N-МП;

- низа около 260 0С - за счет температуры нагрева рафинатного раствора в печи П-1.

Пары растворителя из К-2 поступают в холодильник – конденсатор Х-7а, где они охлаждаются до температуры от 60 до 90 °С, сконденсированный растворитель поступает в емкость сбора N-МП Е-3 (3а).

Раствор рафината с небольшим количеством растворителя (содержание до 7 % масс.) перетекает самотеком в верхнюю часть вакуумной  отпарной колонны К-3, в низ которой подается перегретый водяной пар.

Температура верха колонны в районе 170 0С поддерживается за счет тепла паров воды и N-МП. Температура низа колонны 240 0С поддерживается за счет тепла рафинатного раствора, поступающего из К-2, остаточное давление 0,04 МПа.

С низа К-3 рафинат, освобожденный от N-метилпрролидона, забирается насосом Н-10 (10а), прокачивается через теплообменник  Т-14, погружной холодильник Х-6, где охлаждается до 100 °С и откачивается в товарный парк. Теплообменник Т-14 предназначен для подогрева топливного газа рафинатом от насоса Н-10 (10а) с целью предотвращения попадания конденсата в печь.

Пары N-МП  и воды с верха колонны К-3 направляются к вауумсоздающей системе.

Конденсат с низа вакуумного сепаратора СВ-2 самотеком поступает в отстойник О-2. Газы направляются в эжектор.

Избыточное количество конденсата через регулирующий клапан откачивается на блок регенерации экстрактного раствора 18].

3.2.3 Регенерация N-метилпирролидона  из экстрактного раствора. Экстрактный раствор насосом Н-4(4а) с низа колонны К-1 прокачивается через Т-9 (9’,9’’) где нагревается и с температурой 210 0С подается на верх колонны К-5.

Экстрактный раствор стекает вниз по тарелкам и с нижней полуглухой тарелки самотеком поступает в межтрубное пространство рибойлеров Т-9(9’,9’’), где подогревается за счет тепла конденсации паров N-метилпирролидона с верха испарительной колонны К-4. Образовавшиеся пары растворителя и воды из Т-9-ых отводятся в колонну К-5 под полуглухую тарелку колонны. Пары воды и растворителя с верха К-5 отводятся через холодильник Х-10, где охлаждаются до температуры 30-50 °С, и далее в емкость Е-6 (4).

Обезвоженный экстрактный раствор (содержание воды до 2 % масс.) с низа колонны К-5 забирается насосом Н-17 (16а), прокачивается через печь П-2 и, пройдя конвекционную, подовый и потолочный экраны, где нагревается до 250-270 0С, поступает на четвертую верхнюю тарелку К-4.

С целью снижения механического уноса экстракта с парами МП с верха колонны К-4 температура верхнего потока поддерживается от 10 до 20 0С ниже температуры основного потока экстрактного раствора из печи П-2.

С полуглухой тарелки К-4 недоиспарившийся экстрактный раствор (содержание N-МП до 40 % масс.) забирается насосом Н-16 (16а) и  прокачивается через  печь П-3 под полуглухую тарелку колонны К-4;

Пары растворителя  поднимаются через трубу полуглухой тарелки и контактируют со стекающим экстрактным раствором, а неиспарившаяся часть экстрактного раствора (содержание N-МП до 10 % масс.) с низа колонны К-4 под действием давления перетекает через клапан регулятор расхода в колонну К-6.

В К-6 происходит окончательная отпарка N-МП острым паром, подаваемым через маточник в низ колонны.

С верха колонны К-4 пары N-МП  направляются через трубные пучки  рибойлеров Т-9 (9’,9’’) и далее через  теплообменники  Т-,8  и далее через  конденсатор- холодильник Х-7 в емкости сухого растворителя Е-3 (3a).

Температура верха вакуумной колонны К-6 поддерживается до 290 0С, теплом экстракта, поступающего в колонну, остаточное давление в колонне 0,01 МПа.

С верха колонны К-6 пары N-МП и воды совместно с парами из рафинатной колонны К-3 поступают к вакуумсоздающей системе. Экстракт с низа колонны К-6  насосом Н-19 (19а) прокачивается через секции погружного холодильника Х-13 и с температурой 100 °С  откачивается с установки в товарный парк и частично закачивается в топливную емкость Е-2, как топливо для печей.

Жидкое топливо с Е-2 забирается насосами Н-25 (25a),Н-26 (26a) и подается через клапана расхода к форсункам печей П-1, П-2, 3, а избыток топлива через клапан-регулятор возврата поступает в емкость Е-2.

С целью снижения потерь растворителя от окисления кислородом воздуха емкости должны находиться под небольшим избыточным давлением инертного газа. При повышении давления избыток инертного газа через предохранительный клапан сбрасывается в атмосферу [18].

 

3.3 Расчет установки после модернизации

                                

3.3.1 Расчет экстракционной колонны К-1

Соотношение сырья к растворителю 1:1,5 [19].

Принимаем содержание N-метилпирролидона в рафинатном растворе 15 % (масс.).

 

Таблица 3.1 Материальный баланс колонны

Компоненты

Состав раствора, %

т/сутки

кг/час

 
 

Приход

 

дистилят

100

500

20 833

 

N-МП

150

750

31 250

 

 Итого:

250

12 50

52 083

 

Расход:

 

  1.Рафинатный раствор

 

рафинат

72,2

361

15 042

 

N-МП

12,7

63,5

2 646

 

2.Экстрактный раствор

 

экстракт

27,8

139

5 792

 

N-МП

137,3

686,5

28 604

 

Итого:

250

1 250

52 083

 

 

Уравнение теплового баланса экстракционной колонны 

,

где  Qприх - общее количество приходящего тепла, кДж/ч;

        Qрасх - общее количество уходящего тепла, кДж/ч.

Тепловые потоки компонентов найдем по формуле [13]

                                                                                                 (3.1)

где G - количество, кг/ч;

 - энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

Энтальпии нефтепродуктов найдем по формуле Крэга [14]

где  - относительная плотность, определяемая по формуле [14]:

Определяем относительную плотность рафината и экстракта по формуле (3.3)

экстракта

Энтальпия сырья (масляной фракции) и рафината и экстракта  рассчитаем по формуле (3.2)

энтальпия рафината

энтальпия экстракта

Энтальпия N-МП берем из справочника [15]:

при 100 °С……………..190 кДж/кг

при  95 °С………………180 кДж/кг

при 85 °С………….……165 кДж/кг

Тепловой баланс экстракционной колонны сведен в таблице 3.2.

 

Таблица 3.2 – Тепловой баланс экстракционной колонны

Приход

G, кг/ч

t, °С

J, кДж/кг

Q, кДж/ч

Сырьё

20 833

90

174,08

3 626 746

N-МП

31 250

100

190,00

5 937 500

Итого:

52 083

 

 

9 564 246

 

 

 

 

 

Расход

 

 

 

 

Рафинатный раствор:

17 688

 

 

3 274 606

 рафинат

15 042

95

186,04

2 798 356

N-МП

2 646

95

180,00

476 250

Экстрактный раствор:

34 396

 

 

5 649 778

     экстракт

5792

85

160,59

930 091

N-МП

28 604

85

165

4 719 688

 Итого:

52 083

 

 

8 924 384

Циркулят:

10 950

55

 

 

экстракт

 

55

101,02

 

N-МП

 

55

106,8

 

Из уравнения теплового баланса находим тепловую нагрузку холодильника Qх, кДж/ч.

Тепловая нагрузка холодильника составляет

                                          (3.4)

Определяем энтальпии циркулирующего экстрактного раствора при температурах на входе и на выходе из холодильника.

Энтальпии раствора определяются как сумма его составляющих [13]

где а = 0,168, b = 0,832– массовые доли компонентов экстрактного раствора (экстракта и растворителя соответственно).

Температура вывода экстрактного раствора из экстракционной колонны составляет 85 °С, тогда

Принимаем температуру ввода охлажденного экстрактного раствора в экстракционную колонну  55 °С.

