автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка малогабаритной промысловой холодильно-вакуумной одноступенчатой установки для ректификации легкого газового конденсата в условиях недостаточного нагрева

На правах рукописи

НОВАКОВСКИЙ Евгений Петрович

РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНОЙ ПРОМЫСЛОВОЙ ХОЛОДИЛЬНО-ВАКУУМНОЙ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕКТИФИКАЦИИ ЛЕГКОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА

05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной

и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2005

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете и Открытом акционерном обществе Краснодаркрайгаз.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С.В. Данилин

Научный консультант - кандидат технических наук,

А.А. Лойко

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор М.А. Берлин;

- кандидат технических наук, доцент Е.С. Навасардян

Ведущая организация - Краснодарское управление по добыче и транспорту газа.

Защита состоится «_»__ 2005 г. в_часов на заседании

диссертационного Совета Д 212.141.16 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, Лефортовская наб., д.1, корпус факультета «Энергомашиностроение», ауд. 331 Э.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан «_»_2005 г.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-ая Бауманская, д. 5.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук

С.Д. Глухов

j2Q££J

атъ&а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Известно, что на газоковденсатных месторождениях вместе с природным газом добывается жидкая фракция - газовый конденсат. С целью предотвращения закупорки газопроводов он отделяется от природного газа в сепараторах, после чего возникает вопрос о дальнейшей переработке газового конденсата. Поскольку его дебет незначителен, транспортировка жидких углеводородов по нефтепроводам становится экономически невыгодной. В то же время самим газодобывающим предприятиям необходимы моторные топлива, поэтому наиболее целесообразно перерабатывать газоконденсат непосредственно на промыслах. Особенно эффективен этот вариант при добыче легкого газового ковденсата.

Для разделения легкого газового конденсата на бензин и дизельное топливо необходимо создавать в кубовой емкости температуру t = 190 °С, что обеспечивается печью огневого нагрева. Однако недостатками такой установки являются: высокая стоимость печи огневого нагрева, высокая пожароопасность установки, большие разрывы между печью огневого нагрева и основного оборудования промысла по причине пожароопасности.

Большинство газоковденсатных промыслов снабжены типовыми промысловыми котельными с температурой греющего пара t = 160 °С, что обеспечивает температуру в кубовой емкости t = 150 °С. При такой температуре переработки не удается разделить легкий газовый конденсат на конечные продукты и в качестве «верхнего» продукта получаем «легкий» бензин с температурой конца кипения tjoc = 150 °С (по ГОСТу tKK = 190 °С), а в качестве «нижнего» продукта вместо дизельного топлива получаем некондиционное печное топливо, содержащее бензиновые фракции.

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку технологии и установки холодильно-вакуумной одноступенчатой переработки легкого газового конденсата в условиях недостаточного нагрева, являются актуальной и важной научно-технической задачей.

Решение этой задачи позволит эффективно использовать типовую промысловую котельную для переработки легкого газоконденсата в односту-

пенчатой ректификационной установке с

3

тппучаниам бенчиня и ДИЗеЛЬНОГО

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Пг

топлива, соответствующих ГОСТам.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является разработка малогабаритной промысловой холодильно-вакуумной одноступенчатой установки для ректификации легкого газоконденсата.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- разработка физической и математической моделей холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации легкого газоконденсата;

- проведение численного эксперимента процесса холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации и его анализ;

- проведение экспериментального исследования холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата;

- разработка малогабаритной промысловой холодильно-вакуумной одноступенчатой установки для ректификации легкого газового конденсата.

Научная новизна.

1. Разработана физическая модель холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации легкого газового конденсата.

2. Разработана математическая модель холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации легкого газового конденсата.

3. На основе математической модели разработан метод расчета процесса холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации, с помощью которого определены в зависимости от давления процесса следующие величины: выход дистиллята, производительность установки по дистилляту, температура кипения холодильного агента, требуемая холодопроиз-водительность установки, флегмовое число и другие параметры.

4. Экспериментальными исследованиями в зависимости от давления процесса подтверждены результаты расчета по выходу и качеству дистиллята и кубового остатка.

5. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработана малогабаритная промысловая холодильно-вакуумная одноступенчатая установка для ректификации легкого газового конденсата, защищенная патентом РФ № 2206364 «Установка и способ одноступенчатой переработки легкого газового конденсата».

