автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процесса разделения углеводородного сырья и реконструкция колонн установки получения моторных топлив

На правах рукописи

БАГЛАЙ ВЯЧЕСЛАВ ФЕДОРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ И РЕКОНСТРУКЦИЯ КОЛОНН УСТАНОВКИ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ

05.17.03 — Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидат^ технических наук

Казань - 1997

¡"3 С1 2 4 НОЯ '«с?

Работа выполнена в Казанском государствепн технологическом университете на кафедре «Процессы и аппара химической технологии».

Научные руководители — доктор технических наук, профессор

С.Г. Дьяконов,

доктор технических паук, профессор А.Г. Лаптев

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор

Э.Ш. Теляков,

кандидат технических наук, докторав А.Н. Николаев

Ведущая ортнизация — ВНИИУС (г. Казань)

Защита состоится «/ ^ » декабря 1997 года в 1400 часов : заседании диссертационного совета Д 063.37.02 при Казанск< государственном технологическом университете по адресу: 42001 г. Казань, ул. К. Маркса, 68, корп. А, 3-й этаж, зал заседай] Ученого совета.

• С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанско государственного технологического университета.

Автореферат разослан 1Ц ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.Г. Лаптев

Актуальность работы.

Важнейшей задачей развития нефтеперерабатывающей промышленности становится углубление переработки как основной фактор повышения эффективности "использования нефти б народном хозяйстве. Известно, что при увеличении глубины переработки нефти в 1.2 — 1.4 раза против современного уровня расход нефти может быть уменьшен на 20—30%. Решение подобной задачи возможно путем разработки гибких технологически с:.ем глубокой переработки нефти на основе широкого применения термокаталитических процессов, а та^жо путем реконструкции установок получения качества моторных топлиз с целью расширения интервалов устойчивой работы и повышения качества разделения.

Производительность и режимы работы установок переработки нефти в настоящее время могут значительно отличаться от проектных нагрузок. Все эти факторы повышают'требования к работе колонных массообменных аппаратов. Широко применяемые в настоящее время для разделения углеводородного сырья стандартные ситчатые и клапанные тарелки имеют относительно небольшой интервал устойчивой работы, т.к. при малых скоростях пара происходит провал жидкости, а при повышенных — брызгоунос, что, как известно, существенно снижает эффективность процесса разделения смесей. Поэтому важной п актуальной задачей яв-.яется расширение интервала устойчивой работы стандартных контактных устройств путем минимальной реконструкции, а также разработка новых, более совершенных массообменных аппаратов и технологических схем.

Работа выполнялась в соответствии с научным направлением Казанского государственного технологического университета «Развитие методологии оптимального проектирования оборудования на базе сопряженного физического и математического моделирования,. а также ПНИЛ N2 03 — 23 — 9'.' «Теоретические методы описания массотеплопереноса в двухфазных многокомпонентных системах, оптимальное проектирование п реконструкция, аппаратов разделения в промышленной химии».

- применение математической модели массотеплообмена в барботлжном слое, разработанной С.Г. Дьяконовым с сотрудниками, ддя расчета процессов разделения углеводородного сырья в колоннах получения моторных топлив;

- разработка алгоршма расчета сложной колонны;

В работе принимал участие к.т.н., доцент М.И. Фарахов

- разработка вариантов минимальной реконструкции стандартных клапанных тарелок для расширения диапазона устойчивой работы;

- разработка новых контактных элементов (насадки) для повышения эффективности процессов разделения.углеводородного сырья;

- модернизация колонных аппаратов установки получения моторных топлив.

Научная новизна.

