автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка энергосберегающих технологий нефтегазопереработки на основе перекрестноточных насадочных контактных устройств

доктора технических наук
Чуракова, Светлана Константиновна
город
Уфа
год
2014
специальность ВАК РФ
05.17.07
цена
450 рублей
Диссертация по химической технологии на тему «Разработка энергосберегающих технологий нефтегазопереработки на основе перекрестноточных насадочных контактных устройств»

Автореферат диссертации по теме "Разработка энергосберегающих технологий нефтегазопереработки на основе перекрестноточных насадочных контактных устройств"

На правах рукописи

Щ.

ЧУРАКОВА СВЕТЛАНА КОНСТАНТИНОВНА

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕКРЁСТНОТОЧНЫХ НАСАДОЧНЫХ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ

05.17.07- Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

005548721

I ¿МАЙ 2314

Уфа-2014

005548721

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Самойлов Наум Александрович

Официальные оппоненты: Капустин Владимир Михайлович доктор технических наук, профессор, ОАО «ВНИПИнефтъ», генеральный директор;

Рябов Валерий Германович

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», декан химико-технологического факультета, профессор кафедры «Химические технологии»;

Теликов Эдуард Шархиевич доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», профессор кафедры «Машины и аппараты химических производств»

Ведущая организация: ГУП «Институт нефтехимпереработки» РБ

Защита состоится « 2» июля 2014 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космопавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и на сайте: www.rnsoil.net Автореферат разослан «25 » апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Абдульминев К.Г.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Энергосбережение в настоящее время является одной из приоритетных задач эффективного развития промышленности. Поскольку процессы ректификации очень энергоёмкие и наиболее распространенные массообменные процессы в химической технологии, то их энергоэффективность часто определяет экономику производства в целом.

Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий должна базироваться на использовании контактных устройств с высокой эффективностью, и низким перепадом давления. Для решения этих вопросов в процессах вакуумной перегонки мазута весьма успешно на данный момент применяются насадочные контактные устройства. Новые перспективные типы массообменных устройств - перекрёстноточные насадки, в отличие от противоточных, наряду с низким перепадом давления обладают большей гибкостью конструктивного оформления, значительно расширяющей диапазон их эффективного использования. В данной диссертационной работе рассмотрены актуальные исследования по разработке и реализации ресурсо-энергосберегающих технологий в многотоннажных процессах нефте- и газопереработки под различными давлениями, базирующихся на применении перекрёстноточных насадок.

Степень разработанности темы. На основе систематизации данных по ректификации непрерывных и многокомпонентных смесей на контактных устройствах различных типов, с точки зрения организации взаимодействия потоков пара и жидкости, проанализированы преимущества применения перекрёстноточных насадок, позволяющие одновременно обеспечивать высокую эффективность массообмена, низкий перепад давления и широкий диапазон устойчивой работы и интенсифицировать все основные типы процессов разделения.

Работа выполнена в рамках: комплексной программы Республики Башкортостан «Энергосбережение и повышение энергетической

эффективности на 2010-2014гг.»; программы повышения энергоэффективности

ОАО Газпромнефть; программы Интеграции науки и Высшего образования

России на 2002-2006гг., корпоративного гранта ОАО НК «Роснефть» в 2011г.

Цель работы разработка и внедрение энергосберегающих технологий,

базирующихся на использовании перекрёстноточных насадочных контактных

устройств в процессах под различными давлениями.

Основные задачи исследования

• Обосновать преимущества перекрёстноточной организации контакта фаз и уточнить классификацию контактных устройств с целью формирования общих подходов к интенсификации процессов массообмена.

• Провести испытания различных типов перекрёстноточных насадочных модулей в промышленных условиях с целью оценки пределов их устойчивой и эффективной работы и изучения возможностей их работы в областях малоэффективных для других типов контактных устройств.

• Разработка и исследование ресурсо- и энергосберегающих технологий фракционирования, базирующихся на использовании перекрёстноточных насадочных контактных устройств в процессах нефтегазопереработки, оценка эффективности перекрёстноточных насадок в широком интервале давлений от 0,05 до 2МПа.

• Разработка, исследование, промышленная апробация и внедрение новых типов перекрёстноточных и перекрёстно-противоточных насадочных модулей, сравнительная оценка технико-эксплуатационных характеристик перекрёстноточных насадок с противоточными насадками и тарелками различных типов.

Научная новизна

• Предложена коррекция существующей классификации контактных устройств ректификационных колонн, учитывающая особенности организации контакта фаз в насадочных и тарельчатых системах.

• На основе анализа особенностей изменения коэффициентов диффузии по высоте ректификационных колонн, теоретически обоснованы причины

уменьшения эффективности массообмена на контактных устройствах отгонной секции по сравнению с укрепляющей секцией.

• Разработаны принципиально новые типы насадочных контактных устройств с перекрестно-противоточной организацией контакта фаз типа «заполненный квадрат», обеспечивающие возможность реализации принципа секционирования.

• Впервые доказана возможность одновременной оптимизации тепломассообменных и гидравлических характеристик в одном перекрёстноточном либо перекрёстно-противоточном насадочном контактном устройстве.

• Разработаны новые высокопроизводительные и одновременно высокоэффективные конструкции перекрёстноточных насадок: «многоходовая полоса», «квадрат в квадрате», позволяющие расширить диапазон их эффективного применения.

• Предложен комплексный метод к решению проблем энергосбережения на установках АВТ, заключающийся в одновременной реализации технических решений по оптимизации схемы работы колонн, совершенствовании схемы теплообмена установки и выборе эффективных контактных устройств с низким гидравлическим сопротивлением.

• Для перекрёстноточных насадок предложен и обоснован конструктивно-технологический метод, позволяющий минимизировать энергозатраты на процесс разделения и реализовывать работу конструкции при выбранной технологии, а не изменять технологию для более эффективного применения конкретной конструкции контактного устройства.

• В диапазоне давлений от 0,05 до 2МПа сформирована база данных по массообменным и гидродинамическим характеристикам перекрёстноточных насадочных модулей, полученная в условиях промышленной эксплуатации, обоснована целесообразность их применения и разработаны общие рекомендации по использованию различных типов перекрёстноточных

насадок в ректификационных колоннах технологических установок нефтеперерабатывающих заводов. • Обоснована и доказана возможность реализации перекрёстноточного насадочного аппарата с вариативной разделительной способностью секций и гибкой схемой организации циркуляционных орошений. Практическая значимость работы. Разработаны новые конструкции перекрёстноточных и перекрёстно-противоточных насадок: многоходовая полоса, квадрат в квадрате и заполненный квадрат, позволяющие расширить диапазон их эффективного применения по пару в два раза (до Р-фактора 7Па0,5) по жидкости в 1,5 раза (до плотности орошения 193м3/м2ч).

Успешно реконструировано с заменой тарельчатых контактных устройств на перекрёстноточные насадочные 13 колонн с увеличением разделительной способности в 1,3-3,1 раза на четырёх нефтеперерабатывающих предприятиях страны.

Предложен и реализован в промышленности ряд энерго и ресурсоэффективных технологий для процессов фракционирования в нефтегазопереработке. На ОАО «Орскнефтеоргсинтез» реализованы: технологии фракционирования мазута с вариативной разделительной способностью вакуумной колонны за счёт многоуровневого отбора масляных дистиллятов и гибкой схемы организации циркуляционных орошений на двух установках (АВТ-2, ЭЛОУ-АВТ-3); технологии частичного отбензинивания нефти на двух установках (ЭЛОУ-АВТ, АВТ-3, где снижен расход топлива на 17-25%, экономический эффект 30,22млн. руб в ценах 2008г); технологии атмосферной перегонки нефти на четырёх установках (АТ-5, АВТ-2, ЭЛОУ-АВТ, ЭЛОУ-АВТ-3); технологии стабилизации широкой бензиновой фракции на установке 22-4 (выход стабильного бензина увеличен на 8%; экономический эффект 35,5 млн. руб. по ценам 2004 года); стабилизации гидроочищенного бензина на блоке гидроочистки установки ЛГ-35-11-300/95 (разделительная способность колонны стабилизации гидроочищенного бензина повышена в 3,1 раза при снижении энергозатрат на 20% и увеличении отбора стабильного

гидрогенизата на 8%. экономический эффект 2,2 млн. руб. по ценам 2004 года). На ОАО «Ярославнефтеоргсинтез» разработана и внедрена технология получения пропановой фракции высокой чистоты в новой колонне, на Оренбургском ГПЗ - технология получения пропан-бутановой фракции, на установке ФУС ООО «БИТУМ» (г. Салават) разработана и реализована технология атмосферной перегонки нефти в двух новых насадочных колоннах.

Результатами промышленных обследований доказана целесообразность применения перекрестноточных насадочных контактных устройств, для реализации энергосберегающих технологий фракционирования в вакуумных, атмосферных колоннах и колоннах, работающих при высоких давлениях, получены их эксплуатационные характеристики, которые могут быть использованы при реконструкции действующих и проектировании новых ректификационных колонн.

Получены одиннадцать актов по результатам внедрения перекрестноточных насадочных аппаратов в промышленности и использованию данных разработок при курсовом, дипломном проектировании и выполнении научно-исследовательских работ студентов и магистрантов. Общий экономический эффект от внедрения разработанных технологий более 70 млн. руб. Методология и метод исследования. Расчёты перекрестноточных тарельчатых и насадочных аппаратов выполнены по программе, разработанной в УГНТУ профессорами Марушкиным Б.К., Кондратьевым A.A. и Умергалиным Т.Г. В основу программы заложен модифицированный релаксационный метод расчёта процесса разделения многокомпонентной смеси, базирующийся на уравнении однократного испарения с учётом теплового баланса ступени. Программа апробирована сорокалетним опытом моделирования ректификационного оборудования с учётом теоретических и реальных ступеней контакта.

Апробация работы. Разработанные научные положения, технические и технологические результаты работы докладывались на: Межгосударственной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (г.Тюмень 1993г.), I съезде химиков, нефтехимиков, нефтепереработчиков и работников

промышленности стройматериалов Республики Башкортостан (г.Уфа, 1992г.), V Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов», 1999г., г.Уфа; VI Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов «Нефтехимия-2002», г.Нижнекамск; I Международных научных Надировских чтениях «Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса», республика Казахстан, г.Алматы-Атырау, 2003г.; I-IV Международных научных конференциях «Теория и практика массообменных процессов химической технологии (Марушкинские чтения)» г.Уфа (1996, 2001, 2006, 2011гг.); Научно-практических конференциях «Нефтепереработка и нефтехимия» (г.Уфа, 2002, 2003г.) и «Современное состояние процессов переработки нефти» (г.Уфа, 2004г.), «Нефтепереработка и нефтехимия» (2005г.) и «Нефтегазопереработка» (2006-2013ГГ.) г.Уфа; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук», г.Уфа, 2005-2012гг.; XIII Международной научно-практической конференции INTECH-ENERGY «Новые процессы, технологии и материалы в нефтяной отрасли XXI века» (г.Москва), X Mezinarodni Devecko-Practika konferenc Veda A Technologie: «Krok Do Buduocnosti-2014» (Praha).

Положения, выносимые на защиту. Автор защищает совокупность результатов экспериментальных и научных исследований по теоретическому обоснованию, разработке, внедрению ряда ресурсе- и энергосберегающих технологий в процессах под различными давлениями, базирующихся на применении перекрёстноточных насадочных контактных устройств. Степень достоверности полученных результатов. Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы анализом научно-технической литературы, накопленного опыта оснащения ректификационных колонн перекрестноточными регулярными насадками на ряде НПЗ, результатами успешного внедрения в нефтепереработку с большим экономическим эффектом разработок соискателем энергосберегающих технологий разделения для тринадцати аппаратов работающих в пределах изменения давлений от 0,05 до 2МПа на четырёх различных НПЗ.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 115 публикациях, в том числе 2 авторских свидетельствах СССР на изобретение, 62 статьи из которых 19 опубликованы в ведущих рецензируемых журналах.

Структура и объём работы. Диссертация включает: введение, шесть глав, основные выводы, список литературы, приложения. Общий объём работы включает 560 е., в том числе: 173 рисунка и 84 таблицы, приложения на 86с. В списке литературы имеется 559 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается и обосновывается актуальность выбранной темы, формулируется цель и основные задачи исследования.

Первая глава посвящена анализу результатов внедрения различных типов контактных устройств для разработки энергосберегающих технологий ректификационных процессов нефтепереработки. Показано, что существующая классификация насадочных и тарельчатых контактных устройств не определяет общие тенденции развития массообменных устройств по массиву насадочных систем. В связи с этим предложена общая классификация контактных устройств с точки зрения организации взаимодействия фаз (рисунок 1).

При противоточной организации контакта фаз (противоток в целом по аппарату и противоток на каждом контактном уровне) общие сечения контактных устройств для прохода пара и жидкости практически совпадают и нет возможности варьирования удельных нагрузок по пару и жидкости.