Практическая значимость работы. Разработана и испытана малогабаритная одноступенчатая холодильно-вакуумная ректификационная установка для переработки легкого газового конденсата при температуре в ку-

бовой емкости I = 150 °С. Данная установка позволяет на газоконденсат-ных промыслах в условиях недостаточного нагрева осуществлять переработку легкого газового конденсата на бензин и дизельное топливо, соответствующих ГОСТам.

Технология низкотемпературной вакуумной ректификации легкого газового конденсата использована в проекте реконструкции установки БДУ-ЗП месторождения «Некрасовское» Краснодарского управления по добыче и транспорту газа. Ожидаемый экономический эффект от внедрения установки составляет 14,5 млн. руб. в год.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на пятой всероссийской научно практической конференции «Наука - XXI веку», Майкоп, МГТИ, 2004 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 1 патент Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 8 приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 16 таблиц. Список использованной литературы включает 67 наименований. Приложения к диссертации представлены на 28 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен литературный и патентный обзор технологий и установок для переработки газового конденсата с различными способами нагрева сырья, дано обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследований. Исходя из проведенного анализа существующих технологий и установок выяснилось, что они не удовлетворяют условиям эксплуатации, имеющимся на газовых промыслах. Трудность состоит в использовании типовой промысловой котельной с температурой насыщенного водяного пара I = 160 °С. Для решений этой задачи была разработана одноступенчатая ректификационная установка с вакуумным насосом. Однако создать необходимое расчетное давление в установке Р = 30 кПа не представляется возможным, так как давление насыщенных паров дистиллята (бензина) при температуре в сборнике дистиллята г = 30 °С составляет Р = 75 кПа. Поэтому возникла задача снизить давления насыщенных паров бензина. Это достигается путем снижения температуры в сборнике дистил-

лята до температуры I = О °С. Для бензина при температуре I = О °С давление насыщенных паров составляет Р = 30 кПа, то есть достигает давления ректификации. Для получения такой температуры в сборнике дистиллята устанавливается испаритель холодильной машины. Схема одноступенчатой хо-лодильно-вакуумной ректификационной установки приведена на рис. 1.

На рис. 2 представлена расчетная схема ректификационной и конденсаторной колонн. По данной физической модели была составлена математическая модель.

Исходными данными для расчета были: фракционный состав и расход сырья, давление и температура процесса ректификации, температура в сборнике дистиллята, требуемое содержание тяжелых фракций в дистилляте.

При расчете были сделаны следующие допущения: число условных компонентов сырья - 26, константа фазового равновесия для отдельного компонента при переходе от тарелки к тарелке остаётся неизменной, за пограничный принят компонент с температурой конца кипения ^к = 190 °С, метод расчёта - «от тарелки к тарелке» (метод Б.Н. Михайловского).

В зависимости от давления процесса требовалось определить: выход легкого и тяжелого продуктов, флегмовое число и другие параметры процесса.

Основными уравнениями для расчета были следующие:

А. Для ректификационной колоны:

1. Уравнение материального баланса на тарелках: С^Я^К^Ь,. (1)

2. Уравнение материального баланса на тарелках по каждому из 26 компонентов:

Си-уьн+Ь^-х у+^-уц+ЬуХц. (2)

где у, х - мольная доля пара и жидкости.

3. Уравнение теплового баланса:

О,- 1 •Нпя+Ц.гНж^^-Нп^-Н^+дотв], (3)

где Нп и Нж - энтальпия пара и жидкости.

4. Уравнение материального баланса колонны:

(4)

5. Уравнение материального баланса колонны по каждому из 26 компонентов:

3

Ш

91 1Л0

1С

и

и

14

Рис. 1. Схема одноступенчатой вакуумной ректификационной установки с нагревом сырья насыщенным водяным паром и охлаждением дистиллята с помощью холодильной машины:

1 - теплообменник; 2 - промысловая котельная; 3 - дефлегматор; 4 - ректификационная колонна; 5 -контактные устройства; 6 - конденсаторная колонна; 7 - конденсатор; 8 - кубовая ёмкость; 9 - сборник дистиллята; 10 - нагреватель; 11 - испаритель холодильной машины; 12 - насос; 13 - резервуар исходного конденсата; 14 - вакуумный насос.

