Расчет вакуумной колонны установки АВТ по переработке русской нефти мощностью 10 млн. т/год

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА

Кафедра технологии переработки нефти

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 
по дисциплине «Технология первичной переработки нефти»  
на тему: 
«Расчет вакуумной колонны установки АВТ по переработке русской нефти мощностью 10 млн. т/год»

 

 

 

 

Выполнил: 
студент группы ХТ-11-01

Сердюков Г.Ю.

                                                                                                                                           Проверил:

проф. Глаголева О.Ф.

                                          

 

Москва 2014

 

Содержание:

 

1. Введение

 

Нефть, поступающая на установку АВТ, подвергается разделению в три ступени – на первой ступени отгоняют легкую бензиновую фракцию в отбензинивающей колонне, на второй – выделяют светлые компоненты в атмосферной колонне, а остаток, мазут, поступающий на вакуумную перегонку, перерабатывают по топливному или масляному варианту. Основные физико-химические свойства заданной нефти представлены ниже:

 

Показатели	Русская нефть
1. плотность при 200С, кг/м3 2. выход фракций, % масс.                 до 2000                 до 3000                      до 3500 3. массовая доля серы, % 4. массовая доля парафина, % 5. температура застывания, ОС	923   2,6 18,6 30,6 0,35 0,5 -22

 

Также приведем данные разгонки нефти в аппарате АРН-2:

 

 

Анализируя состав нефти, можно сказать, что целесообразно вести переработку мазута по топливному варианту. Для этого отбирают широкую фракцию вакуумного газойля (350-470 0С) и остаток > 4700С (гудрон),

Технологическая схема установки вакуумной перегонки мазута приведена ниже. С низа атмосферной колонны откачивается мазут, который нагревается в змеевике вакуум – печи  и по двум тангенциальным вводам подаётся в вакуумную колонну. В сечении питания этой колонны над вводом сырья установлены отбойные тарелки для предотвращения «заноса» капель жидкого остатка.

Для орошения верха колонны используется верхнее циркуляционное орошение. Не конденсирующиеся вверху вакуумной колонны компоненты, представляющие смесь лёгких фракций, газов разложения, паров воды и воздуха выводятся из колонны и охлаждаются в аппарате воздушного охлаждения, затем в водяной холодильник поверхностного типа, после которого газожидкостная смесь поступает в систему создания вакуума. Вакуум в вакуумной колонне создаётся с помощью системы паровых эжекторов. Пары и газы после каждого эжектора поступают в конденсатор водяного пара. Образующийся конденсат стекает в отстойник, где компонент дизельного топлива отделяется от воды и далее насосом откачивается с установки. Водяной конденсат чаще всего используется для промывки нефти в блоке ЭЛОУ.

Кроме острого орошения вакуумная колонна имеет два циркуляционных орошения, которыми отводится теплота ниже тарелок отбора фракций компонента дизельного топлива и вакуумного газойля. Циркуляционные орошения осуществляются с помощью насосов, которыми флегма возвращается через теплообменники в колонну на вышележащую тарелку.

Компонент дизельного топлива насосом последовательно прокачивается через теплообменник и аппарат воздушного охлаждения, после чего выводится с установки. Вакуумный газойль и после теплообменника и аппарата воздушного охлаждения откачивается с установки. С низа вакуумной колонны отбирают гудрон, тепло которого используется на нагрев нефти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Материальный баланс колонны.

 

Материальный баланс вакуумной колонны составим на основе кривой ИТК мазута и заданной чёткости погоноразделения.

По кривой ИТК нефти выход фракций, кипящих выше 350˚С, составляет 69,4 %масс. Выход мазута на нефть с учётом 4,0%масс. фракции до 350˚С, увлечённой в мазут в атмосферной колонне, составляет:

%

Плотность мазута по справочнику Нефти СССР составляет =0,949

Выход отдельных фракций в пересчёте на мазут:

 до 350˚С: %масс.

350 – 470˚С:

%масс.

  выше 470˚С:

%масс

где 33,2; 36,2 – выход соответствующих фракций на нефть по ИТК нефти, %масс. Принимаем  температуру начала кипения фракции до 350˚С равной 315˚С.

 

Исходя из процентного выхода отдельных фракций, строим кривую ИТК мазута, на которую накладываем кривую изменения плотности.

Чёткость разделения дистиллятов ректификационной колонны определяется степенью налегания фракционного состава смежных дистиллятов и оценивается разностью температур начала и конца кипения 10 и 90% отгонов высококипящего и низкокипящего смежных дистиллятов.

Так для вакуумного газойля целевыми фракциями является отгон, выкипающий от 350 до 470˚С. Содержание смежных фракций оценивается отгоном, выкипающим до 350˚С и выше  470˚С. Зададимся концентрацией отдельных фракций в дистиллятах и составим материальный баланс по фракциям.

Расчёт произведём на 100 кг сырья.