Перекрёстноточная организация контакта фаз (противоток в целом по аппарату и перекрёстный ток на каждом контактном уровне), и для тарелок и для насадок позволяет решить самую главную проблему: возможность независимого регулирования сечения для прохода пара и жидкости, а следовательно, и возможность выбора удельных паровых и жидкостных нагрузок (рисунок 2), позволяя регулировать эффективность, перепад давления и производительность одновременно.

* - с неподвижными элементами, " - с подвижными элементами Рисунок 1. Общая классификация контактных устройств с точки зрения организации контакта фаз

и

0,5У

0,5У

0,5С

Рисунок 2. Варианты компоновки модулей в перекрёстноточпых насадочных блоках:

У-расход лсидкости; О-расход пара

Во второй главе приведены результаты разработки конструкции горячего промышленного стенда для испытания перекрёстноточных насадочных модулей различной геометрии на ОАО «Орскнефтеоргсинтез». Выполнена количественная оценка областей устойчивой работы модулей лерекрёстноточной насадки и определена их тепломассообменная эффективность в широких пределах изменения паровых нагрузок (Р-факторы от 0,5 до 7 Па0-5) и жидкостных нагрузок (плотности орошения от 3 до 50 м3/(м2ч)) на бинарной углеводородной смеси толуол-ортоксилол.

Основу стенда (рисунок

е-1

то

н-1

^чэ-

тк

к-1

тГ

-2

н-з

Н-2 б1

х-1 -ф-

Рисунок 3. Принципиальная технологическая схема промышленного стенда для испытания перекрёстноточных насадочных модулей

3) составляет промышленная полная ректификационная колонна К-1 диаметром 1,4м и высотой 14,5м со всем сопутствующим оборудованием, которая позволила испытывать одновременно до 12 различных конструкций насадочных модулей (по шесть в укрепляющей и отгонной секции, таблица 1). Колонна оборудована 24 устройствами

для отбора проб пара и жидкости. Методика проведения опытов на

промышленном стенде позволяла оценить разделительный потенциал колонны и эффективность-коэффициент полезного действия (КПД) каждого перекрёстноточного насадочного контактного устройства (ПНКУ) по чистоте продуктов разделения. Кратности острого орошения в колонне К-1 изменялись от 0,24:1 до 2,17:1 при изменении отбора дистиллята 33-90% от сырья (1-5т/ч).

Таблица 1. Типоразмеры перекрёстноточных насадочных модулей в колонне К-1

Номер модуля Высота модуля, м Длина пути пара в насадке, м Сечение для прохода пара, м2 Сечение для прохода жидкости, м2 Геометрия

1 0,45 0,6 0,27 0,36 Одна полоса

2 0,45 0,45 0,27 0,27 Одна полоса

3 0,45 0,3 0,27 0,18 Одна полоса

4 0,3 0,3 0,18 0,18 Одна полоса

5 0,6 0,3 0,36 0,18 Одна полоса

6 0,9 0,3 0,54 0,18 Одна полоса

7 0,45 0,3 0,27 0,18 Одна полоса

0,45 0,6 0,135 0,18 Двухходовая полоса

9 0,45 1,2 0,135 0,36 Четырёхходовая полоса

10 0,45 0,9 0,27 0,54 Т-образник

11 0,45 0,3 1,08 0,72 Квадрат

12 0,45 0,3 0,54 0,36 Заполненный квадрат

По результатам расчётных паровых и жидкостных нагрузок в колонне с учётом площадей сечения для прохода пара и жидкости были определены значения Р-факторов, плотностей орошения и КПД для определения областей эффективной работы (ПНКУ) выбора сечения при проектировании. В качестве примера область эффективной работы для одноходовой «полосы» (модуль №5), представлена на рисунке 4.

Зависимость паровых, жидкостных нагрузок и КПД для одноходовой полосы с различными геометрическими размерами, расположенной в укрепляющей части колонны даны в таблице 2. При обработке данных исследований методами математического моделирования были получены следующие результаты:

кпд

определены области эффективной работы различных модулей перекрёстноточных насадочных контактных устройств в укрепляющей и отгонной частях колонны, впервые получены высокие значения КПД (на уровне 90%) для отгонной части колонны; доказана возможность

/Г" - >.

обеспечения высоких значений эффективности насадок пере-крёстноточного типа при низких удельных паровых и жидкостных нагрузках за счёт изменения времени и числа контакта фаз в одном насадочном модуле; показано, что новые конструкции перекрёстноточных

док, такие как, двух- ,

фактора) и удельных жидкостных нагрузок

ходовая полоса (плотности орошения) для пятого модуля насадки

типа «полоса»

расширяют диапазон

эффективной и устойчивой работы перекрёстноточных насадок по пару в два раза (Р-фактор увеличивается с 3,5 до 7Па0,5 ) при плотностях орошения 50м3/м2ч.

2.0

Г-фак-тр, Па0,5

наса-

Рисунок 4. Зависимость КПД от удельных паровых (¥-

Таблица 2. Зависимость КПД от ¥-фактора и плотности орошения для одной

КПД Р-фактор, Па0,5 Плотность орошения, м3/м ч

0,35-0,52 1-1,6 6-9

0,5-0,8 1,6-2,0 8-12

0,75-0,95 2,0-4,0 12-17,5

Третья глава посвящена результатам разработки, внедрения и промышленного обследования технологий получения масляных дистиллятов в перекрёстноточных насадочных вакуумных колоннах, обеспечивающих изменение схемы организации работы колонны, при различном ассортименте базовых основ вырабатываемых масляных дистиллятов.

При проектировании многоуровневого отбора с последующим регулированием качества масляных дистиллятов необходим учет двух эффектов: эффекта взаимного влияния, увеличивающего при уменьшении зоны фракционирования пределы изменения качественных характеристик смежных масляных дистиллятов, и эффекта параллельного смещения отборов, уменьшающего из-за постоянства зоны фракционирования пределы изменения качественных характеристик смежных дистиллятов. На основе расчетных исследований показано, что при смещении уровня отбора на один насадочный блок в среднем температура вспышки дистиллята изменяется на 3...5°С, вязкость на 1,5...2,5 пункта. Показано, что: температура вспышки более чувствительна к уровню отбора, на вязкость более значительное влияние оказывает зона фракционирования; чем больше смещается уровень отбора, тем больше изменяются свойства дистиллятов и наоборот, чем больше увеличивается зона фракционирования, тем меньше изменяются свойства при переходе от одного уровня отбора к другому. Одновременный отбор с двух уровней следует использовать только в том случае, когда переход к максимальному (как минимум 90%) отбору с конкретного уровня по каким-то причинам невозможен.

В связи с изменением ассортимента базовых основ масел, вырабатываемых на ОАО «Орскнефтеоргсинтез» в вакуумных колоннах, оборудованных желобчатыми тарелками, возникали проблемы получения двух качественных дистиллятов одновременно, поскольку требования по вязкостной характеристике каждого дистиллята отличались в 1,5-2 раза, а регулирование качества за счёт материального баланса разделения приводило к получению одного из дистиллятов нестандартного качества. Он направлялся на рециркуляцию, что приводило к повышению затрат на

разделение. Обследование и последующее математическое

моделирование действующей вакуумной колонны К-4 установки АВТ-2, выявило её низкую разделительную способность - 5,6 теоретических тарелок (т.т.).

Нами была разработана

технология разделения мазута в

одной перекрёстноточной

насадочной колонне К-4

установки АВТ-2 с

многоуровневым отбором

дистиллятов. Перекрёстноточная

насадочная колонна К-4, была

оборудована 20-ю насадочными

модулями, в том числе 17 в

укрепляющей части колонны (10

нижних модулей типа «две

полосы», 7 верхних модулей

типа «квадрат») и три типа «Т-

_ „ Рисунок 5. Вакуумная перекрестноточная

образника»- в отгонной (рисунок наеадочная КОЛОИна К4установки АВТ-2 ПО

5). После реконструкции Орскнефтеоргскнтез.

I - мазут, и- вакуумный соляр, Ш - первый колонны достигнуты высокие масляный дистиллят, IV -второй масляный

дистиллят, V- водяной пар, VI- гудрон, VII- пары тепло- и массообменные КПД по и газы в вакуумсоздающую систему.

секциям колонны: в конденсационной - 0,9, укрепления вакуумного соляра -

0,94, укрепления веретенного дистиллята-0,65, укрепления машинного

дистиллята и зоне питания-0,60, в зоне отгона-0,40 при изменении F -фактора

от 0,7 до 3,7Па0'5 и плотностей орошения от 2 до З7м3/м2ч. Удельный

теплосъем контактных модулей типа "квадрат" в конденсационной части

составил

11,5кВт/(м3ч°С).

Перепад давления на один контактный модуль составил 0,7мм рт.ст. (0,9мм рт.ст. на 1т.т.). Практически в два раза с 5,6 до 10,8т.т.. была повышена разделительная способность укрепляющей секции колонны, что

позволило получить более узкие 100...110°С масляные фракции вместо 130...140°С, в-1,5...2 раза снижена степень налегания смежных дистиллятов, повышена вязкость и температура вспышки масляных дистиллятов и гудрона. Отбор масляных дистиллятов был увеличен на 10...12% на мазут и доведен до 93% от потенциала фракций 320...500°С.

Аналогичная реконструкция вакуумной колонны К-4 была проведена

на установке ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» в связи с

увеличением мощности установки от 1 до 2млн.т. (260т/ч) и расширением

одновременно вырабатываемого ассортимента базовых масел. Особенностью

данной вакуумной колонны К-4 являлось расположение зоны конденсации

паров вакуумного соляра в верхней обечайке колонны диаметром 3,6м (при

диаметре основной части колонны 6,4м). Реконструкция колонны К-4

проводилась в несколько этапов. На последнем этапе реконструкции была

изменена конструкция блоков,

установленных в верхней

части колонны меньшего

диаметра на основе новой

конструкции насадочных

модулей типа «квадрат в

квадрате» (рисунок 6), схема

организации жидкостного

орошения в колонне, и схема Рисунок 6. Насадочныи модуль типа «квадрат в

квадрате» теплообмена установки для

создания второго дополнительного циркуляционного орошения.

Была разработана технология сухого глубоковакуумного фракционирования мазута с многоуровневым отбором дистиллятов и двумя циркуляционными орошениями (рисунок 7), которая позволила уменьшить расход паров в вышерасположенной секции и увеличить количество перекрёстноточных насадочных модулей в данной секции до восьми.

Реализация гибкой технологии фракционирования мазута с многоуровневым отбором дистиллятов позволила не только смещать уровень

отбора масляных дистиллятов, но и изменять схему организации циркуляционного орошения, что в противоточных насадочных вакуумных колоннах в принципе не возможно.

Рисунок 7. Реализованная технологическая схема работы вакуумного блока установки ЭЛОУ-АВТ-3

1-мазут; 2-пары и газы в вакуумсоздающую систему; 3-вакуумный соляр; 4-1 масляный дистиллят; 5-11 масляный дистиллят; 6-гудрон; 7-квенчинг.

Для обобщения основных результатов внедрения разработанной технологии было проведено обследование работы блока вакуумной перегонки мазута (85% от максимальной загрузки установки) и последующее математическое моделирование. После реконструкции была обследована работа блока вакуумной перегонки мазута при переработке на ЭЛОУ-АВТ-3 легкой жанажольской нефти в количестве 190т/ч на трех режимах (таблица 3), отличающихся: материальным балансом, уровнем вывода первого масляного погона, качеством I масляного погона (веретённый дистиллят либо основа для холодильных масел) и схемой организации II циркуляционного орошения. В соответствии с изменением уровня вывода первого масляного погона изменялась разделительная способность секций укрепления продуктов разделения (таблица 4).

В режиме I и II по выводу первого масляного дистиллята вырабатывалась базовая основа масла И-12 (у5о=11-13мм2/с), в режиме III- базовая

основа масла И-20 (уя=17-20мм2/с). Во всех режимах суммарный отбор двух масляных дистиллятов на нефть составлял 14-15%.

Таблица 3. Основные параметры технологических режимов работы вакуумной колонны К-4 ЭЛОУ-АВТ-3 _

Показатели Режимы параметры

I П 1П

Добавление верха колонны К-4, мы рт. спи: 40 33 26

Температура, °С:

мазута на входе в колонну 368 365 372

верха 114 118 101

низа 347 345 350

Расход, т/ч

сырьевого потока (мазута) 62 67 69

1ЦО 47 46,4 49

ПЦО 7 6,8 6,6

Отбор, т/ч

у/в паров 0,4 1,5 0,2

вакуумного соляра 2,7 2,7 6,6

I масляного дистиллята 12,5 13,0 14,4

II масляного дистиллята 15,3 15,5 14,2

гудрона 31,1 34,3 33,6

Реализации энергосберегающей сухой глубоковакуумной технологии фракционирования мазута с многоуровневым отбором дистиллятов и гибкой схемой организации циркуляционных орошений позволила: • обеспечить работу аппарата с варьируемой разделительной способностью секций, обеспечивающей получение дистиллятов, отличающихся по уровню вязкости в 1,5-1,8 раза (У5о=11-13мм2/с и у50=17-20мм2/с);

Таблица 4. Изменение разделительной способности секций колонны К-4

Назначение секции Число насадочных модулей, шт.

схема 1 (режим I) схема 2 (режим II и III)

I циркуляционное орошение 3 3

Укрепление вакуумного соляра 5 5

П циркуляционное орошение (—) «на проток» 3 (типовая схема)

Укрепление I масляного дистиллята 9 6

Укрепление II масляного дистиллята 5 5

Всего в укрепляющей части: 22 22

• доказать, повышение четкости разделения мазута при подаче орошения по схеме 1 («на проток» без циркуляции) и увеличение степени регенерации

тепла на установке при работе по типовой схеме 2 (циркуляция на трёх блоках над выводом дистиллята); • получить тепломассообменные характеристики новой перекрёстноточной насадки типа «квадрат в квадрате», установленной в секции укрепления вакуумного соляра: КПД 80-90%; удельный теплосъем 12,9-что гораздо выше противоточных зарубежных аналогов.

В четвертой главе приводятся результаты разработки и реализации технологий фракционирования нефти в двух перекрёстноточных насадочных колоннах частичного отбензинивания К-1 установок ЭЛОУ-АВТ и ЭЛОУ-АВТ-3 и четырёх основных атмосферных колоннах установок АТ-5, АВТ-2, ЭЛОУ-АВТ и ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО «Орскнефтеоргсинтез». В качестве примера в автореферате более подробно рассмотрим некоторые результаты состоявшихся внедрений.

Первым реконструированным с применением перекрёстноточных насадок аппаратом, работающим под атмосферным давлением, была основная атмосферная колонна К-2 установки АТ-5. До реконструкции колонна К-2 диаметром 3,2м и высотой цилиндрической части 22,5м была оборудована двадцатью желобчатыми, десятью клапанными тарелками в укрепляющей секции и пятью желобчатыми тарелками в отгонной секции. Установка АТ-5 была предназначена для переработки лёгких казахстанских нефтей в трех различных режимах: "моторочный" (с получением топлива для судовых дизелей, производительность 160т/ч), "осевое масло" (с получением осевого масла, производительность 130т/ч) и "мазутный" (с получением мазута, производительность 120т/ч), с температурами ввода сырья соответственно: 280-290°С, 320-330°С и 360°С. Снижение производительности на 25% по "мазутному" варианту при повышении температуры сырья объяснялось недостаточной пропускной способностью действующих желобчатых и клапанных тарелок.

Впервые в стране, в декабре 1991г. в реконструированной перекрёстноточной насадочной колонне К-2 (рисунок 8) была реализована технология фракционирования нефти при атмосферном давлении, обеспечившая

повышение производительности колонны на 15-25% и фракционирующей способности укрепляющей части в 1,29 раза.

Средний КПД по укрепляющей секции составил 0,62. В зоне ректификации бензиновой фракции КПД-0,55, в зоне ректификации керосиновой фракции-0,75 и в зоне ректификации фракции дизельного тошгава-0,75 при изменении плотностей орошения от 13 до 160м3/(м2 ч) и скоростей пара от 1,5 до 2м/с. После чего были полностью реконструированы колонны К-2 с заменой устаревших тарелок на установках ЭЛОУ -АВТ-3, АВТ-2 и ЭЛОУ-АВТ ОАО «Орскнефте-оргсинтез».

До реконструкции на насадочный вариант колонна К-2 установки ЭЛОУ-АВТ была оборудована в укрепляющей части 37-ю двухсливными тарелками желобчатого типа. Под выводом трех боковых погонов предусмотрено три циркуляционных орошения.

Разделительная способность укрепляющей секции колонны соответствовала 13 теоретическим тарелкам. На установке перерабатывалась шкаповская нефть (содержание фракций до 360°С - 54-56%), близкая по составу к западно-сибирским нефтям, на переработку которых и был рассчитан проект установки. В укрепляющей части основной атмосферной колонны К-2 ЭЛОУ-АВТ после реконструкции было установлено 34 контактных модуля насадки типа «квадрат», в отгонной части насадка в виде четырёх лепестков с винтовым движением пара (рисунок 9).

перекресноточной посадочной колонны К-2 установки А Т-5:

1-сырьё (частично отбензиненная нефть); II- фракция бензина; III-фракция керосина; IV-фракция дизельного топлива; V- мазут; VI-водяной пар.

В результате реконструкции разделительная способность ее укрепляющей секции повысилась примерно на 30% (с 13 до 17 теоретических тарелок), расход водяного пара сократился до 0,1% масс, на сырьё, КПД составил 0,50,85 при изменении F-фактора от 0,62 до 2,44Па0,5 и плотности орошения от 3,1 до 54,8м3/(м2ч). Средний КПД перекрёстноточных модулей в укрепляющей секции составил 0,66.

Одновременно с колонной К-2

реконструировалась колонна

частичного отбензинивания К-1

диаметром 3,8м этой же установки.

До реконструкции в укрепляющей

Рисунок 9. Перекрестноточная

части колонны К-1 было 10 насадочкая колонна К-2 установки

ЭЛОУ-АВТ

клапанных трапецевидных тарелок, 1-СЫрьё; II-газ; III- фракция бензина; IV-

„ , _ фракция керосина;У и VI-фракция

в отгоннои-6 желобчатых тарелок с дизелшого mormma зимнего и летнег0; уп-низкой эффективностью: в мазут; VIII-водяной пар. укрепляющей части - 40%, а в отгонной - 30%. Сравнительный анализ различных схем работы колонн частичного отбензинивания показал, наиболее высокую энергоэффективность технологических схем с двухпоточным разнотемпературным питанием и подачей водяного пара в низ колонны. На основе расчётного анализа в укрепляющей части колонны были выбраны контактные модули в виде "Н-образника", в секции расположенной между первым и вторым уровнем ввода сырья в виде двух "Т-образников" и над вводом водяного пара в виде "Квадрата" (рисунок 10). Технологическая схема колонны до и после реконструкции приведена на рисунке 11а, б. После

внедрения энергосберегающей технологии частичного отбензини-

вания отбор бензина увеличился на 5% на нефть; удельные энергозатраты на 1т. бензина снизились на 388,42 Мкал/ч; разделительная способность колонны увеличилась с 6 до 11т.т. (в 1,8 раза) при средних КПД 0,7-0,75.

Ш^ИвШ

-г*

Два "Т-образника" Рисунок 10. Конструкции насадочных перекрестноточных контактных ступеней Следующий этап совершенствования технологического и

конструктивного оформления процесса частичного отбензинивания в

колонне К-1 установки ЭЛОУ-АВТ был связан с необходимостью получения

бензина с концом кипения не выше 175-180°С. Для этого необходимо было

Рисунок 11а. Технологическая схема Рисунок 116. Технологическая схема

работы блока частичного отбензинивания работы блока частичного нефти до реконструкции установки ЭЛОУ- отбензинивания нефти после I этапа АВТ реконструкции

К-1- полная ректификационная колонна; Л-1, П-2 - печи атмосферного и вакуумного блока; I- первый поток сырья, II- второй поток сырья, Ш-бензин, IV-газы, V- острое холодное орошение, VI-частично отбензиненная нефть в К-2, VII-водяной пар.

Вместо двух модулей типа «два Т-образника» керазборной

"Н-образник" "Квадрат"

конструкции в средней части колонны (между вводами сырьевых потоков)

было установлено девять перекрестноточных насадочных модулей типа «два Т-образника» разборной конструкции. После реконструкции системы теплообмена с двухпоточной на трёхпоточную, схема подачи сырья была изменена: верхнее более холодное питание стало подаваться на 10 модуль вместо третьего (рисунок 116), а нижние два более нагретых потока через существующие штуцера стали подаваться в низ колонны. Водяной пар в колонну не подавался. Всего в колонне К-1 было установлено 22 насадочных модуля. Было проведено испытание работы колонны К-1 на двух режимах (таблица 5), отличающихся отбором и концом кипения (к.к.) бензиновой фракции: лёгкий (к.к. 175°С) и тяжёлый (к.к. 203°С) бензин. КПД перекрестноточных насадочных модулей составили: в секции укрепления бензиновой фракции-0,65; в секции между двумя уровнями ввода сырья-0,80.

Таблица 5. Параметры фактического технологического резкими работы колонны К-1 установки ЭЛОУ-АВТ о период опытного пробега__

Наименование показателей лёгкий бензин тяжёлый бензин

Расход сырья в колонну К-1, т/ч, в т.ч.: 320 350

1 потока, т/ч 120 132

2 потока, т/ч 140 150

3 потока, т/ч 60 68

Температура ввода сырья в колонну К-1, 'С

1 потока сырья 214 214

2 потока сырья 261 263

3 потока сырья 257/247 *' 256/250 *'

Абсолютное давление верха колонны К-1, МПа 0,41 0,43

Температура, °С

верха колонны К-1 155 167

острого орошения Е-1 52 58

низа колонны К-1 245 247

Расход острого орошения, т/ч 17 17

Кратность орошения, кг/кг 0,472:1 0,447:1

Выход, т/ч

фракции бензина 36 38

отбещиненной нефти 284 312

Примечание: - на выходе из змеевиков трубчатой печи П-1.

Очень высокое расчетное значение тепломассообменной эффективности (КПД-0,8), которое зафиксировано у 9 новых модулей перекрестноточной насадки («двойной Т-образник») может быть объяснено увеличением пути пара в насадке (0,4*3=1,2м на одном уровне), времени

пребывания и числа контакта фаз. Суммарный путь потока пара в насадке в этой секции колонны составляет 10,8м. при высоте секции 4,5м (0,5м высота одного модуля), то есть путь пара в насадке в 2,3 раза больше, чем общая высота модулей ПНКУ. В результате реконструкции производительность колонны повысилась в 1,2 раза, отбор бензиновой фракции с концом кипения 180°С повысился до 11,56% на нефть(50% от потенциального содержания вместо 37,2%).

Температура в низу перекрестноточной насадочной колонны К-1 увеличилась до 247°С (вместо 200°С), повысилась энтальпия отбензиненной нефти, и сократился её расход. Сокращение расхода топлива в печи П-1за счёт этого составило 25,2% (2,8кг на 1т. нефти) по сравнению с соответствующим расходом до реконструкции установки ЭЛОУ-АВТ. Экономический эффект оценен на уровне 19,2млн. рублей в год.

Впервые в отечественной практике нефтепереработки на установке ЭЛОУ-АВТ-3 внедрена энергосберегающая технология первичной перегонки нефти в трех перекрестноточных насадочных колоннах (рисунок 12), базирующаяся на следующих ключевых элементах:

• организации двухуровневой подачи сырьевых потоков нефти, нижний из которых имеет более высокую температуру, что позволяет в перекрестноточной насадочной колонне К-1 достичь высокого отбора бензиновой фракции при низкой кратности острого орошения;

• замене в ректификационных колоннах желобчатых тарелок на модули перекрестноточной насадки, которые обеспечивают высокую эффективность тепломассообмена при требуемой четкости разделения и позволяют оптимизировать теплоотвод циркуляционными орошениями;

• оптимизации рекуперации тепла потоков теплоносителей для подогрева нефти за счет рациональной обвязки существующих теплообменников.

В таблице 6 приведено конструктивное оформление насадочных модулей колонн К-1, К-2.

Рисунок 12. Принципиальная технологическая схема установки ЭЛОУ-АВТ-3 с тремя перекрестноточными посадочными колоннами

1,2 -рефлюксные емкости Е-1, Е-2; 3,4,9- перекрестноточные посадочные колонны К-1, К-2, К-4; 5, 6 -стриппинг-секцииК-3/1 и К-3/2; 7, 8 -печи П-1, П-2; 10, 11- вакуумприемники Е-9, Е-10; 12 - теплообменники; 13 - конденсаторы-холодильники. I - обессоленная нефть; II - отбензиненная нефть; III, IV - фракция бензина; V - фракция керосина; VI - фракция дизельного топлива; VII - мазут; VIII - водяной пар; IX -газы в вакуумсоздаюгцую систему; X - вакуумный соляр (компонент дизельного топлива); XI-I масляный дистиллят; XII - IIмасляный дистиллят; XIII - гудрон; XIV - квенчинг; XV-острое орошение; XVI - циркуляционные орошения.

Таблица 6. Типы перекрёстноточных насадочных модулей, установленных в колоннах К-1 и К-2 установки ЭЛОУ-АВТ-3____

Наименование колонны Назначение секций колонны Диаметр, мм Число модулей, шт. Тип модулей

Колонна частичного отбензинивания нефти К-1 Укрепление фракции бензина 3200 17 Одна полоса

Зона между двумя уровнями ввода сырья 3200 10 Одна полоса

Основная атмосферная колонна К-2 Укрепление фракции бензина 3800 10 Квадрат

Укрепление фракции керосина 3800 9 Квадрат

Укрепление фракции дизельного топлива 3800 11 Квадрат

Огпарная секция 3800 5 Т-образник

Показатели фактической работы колонны К-1 с 20 желобчатыми тарелками и с 27 перекрестноточными насадочными модулями после реконструкции представлены в таблице 7. За счёт повышения температуры в низу перекрестноточной насадочной колонны К-1 на 25°С общий расход топлива, для нагрева отбензиненной нефти в печах П-1 и П-2 был сокращён на 17%, а удельный расход на 2,5 кг на 1т. нефти (на 4500т в год).

Таблица 7. Показатели работы колонны К-1 установки ЭЛОУ-АВТ-3

Наименование показателей тарелки насадка

Расход сырья в колонну К-1, т/ч, в т.ч.: 230 230

I потока обессоленной нефти, т/ч 92 90

П потока обессоленной нефти, т/ч 78 70

Ш потока обессоленной нефти, т/ч 60 52

IV потока обессоленной нефти, т/ч — 18

Температура ввода сырья в колонну К-1, °С

I потока обессоленной нефти 225 250

II потока обессоленной нефти 224 255

Ш потока обессоленной нефти 218 245

IV потока обессоленной нефти 135

Абсолютное давление верха колонны К-1, МПа 0,37 0,37

Температура, °С

верха колонны К-1 170 170

острого орошения 38 44

низа колонны К-1 220 247

Кратность орошения, кг/кг 0,43:1 0,23:1

Выход, т/ч

фракции бензина 25,1 36,5

частично отбензиненной нефти 204,9 193,5

Разделительная способность перекрестноточной насадочной колонны К-1 повысилась в 2,5 раза по сравнению с работой колонны на желобчатых

тарелках и составила 14т.т., за счет повышения теплоподвода, двухуровневого ввода сырьевых' потоков и высокой эффективности насадочных модулей в колонне К-1, кратность орошения снизилась до 0,23:1 кг/кг отбор бензиновой фракции увеличился с 53 до 60% от потенциала фракции н.к.-180°С.

Экономический эффект от снижения расхода топлива на установке ЭЛОУ-АВТ-3 был оценён на уровне 11,02млн. рублей в год.

Реализация комплексного подхода при реконструкции установок ЭЛОУ-АВТ и ЭЛОУ-АВТ-3 позволила получить экономию затрат в размере ЗОмлн руб. в год, что свидетельствует о целесообразности внедрения предлагаемой технологии на других установках АВТ в нашей стране.

В пятой главе приводятся результаты разработки и промышленной реализации энерго и ресурсосберегающих технологий ректификации нефтепродуктов при повышенных и высоких давлениях, базирующихся на применении перекрёстноточных насадочных контактных устройств.

В связи с планируемым увеличением выработки бензиновой фракции на установках АВТ ОАО «Орскнефтеоргсинтез» возникла необходимость расширения пределов производительности установки вторичной перегонки широкой бензиновой фракции 22-4 (рисунок 13) от 80 до 250 т/ч.

Анализ технологических возможностей существующих ректификационных колонн

выявил: низкую эффективность контактных устройств 20-35%(К-5); 25-30%(К-1); 25-40% (К-2); 10-30% (К-3); низкий отбор и плохое качество целевых фракций; неоптимальность

технологической схемы и режимов фракциионирования;

Рисунок 13. Действующая технологическая схема установки 22-4

I-сырье (широкая бензиновая фракция); II-газ; III-фр. 85-180°С; IV- фр. 180-220°С; V. 62-85"С; VI-Ли. н.к. - 62 "С.

перегрузку по жидкости тарелок отгонной части колонны К-5 даже при фактической производительности.

В результате проведённых исследований была предложена ресурсе- и энергосберегающая технология (рисунок 14) разделения широкой бензиновой фракции, основанная на использовании в колонне К-5 принципиально новых перекрестно-противоточных контактных устройств типа «заполненный квадрат», обладающих высокой пропускной способностью по жидкости и уменьшении числа колонн (исключении из работы колонны К-1 и К-2, либо исключении из работы только колонны К-1). Высвободившуюся ректификационную колонну К-1 после реконструкции предлагалось использовать для получения дополнительных высокооктановых компонентов: в качестве дистиллята-высокооктанового компонента бутан-изопентановой фракции (рисунок 15), в качестве остатка-сырья установки изомеризации (пентан-гексановой фракции).

я б

Рисунок 14. Двух (а) и трехколонный (б) варианты работы установки 22-4

Потоки: I-сырье; II-газ; III-фр. н.к. - 62°С; IV-фр. 62-85°С; V-фр. 85-180°С; VI-фр. 180°С-к.к.

Для расширения диапазона эффективной и устойчивой работы установки 22-4 по сырью необходимо было значительно интенсифицировать работу стабилизатора прямогонного бензина-колонны К-5 диаметром 1,8/2,Ом, существенно увеличив производительность и эффективность его работы. Гидравлический расчёт внутренних устройств колонны К-5 до реконструкции показал, что рабочие нагрузки тарелок отгонной секции находятся за пределами областей эффективной и устойчивой работы даже при минимальной производительности колонны по сырью 80т/ч (65% от

проектной) из-за чрезмерно высоких жидкостных нагрузок (рисунок 16).

Клапанные прямоточные тарелки в укрепляющей части

находятся на границе области устойчивой работы из-за минимальных паровых нагрузок и низких жидкостных нагрузок.

Моделирование фракционирования в

стабилизационной колонне

и низких паровых

процесса Рисунок 15. Предлагаемый вариант работы

установки 22-4 с получением сырья изомеризации

Потоки: I-сырье; II-газ; III- фр. 85-18(ГС; IV-фр. 180-220 "С; V-сырье изомеризации; VI-изопентановая фракция; VII - сжиженный газ

К-5 при производительности 250т/ч показало, что фактор паровой нагрузки (Р- фактор) будет в пределах 0,5-1,2 Па0,5; а плотность орошения в расчёте на сечение колонны составит 140-250м3/м2ч. В этом диапазоне нагрузок ректификационные тарелки не работоспособны.

Клапанные-прямоточные однопоточные

гарелкн 0=1,8 м

Клапанные-прямоточные однопоточные тарелки |> -2 м

100 120 140

20 40 60 30 100 120 140 <2Ж,М 3/ч

Рисунок 16. Области эффективной и устойчивой работы клапанных прямоточных тарелок укрепляющей (а) и отгонной (б) секций колонны К-5

о - области рабочих нагрузок тарелок укрепляющей части колонны; »- области рабочих нагрузок тарелок отгонной части колонны.

Для обеспечения эффективной работы при максимальных жидкостных и низких паровых нагрузках была специально разработана конструкция перекрёстно-

противоточного типа заполненный квадрат с секционированием по жидкости (рисунок 17).

Для этого типа насадочных Рисунок 17. Заполненный

- ~ секционированный квадрат

модулей так же была разработана г

конструкция распределителей жидкости, обеспечивающая

работоспособность при изменении жидкостных нагрузок в 1-3 раза. Реализация технологии стабилизации широкой бензиновой фракции в перекрестноточной насадочной колонне К-5 (рисунок 18) на установке 22-4 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» позволила: обеспечить стабильную работу колонны при изменении производительности по сырью от 100 до 180т/ч; повысить качество целевой фракции н.к.-62°С. (содержание углеводородов С6, составило 1,5-2% вместо 50% до реконструкции); сократить потери легких фракции при разгазировании; улучшить качество и увеличить на 7-8% отбор стабильного бензина. Тепломассообменная эффективность перекрёстноточных насадочных модулей в укрепляющей секции колонны составила 0,65-0,70 в пределах изменения Р-фактора 0,6-0,7Па°'5 и плотности орошения от 28 до З6м3/(м2ч); в отгонной секции 0,50 при изменении Р-фактора от 1,2 до 1,5Па0'5 и значениях плотностей орошения 110-193м3/(м2ч). Разделительная способность колонны К-5 в результате реконструкции увеличена в 1,6 раза с 11 до 17,7т.т. (таблица 8) причём максимальное повышение эффективности в 2,5 раза, зафиксировано в отгонной части колонны (с 4 до 10т.т.) для перекрёстно-противоточных устройств типа «заполненный квадрат». Положительные результаты внедрения технологии стабилизации, базирующейся на использовании перекрёстноточных насадочных контактных устройств подтвердили

эффективность их использования в процессах с диспропорциональными (резко отличающимися) нагрузками.

Значительно сложнее интенсифицировать работу колонны стабилизации гидрогенизата на установке каталитического риформинга так как разделительная способность колонн для стабилизации гидроочищенных бензинов должна быть значительно выше чем колонн стабилизации широкой бензиновой фракции, поскольку разница температур кипения для компонентов, на границе деления дистиллята и остатка в этом случае составляет 5°С, а в процессах стабилизации прямогонных бензинов 28°С. Разделительная способность

стабилизатора гидроочищенного бензина К-1 установки риформинга ЛГ-35-11/300-95 ОАО «Орскнефтеоргсинтез», оборудованного 30-ю 8-образными тарелками (7 в укрепляющей части и 23 в отгонной), составляла 5 теоретических тарелок. Причины неудовлетворительной работы аппарата кроме диспропорциональных нагрузок, присущих всем процессам стабилизации связаны так же с завышенным диаметром аппарата (2,2м).

Таблица8.Эффективность работы контактных устройств колонны стабилизации

К-5 до и после реконструкции

Название секций колонны К-5 до реконструкции по проекту после реконструкции

кол-во реальн. ступ. эффектней., % кол-во теорет тар. кол-во реальн ступ. эффектней. ,% кол-во теорет. тар. по реальн ступ. эффектней. кол-во теорет. тар.

Укрепляющая 20 35 7 11 60 7 И 70 7,7

Отпарная 20 20 4 20 50 10 20 50 10

Итого в К-5 40 11 31 17 31 17,7

Рисунок 18. Принципиальная схема посадочной колонны К-5

Потоки: I— широкая бензиновая фракция; И — газ; III - фракция нк-62°С; IV-стабильная бензиновая фракция.

При диаметре большем, чем в колонне К-5 установки 22-4 загрузка колонны стабилизации по сырью составляла 40т/ч. Анализ фактической работы тарелок колонны стабилизации по областям эффективной и устойчивой работы показал, что действующие нагрузки для тарелок находятся на границе, либо за пределами этой области для 5-образных тарелок (рисунок 19).

При разработке новой технологии стабилизации были проведены расчёты по исследованию уровня ввода сырья, которые показали необходимость увеличения количества ступеней разделения в укрепляющей части колонны с 7 до 10 (рисунок 20).

Расчётным анализом так же была обос-

нована возможность сокращения суммарного

О.

3

теплоподвода, на 3-5%, показано, что из трёх существующих способов создания парового орошения в колонне К-1 целесообразно оставить два: теплоподвод в рибойлере и «горячую

Рисунок 19. Область эффективной и устойчивой работы для 8-образных тарелок

I-область эффективной и устойчивой работы; 11-верхняя граница; 111-нижияя граница; 1-рабочие нагрузки тарелок укрепляющей секщи колонны; 2-рабочие нагрузки 7-ми верхних тарелок отпарной секции; 3-рабочие нагрузки 16-ти нижних тарелок отпарной секции.

струю», исключив подачу водородсодержащего газа (ВСГ). Принципиальная схема технологии стабилизации гидрогенизата приведена на рисунке 21.

При выборе типа перекрёстноточных насадочных модулей для реконструкции колонны К-1 был разработан конструктивно-технологический подход, который предполагает одновременную оптимизацию технологических и конструктивных параметров за счёт варьирования независимых сечений для прохода пара и жидкости. Этот метод при разработке технологии фракционирования обеспечивает минимизацию энергозатрат на разделение за счёт изменения конструкции при сложившихся

для выбранной технологии нагрузках, в отличие от существующей энергозатратной практики увеличения нагрузок (вследствие повышения паровых и флегмовых чисел) для обеспечения эффективной работы контактных устройств.

—Содержание в Эисньишне тленны К-1 X Содержание в остатке К-1

Рисунок20. Распределение перекрест- Рисунок 21. Принципиальная схема поточных посадочных блоков между работы блока стабилтации укрепляющей и отгонной секциями гидроочищенного бензина

колонны К-1 Потоки: I- гидрогенизат из С-1; ¡[-у/в газ;

Ш-некондиционный продукт; IV-стабильный гидрогенизат; У-вода.

Он может быть наиболее полно реализован только для

перекрестноточных насадочных контактных устройств. Для стандартных перекрёстноточных тарелок такой подход имеет ограничения по применению из-за дискретных изменений их геометрических размеров и меньших возможностей варьирования площадей для прохода пара и жидкости. Для противоточных тарелок и насадок этот подход невозможен из-за близких по величине и зависимых сечений для прохода пара и жидкости.

В результате реализации технологии стабилизации гидрогенизата в перекрёстноточной насадочной колонне на установке риформинга Л-35-11/300-95 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» разделительная способность колонны К-1 повысилась с 5 до 15,6т.т., т.е. в 3,1 раза, за счёт сокращения потерь бензиновых фракций с газом и некондиционным продуктом отбор стабильного гидрогенизата увеличился на 8% (рисунок 22).Эффективность

перекрестноточных насадочных модулей составила 0,8 в укрепляющей части колонны при низких паровых (И-фактор 0,36-0,39Па°'5) и низких жидкостных нагрузках (плотность орошения 0,7 -1,1м3/м2ч); в отгонной части колонны 0,55 при низких паровых (Б-фактора 0,23-1,43Па°'5) и средних жидкостных нагрузках (плотности орошения 41,9-67,5м3/м2ч).

В таблице 9 приведено сравнение технико-эксплуатационных показателей технологии стабилизации, базирующейся на перекрестноточных насадках с результатами работы стабилизационной колонны, оборудованной 8-образными тарелками до реконструкции и аналогичной колонны стабилизации модернизированной с использованием клапанных тарелок фирмы «Глитч» на параллельно работающей установке.

Таблица 9. Основные технологические параметры работы стабилизационных колонн установок риформинга, оборудованных различными контактными устройствами

Параметры Колонна с 8-образп. тарелками Перекрёстпоточпая колонна Колонна с клапана, тар. Ф. «Глитч»

Абсолютное давление, МПа: ЛГ-35-11/300-95 Л-35-11/300

верха колонны 0,98 0,97 1,10

в ёмкости орошения С-2 0,93 0,86 1,00

Температура, °С:

сырья 110 115 118

верха колонны К-1 126 103 115

низа колонны К-1 184 205 217

Расход,% на сырьё

сырья в колонну К-1 100 100 100

верхнего орошения 10,0 1,7 13,5

горячей струи 29,4 24,5 40,4

водородсодержащего газа (ВСГ) 2,3 — 1,7

Общий удельный теплоподвод на 1 т сырья,Гкал/(ч*т) 0,159 0,126 0,151

Паровое число, кг/кг 0,87 0,74 1,05

Флегмооое число 0,79 0,40 3,24

Доля отгона сырья 0,069 0,011 0,076

Отбор, % на сырьё

газа из сепаратора (без ВСГ) 2,8 2,0 2.5

жидкой фазы из сепаратораС-2 10,3 3,1 2,7

стабильного гидрогенизата 86,9 94,9 94,8

Разделительная способность, (число теоретических тарелок) 5 15,6 14,0

КПД в укрепляющей секции 0,15 0,80 0,52

КПД в отгонной секции 0,2-0,4 0,55 0,45

Сравнительный анализ показал, что технология стабилизации гидрогенизата в перекрёстноточном насадочном аппарате является энергосберегающей, так как эффективная и стабильная работа колонны обеспечивается при меньших удельных затратах тепла (на 16,5%). В колонне с клапанными тарелками для той же разделительной способности необходимы более высокие паровые (в 1,4 раза) и флегмовые числа (в 8 раз).

□ -Содержание в стаб. гидр, балластных для риформинга фр. до 851С, % масс.

□ -Выход стад, гидр., %масс. на сырьё

□ -Выход неконд. продукта, % масс, на сырьё

□ -Потери целевых фракций риформинга (выше 55°С) с неконд. продуктом, % масс.

б

Рисунок 22. Выход и качество стабильного гидроочищенного бензина (а) и дистиллята (фр. н.к.-85"С) (б) при стабилизации гидрогенизата в колоннах, оборудованных различными контактными устройствами

1- тарелки с ^-образными элементами; 2-перекрестноточные насадочные модули насадка; 3-клапанные тарелки фирмы Глитч

Целесообразность разработки чёткого фракционирования в аппаратах,

эксплуатирующихся под высокими давлениями была обоснована так же

положительными результатами внедрения технологий получения пропановой

и пропан-бутановой фракции. Реализация технологии получения пропановой

фракции в одной сложной перекрёстноточной колонне вместо двух

ректификационных колонн, обеспечила устойчивую и стабильную работу с

получением пропановой фракции марок А, Б, В с содержанием целевого

продукта 92 -98% масс, в широких пределах изменения количества и

качества перерабатываемого сырья на установке ГФУ ОАО

«Ярославнефтеоргсинтез». Разделительная способность колонны

увеличилась в 2,2 раза (с 13 до 28 теоретических тарелок), КПД перекрёстноточных насадочных модулей оценён на уровне 70-75%.

Разработка и реализация технологии получения пропан-бутановой фракции в двух перекрёстноточных насадочных колоннах 374С02 и 374С03 установки 2У-370 Оренбургского ГШ позволила: обеспечить устойчивую работу колонн 374С02 и 374С03 при вовлечении в переработку 10-12т/ч потока ШФЛУ; вдвое сократить потери пропана с газом деэтанизации, повысить степень извлечения пропана (88-92% вместо 68% до реконструкции), увеличить отбор пропан-бутановой фракции на 35%. Повышение разделительной способности перекрёстноточных насадочных колонн в среднем на 30% обеспечило снижение кратности орошения в колоннах и реализацию энергосберегающей технологии разделения за счёт сокращения удельных энергозатрат на 15-36% в зависимости от количества ШФЛУ вовлекаемого в переработку.

Таким образом, успешное внедрение четырёх перекрёстноточных насадочных колонн в процессах под высоким и повышенным давлением доказывает целесообразность их применения для реализации ресурсо-энергосберегающих технологий в условиях этих процессов.

В шестой главе даны общие рекомендации по применению различных типов перекрёстноточных насадочных модулей в различных зонах ректификационных колонн (таблицаЮ), проведён обобщающий сравнительный анализ эффективности различных типов тарельчатых и перекрёстноточных насадочных контактных устройств (таблица 11). Показано, что наиболее эффективно использовать перекрёстноточные насадочные контактные устройства в колоннах с низкими паровыми и жидкостными нагрузками, какими являются колонны К-1 установок АВТ в вакуумных колоннах и в колоннах с диспропорциональными нагрузками, таких, как стабилизационные колонны и колонны установок ГФУ.

С позиций теоретических основ массопереноса в паровой и жидкой фазах на реальных контактных устройствах расчётами было показано, что

лимитирующее сопротивление переносу вещества определяется

молекулярной диффузией компонентов в паровой фазе.

Таблица 10. Рекомендуемые секции колонны для различных типов перекрёстноточных насадочных модулей__

Тип перекрёстноточных контактных модулей Величина общих нагрузок Рекомендуемая секция колонны

паровые жидкостные

«заполненный квадрат» средние высокие отгонная

«квадрат в квадрате» высокие средн./высокие зона циркуляционного орошения

«четыре полосы», «квадрат» средн./высокие средн./высокие ухрепляющая

«тря полосы», «две полосы» средине средние укрепляющие секции

«одна полоса» (узкая) низкие/средние низкие/средние укрепляющая

«одноходовая полоса»(широкая), «двухходовая полоса» низкие/средние высокие отгонная

«двойной Н-образпик» низкие/средние средн ./высокие укрепляющая, отгонная

«Т-образних» низкие средние отгонная

Величина коэффициента диффузии Д, рассчитывалась по уравнению Д^ОЯН 858Гш[(А/,-+М,)/ М,А/;] U2IPa1}QD , (3)

где Т- абсолютная температура смеси, К;

Mi и Mj - молекулярные массы компонентов inj;

Р - давление диффундирующей системы, ата;

Uij - силовая постоянная Леннарда-Джонса, А, рассчитываемая как

<ту= O.5(0v+o>), (4)

Qd - интеграл столкновений.

Интеграл столкновений

QD=f(kT/s0,d, (5)

где к - константа Больцмана;

e0,ij - коррелирующий параметр энергии взаимодействия компонентов i и j, рассчитываемый как

£0,у = (£0./£0j)05- (6)

Для многокомпонентных систем коэффициент диффузии рассчитывается по уравнению

D„„ = (1 - у,- )/ vj /Д, при ¿=j, (7)

где у,- - мольная доля диффундирующего компонента; yj - мольная доля компонента j смеси;

Д, - бинарный коэффициент диффузии для компонентов inj .

Таблица 11. Коэффициенты полезного действия контактных устройств для ректификационных колонн __

Колонна Тип контактных устройств КПД, %

в концентрационной часта в отгонном части в концентрационной части в отгонной части

Колонны с тарельчатыми контактными устройствами

Колонна К-1 установки ЭЛОУ-АВТ-3, Р=3,7ата ДТ= 170-225°С желобчатые желобчатые 0,15 0,10

Основная атмосферная колонна АВТ-2 Р=1,35, ата ДТ= 130-355°С Желобчатые Э-образные клапанные Э-образные клапанные 0,3 -0,55 0,2-0,25

Колонна стабилизации К-1 Л-35-11/300 Р=10ата ДТ= 115-217°С клапанные фирмы «ГЛИТЧ» клапанные фирмы «ГЛИТЧ» 0,52 0,45

Колонна стабилизации К-5 установки 22-4 Р=7,3, ата ДТ= 94-164° С клапанные прямоточные клапанные прямоточные 0,3-0,35 0,2

Колонна К-1 установки ГФУ Р=14-17ата ДТ= 52-104°С Б-образные Б-обра-щые 0,3-0,4 0,2-0,3

Фракционирующий абсорбер 374С02 установки 2У-370 Р=13,6-14ата ДТ= 13-129°С клапанные с круглыми клапанами клапацные с круглыми клапанами 0,5-0,6 0,2-0,3

Колонны с перекрестноточными насадочными контактными устройствами после реконструкции

Вакуумная колонна К-4 установки АВТ-2 Р=5,3-9,3 кПа ДТ= 165-355°С «квадрат» и «две полосы» «Т-образник» 0,6-0,94 0,4

Вакуумная колонна К-4 установки ЭЛОУ-АВТ-3 Р=3,5-5,3 кПа ДТ= 100-350°С «квадрат в квадрате» и «четыре полосы» «Т-образник» 0,75-0,90 -

Колонна К-1 установки ЭЛОУ-АВТ-3, Р=3,7ата ДТ= 170-247°С «полоса» - 0,76 -

Основная атмосферная колонна К-2 ЭЛОУ-АВТ-3 Р= 1,6 ата ДТ= 135-330°С «квадрат» «Т-образник» 0,52-0,75 0,45

Колонна стабилизации К-5 установки 22^1 Р=7,3, ата ДТ= 94-164°С «две полосы» «заполненный квадрат» 0,65-0,7 0,5

Колонна стабилизации К-1 ЛГ-35-11/300-95 Р=9,8 ата ДТ= 121-190°С «полоса» «полоса» 0,8 0,55

Колонна К-1 установки ГФУ Р=14-Пата ДТ= 52-104°С «двойной Н-образник» «заполненный квадрат» 0,75-0,8 0,65-0,7

Фракционирующий абсорбер 374С02 установки 2У-370Р=13,6-14ата ДТ= 13-127(11б)°С «полоса» «полоса» «двухходовая полоса» 0,7 0,6

Расчеты диффузии в четырехкомпонентной системе

пропан-бутан-пентан-гексан при атмосферном давлении в диапазоне температур 230-341 К, показали, что величина 0/т уменьшается по мере перехода по контактным устройствам колонны сверху вниз (таблица 12).

Таблица 12. Потенциальные изменения коэффициента диффузии пропана по высоте

ректификационной колонны

Параметры Вариант 1 Вариант 2

Состав дистиллята, мольные доли

-пропан 0,950 0,990

-бутан 0,030 0,005

-пентан 0,015 0,004

-гексан 0,005 0,001

Коэффициент диффузии пропана вверху колонны, см"/с 4,1510 2 4,27'10"2

Состав остатка, мольные доли

-пропан 0,05 0,01

-бутан 0,30 0,30

-пентан 0,30 0,30

-гексан 0,35 0,39

Коэффициент диффузии пропана внизу колонны, см"7с 3,91'10"2 3,89'10 2

Уменьшение коэффициента диффузии пропана по высоте колонны сверху вниз, % отн. 5,78 9,13

С этих позиций можно предполагать, что увеличение диапазона температур кипения компонентов разделяемой смеси и увеличение давления в ректификационных колоннах должно приводить к увеличению разницы в коэффициентах полезного действия контактных устройств в концентрационной и отгонной частях колонн (рисунок 23).

40

30

£ £20

10 о

300

100 200 <1Т,К

300

Рисунок 23. Зависимость снижения коэффициента полезного действия (ЛЕ) контактных устройств при переходе от концентрационной части к отгонной части ректификационных колонн от перепада температур по колонне (йТ) для тарельчатых (а) и перекрестноточных насадочных контактных устройств (б).

Таким образом, причиной ухудшения эффективности

контактных устройств в отгонной части ректификационных колонн является

лимитирующее диффузионное сопротивление массопереносу в паровой фазе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена коррекция существующей классификации контактных устройств ректификационных колонн, учитывающая особенности организации контакта фаз в насадочных и тарельчатых системах.

2. На основе анализа особенностей изменения коэффициентов диффузии по высоте ректификационных колонн, теоретически обоснованы причины уменьшения эффективности массообмена на контактных устройствах отгонной секции по сравнению с укрепляющей.

3. Разработаны и реализованы принципиально новые типы насадочных контактных устройств с перекрестно-противоточной организацией контакта фаз типа «заполненный квадрат», обеспечивающие возможность секционирования по жидкости и эффективную и устойчивую работу при плотностях орошения до 193 м3/м2ч.

4. Доказана возможность одновременной оптимизации тепломассообменных и гидравлических характеристик в одном перекрёстноточном либо перекрёстно-противоточном насадочном контактном устройстве.

5. В диапазоне давлений от 0,05 до 2МПа сформирована база данных по массообменным и гидродинамическим характеристикам перекрёстноточных насадочных модулей, полученная в условиях промышленной эксплуатации, обоснована целесообразность их применения и разработаны общие рекомендации по использованию различных типов перекрёстноточных насадок в ректификационных колоннах технологических установок нефтеперерабатывающих заводов.

6. Предложен комплексный метод к решению проблем энергосбережения на установках АВТ, заключающийся в одновременной реализации технических решений по оптимизации схемы работы колонн,

совершенствовании схемы теплообмена установки и выборе

эффективных контактных устройств с низким гидравлическим сопротивлением.

7. Для перекрёстноточных насадок предложен и обоснован конструктивно-технологический метод, позволяющий минимизировать энергозатраты на процесс разделения и реализовывать работу конструкции при выбранной технологии, а не изменять технологию для более эффективного применения конкретной конструкции контактного устройства.

8. На промышленном горячем стенде - полной ректификационной колонне диаметром 1,4м, оборудованной 12 различными типами насадочных модулей, получены массообменные характеристики в широких пределах паровых (Р-факторы 0,5-7Па °'5) и жидкостных нагрузок (плотности орошения 3-50м3/(м2ч)) позволяющие значительно расширить область их эффективного применения.

9. Разработаны и реализованы на двух установках энергосберегающие технологии вакуумной перегонки мазута с подачей (АВТ-2) и без подачи водяного пара (ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО «Орскнефтеоргсинтез»), с варьирующейся разделительной способностью секций колонны за счёт многоуровневого отбора дистиллятов и гибкой схемы организации циркуляционных орошений, обеспечивающей регулирование качества и ассортимента получаемых основ базовых масел. Для перекрёстноточных насадочных модулей типа «квадрат в квадрате» достигнут КПД 90% и удельный теплосъем в зоне верхнего циркуляционного орошения (12,9 — 18,1 кВт/(м3-°С) вдвое больше, чем в противоточных аналогах.

10.Впервые в отечественной практике энергосберегающая технология первичной переработки нефти с применением перекрёстноточных насадочных систем реализована во всех ректификационных колоннах установки ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО «Орскнефтеоргсинтез», что позволило повысить производительность установки при снижении удельного расхода топлива на 17%.

11.Разработана конструкция перекрёстноточной насадочной зоны питания, внедрение которой на установке ЭЛОУ-АВТ ОАО «Орскнефтеоргсинтез» позволило увеличить отбор широкой масляной фракции в 1,2 раза и повысить её качество.

12.На основе перекрёстноточных насадочных контактных устройств разработаны и реализованы технологии газофракционирования на ОАО «Ярославнефтеоргсинтез» и Оренбургском газоперерабатывающем заводе, позволившие повысить качество вырабатываемых пропановой и пропан-бутановой фракций, более чем в два раза снизить потери пропана с газом деэтанизации, в 1,3-2,2 раза, повысить разделительную способность колонн и на 15-35% сократить удельные энергозатраты.

13. Разработка и реализация энергосберегающей технологии стабилизации прямогонного бензина, базирующейся на использовании нового типа секционированных по жидкости перекрёстно-противоточных насадочных модулей обеспечила возможность упрощения системы разделения широкой бензиновой фракции, дополнительного получения высокооктановых компонентов и сырья процесса изомеризации. Внедрение этой технологии на установке четкой ректификации широкой бензиновой фракции 22-4 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» позволило увеличить диапазон устойчивой работы стабилизационной колонны в 1,53 раза, разделительную способность в 1,6 раза, снизить потери бензиновых фракций с газом на 1,4 %.

14. На основе использования конструктивно-технологического подхода разработана и реализована на установке каталитического риформинга ЛГ-35-11/300-95 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» ресурсо-энергосберегающая технология стабилизации гидроочищенного бензина в перекрёстноточной насадочной колонне К-1, обеспечившая повышение выхода катализата риформинга на 4,3% масс, в расчёте на сырьё установки при снижении удельных затрат тепла на 16,5% по сравнению с клапанными тарелками фирмы «Глитч».

15.Общий экономический эффект по результатам реализации

разработанных технологий более 70 млн. руб.

Основное содержание диссертации изложено в 115 научных работах

в том числе:

1. Чуракова, С.К. Оценка эффективности работы перекрестноточной насадочной колонны при фракционировании мазута с получением масляных дистиллятов. / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, И.С. Езунов, В.П. Романов, А.Б. Боков // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1995. - №9.-С. 13-16.

2. Чуракова, С.К. Повышение гибкости технологии фракционирования мазута в перекрестноточных насадочных колоннах за счет многоуровневого отбора дистиллятов. / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, И.С. Езунов, В.П. Романов, В.Н. Кузьмин // Нефтепереработка и нефтехимия-1995.- №9.-С. 10-13.

3. Чуракова, С.К. Особенности поэтапной реконструкции тарельчатых вакуумных ректификационных колонн в насадочные. / С.К. Чуракова, И.С. Езунов, А.Н. Астахов и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1995. -№9.-С. 16-20.

4. Боков, А.Б. Применение перекрестноточных насадок в отбензинивающей колонне К-1 установки ЭЛОУ-АВТ АООТ Орскнгефтеоргсинтез / А.Б. Боков, К.Ф. Богатых, В.П. Романов, В.Н. Кузьмин, С.К. Чуракова // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1995.- №9-С. 5-9.

5. Чуракова, С.К. Результаты внедрения перекрестноточных насадок на примере колонны К-2 установки ЭЛОУ-АВТ-2 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, А.Б. Боков, И.Д. Нестеров, В.А Жулин И Нефтепереработка и нефтехимия. - 2000. - №9. -С. 5-10.

6. Пилюгин, В.В. Разработка и промышленная реализация энергосберегающей технологии частичного отбензинивания нефти в перекрёстноточной насадочной колонне на установке ЭЛОУ-АВТ ОАО «Орскнефтеоргсинтез»/ В. В. Пилюгин, И. Д. Нестеров, С. К.Чуракова, К.Ф. Богатых // Башкирский химический журнал,- 2007. -т.14. - № 5. -С.61-63.

7. Пилюгин, В.В. Разработка и промышленная реализация технологии частичного отбензинивания нефти в перекрёстноточной насадочной колонне на установках ЭЛОУ-АВТ и ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» /В.В. Пилюгин, И.Д. Нестеров, С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых // Башкирский химический журнал. -2009. - т. 16. - №2,- С.43-46.

8. Нестеров, И.Д. Увеличение выработки пропан-бутановой фракции на Оренбургском ГПЗ за счёт замены клапанных тарелок на перекрёстноточную насадку в колоннах 374С02 и 374С03 / И.Д. Нестеров, С.К Чуракова. , К.Ф. Богатых // Башкирский химический журнал. - Уфа: «Реактив», - т. 16.- №3,- 2009.- С.67-70.

9. Чуракова, С.К. Сравнительный анализ энергозатрат на стадии частичного отбензинивания нефти при различных вариантах работы колонн К-1 установок АВТ / С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых // Башкирский химический журнал - т. 16. - № 4. - 2009. - С.111-114.

10. Чуракова, С.К. Классификация контактных устройств с точки зрения организации контакта фаз/ С.К. Чуракова // Башкирский химический журнал. - Уфа.-т. 18.- №2,- 2011,- С.39-44.

И. Фаизов, А. Р. Моделирование режима сброса с ректификационных колонн / А.Р Фаизов, С.К. Чуракова, B.C. Пручай // Башкирский химический журнал,- 2013,- т. 20. - №2. - С.52-54.

12. Чуракова, С. К. Способы снижения энергозатрат на стадии частичного отбензинивания нефти / С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых // Химия и технология топлив и масел. - 2013.-№1. - С.6-9.

13. Чуракова, С. К. Технико-эксплуатационные характеристики вакуумных колонн, оборудованных регулярными насадками различных типов / С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых // Нефтепереработка и нефтехимия, - 2013,- №4.-С.51-56.

14. Чуракова, С.К. Внедрение перекрёстноточных каплеуловителей с целью интенсификации работы массообменных аппаратов / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, Г.М. Сидоров, Р.Н. Резяпов // Химическое и нефтегазовое машиностроение,- 2013. - №6. - С.7-12.

15. Чуракова, С.К. Разработка ресурсо-энергосберегающих технологий фракционирования на основе конструктивно-технологического подхода / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых // Технологии нефти и газа.- 2013. - №4. -С.8-14.

16. Чуракова, С. К. Варианты интенсификации действующего массообменного оборудования в процессах нефтегазопереработки и нефтехимии / С.К. Чуракова // Нефтепереработка и нефтехимия.- 2013. -№5. - С.48-52.

17. Чуракова, С. К. Модернизация ректификационного оборудования с использованием перекрёстноточных насадочных контактных устройств / С. К. Чуракова, Г. М. Сидоров, Р. Н. Резяпов // Мир нефтепродуктов,-2013. - №11. - С.29-34.

18. Churakova, S. К. Methods of reducing energy consumption at the partial crude oil topping stage/ S. K. Churakova, I.D. Nesterov, K. F. Bogatukh // Chemistry and Technology of Fuels and Oils March - 2013. - Volume 49. - Issue I.- Pp. 5- 10.

19. Churakova, S. K. Introduction of Crossflow Drop Traps for Intensifying Mass Transfer Apparatus Operation / S. K. Churakova, K. F. Bogatukh, G.M. Sidorov, R. N. Rezypov // Chemical and Petroleum Engineering -September 2013. - Volume 49. - Issue 5-6. - Pp. 364- 370.

20. Богатых, К.Ф. Массообменная насадочная колонна/ К.Ф. Богатых, Р.Н. Резяпов, С.К. Чуракова//Авторское свидетельство 1605331 СССР, МКИВ 01 19/30, №4688072; заявл. 30.03.89, опубл. не подлежит, в Б.И. - 1990. -№ 41.

21. Мнушкин,И.А.Тепломассообменная колонна/И.А. Мнушкин, К.Ф. Богатых, С.К. Чуракова//Авторское свидетельство 1692640 СССР, МКИ В 01 19/30, В 01 Д 63/18. №4611799; заявл. 03.10.88, опубл. в Б.И. - 1991. - № 43.

22. Чуракова, С.К. Расчетный анализ энергосберегающей технологии получения масляных дистиллятов по двухколонному насадочному варианту / С.К. Чуракова, A.A. Кондратьев, К.Ф. Богатых // В сб.: Глубокая переработка углеводородного сырья. - Москва: ЦНИИТЭнефтехим. - 1993. - вып.2. - С.283-293.

23. Соколовский, A.B. Реконструкция основной атмосферной колонны К-2 установки АТ-5 ПО Орскнефтеоргсинтез на насадочный вариант работы/ A.B. Соколовский, К.Ф. Богатых, С.К. Чуракова // «Нефтедобыча, нефтеперереработка, нефтехимия и катализ»: Матер. I съезда химиков, нефтехим., нефтепер. и работников промышл. строймат. Республ.Башкортостан. - Уфа. - 1992. - С.67-69.

24. Резяпов, Р.Н. Модернизация вакуумного блока комплекса масел КМ-2 на одноколонный вариант работы / Р.Н. Резяпов, С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых // «Нефтедобыча, нефтеперереработка, нефтехимия и катализ»: Матер. I съезда химиков, нефтехим., нефтеперео. и работников промышл. строймат. Республ.Башкортостан. - Уфа. - 1992. - С. 57-63.

25. Чуракова, С.К. Моделирование работы вакуумного блока установки ЭЛОУ-АВТ с целью его реконструкции на насадочный вариант / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, И.С. Езунов и др.// В межвуз. сб.: Физико-магемат. проблемы и моделиров. нефтепромысловых и нефтехим.процессов, УНИ. - Уфа. - 1992. - С. 109-117.

26. Чуракова, С. К. Анализ результатов реконструкции основной атмосферной колонны К-2 установки ЭЛОУ-АВТ АООТ «Орскнефтеоргсинтез» на насадочный вариант / С.К. Чуракова, И.С. Езунов, К.Ф. Богатых, А.Б. Боков // Межвузовский сб. научн. статей: «Нефть и газ». - Уфа. - вып.№2. - 1997,- С.53-57.

27. Боков, А. Б. Результаты обследования отбензинивающей перекрестноточной насадочной колонны К-1 на установке ЭЛОУ-АВТ АООТ «Орскнефтеоргсинтез»/ А.Б. Боков, В.П. Романов, В.Н. Кузьмин, К.Ф. Богатых, С.К. Чуракова-там же - С. 50-53.

28. Богатых, К.Ф. Результаты обследования промышленных вакуумных колонн, оборудованных регулярными насадками различных типов/ К.Ф. Богатых, И.Д. Нестеров, С.К. Чуракова // В сб. научных трудов Академии технологических наук РБ «Проблемы безопасности и прикладная синергетика», - Уфа :УГНТУ. - 2003. - С.25-33.

29. Костюченко, В.П. Получение изопентановой фракции и сырья изомеризации в насадочной колонне на установке четкой ректификации бензина / В.П. Костюченко, С.К. Чуракова, A.B. Баев, К.Ф. Богатых // Докл. первых межд. научн. Надировских чтений «Научно-технол. развитие нефтегаз. комплекса»/ Алматы-Атырау: Минобраз. и науки респ. Казахстан, - 2003,- С. 180-185.

30. Чуракова, С. К. Технология перегонки мазута в перекрестноточной насадочной вакуумной колонне / С.К. Чуракова, В.В. Пилюгин, К.Ф. Богатых, И.Д. Нестеров // Докл. первых межд. научн. Надировских чтений «Научно-технол, развитие нефтегаз. комплекса». -Алматы-Атырау: Минобраз. и науки респ. Казахстан. - 2003- С.122-125.

31. Боков, А. Б. Промышленная реализация сложной ректификационной колонны с перекрестноточной насадкой в процессе газоразделения / А.Б. Боков, К.Ф. Богатых, С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров // Интенсификация химич. процессов перераб. нефтяных компонентов: сб. научных трудов №6: Нижнекамск: Мин. Общ и проф Обр., КГТУ. - 2004. - С.24-33.

32. Баев, А. В. Оценка возможности получения изопентановой фракции в перекрестноточной насадочной колонне на установке чёткой ректификации бензина/ А.В. Баев, С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых / Интенсификация химич. процессов перераб. нефтяных компонентов: сб. научных трудов №6: Нижнекамск: Мин. Общ и проф Обр., КГТУ. - 2004.-С. 17-24.

33. Костюченко, В.П. Совершенствование технологии четкой ректификации широкой бензиновой фракции на базе интенсификации работы колонного оборудования установки 22-4 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» / В.П. Костюченко, С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, И.Д. Нестеров, А.Б. Боков // Теория и практика массообм. процессов химич. технологии: сб. матер. II Междунар. конф. Марушкинские чтения/Уфа:УГНТУ. - 2001- С. 8-17.

34. Чуракова, С.К. Технология стабилизации дизельного топлива в перекрестноточной насадочной колонне на установке ЛЧ-24-2000 ОАО « Орскнефтеоргсинтез» » / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, И.Д. Нестеров, В.П. Костюченко, А.Б. Боков // Теория и практика массообменных процессов химической технологии: сб. матер. II Междунар. конф. Марушкинские чтения. / Уфа:УГНТУ. - 2001-С.17-21.

35. Чуракова, С.К. Оценка эффективности работы секционированных по жидкости перекрестноточных насадочных контактных модулей в процессе стабилизации бензина// С.К. Чуракова, В.П. Костюченко, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых // В кн.: Матер.VI междунар. конф. по интенсиф. нефтехим. процессов «Нефтехимия - 2002». - Нижнекамск. - 2002. - С.62-64.

36. Пилюгин, В.В. Реализация многоуровневого отбора дистиллятов при соответствующем изменении схемы организации циркуляционного орошения в перекрестноточных насадочных вакуумных колоннах/ В.В. Пилюгин, С.К. Чуракова // Нефтепереработка и нефтехимия: сб. матер, науч.-практ. конф./Уфа: ГУП ИНХП РБ. - 2003. - С. 41-43.

37. Костюченко, В.П. Обоснование необходимости реконструкции колонны стабилизации гидроочищенного бензина на насадочный вариант работы / В.П. Костюченко, С.К. Чуракова // Современное состояние проц. переработки нефти: сб. матер, научно-практ. конф./ Уфа:ГУП ИНХП РБ. -2004. -С.145-147.

38. Богатых, К.Ф. Конструктивно-технологический подход к выбору контактных устройств для реализации ресурсо-энергосберегающих технологий. /К.Ф. Богатых, С.К. Чуракова, В.П. Костюченко // Актуальные

проблемы технических, естествен. и гуманитарн. наук: сб. матер. VII Междунар. науч.-техн. конф./Уфа: УГНТУ. - 2005. - С.65-68.

39. Чуракова, С.К. Газофракционирование в перекрестноточных насадочных колоннах на установке 2У-370 ОГПЗ / С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров, Д.Д. Ильясов, К.Ф. Богатых // Актуальные проблемы технических, естествен, и гуманитарн. наук: сб. матер. VII Междунар. науч.-техн. конф./ Уфа:УГНТУ.- 2008. -С. 70-73.

40. Пилюгин, В.В. Результаты испытаний перекрестноточных насадочных модулей на промышленном стенде/ В.В. Пилюгин, С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых // Актуальные проблемы технич., естеств. и гуманит. наук: сб. матер. VII Междунар. науч.-техн. конф./УГНТУ.-2008. - С. 133-136.

41. Пилюгин, В.В. Энергосберегающая технология переработки нефти в перекрёстноточных насадочных колоннах на установке ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО «Орскнефтеоргсинтез»/ В.В. Пилюгин, С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых // Нефтепереработка-2008: сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф./Уфа: ГУП ИНХП РБ. - 2008. - С.124-126.

42. Шпак, О.С. Оптимизация режима фракционирования- важный фактор ресурсосбережения в процессе первичной переработки нефти / О.С. Шпак,

A.Р. Фаизов, С.К. Чуракова, Е.А. Кантор // Приоритетные направления развития науки и технологий: сб. матер. 11 Всерос. научн.-технич. конф. / Тула: «Инновационные технологии». - 2012. - С.88-92.

43. Чуракова, С.К. Диагностика и интенсификация работы фракционирующего оборудования на основе математического моделирования. / С.К. Чуракова, H.A. Самойлов // Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии: сб. матер. X Всерос. научн.-технич. конференции /Тула: Инновационные технологии. - 2012. - С.9-11.

44. Чуракова, С.К. Совершенствование процесса изомеризации пентан-гексановой фракции на основе математического моделирования. / С.К. Чуракова, Г.Ф. Мусина, Д.В. Чичканова // Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии: сб. матер. X Всерос. научн.-технич. конференции /Тула: Инновационные технологии. - 2012 - С. 11-13.

45. Богатых, К.Ф. Многоуровневый отбор масляных фракций в вакуумных перекрестноточ- ны.. насадочных колоннах/ К.Ф. Богатых, И.С. Езунов,

B.П. Романов, С.К. Чуракова / Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки: сб. матер, докл. Межгосударств, науч.-техн. конф./ ТюменыТПТИ. - 1993. - С. 179-180.

46. Чуракова, С. К. Технология стабилизации гидроочищенной бензиновой фракции в перекрестноточной насадочной колонне на установке ЛГ-35-11/300 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» / С.К. Чуракова, В.П.Костюченко, И.Д. Нестеров и др. // Нефтепереработка и нефтехимия -2002: сб. матер, научн.-практич. конф./Уфа: ИНХП РБ. - 2002. - С. 119-120.

47. Чуракова, С.К. Разработка и реализация технологии сухой глубоковакуумной перегонки мазута с получением масляных дистиллятов/

C.К. Чуракова, В.В. Пилюгин, К.Ф. Богатых // Нефтепереработка и

нефтехимия-2003: сб. матер. научн.-практ. конф. ./Уфа: ИНХП РБ.-2003.-С. 36-37.

48. Чуракова, С.К. Промышленная реализация гибкой технологии газофракционирования в новой перекрёстноточной насадочной колонне/ С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, И.Д. Нестеров, А.В. Чураков //Теория и практика массообм. процессов химич. технологии (Марушкинские чтения): сб. докл. III Всерос. нучн. конф./ Уфа:УГНТУ. - 2006. - С. 49-50.

49. Пилюгин, В.В. Пуск и освоение промышленного стенда для испытаний перекрестноточных контактных устройств / В.В. Пилюгин, С.К. Чуракова, К.Ф Богатых, А.А. Касьянов // там же- С.55-56.

50. Пилюгин, В.В. Совершенствование схемы теплообмена на установке ЭЛОУ-АВТ ОАО «Орскнефтеоргсинтез»/ В.В. Пилюгин, И.Д. Нестеров, К.Ф. Богатых, С.К. Чуракова //там же- С.57-58.

51. Махмоод Алаа Аднан Анализ работы промышленной вакуумной колонны производства масел DAURA REFINERY (BAGHDAD) / Махмоод Алаа Аднан, С.К. Чуракова, И.Д. Нестеров // Нефтепереработка-2008: сб. матер. Междунар. научно-практ. конф./Уфа: ГУП ИНХП РБ. - 2008. - С.123-124.

52. Чуракова, С.К. Испытания перекрёстноточных насадок на промышленном стенде в полной ректификационной колонне / С.К. Чуракова, К.Ф. Богатых, В.В. Пилюгин // Нефтегазопереработка-2010: сб. матер. Междунар. научн.-практич. конф./Уфа: ИНХП РБ. - 2010.- С.318-319.

53. Чуракова, С.К. Сравнительный анализ противоточной и перекрёстноточной организации контакта фаз / С.К. Чуракова // Нефтегазопереработка-2011: сб. матер. Междунар. научн.-практич. конф./ Уфа: ГУП ИНХП РБ. - 2011. - С.245-246.

54. Чуракова, С.К. Разработка энергосберегающих технологий в нефтепереработке и нефтехимии на основе перекрёстноточных насадочных колонн [Электронный ресурс] / С.К. Чуракова, А.Р. Фаизов, К.Ф. Богатых // Новые процессы, технологии и материалы в нефтяной отрасли XXI века: матер. ХП1 Междунар. научн.-практич. конф. INTECH-ENERGY/Москва: РГУ им. Губкина. - 5 С.

55. Чуракова, С.К. Интенсификация работы массообменных аппаратов за счёт реализации перекрёстноточных насадочных каплеуловителей / С.К. Чуракова // Нефтегазопереработка-2013: сб. матер. Междунар. научн.-практич. конф. / Уфа: ГУП ИНХП РБ.- 2013. - С.249-250.

56. Самойлов Н.А. Специфика работы контактных устройств в концентрационной и отгонной частях ректификационных колонн/ Н.А.Самойлов, С.К. Чуракова// Mater.X Mezinarodni Devecko-Practika konferenc Veda A Technologie: «Krok Do Buduocnosti-2014».- Praha: Pablishing House «Education and Science » s.r.o.-2014.-Dil 31- p.66-69.

Подписано в печать 18.04.2014. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/16.

Гарштгура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 3,0. Тираж 90. Заказ 106.

Редакциоино-издателъский центр Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес редаюшонно-издательского центра: 450062. Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, V

Текст работы Чуракова, Светлана Константиновна, диссертация по теме Химия и технология топлив и специальных продуктов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЧУРАКОВА СВЕТЛАНА КОНСТАНТИНОВНА

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕКРЁСТНОТОЧНЫХ НАСАДОЧНЫХ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ

05.17.07-Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

на соискание учёной степени доктора технических наук

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Самойлов Наум Александрович

На правах рукописи

05201451247

ДИССЕРТАЦИЯ

Уфа 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 8

1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ С ТОШСИ ЗРЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ КОНТАКТА ФАЗ 15

1.1. Различные характеристики контактных устройств массообменных процессов, рассматриваемые при разработке ресурсо-энергосберегающих технологий 16

1.2. Характеристики современных регулярных насадочных контрактных устройств 23

1.3. Сравнительный анализ тарельчатых и насадочных контактных устройств колонных аппаратов 28

1.4. Реконструкция колонного оборудования в процессах ректификации с заменой тарелок на регулярную насадку 31

1.5. Конструктивные и технологические особенности насадочных колонн с различной организацией контакта фаз 43

1.6. Анализ существующей классификация контактных устройств и результатов внедрения конструкций массообменных аппаратов с точки зрения организации контакта фаз 50

1.7. Предлагаемая классификация контактных устройств с учётом организации контакта фаз 56

1.8. Методология и метод исследования 61 Основные выводы по главе 1: 65

2. ИСПЫТАНИЕ ПЕРЕКРЁСТНОТОЧНЫХ НАСАДОЧНЫХ МОДУЛЕЙ НА ГОРЯЧЕМ ПРОМЫШЛЕННОМ СТЕНДЕ 66

2.1. Описание принципиальной технологической схемы горячего промышленного стенда для испытания перекрёстноточных насадочных модулей 67

2.2. Типы конструкций перекрёстноточных насадочных модулей, установленных в полной ректификационной колонне горячего промышленного стенда 69

2.3. Основные характеристики компонентов сырья, использованного на промышленном стенде 73

2.4. План экспериментальных исследований на промышленном стенде 75

2.5. Методика экспериментальных исследований перекрёстноточных насадочных модулей 76

2.5.1. Методика, используемая при отборе проб на промышленном стенде 78

2.5.2. Лабораторный анализ проб и обработка его результатов 80

2.6. Программа проведения исследований на промышленном стенде 81

2.7. Пуск и освоение горячего промышленного стенда для исследования регулярных перекрёстноточных насадочных модулей 83

2.7.1. Основные результаты исследований перекрёстноточных насадочных модулей на промышленном стенде 84

2.8. Обработка основных результатов промышленных испытаний методом математического моделирования 86

Основные выводы по главе 2 92

3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ МАЗУТА С МНОГОУРОВНЕВЫМ ОТБОРОМ МАСЛЯНЫХ ДИСТИЛЛЯТОВ И ГИБКОЙ СХЕМОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ОРОШЕНИЙ 93

3.1. Повышение качаства и расширение ассортимента баовых основ масел при фракционировании мазута в перекрестноточных насадочных колоннах 95