Рис. 2. Расчетная схема ректификационной и конденсаторной колонн

Сг-уц^-хи^, (5)

где Ущ - мольная доля компонента в дистилляте; хьму - мольная доля компонента в осадке; ^ - мольная доля компонента в сырье. Б. Для приборов охлаждения:

6. Тепловая нагрузка на дефлегматор:

О, ^г

О, 1,

7. Тепловая нагрузка на высокотемпературный конденсатор:

0,= }г.ао+}срЦ0А=(О5-Оз)г + 0,5Ь3ср.(^-4з) (7)

О, 1,

8. Тепловая нагрузка на низкотемпературный конденсатор:

О, 1.

О, I,

(8)

9. Требуемая холодопроизводвтельносгь холодильной машины:

<Зо = д4 (9)

Таблица 1.

Основные технологические показатели режимов работа установки

Параметр Давление, кПа

20 30 40 50 60 100

Выход дистиллята, вес. % 86,1 81,1 77,2 72,3 70,3 62,5

Производительность по дистилляту, кг/ч 1334 1257 1197 ИЗО 1089 969

Выход кубового остатка, вес. % 13,9 18,9 22,8 27,1 29,7 37,5

Производительность по кубовому остатку, кг/ч 216 293 353 420 461 581

Температура конца кипения «вакуумного» бензина, "С 215 190 180 173 168 150

Расчетная температура -кипения хладагента, °С -17 -5 5 12,5 18 35

Флегмовое число 0,4 0,303 0,215 0,12 0,05 0

По данной методике расчёта составлена программа, позволяющая проводить расчёты при различных режимах работы установки.

Расчёты непрерывной ректификации производились для следующих

режимов: давление Р = 20, 30,40, 50, 60 и 100 кПа и температуре в кубовой ёмкости ^ = 150 °С. В табл. 1 приведены результаты технологического расчета и выделена рабочая зона процесса холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации.

Как показали исследования, рабочей зоной процесса холодильно-вакуумной одноступенчатой ректификации является диапазон рабочего давления от Р = 30 кПа до Р = 50 кПа. При снижении давления ниже Р = 30 кПа в бензин попадают тяжелые фракции и температура конца кипения бензина становится выше допустимой (1Кк>190 °С). При увеличении давления выше 50 кПа требуемая температура кипен ля агента холодильной машины становится выше рекомендованной области для выбранной холодильной машины 1о = —25/+12 °С.

Для проверки адекватности расчета был проведен эксперимент, целью которого было подтверждение результатов расчета. Экспериментальная установка была выполнена на базе резервного блока промышленной установки БДУ-ЗП Некрасовского месторождения. Схема установки представлена на рис. 3.

На время проведения эксперимента к резервному блоку была подключена вакуумная система, линия природного газа и система подачи сырья. Также были установлены уровнемеры, термометры сопротивления и расходомеры.

При проведении эксперимента по сравнению с проектным решением на резервном блоке отсутствовали холодильная машина и насосы для откачки нефтепродуктов. Для создания условий отрицательных температур в сборнике дистиллята эксперимент был проведен зимой при температуре наружного воздуха I < 0 °С, что обеспечивало в сборнике дистиллята при отсутствии теплоизоляции температуру 15 0 "С. Отбор нефтепродуктов выполнялся методом передавливания с помощью избыточного давления природного газа.

Эксперимент в вакуумном режиме проводился при ступенчатом снижении давления с помощью вакуумного насоса от величины Р = 60 кПа до 30 кПа с интервалом 10 кПа. Переход от верхнего к нижнему давлению выполнялся достаточно медленно в течение 30 минут ступенчато за счет периодического включения вакуумного насоса, чтобы происходило медленное снижение давления до заданной величины. Этим предотвращалось

Рис. 3. Схема экспериментальной установки: 1 - кубовая емкость; 2 - нагреватель; 3 - дефлегматор; 4 - ректификационная колонна; 5 - конденсаторная колона; 6 - конденсатор; 7 - сборник дистиллята; 8 - вакуумный насос.

«захлебывание» установки и переброс жидкости в конденсаторную колонну за счет перепада давления. После выхода на расчетное давление и прекращения процесса массопереноса, а также стабилизации уровней жидкостей в сборнике дистиллята и кубовой емкости, режим выдерживался на данном давлении еще 15 минут, для полного разделения сырья.

Таким образом, определялся полный выход продуктов при постепенном снижении давления от 60 до 30 кПа с интервалом 10 кПа.

При каждом давлении измерялись: уровень продуктов в кубовой емкости, уровень продуктов в сборнике дистиллята, температура в сборнике дистиллята и другие параметры.