Для описания процессов переноса импульса, массы и тепла в ■ двухфазном парожидкостном потоке на тарелке используются дифференциальные уравнение переноса в двухмерной постановке. С иск -та уравнений записывается для сплошной (жидкой) фазы, а влияние второй фазы (паровой) учитывается в математическом описании в виде параметров (источников) совместно с условиями термодинамического равновесия, уравнениями баланса и потоковыми соотношениями. Решение системы дифференциальных уравнений переноса осущестг чяется псевдонестационарным итерационным методом. Расчет поля концентраций углеводородной смеси выполняется по условным компонентам с температурой кипения, равной температуре кипения фракции. Результатом решения системы уравнений переноса являются поля скоростей, концентраций и температур в фазах на тарелке, что дает возможность рассчитать эффоктигчостъ процесса разделения углеводородной смеси. На основе использования математической модели выбраны варианты реконструкции клапанных тарелок, разработаны новые высокоэффективные насадочные элементы и предложен вариант модернизации установки получения моторных топлив.

Результатом работы является:

1. Варианты реконструкции массообменных тарелок, путем изменения формы приемной планки и создания второй зоны контакта фаз в межтарельчатом пространстве колонны, что обеспечивает повышение эффективности массообмена и предельных нагрузок, а также структурирование парожидкостного потока, обеспечивающее более устойчивую работу контактных устройств при пониженных нагрузках.

2. Разработка новой неупорядоченной насадки для повышения эффективности работы массообменных колонн.

3. Реконструкция ректификационных колонн установки получения моторных топлив, обеспечивающая повышение эффективности разделения углеводородной смеси.

ДдробшшяирМом и нагпше^уалдкшши.

По теме диссертации опубликовано 4 работы и получено положительное решение на заявку о патентовании насадочпых элементов.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно—технической конференции «Механика машиностроения», г. Набережные Челны, 1997; на международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных систем», Moer за, 1997.

Результаты диссертационной работы приняты к внедрению для реконструкции массообменных колонн установки получения моторных топлив на Сургутском ÓCK.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав., заключения, списка литературы, приложений и справок, подтверждающее практическое применение результатов исследования. "

Диссертация содержит 160 страниц, из них 120 страниц машинописного текста, б таблиц и 15 рисунков по тексту, список литературы из 150 источников отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание работы.

Материал в диссертации излагается в следующей последовательности:

В введении дана краткая характеристика общей ситуации в рассматриваемой области и обоснована актуальность задачи исследования. Приведены цель работы и основные полученные научные и практические результаты.

В первой главе дан обзор работ по • проблеме разделения углеводородного сырья и получения моторных топлив. Рассмотрены основные подходы моделирования массообмена и структур ki потоков на тарельчатых контактных устройствах. Выполнен анализ известных технических решений по реконструкции контактных устройств с целью повышения качества разделения смесей. Отмечено, что эффективным инструментом решения отмеченных задач является метод сопряженного физического и математического моделирования, который позволяет выбрать вариант реконструкции установки получения • моторных топлив с минимальным привлечением экспериментальных данных.

Во кшрай главе рассматривается математическая модель процесса разделения углеводородного сырья в колоннах с клапанными тарелками.

Математ1пеское моделирование процессов разделения углеводородного с.лрья является сложной Задачей сопряженного

- 3 -

массотенлоперенсса б многокомпонентных смесях. Обычно качество моторных топлнв оценивают по фракционному составу, поэтому многокомпонентная смесь представляется в виде дискретного ряда узких углеводородных фракций с определенными температурами кипения.

• Исходная смесь по кривой НТК разбивается на фракции, выкипающие в узком шгтервале температур. Каждая узкая фракция рассматривается как условный компонент с температурой кипения, равной средней температуре кипения фракции. Очевидно, что чем на большее число узких фракций разбивается смесь, тем точнее результаты вычислений, но. однако, расчет становится более громоздким и трудоемким. По известным рекомендациям для получения удовлетворительных результатов смесь следует разбивать на 10 — 15 узких фракций.

