автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Фракционирование нефти совмещенным процессом испарения и конденсации

государственный комитет российской федерации по

высшему ОБРАЗОВАНИЮ

уфимским государственны!"! нефтяной технический университет

На правах рукописи

Г

СЛЕСАРЕВА СВЕТЛАНА ГЕННАДИЕВНА

ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ НЕФТИ СОВМЕЩЕННЫМ ПРОЦЕССОМ ИСПАРЕНИЯ И КОНДЕНСАЦИИ

ным

О-). 17.и?- Химическая Iс;;ио;к>1 ия топ"»<в.ч и газа

А ВТ О Р Е Ф Е Р А1

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-1996

Работа выполнена в Уфимском техническом университете

государственном нефтяном

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

доктор технических наук, доцент Умергалин Т.Г.

доктор технических наук, профессор Ахметов С.А.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лестрецов Н.В.

АО УНПЗ (г.Уфа)

Защита состоится "29 " марта_1996 г. в 15.00 часов

на заседании диссертационного Совета К 063.09.01 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ, Автореферат разослан ф-г-^ч-а-л^ 996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор технических наук, доцент

.А.Самойлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

актуальность работы. В настоящее время поиск и разработка нефтяных и гззокоядевсэтных месторождений осуществляется в удаленных и тру дао доступных регионах Крайнего Севера, Сибггри, Сахалина и др., для которых актуальны проблемы обеспечения транспортными коммуникациями, моторлим тогшзвом, химически?® реягзнтами. В связи с зтпм аорсиектиьннм направлением является проектирование и строительство малогабаритных установок с целью удовлетворения потребностей данных регионов в продуктах переработки нефти.

Для создания подобных установок целесообразной является разработка энергосберегающих схем и оборудования фракционирования нефтяных и газокочдеясатаих смасей.

Робота внпохнс-на и гоотвртствяи с Коордяяа)щонным пленом АН СССР по теме л.Г.? "Теоретические осяовн химической •ряхнология" (2.27.2.о.:"Разработка •эдергссо&рвгянврй технологии фракционере' • калия яофтяных углеводородных смесей") на 1981-1590 гг., комплексной научно-твхнячоскоа программой Минвуз» РСФСР "Нефть и газ Западной Сибири" на 1985-1930 гг., утверзденной приказом Я 641 от 10.10.1986 г.

цель рабогн. В работе поставлены и реааась следующие задачи: -определить предпочтительный тепловой режим разделения многокомпонентной смеси совмещенным процессом испарения и конденсации;

-провести оценочный расчет геометрических параметров малогабаритного горизонтального аппарата совмещенного процесса испарения и конденсации для фракционирования нефти;

- разработать принципиальную технологическую схему фракционирования нефти в малогабаритном горизонтальном аппарате.

апробация работы. Результаты исследований докладывались на 1-ом съезде химиков, нефтехимиков,нефтепереработчиков и работников

промышленности стройматериалов Республики Башкортостан, г. Уфа, 1992 г.; на межгосударственной научно- технической конференции, посвященной 30-летию Тюменского индустриального института, г. Тюмень, 1993 г.; на II международной конференции по химии нефти, I Томск, 1994 г.; на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии, г. Уфа, 1993, 1994 гг.

научная новизна. На основе термодинамического критерия удельной тепловой характеристики для многокомпонентной смеси лолучень аналитические зависимости для расчетного анализа линейного распределения тепла и холода по ступеням совмещенного процесса исларенш и конденсации, наиболее приемлемого с позиции теплонапряженноста поверхности теплообмена.

Показано влияние .расходз тепловых агентов на эффективное?] теплопередачи в совмещенных ступенях испарения и конденсацш горизонтального аппарата.

Разработана принципиальная технологическая схема малогабаритной установки для получения из нефти прямогонных моторны: топлив. Проведен оценочный расчет малогабаритного нестандартное фракцяонирунцего оборудования - горизонтального аппарата совмещенного процесса испарения и конденсации.

Разработаны алгоритмические и программные модули расчет; фракционирования нефти в горизонтальном аппарате многоступенчаты: испарения и конденсации.

