Расчет установки по первичной переработки нефти

При выборе технологической схемы и режима атмосферной перегонки нефти руководствуются главным образом ее фракционным составом и, прежде всего, содержанием в ней газов и бензиновых фракций.

Так как в данной нефти  содержание легких бензиновых фракций  и растворенных газов значительно, то выбираем схему с предварительной отбензинивающей колонной К - 1 и основной ректификационной колонной К - 2. Эта схема самая распространенная в отечественной практике. Коррозионо - агрессивные вещества удаляются через верх первой колонны К - 1, таким образом основная колонна К - 2 защищена от коррозии. Благодаря предварительному удалению бензиновых фракций в змеевиках печи и теплообменниках не создается высокое давление, что позволяет устанавливать более дешевое оборудование без усиления его прочности [5].

Но при работе по этой схеме следует нагреть нефть  в печи до более высокой температуры, чем при однократном испарении, вследствие раздельного испарения легких и тяжелых фракций. Кроме того, установка оборудована дополнительной аппаратурой - колонной, насосами, конденсаторами-холодильниками и т.д.

Предварительная колонна  в большинстве случаев простая, хотя и в ней фракционируются  наиболее сложные по числу компонентов  смеси. Имеются схемы, в которых  легкий бензин выводится в виде паров  через верх колонны, а тяжелый бензин - в виде бокового погона.

Основная атмосферная  колонна К - 2 - сложная, состоящая  из трех простых колонн. Верхний дистиллят - бензиновая фракция 85 - 120⁰ С - выводится в виде паров. В виде боковых погонов выводятся керосиновая и дизельная фракции в отпарные колонны К - 3 а и К - 3 б, в низ которых подается водяной пар. Фракция 120 - 240 выводится снизу колонны К - 3 а, а фракция 240 - 350 - снизу колонны К - 3 б.

В колонне К - 2 все тепло, необходимое для ректификации, вносится потоком сырья, которое нагревается в печи до парожидкостного состояния. Поэтому для улучшения четкости разделения в этой колонне необходимо увеличить долю отгона сырья, что достигается повышением температуры и снижением давления в зоне питания.

Жидкостное орошение колонны создается подачей холодного или циркуляционного орошения. Каждое из них имеет и преимущества и недостатки. Обычно при выделении легких фракций применяют холодное орошение, а при выделении тяжелых - циркуляционное. Кроме верхнего орошения в сложной колонне К - 2 применяют промежуточные циркуляционные орошения, которые организовываются в сечении колонны под тарелками вывода дистиллятов. Эти тарелки должны быть оснащены сливными устройствами, обеспечивающими нормальный перетек жидкости на лежащую ниже тарелку.

Паровое орошение в колонне  К - 2 и в отпарных колоннах создается  при помощи острого водяного пара ( 1,2 - 3,5 % в колонне К - 2 и 1,0 % в отпарных колоннах К - 3 а и К - 3 б ), который понижает парциальное давление нефтяных паров. От эффективности работы отпарных колонн в значительной степени зависит четкость разделения получаемых на установке продуктов. Из-за недостатка тепла дизельные фракции из мазута отгоняются не полностью, и в вакуумном газойле содержится 20 - 30 % масс. этих фракций [ 5 ].

Из остатка атмосферной  перегонки выделяют масляные дистилляты. Для снижения температур кипения  разделяемых компонентов и предотвращения термического крекинга сырья, мазут перегоняют под вакуумом.

В бензиновой фракции, получаемой на АВТ, содержатся растворенные газы. Поэтому ее подвергают физической стабилизации в ректификационной колонне, называемой стабилизатором.