Рассчитываем энтальпию экстракта при 55 °С

энтальпия раствора при 55 °С по формуле (3.5)

Энтальпия N-МП при  55 °С   J55 = 106,8 кДж/кг.

Определим количество циркулирующего экстрактного раствора [13]

Количество циркулирующего экстрактного раствора на загрузку экстракционной колонны составляет

Количество циркулирующего экстрактного раствора не превышает     30 % от суммарного количества легкой и тяжелой фаз, следовательно, условие выполняется.

Рассчитаем диаметр колонны по формуле

где   Gc - производительность установки по сырью, кг/ч;

         ρс - плотность сырья при температуре экстрагирования, кг/м3;

         Gф - количество фенола, вводимое в колонну, кг/ч;

         ρф  - плотность фенола при температуре экстрагирования;

         W= 12 м32·ч – скорость смеси в экстракционной колонне.

Температура экстрагирования находится по формуле [14]

где  - температура верха экстракционной, °С;

        - температура низа экстракционной колонны, °С.

Относительная плотность  сырья  ρ420 = 0,901 г/см3, N-МП ρ420 =1,033 г/см3.

Плотность при температурах, отличающихся от стандартных находим по формуле [14]

),                                              (3.9)                                           

 где α - температурная поправка, вычисляемая по формуле [8]

Определяем температурную поправку для сырья

α=0,001828-0,00132 ·0,901=0,0006387,

тогда плотность сырья при температуре экстрагирования

ρ490= 0,901 – 0,0006387·(90-20)=0,856 кг/дм3=856 кг/м3.

Определяем температурную поправку для N-МП

α=0,001828-0,00132 1,033=0,0004644,

тогда плотность N-МП при температуре экстрагирования

ρ490= 1,033– 0,0004644·(90-20)=1,000 кг/дм3=1 000 кг/м3.

Найдем диаметр колонны по формуле (3.8)

Высоту экстракционной колонны можно определить по формуле [16]

                                                    H=h1+h2+h3+h4                                                    (3.11)

где h1- расстояние между верхним днищем и верхней тарелкой (высота  отстойной зоны для рафинатного раствора), м;

      h2- расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой зоны для экстрактного раствора), м;

      h3 - расстояние между верхней и нижней тарелками (высота, занятая контактными устройствами), м;

     h4 - высота опорной обечайки, принимаю равной 1,8.

Высота отстойной части колонны для рафинатного раствора рассчитывается по формуле

где GP - объемный расход рафинатного раствора, м3/ч;

       τ1 -  время отстаивания рафинатного раствора, принимается от 1 до 1,5 ч;

       S- площадь поперечного сечения колонны, м2.

Определяем площадь поперечного сечения колонны

 

 

Высота отстойной части для экстрактного раствора определяем формулой

где Gэ' - объемный расход экстрактного раствора, м3/ч;

       τ2 - время отстаивания экстрактного раствора, принимается от 0,5 до 1,0 ч.

Объёмные расходы рафинатного и экстрактного растворов находятся по формулам

где , ,  - массовый расход соответственно рафината, экстракта и растворителя, кг/ч;

  – плотность рафината при температуре наверху колонны, кг/м3;

  – плотность экстракта при температуре внизу колонны, кг/м3;

        ,  – плотности растворителя при температурах соответственно наверху и внизу колонны, кг/м3;

         Х- массовая  доля рафината в рафинатном растворе.

 

Высоту, занятую контактными устройствами, подсчитывают по формуле

где n - число тарелок, шт;

      hТ  - расстояние между тарелками, м.

В насадочных колоннах насадку помещают на распределительные тарелки, расстояние между которыми составляет от 2,0 до 2,2 м.

Общая высота колонны  Н = 32,877 м. 

3.3.2 Расчет блока регенерации растворителя из рафинатного раствора

3.3.2.1 Расчет испарительной колонны К-2.Основная масса растворителя из рафинатного раствора отгоняется в колонне К-2.

 

Таблица 3.3 - Материальный баланс испарительной колонны

Компоненты

кг/ч

% масс от смеси

Приход

Рафинатный раствор:

   

рафинат

15042

85

N-МП

2646

15

Итого:

17688

100

Расход

1.Жидкая фаза:

   

рафинат

15042

85

N-МП

175

1

2.Паровая фаза

   

N-МП

2471

14

Итого:

17688

100

Давление в колонне поддерживается на уровне от 0,13 до 0,16 МПа.

Принимаем рабочий режим колонны:

давление.…..……….……….... 0,15 МПа

температура верха.........................210 0С

температура ввода …...…………..295 0С

температура низа.......................... 260 0С

Составляем тепловой баланс колонны с целью определения количества растворителя, поступающего на орошение.

Определяем тепловую нагрузку прихода

где - тепло рафината, кДж/ч;

- тепло N-МП, кДж/ч;

       - количество рафината, кг/ч;

- энтальпия рафината при 295 °С, кДж/кг.

Энтальпию рафината находим по формуле Крэга (3.2)

энтальпию N-МП берем из справочника [15], тогда

Определяем тепловую нагрузку расхода

в паровой фазе

энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [12].

В жидкой фазе

    

Тогда тепловая нагрузка расхода по формуле (3.20)

Найдем тепло орошения по формуле (3.4)

Вычисляем количество орошения по формуле (3.6)

Тепловой баланс испарительной колонны сведен в таблице 3.4.

 

Таблица 3.4- Тепловой баланс испарительной колонны

Компоненты

кг/ч

t, °С

J, кДж/кг

Q, кДж/ч

Приход

 Рафинатный раствор

 

 

 

 

рафинат

15 042

295

684,18

102 91 338

N-МП

2 646

295

747,6

1 978 025

 Итого

17 688

   

122 69 363

Расход

  1.Жидкая фаза

 

 

 

 

рафинат

15 042

260

586,65

8 824 249

N-МП

175

260

635

110 886

  2.Паровая фаза

       

N-МП

2 471

210

993

2 453 909

  Итого

17 688

100

 

11 389 046

  Острое орошение

       

  N-МП

1 591

180

440

880 316

 

Определим диаметр колонны.

Для начала найдем секундный объем паров [14]

где t - температура, 0С;

      Р - давление, атм;

      G - расход компонента, кг/ч;

      - молекулярная масса компонента.

Молекулярную массу рафинатного раствора находим по правилу аддитивности

 

Линейная допустимая скорость паров

,                                          (3.24)

Плотность жидкости

Плотность паров

где - плотность жидкости, кг/м3;

- количество растворителя в жидкой фазе, кг/ч;

- плотность N-МП при температуре 295 °С, кг/м3;

- плотность рафината при температуре 295 °С, кг/м3;

- плотность паров, кг/м3;

- количество растворителя в парах, кг/ч.

Определяем плотность рафината и N-МП при 295 °С по формулам (3.9)-(3.10)

 =0,887 – 0,000657·(295-20) = 0,706 кг/дм3= 706кг/м3,

1,033–0,0004644· (295-20) = 0,905 кг/дм3=905 кг/м3,

Плотность пара определяем по формуле (3.26)

Вычисляем линейную допустимую скорость паров (3.24)

Диаметр рассчитываем по формуле

 

3.3.2.2 Расчет  отпарной колонны К-3. Количество водяного пара, вводимого в колону для отпаривания остатков растворителя принимают от 2 до     5 % от количества рафината [22].Растворитель в рафинатном растворе, после отпарки отсутствует. Материальный баланс отпарной колонны приведен в таблице 3.5.

 

Таблица 3.5 – Материальный баланс отпарной колонны

Компоненты

кг/ч

% масс от смеси

Приход

1.Рафинатный раствор

15 216

 

рафинат

15 042

97

N-МП

175

1

2.Водяной пар

304

2

Итого

15 521

100

Расход

1.Жидкая фаза

 

рафинат

15 042

97

2.Паровая фаза

 

N-МП

175

1

водяной пар

304

2

Итого

15 521

100

 

Тепловой баланс отпарной колонны составляем с целью определения количества растворителя, подаваемого на орошение.