Кроме того, выполнялся отбор проб дистиллята и кубового остатка для проведения химических анализов.

Некоторые результаты экспериментов приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Результаты эксперимента

Параметр Давление, кПа

30 40 50 60

Выход дистиллята, вес. % 78 69,5 68 64

Выход кубового остатка, вес. % 22 31,5 32 36

С, вес. % 100 -

9080 -70 -60 -50 -40 -

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Р, кПа

Рис. 4. Зависимость выхода дистиллята от давления при температуре процесса t= 150 °С.

На рис. 4 представлены в виде графика результаты расчетного и экспериментального исследования выхода «верхнего» продукта в зависимости от давления. Из графиков видно достаточно хорошее совпадение результатов расчета и эксперимента (расхождение не превышает 7,7 %), что подтверждает адекватность математической модели и сделанных допущений. Из графика видно, что при снижении давления выход дистиллята возрастает, что можно объяснить возрастанием летучести легких фракций при снижении давления процесса. Рекомендованным давлением является Р = 30 кПа, при котором обеспечивается отбор дистиллята в пределах 80 %. При более низком давлении возможно попадание тяжелых фракций в дистиллят. При более высоком давлении выход дистиллята снижается, и в кубовом остатке остаются легкие фракции.

' В табл. 3 приведены показатели качества дистиллята, полученных в атмосферном и вакуумном режимах.

Таблица 3.

Показатели качества дистиллята, полученного в атмосферном и вакуумном режимах

Продукт Плотность, кг/м3 Октановое число 1да, °С 1кк,°С

Дистиллят при Р = 100 кПа 718 73 30 150

Дистиллят при Р = 30 кПа 735 71,2 40 190

Технические требования на бензин А-72 740 72 >35 5 195

Как видно из табл. 3, дистиллят в атмосферном режиме не соответствует ГОСТ 2084-77 на бензин А-72, а дистиллят, полученный в вакуумном режиме (при Р = 30 кПа) соответствует.

В табл. 4 приведены показатели качества кубового остатка, полученных в атмосферном и вакуумном режимах.

Таблица 4.

Показатели качества кубового остатка, полученного в атмосферном и вакуумном режимах

Продукт Температура вспышки в закрытом тигле, °С Цетано-вое число íhk> °С кк>°С

Кубовый остаток при Р= 100 кПа 12 18 58 315

Кубовый остаток при Р = 30 кПа 52 47 115 360

Технические требования на дизельное топливо «Л» £40 45 2:100 <360

Как видно из табл. 4, кубовый остаток, полученный в атмосферном режиме не соответствует ГОСТ 305-82 на дизельное топливо «Л», а кубовый остаток, полученный при Р = 30 кПа - соответствует.

В работе была определена выручка от продажи нефтепродуктов в зависимости от давления процесса переработки. Результаты этого расчета приведены на рис. 5. Видно, что наибольшая выручка получается при давлении Р = 30 кПа.

Тыс. рУч

10 8 6 4 2 0

20 25 30 35 40 45 50

Р, кПа

Рис. 5. Расчетная выручка от продажи нефтепродуктов в зависимости от давления при температуре процесса t = 150 °С

В работе была разработана система охлаждения установки с использованием холодильной машины, работающей на агенте R 22. Предусмот-

рено охлаждение конденсатора низкой температуры кипящим агентом. В проекте реконструкции установки БДУ-ЗП Некрасовского газоконденсат -ного месторождения выбран компрессорно-конденсаторный агрегат Z9-4DJ-3000 (Германия) с воздушным охлаждением, установленной мощностью N = 22,68 кВт. Температурный диапазон кипения хладагента холодильной машины to = - 25/ + 12 °С. На расчетном режиме при давлении процесса Р = 30 кПа холодильный коэффициент равен 2,3.

На рис. 6 представлена зависимость расчетной температуры кипения хладагента холодильной машины от давления процесса ректификации при температуре переработки t = 15С °С для двух составов газоконденсата: при tnK = 30 °С и tfnc= 40 °С. Видно, что при снижении tmc температура кипения хладагента значительно снижается.

На рис. 7 представлена зависимость выхода дистиллята от температуры кипения хладагента холодильной машины при температуре переработки t = 150 °С. Видно, что при увеличении температуры кипения хладагента холодильной машины выход дистиллята снижается.

t*eC

Р, кПа

Рис. 6. Зависимость расчетной температуры кипения хладагента холодильной машины от давления процесса при 1=150 °С для: А-1нк = 40оС;Б-1нк = 30оС.

Вес. %

100

90 80 70 60 50

-10 -7,5 -5 -2,5 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15

Рис. 7. Расчетная зависимость выхода дистиллята от температуры кипения хладагента холодильной машины при I = 150 °С •

На рис. 7 представлена зависимость выхода дистиллята от температуры кипения хладагента холодильной машины при температуре переработки 1 = 150 "С. Видно, что при увеличении температуры кипения хладагента холодильной машины выход дистиллята снижается.

На рис. 8 представлена технологическая схема, совмещенная с КИПиА, разработанная для проекта реконструкции установки БДУ-ЗП Некрасовского месторождения. В проекте по сравнению с экспериментальной установкой внесены изменения:

1. В конденсаторной колонне предусмотрены 2 прибора охлаждения -конденсаторы высокой и низкой температуры.

2. К сборнику дистиллята и кубовой емкости для отбора продуктов переработки подключены нефтенасосы.

3. Установка оснащена холодильной машиной 29-4Ш-3000.

4. Предусмотрено охлаждение конденсатора низкой температуры - кипящим холодильным агентом.

5. Предусмотрена система автоматики.

6. Установлен регулятор подачи природного газа.

]н2н><ь

С1 С2 12/

Рис. 8. Технологическая схема одноступенчатой вакуумной ректификационной установки (проект).

Вакуумный насос 12 с помощью электровакууметра М2 и электроклапана С5 поддерживает в установке рабочее давление Р = 30 +/-3 кПа. Холодильная машина поддерживает температуру в сборнике дистиллята г = 0 +/-1 °С.

При накоплении нижнего продукта в кубовой емкости до верхнего реле уровня открывается клапан С1 и включается насос Н1. Отбор кубового остатка осуществляется в резервуар дизельного топлива (на схеме не показан) до тех пор, пока уровень жидкости в кубовой емкости не снизится до нижнего реле уровня.

При накоплении верхнего продукта в сборнике дистиллята до верхнего реле уровня открывается клапан С2 и включается насос Н2. Отбор кубового остатка осуществляется в резервуар дистиллята (на схеме не показан) до тех пор, пока уровень жидкости в сборнике дистиллята не снизится до нижнего реле уровня.

С помощью регулятора расхода газа 6 задается расчетная натечка природного газа в сборник дистиллята для компенсации натечки воздуха. При напуске природного газа с расходом, равным натеканию воздуха, пары бензина не образуют с воздухом взрывоопасной концентрации внутри вакуумного блока.

При остановке установки прекращается подача сырья, продукты из обеих емкостей откачиваются с помощью насосов.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана промысловая малогабаритная холодильно-вакуумная одноступенчатая установка по ректификации легкого газового конденсата в условиях недостаточного нагрева, обеспечивающая при давлении Р = 30 кПа, флегмовом числе Я = 0,3 и температуре кипения хладагента ^ = 0 +/-1 °С полную переработку сырья на бензин и дизельное топливо, качества которых соответствуют ГОСТам.

2. Проведено экспериментальное исследование процесса одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата, подтвердившее результаты расчетного исследования.

3. Разработана технология одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата при непрерывной подаче сырья, благодаря чему выход бензина возрос на 20 %.

4. Разработана система автоматики, обеспечивающая 1ехнологию одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации.

5. С целью обеспечения взрывобезопасности разработана система напуска природного газа в установку При напуске природного газа с расходом, равным натеканию воздуха, лары бензина не образуют с воздухом взрывоопасной концентрации внутри установки.

6. Технология одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата в условиях недостаточного нагрева использована в проекте реконструкции установки БДУ-ЗП месторождения «Некрасовское» Краснодарского УДТГ с ожидаемым экономическим эффектом 14,5 млн. рублей в год.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование термодинамического процесса вакуумной ректификации легкого газового конденсата /Е.П. Новаковский, H.H. Ивановский, A.A. Лойко, C.B. Данилин //Гипотезы, поиск, прогнозы: Сборник научных трудов (Краснодар). - 2004. - № 20. - С. 192-195.

2. Новаковский Е.П., Ивановский H.H., Лойко A.A. Разработка одноступенчатой вакуумной установки по переработке легкого газового конденсата //Вестник Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана. Серия машиностроение (Москва). - 2003. - № 1. -С. 144-148.