Технологическая схема  установки будует содержать атмосферный  блок, вакуумный блок и блок стабилизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Технологический расчет

5.1  Расчет колонны К-1

5.1.1 Расчет доли отгона 

Принципиальная схема колонны  представлена на рисунке 5.1

                                                    D ( у_D, Q_D )

 

                                                  d

 

                                           1

                    g

                                   G

  L(x_Lg_L)      К-301

                      g      

                            G

                                    2

                                              B

 

                                          

                                        R(x_R,,g_R)

Рисунок 5.1 - Принципиальная схема ректификационной колонны

L,D,R - расход сырья,  выход дистиллята и остатка;

х_L, y_L, x_R - мольная доля i-го компонента в сырье, дистилляте и остатке;

q_L, Q_L, q_R -теплосодержания;

В, d - условные изображения  подвода и отвода тепла;

G - паровой поток;

g - флегма;

контур 1 - концентрационная часть колонны;

контур 2 - отгонная часть  колонны.

Исходные данные к  расчету взяты из практических данных.

Для определения доли отгона е разбиваем ИТК нефти на 15 - 20 узких фракций. Для каждой фракции находим t кип. , плотность, молекулярную массу М₁, массовую долю отгона. Все расчеты ведем на 100 кг продукта. Расчет доли отгона производится при заданной температуре ввода продуктов 190⁰С. Расчет уравнения получается путем совместного решения уравнений материального баланса однократного испарения по количеству i - го компонента.

                                     Х_il L = еУ_ic + ( 1 - e ) Х_ic                             (5.1)

и уравнения равновесия фаз

                                           У_ic = k_iX_ic                                              ( 5.2)

где е - мольная доля паравой  фазы однократного испарения продуктов;

Х_il - мольная доля i - го компонента в исходной смеси;

У_ie - мольная доля i - го компонента в паровой фазе и равновесной жидкости;

k_i - константа фазового равновесия.

Совместное решение  двух уравнений дает

                                        Х_ic = X_il / [ 1 + e ( k_i - 1 )]                        ( 5.3 )

Расчет доли отгона при  заданных температуре и давлению производится методом подбора доли отгона е. Величину е и состава паровой и жидкой фаз определяем при помощи программы расчета доли отгона ОIDR. BAS.

Расчет доли отгона представлен  в таблице 5.1 и 5.2.

Из практических данных принимаем: число тарелок N =24, в том  числе в отгонной секции - 10. Давление Р = 0,5 мПа. Кратность орошения g/D = 3. Температура  верха t_в = 114⁰С,  t_н = 200⁰ С. Диаметр колонны D= 3,8 м. Расстояние между тарелками h = 0,6 м.

 

5.2 Расчет колонны К-2

5.2.1 Расчет доли отгона  колонны К-2

 

Расчет доли отгона представлен  в таблице 5.3 и 5.4.

 

5.2.2 Расчет температурного  режима колонны

 

Расчет состоит из следующих этапов:

- расчет температуры  верха колонны;

- расчет температуры  низа колонны;

- расчет температуры  вывода бокового погона.

Принимаем число тарелок  в колонне равным 50. Выбираем клапанные  тарелки с КПД = 0,5. В отгонной части  принимаем 7 тарелок. В концентрационной части - 43 тарелки.

Для расчета температуры  верха предварительно рассчитывают давление в зоне вывода паров по формуле:

                                             Р_в = Р_вв - n/\Р,                                     ( 5.4 )

где n - число тарелок  в концентрационной части;

Р_вв - давление ввода сырья;

/\ Р - перепад давления на одну тарелку.

В  концентрационной части  колонны находится  43 тарелки. Перепад  давления /\ Р согласно [ 6  ] принимаем 5 мм рт. ст. Или

/\ Р = 5 х 0,000133 = 0,000665 МПа.

Входное давление согласно технологии процесса принимаем 0,15 МПа.

Тогда

Р_в = 0,15 - 40 х 0,000665 = 0,114 МПа

Количество водяного пара будет равно:

                  G_В.П. =  (G_В.П.)сырья + (G_В.П.)к + (G_В.П.)д.т                 ( 5.5)

где - (G_В.П.)сырья - количество сырья подаваемого в колонну К - 2 (1...2% масс. на сырье );

-  (G_В.П.)к , (G_В.П.)д.т. - количество сырья подаваемого в отпарные колонны ( 2...5% масс. на фракцию ).