практическая ценность. Технологический регламент малогабарит ной установки для получения из нефти прямогонных моторных тошшв растворителя парафиноотложений принят институтом БашГИПЮНЕФТЕХИ для разработки технического проекта при условии наличия финансиро вания.

Программные модули расчета процессов фракционирования исполь

зуются студентами УГКТУ при курсовом и дипломом проектировании.

публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, 5 тезисов докладов нэ научно-технических конференциях, получено 1 решение на выдачу патента РФ.

оё-ем работы. Диссертация изложена на 170 стр. машинописного текста и состоят из введьнмм, четнрех глав, выводов, списке литературы, содержащего 170 наименований, и приложения; работа включает 15 рис., 36 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 представлен анализ эффективности разработанных и используемых схем разделения многотсошояентшх смвееЯ. Показано, что значительноп часть термолинямпче'агах поч'^рь обуслошшиз необратимостью процпссп Фракционирования. Мюимййьннма знергчгтичесгот затратами характэрлзуется лрпдосс тг»рвк>данямическя обратимого роз -делоная. Одним из эффективных путы! снижения необратимости разделения является использование яеадаэботяч&схях схем фракционирования. Отмечено, что оптимальный процесс разделения включает проти-воточное испарение и протяюточну» конденсацию (Петлюк Ф.Б. ).•

В УГН'ГУ исследована возможность оейедаззаая процессов многоступенчатого испарения и многоступенчатой ковденсацш в один совмещенный процесс, включающий теилоподвод и теплоотвод в ступенях. Такая схема позволяет реализовать режим, близкий к термодияамичес-ки обратимому разделению, на конечном числе ступеней контакта. Ка примере разделения бинарных и четырехкомпонентных смесей установлено, что совмещенный процесс испарения и конденсации характеризуется низкими энергетическими и капитальными затратами. Предложена конструкция горизонтального аппарата совмещенного процесса испарэния и конденсации (рис.1), где подвод и отвод тепла осуществляется

хл/н-ль ->

£

т/н-дь,

<—Н

1 1

—^

/'

У

1

=1-

хл/н-ль

Ч-

т/н-ль

у?

Рис. 1. Схема горизонтального аппарата совмещенного

процесса испарения и конденсации:

1- сборка трубок ступеней конденсации; 2- сборка трубок ступеней испарения; Р- исходная смесь; Б, К- продукты разделения.

за счет теплообмена между жидкой фазой и теплоносителем в ступенях испарения и паровой фазой и хладоносителем в ступенях конденсации.

При проектировании процессов разделения важной задачей является выбор оптимальной схемы разделения и оптимальных конструктивных и режимных параметров. Объективная оценка эффективности работы таких схем формируется на основе различных термодинамических и технико-экономических критериев.

Представляет научный и практический интерес исследование схем фракционирования нефти совмещенным процессом испарения и конденсации, а также анализ возможности использования горизонтального аппарата в качестве фракционирующего оборудования малогабаритных установок для получения из нефти и газоконденсата прямогояных моторных топлив.

В главе 2 выполнена оценка эффективности распределения тепла и холода по ступеням для совмещенного процесса многоступенчатых испарения и конденсации на примере разделения четырехкомпонентной смеси гексан-гептан-октан-нонан эквимассового состава. Давление в

- ? -

системе разделения принято равным 0,1 МПа. Доля отгона сырья соответствует массовой доле гексана и гептана в исходной смеси. Для расчета приняты 20 совмещенных ступеней испарения и конденсации. Исходная смесь в количестве 100 кг вводится между 10 и 11 ступенями. Отбор продуктов разделения осуществляется с 1, 5, 15 а 20 ступеней. Нумерация ступеней ведется со стороны вывода низкокипя-щого компонента - гексана.

Нз основе известных термодинамических критериев и их модификаций проведен- расчет 8 вариантов распределения тепла и холода по ступеням (теплового распределения) совмещенного процесса. Основными составляющими рассмотренных термодинамических критериев" являются параметры: тепловая нагрузка, температура и средняя разность температур. В состав некоторых критериев были введены расходы жидкости или паря.

Кз сравнительного анализа результатов расчета в качестве основного критерия оптимизации теплового распределения был выбран тврмодаяамячвскяй критерий "удельная тепловая характеристика",' который для ;|-ой ступени имеет вид:

для-ступеней испарения для ступеней конденсации

Здесь В- теттлоподвод, с1 - теплоотвод, кД;к; АТ - средняя разность температур,°С; Ъ - расход потока жидкости; V - расход парового потока, кмоль; 3 - номер ступени; верхний индекс 'V - относится к ступеням испарения, "-" - к ступеням конденсации.

В совмещенном процессе испарения и конденсации эффективность работы ступеней определяется тепловым распределением и интенсивностью теплоотдачи между потоками. Качественный показатель процесса теплоотдачи- коэффициент теплопередачи- зависит от многих парамет-

- в -

ров,в том числе от скорости движения потоков. По критерию удельной тепловой характеристики тепловые затраты распределяются пропорционально соотношениям и 1/{У3-ЛТ~), т.е. расчет теплового режима осуществляется с учетом нагрузки ступеней по жидкости и пару, а также неадиабатического характера процесса разделения.

Таким образом, термодинамический критерий удельной тепловой характеристики имеет физическое обоснование для совмещенного процесса испарения и конденсации и, как показали расчеты,обеспечивает наиболее эффективное разделение многокомпонентной смеси.

Конкретное тепловое распределение может быть организовано путем монтажа в ступенях устройств тешюподвода и теплоотвода различной поверхности.

Изменение величин тепла и холода по ступеням, рассчитанных на основе критерия удельной тепловой характеристики,носит экстремальный характер. Для практической реализации совмещенного процесса испарения и конденсации целесообразной является линейная аппроксимация кривых оптимального теплового режима, т.к. в этом случае распределение теплопереданцей поверхности,приближенное к равномерному. С этой целью были выполнены расчеты разделения предыдущей четырехкомпонентной смеси различного состава.

Первоначально было рассчитано распределение тепла и холода по ступеням испарения и конденсации на основе критерия удельной тепловой характеристики (режим 1). По данным режима 1 методом наименьших квадратов определены коэффициенты уравнений кусочно- линейной аппроксимации (режим 2) и линейной аппроксимации (режим 3) кривых теплового распределения:

где 0 -твплошдвод (теплоотвод) в Л~ую ступень испарения (конденсации); ар,Ьр- коэффициенты прямой линеаризации; £<Зр- суммарный

теплоподвод (теллоотвод) на участок р; N - общее число совмещенных ступеней; р - индекс участка линейной аппроксимации, для рассматриваемого примера принимающий значения:

- режим 2: р=ТТ2 - для ступеней конденсации; р=ГРЕ - для

ступеней испарения;

- режим 3: р=1 - для ступеней испарения и конденсации

(участок, включающий ступени с 1 по К).

Получены эмпирические уравнения для расчета коэффициентов линейной аппроксимации а, Ь, включающие физико-химические характеристики сырья и продуктов разделения.

Для ступеней испарения уравнение имеет вид:

ык >т ж

Ь+= ]с1 - ( Я У.х.т.СТ,,, )■? / 2 ((2 3 -из .

" j=l 1=)

г,)л'р1/р1и))0,гЬ ' (1)

где х. -массовое содержаний 1-го компонента в исходной смеси; хо - массовое содержаше 1-го компонента в ;}-ом продукте разделения; г1(Ткип) - теплота испареш!я 1-го компонента, определяемая при температуре кипения этого компонента; Р,- ггарцизльнов давление 1-го компонента; гп^СТ )- теплота испарения 1-го компонента'яри температуре отбора 3-го продукта разделения; Р -расход исходной смеси; В^- расход 3- го продукта разделения; N13 - число продуктов разделения; Ж - число компонентов.

Замечание: При 1=ЦК в знаменателе принимается отношение

Р / Р .