 

Продукт	Усл. обозн.	Концентрация фракций в продуктах			Выход на мазут, %масс
		до 350	350-470	>470
Компонент ДТ	D3	0.95	0.05	-	2.24
Вакуумный Газойль	D2	0.05	0.90	0.05	47.53
Гудрон	W1	-	0.05	0.95	50.23
					100

 

 

Тогда материальный баланс  по фракциям:

до 350:  D3 • 0,95 + D2 • 0,05 = 4,5

350-470:  D3 • 0,05 + D2 • 0,90+W1 •0.05 = 45,9

>470: D2 •0,05 + W1 • 0,95=50.1

По всему сырью:

 D3 + D2 + W1 = 100.              

Решая совместно данные уравнения, определяем выход отдельных дистиллятов на 100 кг, что соответствует процентам на мазут при заданной чёткости разделения.

D3 = 2.24 %; D2 = 47.53% и W1 = 50.23%.

В процессе нагрева сырья в трубчатой печи и длительного пребывания продуктов в колонне происходит разложение тяжёлых продуктов. Принимая во внимание опыт эксплуатации вакуумных колонн, принимаем выход газов разложения равным 0,23%масс на мазут с молекулярной массой 44. Поскольку наибольшему разложению подвержены тяжёлые углеводороды, то выход газов разложения отнесём за счёт уменьшения выхода гудрона, т.е. W1= 50.0 %масс.

Производительность установки АВТ по нефти F=10 млн. тонн/год. Следовательно, производительность вакуумной колонны по мазуту:

FM= млн. тонн/год

Учитывая, что мощности наиболее производительных колонн на сегодняшний день составляют порядка 3 млн. тонн/год, целесообразно разбить весь объем мазута с АТ на два потока и установить две идентичные вакуумные колонны производительностью 7,23/2=3,615 млн. тонн/год

 

Время работы установки принимаем 340 дней, тогда:

LM =

кг/ч

 

Материальный баланс вакуумной колонны

Потоки	Выход, %		Количество, кг/ч
	на нефть	на поступивший мазут
Приход: Мазут	36,15	100,0	443014,5
ИТОГО:	36,15	100,0	443014,5
Расход: Газы разложения Компонент дизтоплива Вакуумный газойль Гудрон	0,085 0,81 17,18 18,075	0,23 2,24 47,53 50,00	1018,9 9923,5 210564,8 221507,3
ИТОГО:	72,30	100,00	443014,5

 

Материальный баланс вакуумного блока (2 колонны)

Потоки	Выход, %		Количество, кг/ч
	на нефть	на мазут
Приход: Мазут	72,30	100,0	886029,0
ИТОГО:	72,30	100,0	886029,0
Расход: Газы разложения Компонент дизтоплива Вакуумный газойль Гудрон	0,17 1,62 34,36 36,15	0,23 2,24 47,53 50,00	2037,9 19847,0 421129,6 443014,5
ИТОГО:	72,30	100,00	886029,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Описание устройства вакуумной колонны.

 

Тепло, необходимое для создания горячего жидкого орошения в колонне, отводится в секции верхних конденсационных тарелок, первым и вторым циркуляционными прошениями.

 

В качестве контактных устройств используют клапанные балластные тарелки, обладающие низким гидравлическим сопротивлением, высоким диапазоном работы и малой металлоёмкостью. Над сечениями ввода сырья и верхней тарелкой устанавливаются отбойники из гофрированной сетки.

На основе опыта эксплуатации аналогичных колонн в концентрационной части колонны по отдельным секциям принимаем следующее число ректификационных тарелок:

• на компонент дизтоплива                 – 5,
• на вакуумный газойль                       – 3.

В верхней конденсационной секции устанавливаем 4 тарелки, для 1-го и 2-го циркуляционных орошений – по 2 тарелки. Общее число тарелок в концентрационной части – 16. В отгонной части колонны устанавливаем 4 тарелки.

 

3. Давление и температурный режим колонны.

 

Абсолютное давление на верху колонны принимаем 5330 Па (40мм.рт.ст.). Для клапанных балластных тарелок перепад давления на одну тарелку принимаем 400 Па. Гидравлическое сопротивление отбойника 200Па.

Абсолютное давление в различных сечениях колонны (Па).

Номер тарелки	18	17	15	11	8	5
Рабс	6730	7130	7930	9530	10330	11530

Давление в эвапорационном пространстве 0,01173 МПа.

Для составления теплового баланса колонны и оценки тепла, отводимого из колонны для создания горячего орошения, необходимо задаться температурным режимом колонны. Последующим расчётом при выбранной схеме отвода тепла некоторые температуры будут уточнены.

В вакуумной колонне для переработки мазута всё тепло, необходимое для процесса ректификации, вносится только с сырьём. Увеличение температуры сырья на входе в колонну приведёт к повышению доли отгона сырья  и соответственно повысит количество вводимого тепла в колонну, что в свою очередь приведёт к возрастанию флегмового числа и повышению чёткости погоноразделения.