G_В.П. = 100 х 0,015+8,14 х 0,03 + 8,64 х 0,03  = 2,00

Количество острого  орошения будет равно:

                                              g = Б х R                                             ( 5.6)

 где - Б - фактический  выход бензина в % масс на  нефть;

- R - кратность острого  орошения.

Принимаем кратность  острого орошения = 1,5

g = 10,14 х 1,5 = 15,2 кг/с

Парциальное давление углеводородов  в верху колонны с учетом водяных паров и острого орошения будет равно:

                                            (G_б + g)/ М_б

                   Ру = Рв ----------------------------------------                    ( 5.7 )

                                 (G_б + g)/ М_б +    G_В.П. / М_В ]

                          ( 10,14 + 15,21 ) / 75

       Ру =     -------------------------------------  х 0,114= 0,1026Мпа

                      (10,14 + 15,21) / 75   + 2,0 / 18

 

 

Расчет температуры верха колонны  К - 2 производится исходя из условия начала однократного испарения бензина, выводимого с верха колонны. Для этого   бензиновая фракция разбивается на ряд узких фракций, которые условно принимаем за индивидуальные компоненты. Из графика ИТК берем   молекулярные массы,  плотности и, температуры кипения и производим расчет при помощи программы ОIDR.BAS. t_в = 115 ⁰ С.

Результаты представлены в таблице 5.5, 5.6.

 

Для расчета температуры низа колонны  предварительно определяем давление в зоне вывода тяжелых продуктов:

                                          Р_низ = Р_вх + n /\ Р,  где                            ( 5.8)

n - число тарелок в  отгонной части

Р_вв - давление ввода сырья;

/\ Р - перепад давления на одну  тарелку.

В отгонной части колонны находится  7 тарелок. Перепад давления /\ Р согласно [ 6  ] принимаем 7 мм рт. ст. Или 0,00155 МПа.

Р_н = 0,15 + 7 х 0,00155 = 0,174 Мпа

Оппределяем количество водяного пара, подаваемого в низ  колонны:

                                                  G_вп = G_н М_н                                         (5.9)

где М_н - количество водяного пара, подаваемого в низ колонны, принимаем 0,015% ( масс.) на сырье;

G_вп = 100х 0,015 = 1,5

Парциальное давление углеводородов  в низу колонны с учетом водяного пара, подаваемого в колонну, рассчитываем по уравнению:

                                            G_м/ М_м

                   Ру = Рн -----------------------------                                      (5.10)

                                   G_м/ М_м+    G_В.П. / М_В 

 

 

                            70,87 / 445

       Ру =     -----------------------------   х 0,174= 0,11 Мпа

                      70,87 / 445+ 1,5 / 18

Производим расчет при помощи программы  ОIDR.BAS. t_н = 330⁰ С.

Исходные данные и результаты расчетов приведены в таблицах 5.7 и  5.8.

Расчет температуры  вывода бокового погона дизельного топлива

 

Рассчитать эту температуру  можно графически ( по методу Образчиков и Смидовича или Нельсона) либо методом двойного подбора. При использовании метода двойного подбора задаются количеством, составом отбираемой фракции и температурой.

Принимаем количество стекающей  с вышележащей тарелки флегмы в рассматриваемый контур равной g = 40 кг/с

 

                             G                               

                                    g

                                                                                                            В.П.

   L                                                       В.П.

                                                            Мазут

 

Рис. 5.1 Контур колонны  К-2, из которого отбирается фракция  дизельного топлива.

 

Рассмотрим контур 1. Запишем по нему уравнение материального баланса.

                                   L + g + В.П.  = G + М + В.П.                  ( 5.11)

Принятый состав флегмы следующий ( в масс. долях ):

Б = 0,005

К = 0,05

Д.т_.= 0,945

Количество компонентов  в стекающей флегме: