Деасфальтизация

24.10.2012

 Введение

Современные требования, предъявляемые к ассортименту и  уровню качества нефтепродуктов, оказали  решающее влияние на технический  прогресс в области производства нефтепродуктов, на создание более  совершенных технологических установок  и производственных комплексов. 

Для современной нефтепереработки характерна многоступенчатость при  производстве продуктов высокого качества. Во многих случаях наряду с основными  процессами проводят подготовительные и завершающие. На современных нефтеперерабатывающих  заводах можно высокоэффективно перерабатывать нефтяное сырье различного состава и получать широкую гамму продуктов заданного качества. Кроме того, в современных условиях резко возрастает число внедряемых в промышленность процессов и увеличивается их производительность. Поэтому осуществление огромного объема опытных и проектных разработок, эксплуатация мощных промышленных установок эффективны лишь при оптимальном использовании, как накопленного опыта, так и достижений современной науки, в частности, в области химической технологии, теории управления и моделирования.

Расчет материального баланса  нефтеперерабатывающего завода в целом  и отдельных его установок  в частности для различных  нефтей и при разной производительности позволяет оценить целесообразность применения того или иного сырья для получения целевых продуктов, а также рассчитать экономическую эффективность данного производства.

1. Разработка поточной схемы производства  масел из  Усть-балыкской нефти.

1.1 Характеристика Усть-балыкской   нефти.

Усть-балыкская нефть относится к нефтям основных месторождений сургутского свода, расположенного в западной части Западно-Сибирской низменности. В основном это тяжелые смолистые и сернистые нефти. Большинство из них является хорошим сырьем для получения дистиллятных и остаточных масел. Особенно нужно отметить Усть-балыкскую нефть, из которой с большим выходом получаются высокоиндексные масла.

Таблица 1.1

Потенциальное содержание (в % масс.) фракций в Усть-балыкской  нефти. 

Таблица 1.2

Физико-химическая характеристика Усть-балыкской нефти.

Таблица 1.3

Шифр нефти согласно технологической классификации.

Таблица 1.4

Характеристика  остатков

Таблица 1.5

Характеристика дистиллятных фракций.

Таблица 1.6

Потенциальное содержание базовых остаточных и 

дистиллятных масел.

Таблица 1.7

Выход гача после  депарафинизации маслянных фракций.

1.2 Характеристика получаемых  нефтепродуктов.

Данная  нефть  содержит 60,0% мазута, поэтому ее целесообразно переработать по топливно-масляному  варианту, критерием выбора схемы переработки нефти является потребность в получении масел. Выберем,  пользующийся спросом, ассортимент масел, который можно получить из данного мазута.

Мазут (фр.>350°С)  разгоним на фракции 350-400°С, 400-450°С, 450-500°С и >500°С. Подбор ассортимента масел осуществляется: для дистиллятных фракций по вязкости при 50°С, а для остаточных фракций по вязкости при 100°С.

                             υ_50,мм2/с          υ_100,мм2/с                Предложено масло

Фракция 350-400°С           11,04               3,37             И-ЛГ-А-15 (И-12А₁)

Фракция 400-450°С           30,31               6,43                 ВНИИНП-403

Фракция 450-500°С           66,84               11,53             И-Т-С-100 (ИГП-72)

Фракция     > 500°С               -                   54,96                   МС-20

Масло И-ЛГ-А-15 (И-12А₁) - дистиллятное из сернистых и мало-сернистых нефтей селективной очистки. Служит для смазывания втулок, подшипников, веретен ровничных и других машин, узлов коттонных и кеттельных машин, шпинделей металлорежущих станков, работающих с частотой вращения до 5 тыс. мин.^-1, для направляющих бабок фильернорасточных, фильерно-полировочных и других станков, для подшипников маломощных электродви-гателей с кольцевой системой смазки, в качестве рабочих жидкостей в объем-ных гидроприводах, работающих в закрытом помещении и на открытом воздухе, для поршневой группы аммиачных компрессоров и для многих других видов оборудования. Используют также для изготовления масел с присадками, пластичных антифрикционных и консервационных смазок, эмульгирующих составов, технологических смазок и жидкостей.

Масло И-Т-С-100 (ИГП-72) – используются в гидравлических системах тяжелого прессового оборудования и для смазывания шестеренчатых передач, средненагруженных зубчатых и червячных редукторов, в циркуляционных системах смазки различного оборудования. 

Таблица 1.8

Характеристика  индустриальных масел общего назначения.

(ГОСТ 20799-88 и  ТУ 38.101413-97)

Масло ВНИИНП-403 - дистиллятное масло  из сернистых и малосернистых нефтей, содержащие антикоррозионную, антиокислительную и антипенную присадки. Предназначено для применения в качестве рабочей жидкости для объемного гидропривода металлорежущих станков, автоматических линий, индивидуальных тяжелых прессов и другого промышленного оборудования, а также в циркуляционных смазочных системах металлорежущих станков и других механизмах, работающих на масле с аналогичными свойствами.

Масло МС-20 – моторное масло для  поршневых двигателей, работающих в  тяжелых условиях. Применяют в поршневых двигателях самолетов, в составе маслосмесей с маслами МС-8, М-8п в смазочных системах турбовинтовых двигателей, в осевых шарнирах втулок винтов вертолетов, для смазывания мотокомпрессоров газоперекачивающих агрегатов. При добавлении многофункциональной присадки возможно использование в судовых и др. типах дизелей типа 12ЧН 18/20.

Учитывая потребности страны в  твердых углеводородов  будем  получать при депарафинизации  масленой фракции три марки парафина: П-2, Т-3 и С, а из остаточной масла- церезин марки 70Н.

П-2- высокоочищенный парафин, применяют  для пропитки и покрытия гибкой упаковки пищевых продуктов, сохраняющей  эластичность при пониженных температурах, а также в качестве компонентов  сплавов для покрытия деревянных, бетонных, металлических емкостей, предназначенных для хранения пищевых продуктов, в производстве различных восковых составов, изделий медицинской техники и космических препаратов.

Т-3 и С— очищенные парафины технического назначения, применяют в качестве сырьевых материалов в различных отраслях промышленности (для пропитки и покрытий технических сортов бумаги, картона, текстиля, деревянных и металлических поверхностей и др).

Таблица 1.9

 Характеристика масла ВНИИНП-403 (по ГОСТ 16728-78)                                               

Таблица 1.10

Характеристика  масла МС-20 (ГОСТ 21743-76)

Нефтяные церезины (ТУ 38.401218—94) получают путем обезмасливания петролатумов от депарафинизации остаточных рафинатов. Применяют для приготовления смазок, восковых составов.

Учитывая выше приведенные свойства  мазута и нефтепродуктов необходимо поставить следующие установки: установку деасфальтизации, установку селективной очистки дистиллятов и деасфальтизированного остатка, установку депарафинизации дистиллятных и остаточного рафинатов, установку гидродоочистки полученных депарафинизированных масел, установки обезмасливания гачей и петролатума и гидроочистки парафинов-сырцов и церезина-сырца.

Таблица 1.11

Характеристика  твердых нефтяных парафинов (ГОСТ 23683-89).

Таблица 1.12

Характеристика нефтяных  церезинов ( ТУ 38.4012118-94)

1.3 Обоснование выбора  и описание схемы производства  масел.

Нефть 1624,5 тыс. т. в год с установки  ЭЛОУ поступает в блок АТ, где  отбирается основная часть светлых  углеводородов (40,0% или 649,8 тыс. т./год), оставшаяся часть – мазут (60% или 974,7 тыс. т./год) направляется в блок ВТ, где разгоняется на три потока: фракции 350-450⁰С, 450-500⁰С и остаток  >500⁰ С, также в блоке ВТ дополнительно выделяется 1,5% светлых у. в. В итоге после блока АВТ мы имеем 40,5% светлых у.в. и  чисть с т. кип. >350 (58,5%). Условно принимаем время работы всех установок 340дней в году. После ВТ остаток >500°С направляется на установку деасфальтизации, где удаляются асфальтосмолистые вещества и полициклические ароматические углеводороды. После установки деасфальтизации деасфальтизат направляется на установку селективной очистки. Также на  установку селективной очистки идут дистиллатные фракции. На данной установке происходит  экстракция полициклических ароматических углеводородов и смолистых соединений. Рафинаты селективной очистки направляются на установку депарафинизации, для получения масел с требуемыми температурой застывания и низкотемпературными свойствами путем удаления из сырья наиболее высокоплавких (в основном парафиновых) углеводородов. Гачи и петролатум с установки депарафинизации поступают на обезмасливание с целью  удаление из парафинсодержащих продуктов жидких углеводородов для получения парафинов и церезинов с требуемым содержанием масла. Парафины и церезин с обезмасливание отводятся в парк как товарные продукты, а масло, вместе с депарафинизированным маслом с депарафинизации, поступает на гидродоочистку. Процесс гидродоочистки служит для улучшения цвета и повышения стабильности базовых масел. Товарные масла с установок доочистки направляются в парк.