Разделение углеводородного сырья происходит в колонных аппаратах с клапанными или ситчатыми тарелками. На основе математической модели процессов переноса в турбулентном барботажном слое, разработанной С.Г. Дьяконовым, В.И. Елизаровым и АГ. Лаптевым, записаны уравнения движения, массо— и теплопереноса в жидкой фазе в двухмерной постановке на плоскости контактного устройства, учитывая, что в вертикальном направлении происходит практически полное перемешивание. Эти уравнения имеют вид:

ди Эи 1 ар а;и д;и _

дГ, дг рг. д%~ дг~

дм д\ 1 ЭР д2\ д2\ „

' Р)

дг

ах ах _ д2х _ а2х

и——2-+Г, , (4)

д$ дг д%- дГ

•■ ат ат а2т а2т

и—+ V—= ат—+ —г+г, , 5

дг т а$2 ^ дг2

где л, V — продольная и поперечная скорости жидкости, соответственно; Р — давление; гр — источник импульса; X — концентрация низкокнпящего (НК) условного компоненга в жидкой <):кис; г5 — источник массы; ут, аТ — коэффициенты турбулентного обмена; Г( — источник тепла; Т — температура жидкой (Ьазы; г — продольная и поперечная координаты массо —

о - 4 -

обменной тарелки. о

Влияние второй фазы (паровой) в уравнениях (1) —(5) учитывается источниками импульса гр, массы г*, тепла г( и коэффициентами турбулентного обмена*у1( Б, и Для контактных устройств перекрестного тока источник импульса в уравнениях движения (1), (2) равен нулю, т.к. в этом случае паровой поток не изменяет направление движения жидкости, а только генер1груег турбулентность.

Д\я системы уравнений (1) —(5), описывающей перенос импульса, массы и тепла в жид'.ой фазе при движении газожпдкос. ной потока на барботажном контактном устройстве перекрестного типа, устанавливаются следующие граничные условия: при % = 0: (на входе тарелки) и = и„, X = Х(1, Т = Т„; при £ = I (на выходе тарелки): ди/дЪ, = 0, дХ/д!~ = 0, = 0

1 ар Яи а2и

--- -V---ь ут—г- ;

Рж д£ дг дг2

при г = ±11: (настенках колонны) и = 0, у = 0, дХ/дг — 0, дТ/дг~0,

1 №

--= у—- , П — радиус тарелки, 1 — длина пути жидкости.

Рж & Эг*

Источники массы и тепла, а также характеристики турбулентного обмена ут, Вт, ат в уравнениях переноса (1) —(5) огределяются по математической модели с учетом возможной неравномерности распределения ф>аз*.

Источники массы и те.пла связаны с коэффициентами массо — и теплоотдачи и движущими силами процессов:

я

где Уж = 11СТ8Т — объем жидкости на тарелке, м3; (ра)л, (аа)* ~ объемные коэффициенты массо— и теплоотдачи в жидкой фпе; Х,р — концентрация НК условного компонента на границе раздела фаз; Тгр — температура на границе раздела фаз.

Уравнение (4) записывается в конечных разностях ^ решается

* С.Г. Дьяконов, В.И. Елизаров, А.Г. Лаптев Теорет(пеские основы и моделирование процессов разделения вещесфз.: Из —во Казанского гос. ун-та, 1993.

совместно с потоковыми соотношениями, условиями равновесия и баланса массы:

(ра)^(Х-Хгр)и = (ра)г!.(Угр-У)у, (8)

УгрЧ = Г(Хгр)- , (9)

<!(СУ) = -<1(ЬХ) , (10)

где ([¡а)г — объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе; Ъ, Сг — массовые расходы фаз; I — 1,2,...п; ]=1,2,...к; п, к — число ячеек в продольном и поперечном направлениях контактного устройства; У — концентрацит условного НК в паровой фазе.

равнение теплопереноса (5) записывается также в конечных разностях с аналогичными условиями (3) —(10) и решается совместно с уравнением массопереноса. На каждом шаге интеграции уточняются теплофизшюские и кинетические характеристики углеводородной смеси.

Система уравнений движения (1) —(3) решается псевдо — нестационарным итерационным методом, а (4) —(5) методом прогонки с релаксацией. Время решения системы (1) —(3) на 1ВМ РС—486 при сегке 10x10 составляет 10 — 15 сек, а (4) —(5) — 5 — 10 сек.

Полученные из решения системы уравнений (1) —(5) распределения полей скоростей, 1.лнцентраций и температур позволяют выяснить влияние различных факторов (технологических, конструктивных и др.) на эффективность процесса разделения смеси в колонне с тарельчатыми контактными устройствами.

. По рассчитанному полю концентрации определяется КПД тарелки по Мерфри:

Е^^^ - (П)

Хк -X

где Х;|, X* — начальная и конечная концентрации низкокипящего условного компонента в жидкой фазе на входе и на выходе тарелки;

X* = Г(У) —^равновесная концентрация.

Для определения объемных коэффициентов массо— и теплоотдачи в источниках (б), (7) по математической модели необ; эдимы данные гидравлических характеристик барбугажа — скорость пара в отверстиях \У0 и площадь открытой части отверстий Бо- Эти параметры для пластинчатого прямоточного клапана вычисляются из выражений:

\У в 1«, + 1>,

■ во^П-1—-п . (12)

Ь0 о

h =

У2(с„вл/ь5Та1?+ P0b)

(13)

где WK — скорость пара в колонне, м/с; 5К — площадь сечения колонны, м2; п — число клапанов на тарелке; П= 2(b+ I) — периметр клапана; b, I — ширина и длина клапана, м; G — вес клапана, кг; SK„ — площадь клапана; h=(h|+h2)/2 — средняя высота открытия клапана, м; Ah=(h]-h2)/2; Po=pmghSKA — сила, вызванная давлением столба жидкости в сечении Sq; ht, h2 — "ысота ножек клапана.

Вследсвие наличия градиента уровня жидкости на тарелке поток паров через разные учгстки тарелки будет различным. Клапаны, расположенные у приемной планки тарелки, где слой жидкости выше на величину А, пропустят наименьшее количество паров, а клапаны у сливной планки, будут меньше погружены в слой жидкости и поэтому пропустят больше паров. -По сравнению со средней паровой нагрузхой клапанов, соответствующей уровню жидкости на тарелке при градиенте Л/2, паровая нагрузка клапанов в местах поступления жидкости на тарелку или стока ее с тарелки должна изменяться на величину, обусловливающую эквивалентную величину сопротивления сухой тарелки (А/2)ржд. Тогда максимальная степень неравномерности по сравнению с работой средних клапанов определится из известного выражения

где - скорость паров при средней поличине

сопротивления тарелки; — скорость паров в месте поступления жидкости на тарелку или слива ее с тарелки; АРсу, — сопротивление сухой тарелки при средней скорости паров, Па.

Рассмотренное математическое описание п; щессов переноса на массообменных тарелках позволяет выяснить причины снижения эффективности разделения углеводородной смеси и выбрать вариант реконструкции массообменных тарелок в колоннах установки получения моторных топлив.

В третьей главе дано описание установки получения моторных топлив, разработан алгоритм потарелочного расчета сложной колонны, а также на основе применения математической модели, приведенной в главе 2, выполнены расчеты процесса разделения углеводородного сырья в колоннах с клапанными тарелками и даны технические решения по реконструкции контактных устройств.

Процесс получения моторных топлив состоит из следующих

/

стадий:

- предварительный нагрев и эвапорация исходного сырья; т- атмосферная перегонка;

- вторичная ректификация.

Атмосферная перегонка осуществляется по одноколонной схеме разделения жидкой фазы испарителя с двумя боковыми выводами, теплосъемом циркуляционным орошением и предназначена для выделения фракций НК-120 °С, 120—200 °С, 200 - 280 °С, и остатка (фракция выше 230 °С).

Вторичная ректификация предназначена для выделения фракции НК—100°С, фракциг 100 —120°С и остатка ( фракция выше 120°С/.

Разделение нижнего продукта испарителя производится по приделам выкипания. Перегонка осуществляется однократным испарением с ректификацией в сложной ректификационной колонне, оборудованной клапанными тарелками.

В атмосферной колонне, кроме верхнего и нижнего продуктов, отбираются два боковых погона. Разные секпчи атмосферной колонны имеют различные паровые и жидкостные нагрузки, различные флегмовые числа. В 1-й секции атмосферной колонны организовано циркуляционное орошение, что позволяет использовать тепло этого потока н улучшить энергетические показатели процесса.

Для снижения температуры кипения нижнего продукта и более полного отгона дизельной фракции из остатка в низ атмосферной колонны подается перегретый пар.

, Давление в системе атмосферной перегонки принято из условий полной конденсации дистиллята, температура питания определена' условием обеспечения массовой доли отгона на уровне или несколько выше отбора суммы дистиллята и боковых погонов.

Установка получения моторных топлив проектировалась на производительность по сырью 750 м3/ч. В настоящее время производительность составляет 350—420 м3/ч.

Колонна К—Г и отпарные колонны К —2/1, К —2/2 связаны с материальными и тепловыми потоками и рассматриваются как сложная колонна с двумя сгршишнг—секциями.

Разработанный алгоритм моделирования сложной колонны включает потарелочную процедуру расчета многокомпонентной ректификации, определение теплофизических свойств фракций, расчет гидродинамических и массообменных характеристик клапанной прямоточной тарелки.

Исходными данными для моделирования являются: число реальных тарелок в колонне п и стриппинг — секциях п51, п^; номер

® - 8 -

тарелки ввода питания пг; номера тарелок боковых отборов пр|, пр2; номер тарелки циркуляционного орошения пц1; фракционный состав, расход и температура питания; доля отбора от мольного расхода питания: бензиновой фракции с верха К—1 р0; отборов фракций из К —2/1 и К —2/2 Рр1, Рр2; давление верха колонны К—1; конечная температура и расход циркуляционного орошения Ц.

Задается первое приближение эффективности Е^ в ..олонне К-1 и Еп,,.^]), Егаг|52) в К—2/1, К—2/2. Определяется число теоретических тарелок для этих колонн:

N = п*Е^ , N5, = п51»Ега(51) ; 1\т52 - п52* Е^са, . (16)

- 10 -

для К — 1 находится номер тарелки питания

Г^п^Е,,,. , (17)

номера тарелок бокового отбора

ИР1 = пр1*ЕП1Г , Мр2 = Пр2*Етг , (18)

номер тарелки циркуляционного орошения

N„1 = пц1*Е1ПГ , (19)

В результате потарелочпой процедуры расчета определяются концентрации компонентов и температур на теоретических тарелках колонн; потоки пара и жидкости на тарелках К —1, К—2/1 К - 2/2; расходы продуктов разделения.

Для тарелок этих колонн цо рассчитанным составам п температурам находятся теплофизические константы фракций в паре и жидкости.

Гидравлический расчет на теоретических тарелках 1, 1Мр 1+1, Г\тр2, N,,2+1, N(-1, N(+1, N позволяет определить

сопротивление орошаемой тарелки АР1, АР^р1, АРМр1+1, АРмр2, ЛРКр2+1, АРмг-„ ЛР,чг. АРцг+1, АРм; по известному числу реальных тарелок п давление куба колонны Рк.

По полученным данным производится расчет следующих' значений эффективности К—1 ЕР11Г (по формуле (11))и стрипшпгг — секций Ещг^Цг Егаг|82)'

Критерием окончания моделирования является выполнение условия:

(0 (1-1) Етг(51) "

(0 (¡-О

где е — требуемая точность расчета.

- 9 -

, • (20)

В результате находятся составы и расходы продуктов разделения, давление куба колонны и давление в отпарных колоннах К-2/1, К-2/2.

В основу использованного алгоритма потарелочного расчета процесса многокомпонентной ректификации положена методика Тиле и Геддеса, способ независимого определения концентраций и концепция "теоретической тарелки".

Для проверки математической модели процесса разделения в сложной колонне (К —1, К—2/1, К—2/2) были использованы заводские данные с 22.03.97 г. по 22.04.97 г. Технологические параметры процесса разделения приняты из режимного листа за несколько дней эксплуатации колонны. Результаты расчета по заводским данным приведены в приложении к диссертационной работе. Разделительная способность основной колонны соответствует 12 теоретическим тарелкам, а средняя эффективность тарелок К —1 1^=0.3. Сравнение расчетных и экспериментальных данных при заданных расходах питания, острого циркуляционного орошения показывает, «по температура, давление верхл и низа колонны мало отличается от режимного листа; фракциони».:; состав продуктов разделения К —1, К—2/1, К—2/2 - соответствует значениям, приведенным в журналах анализов. Корректность разбиения исходной смеси на фракции проверялась по результатам расчета сложной колонны для 18, 36 и 44 условных компонентов. Различие в расчетных составах продуктов разделения незначительны и разбиение на 18 условных компонентов достаточно для данного процесса ректификации. Следовательно, приведенный . выше кгтод алгоритмы и программное обеспечение позволяют с достаточной точностью моделировать процесс разделения в колоннах К — 1, К-2/1, К—2/2 в зависимости от состава и расхода исходного сырья.

В диссертации рассмотрен проектный режим работы колонн установки моторных топлив, а также режимы работы при пониженных и повышенных нагрузках. На основе расчетов по уравнениям математ1гче~кой модели предложены различные технические решения по минимальной реконструкции клапанных тарелок.

1. Повышение эффективности массообмена на контактных устройствах — клапанных тарелках — возможно путем минимального изменения конструкции. Д\я этого предлагается:

- изменить плоскую форму приемной планки на выпуклую. Это обеспечит повышение КПД тарелки на 10—11%;

- организовать вторую зону контакта фаз в межтарельчатом пространстве путем установки у сливных планок ударных рас -

- 10 -

пылителей. На каждой тарелке удаляются клапаны в последнем ряду, а в освободившиеся отверстия устанавливаются прямоугольные каналы миной 135 мм с сбойной пластиной на конце с зазором 5 — 6 мм. Это обеспечит повышение эффективности мае — сообмена на 10 — 15% и увеличение предельных нагрузок по жидкой фазе на 30 — 40%.

2. Для контактных устройств, работающих при нагрузках по паровому потоку ниже допустимого предела предложено изменить свободное сечение тарелки путем исключения последних двух-трех рядов клапанов из работы.

3. При средних паровых нагрузках устойчивый режим барботажа можно организовать за счет установки дополнительных балластов на клапаны, находящиеся в последних четырех рядах у сливной планки. Это обеспечивает равномерный барботаж через все рабочее сечение тарелки за счет выравнивания профиля скорости парового потока.

•1. При пониженных нагрузках по жидкой фазе следует уменьшить площадь сливньэс устройств на 40—50%. Кроме этого организовать вторую зону контакта фаз, что даст увеличение эффективности разделения углеводородного сырья в колонне К —1 на 10-12%.

Разработанные в данной главе варианты реконструкции клапанных тарелок обеспечивают заданное качество разделения смеси, а так же увеличение выхода светлой фракции.

Четвертая глава посвящена анализу и диагностике работы колонн К —1, К—2/1, К—2/2, а также разработке и применению для модернизации ректификационных аппаратов новых насадочных элементов, обеспечивающих широмш шггервал устойчивой работы по паровым и жидкостным нагрузкам, высокую эффективность массопередачи и низкое гидравл!*чесхое сопротивление.

На основании разработанных алгоритмов расчета,' реализованных на ЭВМ проведено моделирование режимов работы колонн К—1, К-2/1, К-2/2 при изменении расхода острого циркуляционного орошения, номера тарелки питания, подачи дополнительного количества тепла в К.—2/1 и увелпчешю эффективности тарелок К—1 на продукты разделения сложной колонны.

Снижение расхода острого орошения, цодаваемого па верхнюю тарелку К -1 с 220 м3/ч до 80 м3/ч приводит к ухудшению качества продуктов разделения:

- возрастанию содержания фракции с температурой кипения >230"'С в продукте К —2/1 с 5% об. до 8% об. и изменение кьчества .