ж-1 ж

Для ступеней конденсации:

Ь> к2 •(?-(х1т1(Ткип).Р1+ х4.Г4(Ткип).Рд)/ ж як

<^в)»°'г5 - (2)

Значение коэффициента а определяется по уравнении: а = Ш - Ь'(И+1)/2. (3)

Коэффициента к1, Т/2 учитывают качественный состав исходной смеси к незначительно влияют на величины коэффициентов а и Ь.

Аналитическим путем на основе коэффициентов а и Ь,рассчитанных по уравнениям (1)-(3), получено тепловое распределение режима 4, унифицирующее тепловой режим 3 применительно к многокомпонентным смесям различного состава.

Сравнительный анализ расчетных данных показал, что в режимах 1-4 .качественный состав соответствующих продуктов разделения практически одинаковый.

Таким образом, линейной аппроксимацией теплового распределения режима 1 получено линейное распределение тепла ' и холода по ступеням для режимов 3 и 4, которые обеспечивают достаточно эффективное разделение многокомпонентной смеси.

0,8

Рис.2. Изменение эффективности (к.п.д.) совмещенной ступени с ростом суммарных тепловых затрат:

-суммарные тепловые затраты 1-го варианта; О - суммарные тепловые затраты 1-го варианта.

Выполнен сопоставительный расчет совмещенного процесса испарения и конденсации и ректификации. Путем изменения числа ступеней контакта в ректификации для различных тепловых режимов получены продукты разделения, которые по качественному составу соответствуют продуктам совмещенного процесса испарения и конденсации. Расче-

- и -

ты показали, что эффективность разделения совмещенной ступени с увеличением величин теплоподвода и теплоотвода растет (рис.2).

В главе 3 проведен сравнительный расчетный анализ фракционирования нефти Сергеевского месторождения в ректификационной колонне и в горизонтальном аппарате совмещенного процесса испарения и конденсации. Качественный состав продуктов разделения,низкие энергетические и капитальные затраты совмещенного процесса по сравнению с ректификацией, горизонтальное исполнение аппарата позволяют рекомендовать горизонтальный аппарат совмещенного процесса испарения и конденсащга дяя фракционирования нефти и газоконденсата на малогабаритной установке с целью получения прямогонных моторных топлив.

В данной главе рассмотрены четыре технологические схемы малогабаритных установок для получения ирямогоняых моторных топлив.

1; схемах фракционирование нефти (смесь нефтей Западно-Сибирских месторождения) проводалосъ в горизонтальном аппарате на 30 совмещенных ступенях испарения и конденсации. В расчетах давление в системе .^акционирования было принято равным 0,2 МПа.парн бензина и фракция утяжеленной нефти отбираются соответственно из первой ступени конденсации и последней ступени испарения. Фракция дизельного топлива выводится с 20 промежуточной ступени испарения. В целях стабилизации бензина возможен его вывод также и в жидкой фазе из печальных ступеней испарения. Фракционный состав нефти и продуктов разделения (Ж масс.) представлены в табл.1, основные режимные параметры фракционирования нефти приведены в табл. 2.

Схема 1. В качестве теплового агента используется газойлевая фракция, циркулирующая в замкнутом цикле. Поток нефти последовательно нагревается в системе теплообменников,проходит печь нагрева сырья и поступает в горизонтальный аппарат на фракционирование.

Таблица 1

Фракционный состав нефти и продуктов разделения, % масс.