Температуру входа рафинатного раствора принимаем на 5-10 0С ниже температуры выхода рафинатного раствора из испарительной колонны [20].

Принимаем температуру ввода 255 0С, давление в колонне 0,04 МПа (0,4 атм.).

Определим температуру низа колонны по формуле [14]

     где r =493,1  кДж/кг - скрытая теплота испарения растворителя;

          с =63 кДж/кг - удельная теплоемкость рафината,

Параметры перегретого водяного пара: P = 1,0 МПа (10 атм.), ТВП = 180 0С, qВП =  2845 кДж/кг.

Определим парциальное давление паров растворителя с учетом водяного пара [21]

 

где  -  количество отгоняемого растворителя, кг/ч;

 - молекулярная масса растворителя;

 - количество вводимого в колону водяного пара, кг/ч;

       P – общее давление над верхней тарелкой в колонне, атм;

       18 – молекулярная масса воды.

этому давлению соответствует температура верха равная 119 0С.

Рассчитаем тепловой баланс отпарной колонны.

Определяем тепловую нагрузку прихода [13]

Рассчитываем количество тепла вносимое в колонну рафинатным раствором

Энтальпию рафината находим по формуле Крэга (3.2)

тогда тепловая нагрузка рафината по формуле (3.32) составляет

энтальпию N-МП берем из справочника [12], тогда тепловая нагрузка N-МП

Рассчитываем количество тепла вносимое водяным паром

отсюда следует

Определяем тепловую нагрузку расхода [13]

Находим количество тепла паровой фазы

энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [15], водяного пара находим по диаграмме [14].

Рассчитываем тепло рафината, для этого необходимо найти энтальпию при температуре 254,9 °С  по уравнению Крэга (3.2)

Найдем тепло орошения по формуле (3.4)

Количество орошения (3.6)

Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 3.6.

 

Таблица 3.6 – Тепловой баланс отпарной колонны

Компоненты

кг/ч

t, °С

J, кДж/кг

Q, кДж/ч

Приход:

1.Рафинатный раствор

 

 

 

 

рафинат

15 042

255

572,7

8 613 902

N-МП

175

255

620,0

108 268

2.Водяной пар

304

180

2845,0

865 807

Итого:

15 521

 

 

9 587 976

Расход:

1.Жидкая фаза

 

 

 

 

рафинат

15 042

254,91

572,4

8 610 206

2.Паровая фаза

 

 

 

 

N-МП

175

119

938

163 798

водяной пар

304

119

2648

805 855

Итого:

15 521

 

 

9 579 860

Острое орошение

13,8

80

350

8116,8

                                                                                                                 

 

 

Определение диаметра отпарной колонны.

Рассчитаем количество паров, проходящих в наиболее нагруженном сечении колонны [14]

             м3/с.        (3.34)

Плотность N-МП и рафината  при  температуре 119оС находим по формуле (3.9)

ρмп = 1,033–0,0004644·(119-20) = 0,987кг/дм3 =987 кг/м3,

плотность рафината

ρр = 0,887-0,000657·(119-20) = 0,821 кг/дм=821 кг/м3,

плотность паров рассчитываем по формуле (3.26)

плотность жидкости определяем по формуле (3.25)

Определяем линейную допустимую скорость паров (3.24)

Диаметр рассчитываем по формуле (3.27)

 

Из практических данных принимаем диаметр колонны равным 1 м

3.3.3 Расчет печи П-1

Печь предназначена для нагрева рафинатного раствора до температуры 250 °С. Начальная температура сырья (на выходе из теплообменника) 200°С. Согласно литературным данным, вследствие малой растворимости селективных растворителей в рафинате, содержание их в рафинатном растворе обычно составляет от 10 до 20 % масс. Производительность печи по сырью составляет 17688  кг/ч. Состав топлива приведён в таблице 3.7.

 

Таблица 3.7 - Компонентный  состав газа

Компоненты

Mi

Мольная (объёмная доля) Уi

Мi·Уi

Массовый % g

 
 

СН4

16

0,98

15,68

95,87

 

С2Н6

30

0,003

0,09

0,55

 

С3Н8

44

0,002

0,088

0,54

 

С4Н10

58

0,001

0,058

0,35

 

СО2

44

0,003

0,132

0,81

 

N2

28

0,011

0,308

1,88

 

Сумма

-

1

16,356

100

 

 

Определим  низшую  теплоту  сгорания  топлива  по формуле [23]

                                               (3.35)                                                                             

где  СН4, С2Н6 и т.д. - содержание компонентов в топли­ве, % об.

Низшая объемная теплота сгорания

360,3·98+631,8·0,3+913,8·0,2+1 092,81·0,1=35 793,92 кДж/м3.

Низшая массовая теплота сгорания [23]

где -плотность газа.

Определяем элементарный состав топлива в массовых процентах.

Содержание углерода в любом i-том компоненте топлива находим по соотношению [23]

где ni - число атомов углерода в данном компоненте;

      - молекулярная масса компонента.

Содержание углерода

 

 

 

Содержание водорода [13]

где mi - число атомов водорода в данном компоненте,

 

 

Содержание кислорода определяеся аналогично О=0,58  % масс.

Содержание азота  N=1,88 % масс.

Проверкa

С + Н+О+N= 73,3+24,4+0,58+1,88= 100 % масс.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг газа, определим по формуле [23]

Для печей с газообразным топливом и при объемном горении топлива коэффициент избытка воздуха рекомендуется принимать от  1,05 до 1,2.

Примем a = 1,1.

Тогда действительное количество воздуха составит

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива [13]

mCO2=0,0367×С=0,0367×73.3=2.69кг/кг,

mH2O=0,09×Н=0,09×24.24=2.18 кг/кг,

mO2 =0,23×L0×(a - 1)=0,23×16.91×(1,1 - 1)=0.389 кг/кг,

mN2 = 0,77×L0×a+0,01·N = 0,77×16.91·1,88=14.34 кг/кг.

Суммарное количество продуктов сгорания

М = 2,69+2,18+0,389+14,34= 19,604 кг/кг.

Проверка  М = 1 + a×Lо = 1 + 1,1×16,91 = 19,604 кг/кг.

Содержанием влаги в воздухе пренебрегаем.

Найдем объемное количество продуктов сгорания на 1 кг топлива (при нормальных условиях)

   VCO2 = mCO2×22,4/MCO2 = 2.69×22,4/44 = 1.37 м3/кг,

     VН2О = mН2О×22,4/MН2О = 2.18×22,4/18 = 2.714 м3/кг,

VO2 = mO2×22,4/MO2 = 0.389×22,4/32 = 0.27 м3/кг,

VN2 = mN2×22,4/MN2 = 14.34×22,4/28 = 11.47 м3/кг.

Суммарный объем продуктов сгорания

V = 1,37+2,714+0,27+11,47= 15,83 м3/кг.

Плотность продуктов сгорания при 0 °С (273 °К) и 0 МПа (101325 Па)

Определим энтальпию продуктов сгорания на 1 кг топлива при различных температурах по уравнению [23]

              qT = (T - 273)×(mCO2×CCO2 + mН2O×СH2O + mO2×CO2 + mN2×CN2),          (3.41)

где Т - температура продуктов сгорания, °К;

     СС02, СH2O, С02, СN2 - средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, определяемые по справочным данным [8], кДж/(кг×К).

Полученные данные оформим в таблицу 3.8, после чего построим график зависимости энтальпии дымовых газов от температуры рисунок 3.1.

 

Таблица 3.8 - Зависимость энтальпии дымовых газов от температуры

Т, К

273

300

500

700

1100

1500

J, кДж/кг

0

579

4960

9551

19427

30111

 

Рисунок 3.1- График зависимости энтальпии дымовых газов от их температуры

 

КПД печи найдем по формуле [23]

                                                                                        (3.42)

      

  где             - потери тепла в окружающую среду, в долях от низшей теплоты сгорания топлива;

                      - потери тепла с уходящими дымовыми газами в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

Примем           = 0,06 и температуру дымовых газов, покидающих

конвекционную камеру печи, на 120 °К выше температуры Т1 сырья, поступающего в печь

Тух = Т1 + DТ = 200 + 273 + 120 = 593 °К.