3.1.1. Повышение качества и расширение ассортимента вырабатываемых масляных дистиллятов за счет их многоуровневого отбора 95

3.1.2.Анализ преимуществ перекрестноточных каплеуловителей и разработка перекрестноточных насадочных зон питания 106

3.1.3. Влияние количества флегмы на нижних блоках укрепляющей секции на качество продуктов разделения в вакуумной насадочной колонне 114

3.1.4. Анализ разделительной способности перекрестноточных насадочных колонн при одно- и двухуровневом теплосъеме 118

3.2. Результаты разработки и промышленного внедрения технологии фракционирования мазута в одной перекрестноточной насадочной колонне с одним верхним циркуляционным орошением 128

3.2.1. Поэтапная реконструкция тарельчатой вакуумной колонны К-4 установки АВТ-2 на насадочный вариант 128

3.2.2. Результаты опытного пробега и лабораторного исследования проб сырья и продуктов блока вакуумной перегонки мазута установки АВТ-2 133

3.2.3. Оценка тепломассообменной эффективности и других технологических характеристик контактных устройств колонны К-4 АВТ-2 путем математического моделирования технологического режима 134

3.2.4. Основные результаты полной реконструкции колонны К-4 установки АВТ-2 в перекрестноточный насадочный аппарат 140

3.3. Разработка технологии фракционирования мазута с многоуровневым отбором масляных дистиллятов и многоуровневым теплосъёмом в колонне К-4 установки АВТ-3 146

3.3.1. Математическое моделирование существующей технологии фракционирования мазута на установке АВТ-3 147

3.3.2.Разработка технологии сухой глубоковакуумной перегонки мазута с гибкой схемой циркуляционных орошений и вариативной разделительной способностью секций укрепления масляных дистиллятов 150

3.3.3. Предлагаемая технология фракционирования мазута с многоуровневым отбором масляных дистиллятов и инвариантным теплосъёмом в вакуумной колонне К-4 154

3.3.4. Результаты промышленного обследования работы вакуумной колонны К-4 установки ЭЛОУ-АВТ-3 после реализации технологии сухой глубоковакуумной перегонки мазута 157

3.3.4.1. Фиксирование показателей работы вакуумной перекрёстноточной насадочной колонны К-4 при изменении схемы её работы 159

3.3.4.2. Лабораторные исследования сырья и продуктов разделения вакуумной колонны К-4, полученные в период обследования 163

3.3.4.3. Математическое моделирование различных схем работы вакуумной перекрёстноточной насадочной колонны К-4 164

3.3.5. Основные результаты реконструкции вакуумной колонны К-4

установки ЭЛОУ-АВТ-3 172 3.4. Технико-эксплуатационные характеристики вакуумных колонн,

оборудованных регулярными насадками различных типов 176

Основные выводы по главе 3 185

4. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ АТМОСФЕРНОЙ ПЕРЕГОШИ 189

4.1. Анализ вариантов реализации технологий фракционирования нефти при атмосферном давлении в противоточных насадочных аппаратах 190

4.2. Разработка и реализация технологий частичного отбензинивания нефти, базирующихся на применении перекрёстноточных насадочных контактных устройств 192

4.2.1. Результаты первого этапа реконструкции перекрёстноточной насадочной колонны К-1 установки ЭЛОУ-АВТ

ОАО «Орскнефтеоргсинтез» 193

4.2.2. Второй этап разработки и реализации технологии частичного отбензинивания К-1 на установке ЭЛОУ-АВТ 201

4.2.3. Исследования по разработке энергосберегающей технологии частичного отбензинивания нефти на установке ЭЛОУ-АВТ-3 211

4.2.4. Способы снижения энергозатрат на стадии частичного отбензинивания нефти 225

4.3. Разработка и реализация технологий фракционирования частично отбензиненной нефти в перекрёстноточных насадочных основных атмосферных колоннах 231

4.3.1. Результаты реконструкции первой насадочной перекрёстноточной колонны К-2 установки АТ-5 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» 232

4.3.2. Результаты реконструкции перекрёстноточной насадочной колонны К-2 установки ЭЛОУ-АВТ-3 239

4.3.3. Результаты реконструкции перекрёстноточной насадочной колонны К-2 установки ЭЛОУ-АВТ 247

4.3.4. Результаты реконструкции перекрёстноточной насадочной колонны К-2 установки АВТ-2 255

4.3.5. Результаты обследования технологии первичной перегонки нефти с применением перекрёстноточных насадочных систем на установке ЭЛОУ-АВТ-3 262

Основные выводы по главе 4 269

5. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ, БАЗИРУЮЩИХСЯ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАСАДОЧНЫХ

КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ. 272

5.1. Технологические и конструктивные особенности аппаратов под повышенным давлением с диспропорциональными и переменными нагрузками 273

5.1.1. Технологические особенности процессов стабилизации влияющие на выбор направления их совершенствования 274

5.1.2. Технологические особенности процессов газофракционирования, влияющие на выбор направления их совершенствования 277

5.1.3. Анализ работы современных конструкций массообменных контактных устройств в условиях процессов под повышенным давлением с диспропорциональными и переменными нагрузками 278

5.1.4. Перспективы разработки энергосберегающих технологий в условиях процессов под повышенным давлением 285

5.2. Интенсификация фракционирующего оборудования установок чёткой ректификации прямогонных бензиновых фракций 286

5.2.1. Расчётный анализ технологических возможностей действующей установки вторичной перегонки бензиновой фракции 286

5.2.2. Разработка технологии чёткой ректификации бензиновой фракции в системе колонн с частично-связанными материальными и тепловыми потоками 297

5.2.3. Предложения по совершенствованию технологии разделения прямогонных бензинов на основе перекрёстноточных насадочных колонн 300

5.2.4. Расширение технологических возможностей установок чёткой ректификации бензиновой фракции за счет получения дополнительных высокооктановых компонентов и сырья процесса изомеризации 304

5.3. Совершенствование процессов стабилизации прямогонных бензинов на основе перекрестноточных насадочных контактных устройств 308

5.3.1. Результаты промышленного обследования колонны стабилизации прямогонного бензина, оборудованной клапанными прямоточными тарелками 308

5.3.2. Совершенствование технологии стабилизации на основе принципиальио новых контактных устройств 313

5.3.3. Внедрение и промышленное обследование энергосберегающей технологии стабилизации прямогонного бензина на установке 22-4 ОАО «Орскнефтеоргсинтез» 319

5.3.4. Результаты математического моделированияработы колонны стабилизации с целью оценки тепломассообменной эффективности установленных насадочных модулей 320

5.3.5. Основные результаты реконструкции колонны стабилизации прямогонного бензина в перекрестно-противоточный насадочный аппарат 322

5.4. Исследования по применению перекрёстноточных насадок при разработке технологии стабилизации гидроочищенных бензинов 324

5.4.1. Исследования по оценке технологических возможностей действующих

стабилизаторов гидроочищенных бензинов 326

5.4.1.1. Граничные условия выделения стабильных гидрогенизатов, определяющие материальный баланс процесса 326

5.4.1.2. Определение эффективности работы колонны стабилизации гидрогенизата оборудованной S-образными тарелками 328

5.4.2. Разработка технологии стабилизации гидрогенизата, базирующейся на применении перекрёстноточных насадок - 335

5.4.2.1. Исследования по выбору давления в колонне стабилизации 337

5.4.2.2. Исследования по уровню ввода сырья в колонну стабилизации 338

5.4.2.3. Оптимизация энергозатрат в процессе стабилизации гидрогенизата 340

5.4.2.4. Увеличение выхода стабильного гидрогенизата за счёт увеличения разделительной способности перекрёстноточной насадочной колонны 341

5.4.2.5. Разработка конструкции перекрёстноточных насадочных модулей на основе конструктивно-технологического подхода 341

5.4.3. Предлагаемая технология стабилизации гидроочищенного бензина в перекрёстноточной насадочной колонне 343

5.4.4. Основные результаты внедрения перекрёстноточных насадочных колонн в процессах стабилизации гидрогенизатов каталитического риформинга 345

5.4.4.1. Результаты внедрения технологии стабилизации гидрогенизата каталитического риформинга, базирующейся на применении перекрёстноточных насадочных контактных устройств 345

5.4.4.2. Результаты промышленного обследования технологии стабиолизации гидрогенизата каталитического риформинга, базирующейся на применении клапанных тарелок фирмы «Глитч» 348

5.4.4.3. Технико-эксплуатационные показатели колонн стабилизации гидрогенизатов каталитического риформинга, оборудованных насадочными и тарельчатыми контактными устройствами 350

5.5. Разработка энергосберегающих технологий для установок газофракционирования 352

5.5.1. Разработка энергосберегающей технологии получения пропановой фракции высокой чистоты для ОАО «Ярославнефтеоргсинтез» 353

5.5.2. Результаты реализации технологии получения пропановой фракции на установке ГФУ в одной перекрёстноточной насадочной колонне 364

5.5.3. Разработка энергосберегающей технологии газоразделения при получении пропан-бутановой фракции на Оренбургском ГПЗ 368

5.5.4. Внедрение разработанной технологии получения пропан-бутановой фракции на Оренбургском ГПЗ 382

Основные выводы по главе 5 390

6. РАСЧЁТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ В УКРЕПЛЯЮЩЕЙ И ОТГОННОЙ СЕКЦИЯХ КОЛОННЫ И ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПЕРЕКРЁСТНОТОЧНЫХ

НАСАДОЧНЫХ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ 394

6.1. Исследования по эффективности контактных устройств различного типа 396

6.2. Общие рекомендации по использованию различных типов перекрёстноточных насадок 402

6.3. Влияние диффузии на эффективность работы контактных устройств ректификационных колонн 409 Основные выводы по главе 6: 416

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 417

ЛИТЕРАТУРА 420

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА 461

Перечень рисунков 461

Перечень таблиц 470

ПРИЛОЖЕНИЯ К ГЛАВЕ 2 475

ПРИЛОЖЕНИЯ К ГЛАВЕ 3 478

ПРИЛОЖЕНИЯ К ГЛАВЕ 4 497

ПРИЛОЖЕНИЯ К ГЛАВЕ 5 514

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ 537

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Энергосбережение в настоящее время является одной из приоритетных задач эффективного развития промышленности. Поскольку процессы ректификации очень энергоёмкие и наиболее распространенные массообменные процессы в химической технологии, то их энергоэффективность часто определяет экономику производства в целом.

Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий должна базироваться на использовании контактных устройств с высокой эффективностью, и низким перепадом давления. Для решения этих вопросов в процессах вакуумной перегонки мазута весьма успешно на данный момент применяются насадочные контактные устройства. Новые перспективные типы массообменных устройств -перекрёстноточные насадки в отличие от противоточных наряду с низким перепадом давления обладают большей гибкостью конструктивного оформления, значительно расширяющей диапазон их эффективного использования. В данной диссертационной работе рассмотрены актуальные исследования по разработке и реализации ресурсо-энергосберегающих технологий в многотоннажных процессах нефте- и газопереработки под различными давлениями, базирующихся на применении перекрёстноточных насадок.

Степень разработанности темы. На основе систематизации данных по ректификации непрерывных и многокомпонентных смесей на контактных устройствах различных типов, с точки зрения организации взаимодействия потоков пара и жидкости, проанализированы преимущества применения перекрёстноточных насадок, позволяющих одновременно обеспечивать высокую эффективность массообмена, низкий перепад давления и широкий диапазон устойчивой работы и интенсифицировать все основные типы процессов разделения.

Работа выполнена в рамках: комплексной программы Республики Башкортостан «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности

на 2010-2014гг.»; программы повышения энергоэффективности ОАО Газпромнефть; программы Интеграции науки и Высшего образования России на 2002-2006гг., корпоративного гранта ОАО НК «Роснефть» в 2011г.

Цель работы разработка и внедрение энергосберегающих технологий, базирующихся на использовании перекрёстноточных насадочных контактных устройств в процессах под различными давлениями. Основные задачи исследования

• Обосновать преимущества перекрёстноточной организации контакта фаз и уточнить классификацию контактных устройств с целыо формирования общих подходов к интенсификации процессов массообмена.

• Провести испытания различных типов перекрёстноточных насадочных модулей в промышленных условиях с целью оценки пределов их устойчивой и эффективной работы и изучения возможностей их работы в областях малоэффективных для других типов контактных устройств.

• Разработка и исследование ресурсо- и энергосберегающих технологий фракционирования, базирующихся на использовании перекрёстноточных насадочных контактных устройств в процессах нефтегазопереработки, оценка эффективности перекрёстноточных насадок в широком интервале давлений от 0,05 до 2МПа.

• Разработка, исследование, промышленная апробация и внедрение новых типов перекрёстноточных и перекрёстно-противоточных насадочных модулей, сравнительная оценка технико-эксплуатационных характеристик перекрёстноточных насадок с противоточными насадками и тарелками различных типов.

Научная новизна

• Предложена коррекция существующей классификации контактных устройств ректификационных колонн, учитывающая особенности организации контакта фаз в насадочных и тарельчатых системах.

• На основе анализа особенностей изменения коэффициентов диффузии по высоте ректификационных колонн, теоретически обоснованы причины

уменьшения эффективности массообмена на конт