Фракции °С Нефть Бензин Диз. т-во Утяжеленная нефть

нк - 90 8,62 47,44 1,00 0,43

90 -130 6,60 31,56 5,13 0,58

130-160 4,70 14,45 11,92 0,62

160-180 . 3,60 , 4,92 15,35 0,67

180-200 3,00 1,47 15,04 0,72

200-240 6,10 0,16 23,69 2,39

240-280 3,70 0,00 14,08 2,34

280-320 3,60 0,00- 5,71 4,05

320-350 2,80 0,00 1,78 3,74

350- кк 57,28 0,00 0,28 84,45

Таблица 2

Режимные параметры фракционирования смеси ЗападноСибирских нефтей

Показатели

Расход, кг/ч

нефти 1000,0

бензина 172,0

дизельного топлива 150,0

утяжеленной нефти 678,0

Температура, °С

нагрева нефти 300,0

вывода с установки

бензина 40,0

• диз. топлива 60,0

утяжеленной нефти 90,0

начальная теплоносители 320,0

начальная хладоносителя 90,0

Давление, ШТа 0,2

Тепловая нагрузка, №/ч

общая для ступеней испарения ' 50,2

общая для ступеней конденсации 209,4

Схема 2. Исходная нефть делится на два потока, которые последовательно нагреваются в теплообменной системе за счет регенерации тепла отходящих с установки продуктов разделения. Поток нефти с меньшим расходом одновременно выполняет функцию хладоносителя, нагреваясь в трубном пучке ступеней конденсации горизонтального аппарата за счет теплоотдачи. Далее нефть двумя штоками нагревается в ночи и подается в аппарат. В качестве теплоносителя используется часть фракции утяжеленной нефти.

Схема 3. Отличается от схемы 2 тем,что два потока нефти перед подачей в печь объединяются, после чего нефть общим потоком проходит печь нагрева сырья и направляется в горизонтальный аппарат на фракционирование (рис. 3).

Схема 4. Два потока нйфти последовательно нагреваются в тел-ж-сбшияяязх. Поток с меньшим расходом направляется в трубный пучок ступеней конденсация горизонтального аппарата в качестве хля-доагента, смешивается с другим потоком и вводится в печь нагрева сырья. Из печи смесь в парожидкостной фазе направляется в сепаратор. С нижней части сепаратора часть жидкой фазы направляется в горизонтальный аппарат в качестве теплоносителя.Балансовый избыток зидкоста соединяется с парами с верха сепаратора и направляется в горизонтальный аппарат на фракционирование.

Малогабаритные установки предполагается использовать в удаленных труднодоступных нефте- и газопромысловых регионах, поэтому необходимо обеспечить максимальную самостоятельность их эксплуатации. 3 этой связи схемы 2-4 являются приемлемыми,так как в качестве тепловых агентов используются фракции утяжеленной нефти и исходного сырья, следовательно, исключается необходимость сооружения дополнительных систем подводящих трубопроводов или транспортных коммуникаций дая доставки дополнительных реагентов.

•«3—-/ ч воздух^; 7

вода ^^

АВО-1

Т-4

Щ

?-2

ГА-1

Т-1

Нефть

J ' > V

^т-з

ó

А

Бензин

Дизельное топливо ,

■li. i

Утяжелен. нефть

Рис. 3 .

Принципиальная технологическая схема малогабаритной установки с использованием утяжеленной нефти в качестве теплоносителя.

Таблица 3

Технике - экономические показатели схем •

фракционирования нефти

Показатели Схема

1 2 3 4-

Суммарная тепловая нагрузка ABO, МДяс/Ч 208,5 77,7 54,6 89,6

Суммарная тепловая нагрузка теплообменных аппар-в, ЦДж/ч 437,1 336,3 359,3 318,9

Суммарная тепловая нагрузка на конденсаторы-холодильники, МЦж/ч 30,9 30,9 30,9 30,9

Расход теплоносителя, кг/ч 150,0 140,0 140,0 130,0

Суммарная тепловая нагрузка нагревательных печей, ВДж/ч 357,8 226.3 203,3 236,4

о Суммарная пов-сть теплообмена,м 62,7 50,6 50,7 71 ,1

При выборе оптимальной технологической схемы малогабаритной установки были рассмотрены технико-экономические показатели, представленные в табл. 3.Характеристика внутренних потоков,режим работа основного тешюобчзнного оборудования малогабаритной установки получены путем математического моделирования на ЭВМ.

Расчетная оценка технологических схем 1-4 показала — схема 3 характвризуется наименьшими энергетическими затратами. Так, в состав технологического оборудования данной схемы входят аппарат воздушного охлаждения и нагревательные печи,которые несут минимальную тепловую нагрузку. Твплообменнэя система схемы характеризуется высокой степенью регенерации тепла продуктов фракционирования нефти.

На основании вышеуказанного для малогабаритной установки фракционирования нефти совмещенным процессом с цель® получения прямогонных моторных топлив выбрана технологическая схема 3, на

которую получено положительное решение на выдачу пзтеята РФ.

Основные принципы автоматического регул1фования качества продуктов разделения совмещенного процесса такие же, как и в ректификации. Различия заключаются лишь в особенностях конструктивного оформления горизонтального аппарата.

В главе 4 рассматривается технологический расчет горизонтального аппарата совмещенного процесса многоступенчатых испарения и конденсации,включающий в себя проектный расчет, целью которого является определение основных геометрических характеристик.

Расчетные режимные параметры фракционирования в горизонтальном аппарате- соответствуют данным схемы 3.

Расчеты показали, что при фракционировании нефти совмещенным процессом многоступенчатых испарения и конденсации общая поверхность теплопередачи в ступенях конденсации больше, чем в ступенях испарения. Поэтому определяющим параметром при расчете размерно-габаритных характеристик аппарата является величина теплопередаю-щей поверхности ступеней конденсации.

На основании ГОСТов и практических данных по работе тедлооб-менного оборудования выбраны ориентировочные значения внутреннего диаметра горизонтального аппарата, длины совмещенной ступени и величины суммарной теплопередающей поверхности для ступеней испарения и конденсации.

Профиль сечения горизонтального аппарата совмещенного процесса состоит из. трех частей: ступеней испарения, пространства для движения паровой фазы и ступеней конденсации. В этой связи суммарный объем трубного и межтрубного пространств ступеней конденсации равен:

Уконд = 1/3-Угор.ая-та, (4)

где Угор.ап-та - общий объем горизонтального аппарата, м3.

Величина внутреннего диаметра горизонтального аппарата совмещенного процесса уточняется последовательными приближениями.

Для найденных значений диаметра аппарата и длины совмещенной ступени выполняются вычисления по компоновке пучков трубок ступеней испарения и конденсату горизонтального аппарата.

Расчетный анализ показал, что условию (4) соответствует диаметр аппарата, для которого линейные скорости потоков пара и жидкости совмещенных ступеней не превышают допустимых величин, рекомендуемых, в частности, для теплообменной аппаратуры.

В табл. 4 приведены данные проектного расчета горизонтального аппарата совмещенного процесса испарения и конденсации при шахматном расположении трубок.

Таблица 4

Расчетные геометрические параметры горизонтального аппарата.

Производительность по сырью 1000 кг/ч

Показатели

Ступени | Ступени-

конд&нсащи | испарения

Общее число труб

Число рядов труб

Наружный диаметр труб, м

Высота сборки трубок, м

Длина одной совмещенной ступени, м

Суммарная поверхность теплообмена, м'

Диаметр горизонтального аппарата, м

Суммарная длина совмещенных ступеней, м

Длина аппарата, м

9

9

О.ОЯв

0,170 0,150 26,0

02 6

0,060 0,150 2,5

0,6

4,5 4,9

Для расчета коэффициентов теплопередачи использованы критериальные уравнения конвективной теплоотдачи. Установлен экстремальный характер зависимости коэффициента теплоотдачи при переходе вязкостного ламинарного режима движения теплоносителя в вязкостно-гравитационный.

Расчет физико-химических свойств тепловых агентов, а также потоков жидкости и пара совмещенных ступеней, входящих в критериальные уравнения, проводили при среднем значении температуры для З-ой ступеш, а также с учетом изменения покомпонентного состава парового и жидкостного потоков совмещенных ступеней. Дня расчета физико-химических, свойств разработан пакет прикладных программ, в которых используются модификации уравнения состояния Ван-дер-Ваальса.

Кроме того, выполненный сопоставительный расчет основных технико-экономических показателей горизонтального аппарата и ректификационной колонны показал, что конструкция горизонтального аппарата является более компактной и менее металлоемкой.