3. Новаковский Е.П., Ивановский H.H., Лойко A.A. Технологический расчет переработки легкого газового конденсата методом ректификацией // Вестник Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана. Серия машиностроение (Москва). - 2003. - № 1. -С. 148-152.

4. Новаковский Е.П., Ивановский H.H., Данилин C.B. Оптимизация технологической схемы одноступенчатой установки по вакуумной переработке легкого газового конденсата //Гипотезы, поиск, прогнозы: Сборник научных трудов (Краснодар).-2004.-№20.-С. 188-191.

5. Новаковский Е.П., Ивановский H.H., Гордиенко Ю.В. Методика расчета холодильной системы для установки по вакуумной переработке газового конденсата //Наука - XXI веку: Сборник докладов пятой всероссийской научно-практической конференции. - Майкоп, 2004. - С. 157-158.

6. Новаковский Е.П., Ивановский H.H., Данилин C.B. Разработка физической модели процесса переработки легкого газового конденсата в одноступенчатой вакуумной установке //Научная мысль Кавказа: Сборник научных трудов (Ростов-на-Дону). - 2004. - № 13. - С. 155-158.

7. Новаковский Е.П., Ивановский H.H., Данилин C.B. Разработка математической модели процесса переработки легкого газового конденсата в одноступенчатой вакуумной установке //Научная мысль Кавказа: Сборник научных трудов (Ростов-на-Дону). - 2004. - № 14. - С. 133-136.

8. Патент РФ № 2206364, МКИ Cl. Установка и способ одноступенчатой переработки легкого газового конденсата/ Е.П. Новаковский, H.H. Ивановский, A.A. Лойко //Б.И. - 2003. - № 17.

9. Разработка одноступенчатой вакуумной установки для переработки легкого газового конденсата /Е.П. Новаковский, H.H. Ивановский, A.A. Лойко, C.B. Данилин //Наука - XXI веку: Сборник докладов четвертой всероссийской научно-практической конференции. - Майкоп, 2003. -С. 177-178.

10. Разработка холодильной системы для одноступенчатой установки по вакуумной переработке легкого газового конденсата /Е.П. Новаковский, H.H. Ивановский, Ю.В. Гордиенко, C.B. Данилин //Гипотезы, поиск, прогнозы: Сборник научных трудов (Краснодар). - 2004. - № 20. - С. 183-187.

i I

I ï

I

!

4/

}

) !

í

1 i

'i

!

i »

i

i

t

I

t /

í i

I

I

t

f

t

*

if

I

t Í

t

t

t

г

№20839

РНБ Русский фонд

2006-4 19434

Подписано в печать ЛО■ /О. tOo£t. Зак. № -ff£f Тираж /ОО. Лиц. ПД№ 10-47020 от 11.09.2000 Типография КубГТУ, 350058, Краснодар, Старокубанская, 88/4

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор технологий и установок для переработки легкого газового конденсата с различными способами нагрева исходного сырья.

1.2. Выбор способа увеличения отбора легких фракций из кубового остатка в условиях недостаточного нагрева сырья.

1.3. Анализ ректификационных установок с использованием вакуума.

1.4. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ВАКУУМНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ЛЕГКОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА.

2.1. Физическая модель одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификационной установки.

2.2. Технологический расчет процесса вакуумной ректификации легкого газового конденсата.

2.3. Методика и результаты гидравлического расчета.

Природный газ, добываемый на газоконденсатных месторождениях, содержит фракции «тяжелых» углеводородов в жидком и парообразном состоянии. При транспортировке природного газа жидкая и парообразная фракции создают некоторые трудности. Так жидкая фракция создает гидравлические пробки на пониженных участках газопровода, а парообразная фракция способна создавать кристаллические углеводородные пробки при снижении температуры ниже точки росы. Поэтому в районах газоконденсатных месторождений монтируются установки комплексной подготовки газа к транспорту (УКПГ), на которых отделяют фракции тяжелых углеводородов от природного газа [9, 11, 28,29, 65].

Для отделения жидких углеводородов используются гравитационные сепараторы различных типов. Для отделения парообразных углеводородов применяется низкотемпературная сепарация (НТС), использующая дроссельные устройства в изоэнталышйном процессе i = const и турбодетандоры в изоэнтропийном процессе S = const. В обоих случаях происходит разделение жидкой фракции и природного газа. Осушенный газ закачивается в газопровод и подается потребителям, а газовый конденсат отделяют от воды и направляют на переработку [4].

Существует два типа газового конденсата — легкий и тяжелый. В легком газоконденсате не содержатся тяжелые мазутные фракции. Из легкого газоконденсата получают два продукта: бензин и дизельное топливо [44, 53].

При большом дебете газоконденсата переработка выполняется на заводах и установках, в которых используются печи огневого нагрева. На мелких промыслах используются типовые промысловые котельные.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана промысловая малогабаритная холодильно-вакуумная одноступенчатая установка по ректификации легкого газового конденсата в условиях недостаточного нагрева, обеспечивающая при давлении Р = 30 — 35 кПа, флегмовом числе R = 0,3 - 0,27 и температуре кипения хладагента to = 0 +/-1 °С полную переработку сырья на бензин и дизельное топливо, качество которых соответствуют ГОСТам.

2. Проведено экспериментальное исследование процесса одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата, подтвердившее результаты расчетного исследования.

3. Разработана технология одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата при непрерывной подаче сырья, благодаря чему выход бензина возрос на 20 %.

4. Разработана система автоматики, обеспечивающая технологию одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации.

5. С целью обеспечения взрывобезопасности разработана система напуска природного газа в установку. При напуске природного газа с расходом, равным натеканию воздуха, пары бензина не образуют с воздухом взрывоопасной концентрации внутри установки.

6. Технология одноступенчатой холодильно-вакуумной ректификации легкого газового конденсата в условиях недостаточного нагрева использованы в проекте реконструкции установки БДУ-ЗП месторождения «Некрасовское» Краснодарского управления по добыче и транспорту газа с ожидаемым экономическим эффектом 14,5 млн. рублей в год.

1. Адельсон С.Б. Процессы нефтепереработки и нефтехимии. М.: Химия, 1963.-309 с.

2. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М.: Химия, 1978.-280 с.

3. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. — М.: Химия, 1981.-320 с.

4. Алиева Р.Б., Вырщиков К.В. Свойства газовых конденсатов и направления их использования. М.: ВНИИгазпром, 1989. - 270 с.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-мапшностроителя. — М.: Машиностроение, 1979. -728с.

6. A.c. 1095916 (СССР). Ректификационная установка. / В.М. Седелкин, В.К. Панкратов, Л.П. Отвечалин, A.M. Сиротин, A.M. Сун, Г.П. Цикланов, М.К. Безродный // Б.И. 1984. - № 21.

7. Багатуров С.А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации. -М.: Химия, 1974.-440 с.

8. Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и газоконденсата. М.: Недра, 1999. - 605 с.

9. Бекиров Т.М. Первичная переработка природных газов. — М.: Химия, 1987.-265 с.

10. Белянин Б.В., Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов. Изд. 3-е. Л.: Химия, 1975. - 336 с.

11. Берлин М.А., Горенченков В.Г., Волков Н.П. Переработка нефтяных и природных газов. М.: Химия, 1981. - 376 с.

12. Вакуумное оборудование: Каталог. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1981.60 с.

13. Внедрение холодильно-вакуумной техники и технологии переработки легкого газового конденсата на установке БДУ-ЗП Некрасовского ГКП: Отчет о НИР / КГТУ. Ивановский H.H. ГР № Г175894, Инв № 96. Краснодар, 2001.1. Ч. 1.-67 с.

14. Внедрение холодильно-вакуумной техники и технологии переработки легкого газового конденсата на установке БДУ-ЗП Некрасовского ГКП: Отчет о НИР / КГТУ. Ивановский H.H. ГР № Г437638, Инв № 17. Краснодар, 2003. -Ч. 2.-82 с.

15. Водокольцевые вакуум-насосы и компрессоры, производительностью 1,5-12 м3/мин. Одесса: Черноморьска комуна, 1987. - 32с.

16. Гейнце В. Введение в вакуумную технику. M.-JL: Госэнергоиздат, 1960.-512 с.

17. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 79 с.

18. ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1977. - 53 с.

19. ГОСТ 305 82. Топливо дизельное. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1982.-42 с.

20. Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие. JL: Машиностроение, 1981.-368 с.

21. Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. — Л.: Машиностроение, 1987.-518 с.

22. Гусейнов Д.А. Технологические расчёты процессов переработки нефти / Д.А. Гусейнов, Ш.Ш. Спектор, Л.З. Вайнер. -М.-Л.: Химия, 1964. 308 с.

23. Данилин Б. С. Вакуумные насосы и агрегаты. М.: Госэнергоиздат, 1957.-250 с.