- 11 -

получаемого дизельного топлива с арктического на зилнее;

- потери компонентов дизельной фракции с котельным топливом (куб К —1) с 13% об.-до 16.5% об.;

- увеличение содержания легких фракций с температурой кипения до 120 °С с 0.78% об. до 1.2% об.;

- снижение эффективности ступени разделения К — 1 с 0.3 до 0.276.

Установлено, что снижение расхода циркуляционного орошения приводит к незначительному снижению качества получаемых продуктов К—1, К —2/1, К —2/2 (таблица 1).

Таблица 1,

Влияние циркуляционного орошения на продукты _разделения К — 1, К — 2/1 ___

Расход циркуляционного орошения, м3/ч 70 52.7 42.86

Фракции 280°С — КК в продукте К-2/1, % об. 5.1 5.51 5.8

Фракции 160—КК в верхнем продукте К —1, %об. 0.95 0.97 0.984

Фракции НК —120 в продукте К-2/1 0.769 0.3? ! Р 0.855

Фракции НК —280 в кубе К-1 12.98 13.36 13.63

В таблице 2 приводится влияние рециркулята из К—2/1 на разделение смеси в сложной колонне. Дополнительный подвод тс-пла в К—2/1 и увеличение расхода рециркулята снижает

содержание легких фракций в продукте К —2/1 и уменьшает содержание тяжелых фракций в верху К —1.

Таблица 2.

Влияние подвода тепла в К —2/1 на продукты _разделения К — 1, К - 2/1___

Расход тепла в К-2/1, кДж/кг 0 3186000 9985200 20095189

Фракции 280-КК в продукте К-2/1, % об. 5.1 5.297 3.797 4.858

Фракции НК -120 в продукте К-2/1 0.769 0.537 0.3124 0.1851

Фракции 160—КК в верхнем продукте К-1, % об. 0.948 0.8026 0.593 0.437

В существующей схеме подогрев исходной смеси и рещфкуляха куба К—1 происходит в П —2 и подается одпил/йз потоков на 43—ю тарелку К —1. Исследовалась возможность раздельной подачи ис"одной смеси и рециркулята куба в К — 1.

Установлено, что изменение номера тарелки питания с 12 — й на 9 —ю приводот к снижению содержания фракций с температурой кипения >230°С с 5.1% об. до 3.8% об. в продукте К — 2/1 и уменьшению содержания компонентов дизельной фракции в котельном топливе с 13% об. до 11.97% об.

Расчет показывает, что повышение выхода дизельной фракции и соблюдение требуемого качества продуктов разделения во_>гожно при увеличении эффективности ступеней разделения Ед,. (рис. 1).

Расход мЗ/ч

Эффективность Ецц.

Рис. 1. Влияние эффекппносш ступени разделения на отбор продукта из К—2/1

Для повышения эффективности работы колонн п диссертации разработаны новые насадочные элементы. Новая насадка выполнена в виде полого тела цилиндрической формы • поверхность которого образована расположенными одна против другой выгнутыми наружу волнообразными полосами листового материала п ребрами вдоль образующих цилиндра, отопгутыми под углом к оси цилиндра, с зазором между ними (рис. 2). Крайние полосы у торцов пилшира изотнуты в виде Б —образной винтовой поверхности и частично перекрывают торцевые отверстия. Насадка технолоппша в изготовлении и имеет низкую стоимость.

- 13 -

Рис. 2. Насадочные элементы д\я реконструкции ректификационных колонн

Размеры насадочных элементов 25-35 мм, удельный свободный объем 0.9—0.95, удельная поверхность 150 — 250 м2/м3. Конструктивные характеристики насадки выбираются для каждой колонны в зависимости от условий проведения процесса.

Выполнены экспериментальные исследования колонны с новой насадкой на системе воздух —вода. Сравнительная характеристика с известными типами насадок приведена в таблице 3. В результате расчетов установлено, что эффективность массообмена у новой насодои на 15 — 20% выше, чем у насадки ГИАП и на 30—40% выше, чем у колец Рашига аналогичного размера.