Проведен сопоставительный расчетный анализ эффективности использования тепла при неполной первичной перегонке нефти ректификацией и совмещенным процессом испарения и конденсации. Перегонка нефти осуществлялась по одноколонной схеме без предварительного

отбензинивания. Исходная нефть нагревалась до 330 °С и поступала на разделение в ректификационную колонну, в которой дополнительное паровое орошение создавалось циркуляцией горячей струи, нагреваемой в печи до 350 °С. В горизонтальном аппарате-в качестве теплоносителя в ступенях испарения использовалась часть утяжеленной нефти, также нагретой до 350 °С.

Число ступеней контакта и давление в системах разделения соответствуют значениям, приведенным в главе 3.

Суммарные тепловые затраты при разделении нефти в ректификационной колонне и горизонтальном аппарате были приняты равными и составили: по нагреву сырья - 893,3 Щх/ч; подводу теш® 15,4 ЗДж/ч; отводу тепла - 293,0 МДж/ч. Расходы горячей струи в ректификационной колонне и теплоносителя в горизонтальном аппарате соответственно составили 400 ч 47 кг/ч.

Количественную оценку эффективности использования тепла про-

водили по величине эксергии:

Ъ =

Тн -Тк ¥н~+273'

где 2-коэффициент эксергии; Тл,Тк-начальная и конечная темпе-ратурн теплоносителя, °с.

При разделении, н&фта р&ктификацивЛ горячая струя отдает таило в кубе колонны на частичной испарение и нагрев кубового остатка, охлаждаясь с 350 до 338 °С. Излизана эксергии составляет 0,019. Полагая,что в горизонтальном аппарате температура теплоносителя на выходе из аппарата на 70 аС вызо температуры первой ступени испарения (Т^-'Яа °С). В этом случав величина эксергии составит 0,24'. Следовательно, степень использования тепла в горизонтальном аппарате выше, чем в ректификационной колонне.

Таблица 5

Расход т/н-ля С,кг/ч Параметры т/н-ля на входе в гориз-й яп-т Параметры т/н-ля на выходе из гсрнз-го ап-та 1 тк-т; Тя-Тк 2гор. Егор. чп-т

Тн, °С ¡1Н, кДж/кг Тк, °С 113«, кДж/кг ап-т 2рг?кт кол.

40 350 854 174 364 46 176 0,28 15

60 350 854 237 523 109 113 0,18 10

80 350 854 266 607 138 84 0,13 7

100 350 854 284 657 156 66 0,11 6

Сравнительный анализ расчетных данных табл. 5 позволяет оценить влияние расхода теплоносителя на величину эксергии. Так, с увеличением расхода теплоносителя в горизонтальном аппарате с 40 до 100 кг/ч величина эксергии снижается в 2,5 раза.

При выборе расхода теплоносителя для горизонтального аппарата необходимо учитывать его скорость движения в трубном пространстве, а также изменение градиента температуры теплоносителя по длине аппарата.

Р

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Впервые разработаны алгоритмические модули расчета теплового распределения по ступеням при разделении многокомпонентной смеси совмещенным процессом многоступенчатых испарения и конденсации.

2. В ходе математического моделирования установлено,что предпочтительным критерием распределения тепла и холода по ступеням является термодинамический критерий "удельная тепловая характеристика", более полно учитывающий особенности разделения смеси совмещенным процессом испарения и конденсации.

3. Наиболее приемлемым с позиции теплонапряженности поверхности теплообмена является распределение тепла и холода, полученное линейной аппроксимацией теплового режима, соответствующего постоянству значений термодинамического критерия удельной тепловой характеристики. Предложены аналитические зависимости для расчета данного распределения.

4. Показано влияние линейной скорости движения теплоносителя в горизонтальном аппарате на температурный режим фракционирования многокомпонентной смеси. Установлен экстремальный характер влияния линейной скорости теплоносителя на эффективность теплопередачи в совмещенных ступенях.

5. Разработаны методика и программные модули расчета фракционирования нефти совмещенным процессом многоступенчатых испарения и конденсации в горизонтальном аппарате и основных геометрических характеристик аппарата.

6. Эксергетическим анализом установлено, что при разделении нефти расход теплоносителя в горизонтальном аппарате совмещенного процесса испарения и конденсации меньше, чем в ректификационной колонне. С уменьшением расхода теплоносителя эффективность его использования в горизонтальном аппарате возрастает.