1.4 Материальные балансы  отдельных процессов и схемы  в целом.

Таблица 1.13

Материальный  баланс вакуумной перегонки мазута.

Установка деасфальтизации пропаном.

Процесс деасфальтизации применяют  для удаления смолисто-асфальтеновых веществ из остатков вакуумной перегонки нефти – гудрона, с целью получения высоковязких остаточных масел.

Целевым продуктом одноступенчатой  установки деасфальтизации гудронов жидким пропаном является деасфальтизат, в котором концентрация парафино-нафтеновых углеводородов значительно выше, чем в сырье. Пропан растворяет предпочтительно парафиновые, парафино-нафтеновые и легкие ароматические углеводороды, присутствующие в гудроне. Асфальтены и полициклические ароматические углеводороды концентрируются в побочном продукте – битуме деасфальтизации.

В результате деасфальтизации значительно уменьшается коксуемость, вязкость, плотность, показатель преломления, содержание металлов (Ni, V), содержание серы в деасфальтизате меньше, чем в сырье, но глубокого обессеривания не наблюдается.

Теоретические основы. Особенностью гудрона является наличие большого количества тяжелых асфальтосмолистых веществ, плохо растворимых в полярных растворителях. Поэтому для их удаления используются неполярные растворители — сжиженные легкие углеводороды ряда метана, способные коагулировать асфальтосмолистые вещества (в первую очередь асфальтены). Одновременно происходит избирательная экстракция углеводородов. По растворимости в легких неполярных растворителях углеводороды выстраиваются в следующий ряд; нафтено-парафиновые > моноциклические ароматические с длинными боковыми алифатическими цепями > полициклические ароматические с короткими боковыми алифатическими цепями.

Таким образом, в процессе деасфальтизации  происходят одновременно два процесса: коагуляция и осаждение асфальтосмолистых веществ (уходящих с асфальтом) и экстракция углеводородов (уходящих в деасфальтизат). При этом с ростом молекулярной массы растворителей растет их растворяющая способность и уменьшается селективность.

Из возможных растворителей  по сочетанию селективности и растворяющей способности ближе всего к оптимальному стоит пропан, что и обусловило его доминирующее применение.

Сырье и продукция. Сырьем процесса является гудрон — остаток вакуумной перегонки мазута. Продукцией являются деасфальтизаты, используемые для выработки остаточных масел  и асфальты, служащие сырьем для производства битумов или компонентами котельного топлива. При использовании двухступенчатой схемы деасфальтизации и применении в качестве сырья утяжеленных гудронов (выкипающих выше 500 °С) этот показатель может быть повышен до 50—64 °С.

Растворители. На большинстве промышленных установок деасфальтизации применяется пропан 95—96%-ной чистоты. Содержание в пропане более, 2—3% метана или этана ведет к снижению отбора деасфальтизата, повышает давление в экстракционной колонне и системе регенерации. Присутствие бутана и более тяжелых углеводородов ведет к увеличению выхода деасфальтизата, но одновременно ухудшается его качество (возрастают коксуемость и вязкость, ухудшается цвет). Особенно нежелательно наличие в пропане олефинов (пропилена, бутиленов), снижающих его селективность, вследствие чего резко возрастает содержание смол и полициклических ароматических углеводородов в деасфальтизате.

В последние годы в связи с внедрением в производство масел процессов гидрокрекинга, снижающих вязкость перерабатываемого сырья, возникла необходимость в получении деасфальтизатов повышенной вязкости — 30 мм2/с и более при 100 °С. Для получения таких деасфальтизатов применяют растворитель с повышенной растворяющей способностью — пропан, содержащий до 15% бутана или изобутана.

Технологический режим:

- температура процесса, ⁰С                                                                              75-85

- давление процесса, МПа                                                                               3,5-4,5

- кратность пропана к сырью  по объему                                                          8 : 1

Для   определения выхода деасфальтизата воспользуемся  формулой Б.И. Бондаренко:

y’ = 94 - 4*x + 0.1*(x-10)², где

y’ - % масс, выход деасфальтизата с коксуемостью  от 1,2 до 1,3% масс;

x - % маcс, коксуемость сырья (гудрона, концентратов).

y’ = 94 - 4*22,72 + 0.1*(22,72-10)²=19,3

Таблица 1.14

Материальный  баланс установки деасфальтизации.