Найдем по графику J потерю тепла с уходящими дымовыми газами, при  Тух = 593 °К она составит Jух = 7000 кДж/кг.

Тогда КПД печи равно

h = 1 - (0,06 + 7000 /43 125,21) = 0,778.

Полная тепловая нагрузка печи

где Qпол - полезное тепло печи, кДж/ч,

                                      Qпол = Gраф×(JТ2р - JТ1р )+ GNМП ( JТ2п - JТ1ж),                (3.43)

где G - производительность печи но сырью, кг/ч;

       Jп, Jж – энтальпия, соответственно, паровой и жидкой фаз растворителя на выходе из печи и на входе в печь, кДж/кг;

       JТ2р , JТ1р  - энтальпии растворителя на выходе из печи и на входе в печь кДж/кг.

Энтальпии нефтепродуктов найдем по формуле Крэга (3.2).

Относительную плотность определим по формуле (3.3).

Получаем JТ1р =429,39 кДж/кг,   JТ2р =683,7 кДж/кг.

Согласно [15] для N-МП Jп = 480 кДж/кг, Jж= 999 кДж/кг.

 Подставляя в формулу соответствующие величины, получим

Qпол=15 042×(6 830,7-429,39)+ 2 646×(999 - 480) = 5 198 405,1 кДж/ч,

Часовой расход топлива [23]

Расчет поверхности нагрева радиантных труб [23]

Поверхность нагрева конвекционных труб определяется по формуле [23]

где  - количество тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах, Вт;

 - коэффициент теплопередачи в конвекционной камере печи, Вт/(м2×К);

 - средний температурный напор, °К.

Определим средний температурный напор.

В конвекционной камере проектируемой печи теплопередача от дымовых газов к сырью в трубах осуществляется при смешанно-перекрестном токе с индексом противоточности, равным единице. Поэтому средний температурный напор рассчитывается по уравнению Грасгофа [17]

Количество тепла, переданного сырью в камере радиации (прямая отдача топки), найдем из уравнения теплового баланса топки

где  - КПД топки;

         - энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Тn, кДж/кг.

Примем Тn =1 050 °К и определим по графику J-Т: JТn = 17 000 кДж/кг.

Ранее было принято, что потери тепла в окружающую среду равны 6 %.

Пусть 4 % в том числе составляют потери тепла в топке: hT = 1 - 0,04 = 0,96.

Qр = (43 125,31×0,96 -17 000)× 155,00 = 3 782 076 кДж/ч.

Теплонапряжение радиантных труб для печи типа ГС Jр = 20,7 кВт/м2. Поверхность нагрева радиантных труб (3.45):

Принимаем печь типа ГС-1 с поверхностью нагрева 58 м2 .

Принимаем температуру сырья на входе в конвекционые трубы равной

Тк = 502 °К.

 

Теперь можно рассчитать поверхность нагрева конвекционных труб.

Количество   тепла,   передаваемого   сырью   в   конвекционных   трубах

 Примем k1 = 23,5 Вт/(м2×К), тогда при расчете  по формуле (3.46) получаем

Выбираем трубы диаметром 89 мм с полезной длиной lтр = 5,9 м.

Число радиантных труб

Определим число труб в конвекционной камере

 

4 Экономический раздел

 

4.1 Характеристика установки

 

 

Установка селективной очистки масел предназначена для удаления смолистых веществ и полициклических ароматических углеводороов из масел с целью повышения их индекса вязкости и снижения коксуемости.

В разделе представлено технико-экономическое обоснование реконструкции работы установки селективной очистки 37-4  ОАО «Орскнефтеоргсинтез».

Максимальная производительность установки по сырью составляет                   165 000 т/год.

 

Таблица 4.1 - Выход продуктов установки

Наименование

Производительность

кг/ч

т/сут

т/год

Рафинат

15 042

361

119 130

Экстракт

5 792

139

45 870

 

Таблица 4.2 - Определение времени работы установки за год

 

Элементы времени

 

Непрерывное производство

 

Календарный фонд времени, Тгод

365

 

Планируемые остановки:

 

 

на капитальный ремонт

30

 

на текущий ремонт

5

 

Эффективный фонд рабочего времени, Тэф

330

 

Коэффициент использования оборудования по времени:

Ки = Тэф/ Тгод

0,904

 
 

 

4.2 Расчет показателей по труду

 

 

 Определение численного и профессионального состава установки.

 Штат установки рассчитываем на основании " нормативов численности рабочих, обслуживающих технологические установки предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности".

 

Таблица 4.3- Штатная численность работающих на установке

Наименование категорий работающих профессий

Разряд рабочих

Количество работающих в бригаде

Количество штатных единиц

 
 
 

5 бригад

подмена

 

Начальник установки

ИТР

1

 

1

 

Механик установки

ИТР

1

 

1

 

Старший оператор

6

5

1

6

 

Оператор установки

5

5

1

6

 

Оператор установки

4

5

1

6

 

Всего:

 

 

 

20

 

 

 

 

Режим работы: 36-часовая неделя, смена - 8 часов, 5 бригад.

 

4.3 Расчет затрат на реконструкцию

 

 

Замена растворителя на установке 37-4 приводит к неким изменениям в технологической схеме, а именно, необходимо установить деаэратор, смонтировать вакуумсоздающую систему. Также под вакуум необходимо перевести отпарные колонны рафината (К-3) и экстракта (К-5) [24].

Таблица 4.4 - Стоимость устанавливаемого оборудования

Наименование

Цена,       

тыс. руб

Количество

Стоимость, тыс.руб.

Деаэратор

2 200

1

2 200

Поверхностный конденсатор

1 630

2

3 260

Вакуумный сепаратор

1 460

2

2 920

Отстойники

1 230

2

2 460

Трубы

800

 

800

Эжекторы

1 360

2

2 720

Итого

 

 

14 360

 

Таблица 4.5 – Сметная стоимость единовременных затрат

Наименование работы

 

Стоимость, тыс. рублей

Монтаж оборудования (30% от стоимости)

4 308

Пуско-наладочные работы (40% от стоимости)

5 744

Транспортные услуги (10% от стоимости)

1 436

Проект реконструкции (10% от стоимости)

1 436

Итого

12 924

 

Общие капитальные затраты составляют 27 284  тыс. руб.

 

4.4 Исходные данные для расчета себестоимости

 

 

Расходные данные принятые на основании практики, представлены в таблице 4.6.

 

Таблица 4.6 - Расходные показатели

Наименование

Расходные показатели

3.1. Стоимость энергосредств:

 

топливного газа

0,15

руб/кг

электроэнергии

2,68

руб/кВт·ч

пара

839,28

Гкал

воды оборотной

8 200,00

руб/тыс·м3

сжатого воздуха

422,3

руб/тыс·м3

3.2. Средняя заработная плата 1 рабочего

18526

руб

3.3. Стоимость сырья

6500

руб

3.4. Амортизационные отчисления

10

%

3.5. Пенсионные отчисления

30,6

%

3.6. Цеховые и общезаводские расходы

34,6

%

3.7.Стоимость внутризаводских перекачек

3,4

руб/т

 

4.5 Стоимость растворителей

 

 

Цены на растворители приняты по данным заводов изготовителей, расходы на растворители представлены в таблице 4.7.

 

Таблица 4.7 - Расходы на растворители

Наименование

Норма, кг/т сырья

Цена, руб/т

Количество, тонн

Стоимость, тыс. руб.

Фенол

0,6

77 608

99

7 683

N-метилпирролидон

0,4

200 407

66

13 226

 

4.6 Потребность установки в энергосредствах

 

 

Годовая потребность установки в энергоресурсах приведена в таблице 4.8 [25].

 

Таблица 4.8- Энергозатраты  установки

Наименование показателей

Норма

 
 
 

ед.изм.

 

тепловая энергия

0,09

Гкал/тн

 

топливо

30

кг.у.т./тн

 

электроэнергия

17

кВт.час/тн

 

сжатый воздух

154

тыс.куб.м

 

оборотная вода

12

м3/тн

 

 

4.7 Основные фонды и капитальные вложения

 

 

К основным фондам относится совокупность материально-технических ценностей  длительного времени (здания, сооружения, оборудование: колонны, ёмкости, АВО, насосы, компрессор и т.д.)

Основные фонды на установке селективной очистки масел 58 360 тыс. руб.

 

4.8 Составление калькуляции себестоимости продукции установки после модернизации и определение затрат

 

 

Затраты определяются на основе производственной программы, действующих норм расхода и цен.

Расчет ведется по статьям калькуляции.

Статья 1. Сырьё.

                                                         Зс = Qс·Цс ,                                                   (4.1)

где Qс – количество перерабатываемого сырья, т/год;

       Цс – цена за тонну сырья, руб.

Тогда:

Зс = 1 072,5 млн.руб.

Статья 2. Вспомогательные материалы (N-метилпирролидон).

Норма расхода: 0,4 кг на тонну сырья.

Потребность: 0,4·165 000 /1 000=66 т.

Цена: 200407 руб за тонну.

Затраты ЗNМП = 200 407·66 = 13 226 тыс. руб.

Статья 3. Энергозатраты.

Пар

Норма расхода: 0,05 Гкал на тонну сырья.

Потребность: 0,05·165 000 = 8 250 Гкал.

Цена: 839,28 руб за Гкал.

Затраты Зп = 839,28·8250 = 6 924 060 руб.

Электроэнергия

Норма расхода: 17 кВт/ч на тонну сырья.

Потребность: 17·165 000 = 2 805 000 кВт/ч.

Цена: 2,68 руб за кВт.

Затраты Зэн = 2,68·2 805 000 = 7 534 230 руб.

Оборотная вода

Норма расхода: 12 м3 на тонну сырья.

Потребность: 12·165 000 = 1 980 м3.

Цена: 8 200 руб за 1 000 м3.

Затраты Зв = 8 200·1 980 = 16 236 000 руб.

Сжатый воздух

Потребность: 154 000 м3.

Цена: 422,3 руб за 1000м3.

Затраты Зсж.в = 154·422,3= 6 5034,2 руб.

Топливный газ

Норма расхода: 30 кг.у.т на тонну сырья.

Потребность: 99·165000 = 4950000  т.

Цена: 0,15 руб .

Затраты Зтг =0,15·4 950 000 = 728 640 руб.

Затраты по статье  3: 37 027 212 руб.

Статья 4. Зарплата рабочих и ИТР.

Ззп = 4 446 240 руб.

Статья 5. Отчисления в пенсионный фонд составляет 30,6 % от зарплаты рабочих и ИТР  Зсс = 1 360 549  руб.

Статья 6. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования.

Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле [26]

где Qф – стоимость основных фондов, руб;

      На – норма амортизации, 10 %.

Тогда

        Аг = 8 558 700 руб.

Текущий ремонт  

Прочие затраты планируются в размере 8% от амортизационных отчислений

Зпр = 684 896 руб.

Затраты по статье 6: 11 383 071 руб.

Статья 7. Внутри  заводские перекачки

                                                      Зпер = Qс·Спер ,                                                                             (4.4)

где Спер – стоимость перекачки одной тонны сырья, руб.,

тогда

Зпер = 561 000 руб.

Статья 8. Цеховые и общезаводские расходы

Зц.оз=18 953 213 руб.

Полная себестоимость выпускаемой продукции составит:

Зпол = 1 159 458 165 руб.=1 159 млн. руб.

Себестоимость одной тонны основной продукции:

       Сос =7006 руб/т.

 

Таблица 4.9- Анализ себестоимости продукции

Статьи расхода

До модернизации

После модернизации

 

на весь выпуск

на 1 тонну

на весь выпуск

на 1 тонну

 

Стоимость сырья

 

 

1 072,5 млн.руб.

6 500 руб.

 

1 072,5 млн.руб.

6 500 руб.

 
 
 

Вспомогательные материалы

7 683  тыс. руб.

46 руб.

13 226 тыс. руб.

80 руб.

 
 

Энергозатраты

48 649 тыс. руб.

295 руб.

37 027 тыс. руб.

224 руб.

 

Зарплата

4 446 тыс. руб.

26 руб.

4 446 тыс. руб.

26 руб.

 

Отчисление в пенсионный фонд

1 360 тыс. руб.

8,24 руб.

1 360 тыс. руб.

8,24 руб

 
 

Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования

7 761 тыс. руб.

47 руб.

11 383 тыс .руб.

69 руб.

 
 

Внутризаводская перекачка

561 тыс. руб.

3,4 руб.

561 тыс. руб.

3,4 руб.

 
 

Общезаводские и цеховые расходы

21 042 тыс. руб

127 руб.

18 953 тыс. руб.

99,94

 
 

Итого

1 163 млн. руб

7 050 руб

1 159 млн. руб.

7 006 руб

 

 

 

4.9 Расчет стоимости товарной продукции

 

 

Определяем стоимость годового выпуска товарной продукции установки.

 

Таблица 4.10-Стоимость годового выпуска товарной продукции

Наименование товарной продукции

Количество, тонн

Цена предприятия, руб/т

Стоимость годового выпуска, млн.руб

 
 

Рафинат

119 130

14 077

1 677,00

 

Экстракт

45 870

8 300

380,72

 

 

   

2 057,71

 

  

 4.10 Расчет показателей экономического эффекта

 

4.10.1 Расчет прибыли. Величину балансовой прибыли рассчитываем как разность между стоимостью годового выпуска товарной продукции  в ценах предприятия без налогов и ценой производства реализованной продукции [26]

                                                    Пб = В – С,                                                    (4.6)

где В - стоимость годового выпуска, млн.руб.;

      С - себестоимость выпускаемой продукции, млн.руб.

Пб = 2 057,71-1 159,45=898,26 млн.руб.

Налогооблагаемая прибыль  - 898,26 млн.руб.

Налог на прибыль ( 20%)  - 179,65 млн.руб.

Чистая прибыль : Пч =718,60 млн .руб.

 

4.10.2 Расчет рентабельности. Рентабельность является комплексным показателем, характеризующим эффективность использования материальных, трудовых и денежных ресурсов. Рентабельность  высчитывается по формуле [26]

где С - себестоимость, млн. руб.;

       П - прибыль установки, млн.руб.

4.10.3 Срок окупаемости.Срок окупаемости рассчитывается по формуле [26]

где  - капитальные затраты, млн. руб.;

        - прирост прибыли, млн.руб.

где  - прибыль до модернизации  690 млн. руб;

        - прибыль после модернизации  718 млн.руб.

Тогда Пр=28 205 650 руб.

Дополнительные капитальные затраты окупаются за 0,96 года.  Рентабельность продукции увеличивается с 59,3 % до 61,98 %.

На основании рассчитанных данных составлена таблица 4.11.

  

Таблица 4.11 - Технико-экономические показатели работы установки 37-4 до и  после модернизации   

 

Наименование показателя

Единицы измерения

Величина показателя

до

после

Производительность по сырью

т/год

165 000

165 000

Производство целевой продукции

т/год

113 850

119 130

Стоимость товарной продукции

млн.руб.

2 027

2 058

Себестоимость 1-й тонны продукции

руб.

7 056

7 006

Себестоимость товарной продукции

млн.руб.

1 164

1 159

Рентабельность продукции

%

59,30

61,98

Чистая прибыль устаноки

млн.руб.