Таблица 3.

Сравнительные характеристики насадочных элементов_

/Сольца Рашига Насадка ГИАП Новая насадка

ГидравЛ1Тческое сопротивление 100% 33% 30%

Предельные нагрузки 100% 140% 250-300%

Обратное перемешивание 100% { 20-25% 1

Рассмотрена частичная замена клапанных тарелок в колонне К— 1 (с 21 по 35)на новые насадочные элементы. Как показьтолил ; расчеты; в результате предложенной реконструкции контактных устройств в колонне повышается эффективность разделения с 013 до 0.44. Эхо обеспечивает увеличение выхода дизельной фракции с Г00 до 112 мэ/час (рис. 1).

1. Для решения задачи реконструкции ректификационных колонн установки получения моторных топлив рассмотрено математическое описание процессов переноса импульса, массы н тепла на клапанных тарелках. Расчет поля концентрации выполняется по условному компоненту с температурой кипения, равной средней температуре кипения фракции. Для этого углеводородная смесь разбивается на восемнадцать узких фракций по кривой ИТК.

2. На основе расчетов по алгоритмам математической модели различных режимов работы массообменкых колонн установки получения моторных топлив разработаны варианты модернизации клапанных тарелок, обеспечивающие расширение интервала устойчивого барботажа и повышение эффективности массообмена.

3. Разработан алгоритм расчета работы сложной колонны, позволяющий оценить влияние номера тарелки питания, а также циркуляционных контуров на качество разделения углеводородной смеси.

1. Разработаны новые высокоэффективные насадочные элементй, сочетающие низкое гидравлическое сопротивление, малое обратное перемешивание, технологичность изготовления. 5. Рассмотрена частичная замена клапанных тарелок на насадочпые элементы, что обеспечивает повышение эффективности работы колонных аппаратов установки получеши моторных топлив. >. Предложен вариант модернизации установки получепия моторных топлив, обеспечивающий повышение выхода светлой фракции на 12 м3/час (96 тыс. м3/год).

Разработанные варианты реконструкции приняты к внедрению га Сургутском ЗСК. Ожидаемый экономический эффект составляет 15 миллиардов рублей в год в ценах на октябрь 1997 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих |аботах:

. Дьяконов С.Г., Лаптев А.Г., Минеев Н.П, Данилов В.А., Баглай 1.Ф. Математическое моделирование процессов разделения тлеводородното сырья и получения моторных топлив // 1ассообменные процессы и аппараты хим. технол.: Межвуз. темат. о. науч. тр. / КГТУ, Казань, 1997. - С. 4-13.

. В.Ф. Баглай Н.Г. Минеев, А.Г. Лаптев, Г.С. Дьяконов, М.И. >арахов Реконструкция установки получения моторных топлив // 1ассообменные процессы и аппараты хим. технол.: Межвуз. томат. 3. науч. тр. / КГТУ, Казань, 1997. - С. 13-20.

- 15 -

3. Лашев А.Г., Минеев Н.Г., Баглай В.Ф. Повышение эффективности колонных аппаратов разделения углеводородного сырья // Научн. — техн. конф. «Механика машиностроения»: Тез. докл. — Н.Челны, 1997. - С.11-12.

4. Баглай В.Ф., Дьяконов Г.С., Габутдинов М.С., Залетдинов Л.С., Мухнтов И.Х., Лаптев АГ„ Минеев Н.Г., Черевин В.Ф., Фарахов М.И. //' Патент РФ № 97110747/20 (011357) от 26.06.97 г. (положительное решение по заявке) Насадка для массообменных колони.

5. Лаптев А.Г., Минеев ' Н.Г., Баглай В.Ф., Данилов В.А. Модернизация технологической схемы разделения углеводородного сырья // Междун. Симпозиум «Наука и технология углеводородных систем»: Тез. докл. — Москва — 1997.

Заказ £6$.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68

тираж 80 экз.