7. Выполнен анализ технологических схем малогабаритных установок фракционирования нефти и газоконденсвтв в горизонтальном аппарате совмещенного процесса испарения и конденсации.Обоснован да-оор технологической схемы малогабаритной установки фракционирования нефти с целью получения прямоготчнх моторных топхив для нужд нефтегазодобывающих комплексов в удаленных регионах. Показано, что технологическая схема характеризуется низкими энергетическими затратами, малой металлоемкостью технологического оборудования.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛЖАШ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

1. Умергалин Т.Г., Слесарева С.Г. Комбинированная диаграмма, уравнения равновесия и рабочих линий процесса совмещенной конденсации и испарения // Фнзихо- математические проблемы и моделирование нефтепромысловых и нефтехимических процессов: Межвуз. те мат. сб. научи, тр./ Уфим. нефт. ин-т.- У|фэ, 1992.- С. 87-94.

2. Умергалин Т.Г., Слесарева С.Г., Хафизов А.Р. Фракционирование нефти в горизонтальном аппарате// Физико-математические проблемы и моделирование нефтепромысловых и нефтехимических процессов: Меж. вуз. н-темзт. сб. тр. / Уфим. нефт. ин-т -Уфа, 1992.-С. 535-140.

3. Умергалин Т.Г., Хафизов А.Р., Слесарева С.Г. Фракционирование многокомпонентной смеси в малогабаритном горизонтальном аппарате // Материалы 1 съезда химиков, нефтехимиков, нефтепереработчиков и работников промышленности стройматериалов Республики Башкортостан / Уфа, 1992.- С. 39-44.

4. Слесарева 'С.Г., Умергалин Т.Г. Оптимизация схемы теплообмена при фракционировании нефти в горизонтальном аппарате// Тезисы докладов 44 научн.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии / Уфимск. нефт. инст-т -Уфа, 1993.- С.24.

5. Слесарева С.Г., Воробьев С.И. Расчет физико-химических свойств компонентов // Тезисы докладов 44 научн.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии / Уфимск. неф/г. инст-т -Уфа, 1993.- С.24.

6. Умергалин Т.Г., Хафизов А.Р., Слесарева С.Г. Фракционирование нефти и газокояденсата в малогабаритном горизонтальном аппарате // Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки: Тез. докл. мэжгосуд. н.-техн. конф-ции / Тюменек. индустр. ин-т.-Тюмень, 1993.- С. 173-174.

7. Слесарева С.Г., Умергалин Т.Г. Тепловой режим фракционирования нефти многоступенчатыми конденсацией и испарением // Тезисы докладов 45 научн.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии / Уфимск. нефт. инст-т -Уфа, 1994. -С.34.

8. Умергалин Т.Г.,Хафизов А.Р..Слесарева С.Г. Возможности использования блочной установки для получения прямогонных фракций моторных топлив на промыслах // Вопросы интенсификации и разработки газовых и газоконденсатонефтяных месторождений: Мэжвуз. научн.-темат. сб. тр. / УГНТУ - Уфа, 1994.- С.157-162.

9. Умергалин Т.Г., Хафизов А.Р., Слесарева С.Г. Технология многоступенчатого испарения и конденсации для разделения нефтега-

зовых смесей // Тезисы докладов 2 Международной конференции по химии нефти / Томск, 1994.- С.156-157.

Кроме того, по результатам работ, получено решение о выдаче патента РФ по заявке.

1. Решение на выдачу патента РФ по заявке № 93- 039574/04/ 039170 от 26.04.95 г. Способ фракционирования нефти / Умергалан Т.Г., Хафизов А.Р., Слесарева С.Г. и др.

Подписано к печати /У. С?£ 96

Формат бумага 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетяая, Печ. листов 1 ,0. Тираж 100 экз. Заказ -/22

Уфимский государственный нефтяной технический университет Ротапринт Уфимского государе, нефтяного технического университета Адрес университета и полиграфпредприятия: 450062,Уфа,Космонавтов, 1

Соискатель