690

719

Прирост чистой прибыли

млн.руб./год

28

Капитальные вложения

млн.руб./год

27

Срок окупаемости

год

0,96

 

5 Безопасность и экологичность

 

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов и разработка мероприятий для приведения их к нормативному уровню

 

 

На персонал, обслуживающий установку 37-4  воздействуют следующие опасные и вредные производственные факторы (ГОСТ 12 0.003-85):

- физические;

- химические;

- биологические;

- психофизические.

На установке очистки присутствуют все виды факторов.

5.1.1. Опасные физические производственные факторы.

5.1.1.1 Двигающиеся машины и механизмы, незащищенные подвижные элементы производственного оборудования:

-  внутризаводской транспорт;

-  грузоподъемные краны;

- вращающиеся части машинного оборудования,  вентиляторов, аппаратов воздушного охлаждения.

Безопасные условия труда обеспечиваются правильной организацией работ и движения транспорта, машин, механизмов, ограждение их вращающихся частей.

5.1.1.2 Повышенная загазованность и запыленность воздуха рабочей зоны.

При ремонтных работах  на технологической установки в воздушной среде могут выделяться вредные вещества:

- газообразные – при проведении газоопасных работ, из-за не плотностей во фланцевых соединениях;

- жидкие – из-за не плотностей во фланцевых соединениях, при перекачке жидкостей по неисправным линиям;

- твердые – при погрузке, выгрузке сыпучих грузов.

Для защиты от повышенного содержания вредных веществ в рабочей зоне применяются средства индивидуальной и коллективной защиты.

5.1.1.3 Повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования, материалов.

- повышенная температура – более  плюс 45 ºС;

- пониженная температура – менее 0 ºС.

Для защиты персонала от пониженной и повышенной температуры применяется теплоизоляция поверхностей трубопроводов и оборудования, ограждения горячих участков.

5.1.1.4 Повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны.

Персонал установки подвергается влиянию пониженной температуры зимой до минус 40 ºC и повышенной до плюс 35 ºC летом. Для защиты от пониженных температур используются системы отопления, пункты обогрева, спецодежда. Для защиты от  повышенных температур используются системы вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха рабочей зоны [27].

5.1.1.5  Повышенный уровень шума на рабочем месте. На постоянном рабочем месте и в рабочих зонах, в производственных помещениях, на территории предприятии установлен допустимый уровень шума и эквивалентный уровень звука 85 дБ. В связи с применением насосно-компрессорного оборудования большой единичной мощности, эквивалентный уровень звука достигает от 95 до 100 дБ. Для защиты от повышенного уровня шума применяется коллективные средства защиты (противошумные кабины, отсеки шумопоглощающие, перегородки изоляции) и индивидуальные средства защиты (наушники ВЦНИИОТ, вкладыши «Беруши»).

5.1.1.6  Повышенный уровень статического электричества. Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, разбрызгивании веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидких или сыпучих материалов, при интенсивном перемешивании и испарении веществ. Вещества и материалы, имеющие удельное  объемное  электрическое сопротивление ниже 105 Ом·м, при отсутствии их разбрызгивания или распыления не электризуются.

Наиболее простым  и надежным способом защиты  от  статического электричества  является заземление. Все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены независимо от того, применяются ли другие меры защиты от статического электричества. Корпусы насосов, перекачивающих легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, должны быть заземлены, независимо от заземления электродвигателей, находящихся на одной раме с насосами [27].

 

5.1.2 Опасные химические  производственные факторы. Вредные, взрывопожароопасные свойства веществ выделяемых в рабочую зону установки селективной очистки масел приведены в таблице 5.1.

 

Для защиты от химически опасных и вредных производственных факторов применяются следующие средства индивидуальной защиты:

- костюмы из специальной ткани с обработкой (пропиткой) химически стойкими растворами, покрытыми различными полимерными материалами, резиной;

- обувь специальная, стойкая против действия кислот, щелочей, жидких  углеводородов;

-противогазы индивидуальные фильтрующие, изолирующие, шланговые, противопылевые респираторы.

В случае разлива нефтепродуктов, МП, вследствие нарушения герметичности оборудования, сальниковых и торцовых уплотнений, задвижек и насосов маловязкий продукт в небольших количествах смывается осторожно, не допуская разбрызгивания, водой в спецканализацию, вязкий продукт засыпается песком и убирается за пределы периметра установки.

При разливе раствора едкого натра его обезвреживают, поливая место разлива обильным количеством воды.

При попадании МП на кожу – промыть теплой водой с мылом, при попадании в глаза – промыть большим количеством воды и обратиться в медпункт.

После окончания работы необходимо снять спецодежду, принять душ.

5.1.3 Опасные биологические факторы. Биологически вредные опасные факторы жизнедеятельности персонала могут иметь место  в системах хозфекальной канализации в виде патогенных микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов, простейших) и продуктов их жизнедеятельности. Для защиты от биологически опасных факторов большое значение имеет соблюдение правил личной гигиены [27].

 

5.1.4 Опасные психофизические производственные факторы.

Нервно-психические нагрузки, которые возникают при принятии ответственных решений в аварийных ситуациях, при дефиците времени, при монотонном труде, умственном перенапряжении. Учитывая эти факторы, рабочая смена на предприятии не должна превышать промежутки более восьми часов. Текущий график должен предусматривать не менее   четырех дней отдыха после производственного цикла для операторов установок 37-4. Выполнение указанных мер безопасности способствует восстановлению психофизических функций человека [27].

 

5.2 Обеспечение безопасности технологического оборудования

 

 

Безопасная работа установки зависит от квалификации обслуживаемого персонала, а также от строгого соблюдения правил охраны труда и безопасности производства, Госгортехнадзора, пожарной безопасности и строгого соблюдения  технологического режима в соответствии с нормами технологического регламента. Для безопасного ведения процесса, управления технологическим процессом осуществляется с помощью автоматических регуляторов из операторной. При наиболее опасных отклонениях от технологических параметров предусмотрена сигнализация аварийного режима и блокировка для быстрой ликвидации аварийного положения [9]. В процессе ведения технологического режима для предотвращения аварий и несчастных случаев необходимо обращать особое внимание на соблюдение технологического режима, в т.ч.:

- давление и температуру в реакторах;

- расход сырья, пара;

- правильную эксплуатацию печи, состояние радиантных труб;

- исправности резервного оборудования.

 

Таблица 5.3 – Защита технологического процесса и оборудования от аварий

Наименование оборудования, стадий технологического процесса

Категория взрывоопасности технологического блока

Контролируемый параметр или наименование защищаемого участка (места) оборудования

Допустимый предел контролируемого параметра или опасность защищаемого участка (места) оборудования

Предусмотренная защита оборудования, стадии технологического процесса

1

2

3

4

5

Колонны:

 

 

 

 

К-2

 

Давление

0,25 МПа

Предохранительный клапан

К-4

 

Давление

0,3 МПа

К-5

 

Давление

0,07 МПа

Емкость Е-11

 

Давление

0,6 МПа

Насосы:

 

 

 

 

Н-1

 

Давление

1,6 МПа

Н-2а

 

Давление

1,6 МПа

Н-2

 

Давление

1,6 МПа

Н-6а

 

Давление

1,6 МПа

Н-10

 

Давление

1,6 МПа

Н-10а

 

Давление

1,6 МПа

 

Н-15

 

Давление

1,6 МПа

Н-19

 

Давление

1,6 МП

 

Н-4, 4а

 

Давление

0,2 МПа

Световая и звуковая сигнализации,

насос останавливается

Н-6

 

Давление

Н-8, 8а

 

Давление

Н-14, 14а, 146

 

Падение давления на выкиде насоса

0,2 МПа

Световая, звуковая сигнализации, насос

останавливается

Н-16, 16а

 

Н-17

 

Н-19а

 

Н-26

 

Звуковая  и световая сигнализации

Н-26а

 

Н-25а

 

Топливный газ

 

 0,03 МПа

Воздух КИП

 

 0,05 МПа

1

2

3

4

5

Острый пар

 

 0,7 МПа

Промышленная вода

 

 0,05 МПа

Насосы:

 

 

 

 

Н-6

 

Расход

20 %

Н-4, 4а

 

Н-8, 8а

 

 

 

 

Н-16, 16а

 

Колонна К-7

Емкость Е-5

 

Уровень

до 20 %

Звуковая и световая сигнализации

Е-2

 

Уровень

 80 %

 

Насосы:

 

 

 

 

Н-4, 4а, 6, 8, 8а, 14, 14а, 14б, 16, 16а, 17

 

Температура

подшипников

60 °С

Срабатывает звуковая и световая сигнализация

Колонна К-2

 

Давление

0,25 МПа

Срабатывает звуковая и световая сигнализация

Колонна К-4

 

Давление

0,3 МПа

Печь П-3

 

Температура

 

325 °С;

370 °С

5. 3 Обеспечение пожарной безопасности

Установка 37-4 относится к взрывопожароопасным объектам  III категории. Оценка взрывоопасности технологических блоков произведена в соответствии с ПБ  09-540-03 «Правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств».