24. Евстафьев А.Г. Ректификационные установки. М.: Машгиз, 1963. — 164 с.

25. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М,-Л.: Госэнергоиздат, 1960. - 164 с.

26. Исследование термодинамического процесса вакуумной ректификации легкого газового конденсата / Е.П. Новаковский, H.H. Ивановский, A.A. Лойко,

27. C.B. Данилин // Гипотезы, поиск, прогнозы: Сборник научных трудов (Краснодар). 2004. - № 20. - С. 192-195.

28. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Недра, 1973.-752 с.

29. Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти и газа. — М.: Недра, 1973.-376 с.

30. Коротаев Ю.П. Подготовка газа к транспорту. М: Недра, 1973. - 239с.

31. Кроу К. Математическое моделирование химических производств. -М.: Мир, 1973.-391 с.

32. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.-343 с.

33. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. М.: Химия, 1980.-408 с.

34. Патент № 2065472 (РФ). Установка для перегонки нефти / В.Г. Андри-енко, Е.Г. Горлов, К.А. Ларссон, C.B. Трифонов, A.B. Чернухин // Б.И. 1996. -№22.

35. Патент РФ № 2132713. Способ переработки легкого газового конденсата. / H.H. Ивановский // Б.И. -1998. № 48.

36. Патент РФ № 2165282. Способ переработки легкого газового конденсата. / A.A. Лойко, H.H. Ивановский // Б.И. 2001. -№ 11.

37. Патент РФ № 2206364, МКИ Cl. Установка и способ одноступенчатой переработки легкого газового конденсата/ Е.П. Новаковский, H.H. Ивановский, A.A. Лойко // Б.И. 2003. - № 17.

38. Перри Дж. Справочник инженера-химика. Л.: Химия, 1972. - 940 с.

39. Пехота Ф.Н. Переработка газа и газового конденсата. -М.: ВНИИЭгаз-пром, 1971.-48 с.

40. Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987. - 326 с.

41. Платонов В.М., Берго Б.Г. Разделение многокомпонентных смесей. -М.: Химия, 1965.-368 с.

42. Покровский Н.К. Холодильные машины и установки. М.: Пищевая промышленность, 1969. - 324 с.

43. Праузнитц Д.М. Машинный расчёт парожидкостного равновесия мноыгокомпонентных смесей. М. : Химия, 1971. - 215 с.

44. Рауф Т.Э. Основы технологических расчетов в нефтепереработке. — М.: Химия, 1965.-544 с.

45. Розенфельд Л.М., Ткачев А.Г. Холодильные машины и аппараты. -М.: Гостопиздат, 1960. 656 с.

46. Рябова Т.С., Чомадуров П.А. Переработка газа и газового конденсата. -М.: ВНИИЭгазпром, 1975. 38 с.

47. Сверчинский Б.С. Расчёт ректификации многокомпонентных смесей на ЭЦВМ. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1968. - 250 с.

48. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И. Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии. М.: Недра, 2000. — 520 с.

49. Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров H.H. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Гостоптехиз-дат, 1962. - 652 с.

50. Смирнов A.C. Технология углеводородных газов. M - Л: Гостоптех-издат, 1946. - 544 с.

51. Стабников В.Н. Ректификационные аппараты. М: Машиностроение, 1965.-356 с.

52. Тарелки клапанные прямоточные: Методика гидравлического расчёта РТМ 26-04-16-83. -М.: ВНИИнефтемаш, 1983. 122 с.

53. Татевский В.М. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов. -М.: Гостоптехиздат, 1960. 412 с.1. Т/

54. Термодинамические свойства лёгких углеводородов парафинового ряда. Киев: Изд-во АН УССР, 1969. - 95 с.

55. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

56. Филимонова Т.А., Кряжев Ю.Г., Камьянов В.Ф. Состав и строение высокомолекулярных компонентов нефтей. М.: Нефтехимия, 1979. - 850 с.

57. Фролов Е.С., Минайчев В.Е., Александрова А.Т. Вакуумная техника: Справочник. М: Машиностроение, 1985. - 350 с.

58. Шмыгля П.Г., Брагин В.А., Динков В.А. Проектирование разработки и эксплуатации газоконденсатных месторождений. — М.: Гостоптехиздат, 1963. — 234 с.

59. Эрих В.Н. Химия нефти и газа. М.: Химия, 1969. - 284 с.

60. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. — М: Высшая школа, 1988. — 479 с.