Технологическое оборудование расположено на открытой площадке с соблюдением соответствующих разрывов между отдельными аппаратами, что обеспечивает безопасность обслуживания установки и ограничивает зоны развития аварийной ситуации. Кроме того, установка должна быть обеспечена противопожарным инвентарем и инструкциями, утвержденными главным инженером.

Весь пожарный инвентарь, первичные и специальные средства пожаротушения (огнетушители типа ОП-8 (г), ОП-8 (з), пожарные краны, лафетные стволы, гидранты, ящик с песком, асбестовое одеяло и т.д.) должны быть пронумерованы, постоянно проверяться и находиться в любое время в полной боевой готовности. Использование пожарного инвентаря не по назначению категорически запрещается.

Пожарные гидранты должны быть обеспечены подъездами и соответствующими указателями, в зимнее время должны быть защищены от замерзания и от снега [9].

 

 5.4 Средства индивидуальной защиты работников

 

 

Каждый работающий на установке 37-4 обеспечивается средствами индивидуальной защиты в соответствии с утвержденными нормами.

Оператор должен получать:

- костюм лавсановискозный - на 12 месяцев;

- ботинки кожаные - на 12 месяцев;

- перчатки летние, зимние- 12 пар на 12 месяцев;

- перчатки резиновые - до износа.

Зимой дополнительно:

- куртка на утепляющей прокладке - на 12 месяцев

- рюки на утепляющей прокладке - на 24 месяца

- валенки - на 30 месяцев.

Кроме того, установка комплектуется:

- медицинской аптечкой с необходимым набором для оказания первой медицинской помощи;

- защитными очками;

- противогазами  для работы с парами растворителя;

- длинношланговыми противогазами ПШ-1 для работы внутри емкостей, колодцев.

Всем работникам установки для нейтрализации вредных веществ выдается спецпитание.

На установке должны храниться  запасные комплекты спецодежды и защитных приспособлений из расчета один комплект на трех одновременно работающих для быстрой смены спецодежды в случае загрязнения ее растворителем.

Приступая к работе, необходимо проверить и использовать защитные приспособления (противогаз, очки, резиновые перчатки, защитные каски).

Для защиты органов дыхания  используются противогазы с панорамной маской ППМ-88, «МАГ».

При работе в закрытой аппаратуре, в колодцах и приямках используются противогазы марки ПШ-1 со спасательной веревкой и спасательным поясом. Защитные средства, выдаваемые в индивидуальном порядке, должны быть у каждого работающего и проходить стирку, чистку, проверку согласно установленным срокам, аварийный комплект фильтрующих шланоговых противогазов, специальной одежды, инструментов, хранится в специальном шкафу под пломбой в помещении операторной [9].

 

5.5 Расчет зоны воздействия при чрезвычайной ситуации

 

 

В результате разрушения объектов могут возникать чрезвычайные ситуации с соответствующими степенями разрушения, опрокидывания, смещения оборудования и установок и возникновения пожара.

Для принятия решений по безопасности работ на объектах, подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку риска возникновения чрезвычайной ситуации.

Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при реализации сценариев аварийной ситуации в блоке №2 (регенерация N-МП из рафинатного раствора) установки 37-4 проводится по ПБ 09-540-03 [28].

Таблица 5.3-Классификация по взрывоопасности технологического блока

Номер позиции аппаратуры, оборудования по технологической схеме, составляющие технологический блок

Относительный энергетический

потенциал технологического блока

Категория взрыво

опасности

Класс зоны по уровню опасности возможных разрушений,травмирования персонала

Рафинатная испарительная колонна К-2

Отпарная колонна К-3

Печь для подогрева рафинатного раствора П-1

Емкость рафинатного раствора Е-1, Подогреватель Т-8,

Погружной холодильник Т-7'', Т-6

Подогреватель топливного газа Т-14

Насос рафинатного раствора Н-6,

Насос откачки рафината Н-10, 10а

 

 

 

 

 

23,77

 

 

 

 

 

III

Радиус зоны 1-го класса разрушений

R1=35,5 м

 

Общий энергетический потенциал взрывоопасности определяется по формуле

где -относительный энергетический потенциал блока.

Общая масса горючих паров взрывоопасного парогазового облака, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46 000 кДж/кг определяется по формуле

По значению относительного энергетического потенциалов  и приведенной массе парогазовой среды  осуществляем  категорирование технологического блока по таблице 5.4.

 

Таблица 5.4 - Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков

Категория взрывоопасности

Qв

m, кг

I

> 37

> 5 000

II

27 - 37

2 000 – 5 000

III

< 27

< 2 000

 

Установке селективной очистки масел присуща третья категория взрывоопасности. Для оценки уровня воздействия взрыва применяется тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяемый по условию адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, рассчитывается по формулам [28]

где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

      0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

       q' - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;

       qT - удельная энергия взрыва тринитротолуола,  равная 4,5·103 кДж/кг;

        z – доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве, допускается равной 0,5.

Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы.

Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны ∆P и соответственно безразмерным коэффициентом K  [28]

где - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект, определяется по таблице 5.4.

 

Таблица 5.4- Уровни разрушения зданий

Класс зоны разрушения

Характеристика повреждения здания

Избыточное давление, ΔР, кПа

Коэффициент

1

Полное разрушение здания

˃100

3,8

2

Сильное повреждение зданий с массовым обвалом

70

5,6

3

Среднее повреждение промзднаний

28

9,6

4

Легкое повреждение фабричных труб

14

28

5

Частичное разрушение остекленения

˂2

56

Расчет радиуса полного разрушения здания

Расчет радиуса повреждения зданий с массовым обвалом

Расчет радиуса среднего повреждения промзданий

Расчет радиуса легкого повреждения труб

Радиус частичного разрушения остекленения

 

5.6 Мероприятия по защите окружающей среды от загрязняющих веществ

 

 

 Каждая остановка и пуск оборудования, как единицы (насос, компрессор, аппарат, трубопровод), так и установки в целом приводит к выбросам вредных веществ, влияющих на экологическую обстановку на заводе. Для уменьшения этих выбросов следует повысить надежность работы оборудования для чего необходимо:

1) Расширить сеть технического диагностирования оборудования. Это позволит своевременно обнаруживать неисправности и планировать их ремонт без дополнительных выбросов;

2)Производить замену устаревшего оборудования на современное, которое имеет больший межремонтный пробег, что сократит количество остановок на ремонт;

3)Повысить контроль за качеством ремонта единичного оборудования и установок в целом, что позволит сократить выбросы при опрессовке, от дополнительных остановок и пусков.

 

5.7  Мероприятия по защите воздушного бассейна от загрязнений

 

 

При переработке сырья в атмосферу могут поступать лёгкие углеводороды, окиси углерода, оксид азота, диоксид азота, диоксид серы, N-МП. Поэтому необходимо:

- технологический   процесс   осуществлять   в   герметически   закрытой аппаратуре;

- освобождение аппаратуры от газообразных продуктов при сбросе

давления производить в закрытую факельную систему;

- все газообразные продукты подвергать очистке от сероводорода.

По регламенту технологического процесса имеются выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду от печей, вентиляционных установок и в результате образования неплотностей соединений технологического оборудования и выбросов дыхательных клапанов  резервуаров.

 

Таблица 5.2. -Выбросы в атмосферу         

Наименование выбросов

Количество образования

выбросов

Периодичность выбросов

Дымовые газы

 

NO2

NO

SO2

CO

 

              6,98 (т/год)

1,1 (т/год)

3,867 (т/год)

13,784 (т/год)

 

Постоянно во время работы установки

(330 дней)

Вентиляционные выбросы

 

Углеводороды

N-МП

 

33,117 (т/год)

1,8 (т/год)

 

 

Постоянно во время работы установки

(330 дней)

Неорганизованные выбросы от всего технологического оборудования

 

Углеводороды

N-МП

 

31,317 (т/год)

2,09 (т/год)

Постоянно во время работы установки

(330 дней)

 

5.8  Мероприятия по защите почвы от загрязнений

 

 

Место для строительства установки будет безвозвратно потеряно для сельского хозяйства, поэтому перед строительством необходимо плодородный

слой почвы вывезти на поля.

Для предотвращения возможной фильтрации через почву вредных

веществ вся свободная территория должна иметь бетонное покрытие, а дож девые стоки с территории установки отводиться в закрытую сеть канализации.

Твердые отходы производства и потребления вывозятся с установки в строго определенные для этого места.

 

5.9 Мероприятия по защите водного бассейна

 

 

Установка подключена  к очистным сооружениям.  Все сточные воды отводимые с установки  подвергаются   очистке.

Очищенная вода возвращается в оборотную систему водоснабжения.

 

5.10 Расчет платы за загрязнение атмосферы

 

 

Плата   за   выброс   в   окружающую   среду  загрязняющих  веществ считается по формуле («Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды») [29]

                                         (5.5)

где  - количество выбросов в год, т/г.;

        Ц - плата за год по веществу, руб./т.;

          -  коэффициент экологической значимости для нашего региона;

         -  коэффициент индексации.

На 2013год установлены новые коэффициенты инфляции к нормативам платы за негативное воздействие на окружающую среду - 2,20 и 1,79.

Коэффициент 2,20 необходимо применять к нормативам платы за негативное воздействие на окружающую среду, установленным постановлением Правительства РФ от 12 июня 2003 г. № 344, а коэффициент 1,79 - к нормативам платы за негативное воздействие на окружающую среду, установленным постановлением Правительства РФ от 1 июля 2005 г. № 410.

 

Таблица 5.2.2- Плата за выбросы

Загрезняющее вещество

количество т/год

номинальная плата руб/тн

К1

К2

плата за выбросы, руб/год

 
 

NO2

6,98

52

2

2,2

1597

 

NO

1,1

52

2

2,2

252

 

SO2

3,867

21

2

2,2

357

 

CO

13,784

3

2

2,2

182

 

Углеводороды

33,117

5

2

2,2

729

 

N-МП

2,09

21

2

2,2

193

 

Сумма

60,938

 

 

 

3310

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

 В моем дипломном проекте была рассмотрена установка селективной очистки масел 37-4. Сравнительный анализ, используемых в настоящее время растворителей, показал, что наилучшим по всем характеристикам является    N-метилпирролидон.

 При переводе установки на N-метилпирролидон достигаются  следующие результаты:

- повышается  качество рафината и выход, из-за лучшей избирательности N-метилпирролидона;

- повышается экологическая безопасность на установке, поскольку N-метилпирролидон обладает значительно меньшей токсичностью по сравнению с фенолом;

-N-метилпирролидон обладает меньшей летучестью по сравнению с фенолом, в связи с этим снижается сумма платы за загрязнение  воздушного бассейна;

- снизятся удельные энергозатраты от 5 до 10 %.;

- снизится себестоимость продукции.

Были разработаны мероприятия по защите окружающей среды от загрязняющих веществ, образующихся при работе установки. Определенно количество веществ, попадающих в окружающую среду и плата за их размещение.

Проведен  расчет технико – экономических показателей. В результате расчета получены следующие данные: себестоимость годового выпуска -                       1 159 458 т.руб.; прирост прибыли-28 млн.руб.; срок окупаемости данного проекта - 0,96 года, что говорит о целесообразности перевода установки на                            N-метилпирролидон.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  

  1. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. 672 с.
  2. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей. - М.: Химия, КолосС, 2004. – 456 с.
  3. Справочник нефтепереработчика: Справочник // Под редакцией Ластовкина Г. А., Радченко Е. Д. И Рудина М. Г. – Л.: Химия, 1986. 648с.
  4. Гурвич В.Л., Сосновский Н.П. Избирательные растворители в переработке нефти. – М. – Л.: Госнаучтехиздат, 1953. – 320 с.
  5. Нигматуллин Р.Г., Золотарев П.А., Сайфуллин Н.Р. Селективная очистка масляного сырья – М.: Нефть и газ, 1998. – 208 с.
  6. Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. Справочник современных автоматизированных систем управления технологическими процессами.– 1989.
  7. Фаизов А.Р., Нигматуллин В.Р., Нигматуллин Р.Г. Развитие процесса селективной очистки масляного сырья N метилпирролидоном в ОАО «Ново-уфимский НПЗ» // Мир нефтепродуктов. – 2003. – № 2. – с. 9.
  8. Стандарт предприятия на сырье, продукты и растворитель.
  9. Технологический регламент установки селективной очистки масел  37-4
  10. Суточный рапорт установки селективной очистки 37-4.
  11. Пыхалова Н. В. Конспект лекций по дисциплине "Технология получения масел": Учебное пособие. - Астрахань: АГТУ, 2001, 145 с.
  12. Осинина О.Г. Определение физико–технических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов. Часть 1. Московский институт нефти и газа. 1986
  13. Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии.: Учебник для вузов. – М.: Недра, 2000. 677с.
  14. Сарданашвили А.Г. Львов А.И. Примеры и задачи по технологии   переработки нефти и газа. И-2. Пер. и доп. - М: Химия, 1980г.
  15. Осинина О.Г. Определение физико–технических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов. Часть 2. Московский институт нефти и газа. 1986
  16. Кузнецов А.А. и др., Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности., Л., Химия, 1974. 354 с.
  17. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др.Технологические расчеты установок переработки нефти: Учеб. пособие для вузов. М.: Химия, 1987. 352 с.
  18. Колесник И.О. Процесс селективной очистки масляного сырья N-МП // Химия и технология топлив и масел. – 2003. - № 2. – с. 4.
  19. Проблема совершенствования технологического производства и улучшения качества нефтяных масел., М., Наука, 1996, 200с.
  20. Казанский В. Л, Бадыштова К. М., Денисенко К.К, "Химия и технология топлив и масел", 1999, № 10, с. 19-22.
  21. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Ч-3, И-6. Под редакцией Н.А. Гуреева, Б.И. Бондаренко. – М: Химия, 1978г.
  22. Шаволина Н.В., Кузина Т.А.Химия и технология топлив и масел. 1974г.№5 с.5-7.
  23. Шарихин В.В., Ентус Н.Р., Коновалов А.А.,Скороходов А.А., Трубчатые печи нефтегазпереработки и нефтехимии. – Москва, «Сенсоры. Модули. Системы.». 2000 – 392 с.
  24. Камисарова Т.М. Химия и технология топлив и масел, 1967г,№10 с.18-
  25. Смета затрат по установке 37-4.
  26. Серебренников Г.Г.. Основы управления затратами предприятия: учебное пособие/ – 2-е изд., стер. – Тамбов: Издательство Тамб. гос. техн. ун-та, 2009
  27. Система стандартов безопасности труда.
  28. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03) от06.2003, № 120/1 (3234/1).
  29. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих отходов.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Презентация PowerPoint

 

Чертежи:

 

Установка селективной очистки масел 37-4

 

 

Установка селективной очистки масел 37-4

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

 

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы нефть и газ

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.