Проект установки АВТ для светлых нефтепродуктов

СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир напрямую зависит от энергоносителей, в частности от продуктов переработки нефти. В данной курсовой работе рассматривается метод переработки нефти с выделением всего спектра нефтепродуктов, начиная с бензинов, керосина, летнего и зимнего дизельного топлива, мазута и остатков в процентном и весовом соотношении от принятого на переработку объёма нефти за один год, поступившей с определённого месторождения, находящегося в Астраханской области.

Основными целями и задачами данного курсового проекта являются:

- закрепление знаний, полученных ранее;

-формирование профессиональных навыков, связанных с будущей профессиональной деятельностью;

- приобщение к работе со специальной и нормативной литературой;

- привитие практических навыков применения норм проектирования, методик расчетов, типовых проектов, стандартов и других нормативных материалов;

Данные задачи должны быть выполнены на примере  установки АВТ с определёнными условиями. Условия отражены в теме курсового проекта: «Проект установки АВТ для светлых нефтепродуктов». В курсовом проекте произведен выбор и обоснование схемы установки АВТ производительностью 4 млн. т/год, предназначенной для переработки Комсомольской нефти Байосиского горизонта.

Методом работы над курсовым проектом является обработка технической и специальной литературы с проведением расчётов по методике, отражённой в методической литературе, указанной в библиографическом списке курсового проекта.

Курсовой проект выполнен для закрепления полученных в процессе обучения знаний и является своего рода тренировкой перед дальнейшей работой над дипломным проектом. С практической точки зрения, эта работа позволяет наиболее полно представить технологические процессы при переработки нефти.

Наиболее распространённым случаем установки АВТ является установка ЭЛОУ-АВТ, которая является комбинированной установкой. Блок ЭЛОУ обеспечивает обезвоживание и обессоливание нефти, а блок АВТ – атмосферную и вакуумную перегонку. Ассортимент фракций, получаемых на АВТ определяется в первую очередь свойствами нефти и ее отдельных фракций. Изучение установки ЭЛОУ-АВТ позволяет нам наиболее доступно представить весь процесс переработки нефти, что даст возможность при прохождении практики на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ) и дальнейшей работе по специальности, правильно и со знанием всего процесса выполнять свои функциональные обязанности.

1 Назначение и сущность процесса

1.1 Назначение процесса

Головным процессом на каждом нефтеперерабатывающем заводе является первичная перегонка нефти. В технологии нефтепереработки к первичной перегонке относятся процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции для последующей переработки или использования как товарных нефтепродуктов.

Эти процессы осуществляют соответственно на так называемых атмосферных трубчатых (АТ) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках.

На установках АТ осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением бензиновых, керосиновых, дизельных фракций и мазута. Установки ВТ предназначены для углубления переработки нефти. Получаемые на них из мазута газойлевые, масляные фракции и гудрон используют в качестве сырья процессов вторичной переработки  нефти с целью производства топлив, смазочных масел ,кокса, битумов и других нефтепродуктов.

В зависимости от направления использования фракций установки первичной перегонки нефти принято именовать топливными, масляными или топливно-масляными и соответственно этому – варианты переработки нефти [1].

1.2 Сущность процесса

Атмосферная дистилляция или процесс прямой перегонки нефти -первичная ее переработка, заключающаяся в нагреве нефти в печи до температуры 320-330°С, где она переходит в газообразное состояние. 
Продукты испарения поступают в ректификационную (дистилляционную) колонну, где нефть разделяется при атмосферном давлении на фракции с различными пределами температуры кипения. Причем каждая фракция содержит присущие ей группы углеводородов, отличающихся как химической структурой, так и молекулярной массой. В верхней части ректификационной колонны температура держится на уровне 90°С, по мере опускания температурный градиент увеличивается, соответственно растут и температурные пределы отбираемых фракций. В случае прямой перегонки нефти из ректификационной колонны при температуре 30-200°С отбирается газ, химическое сырье, бензин, при 120-250°С - горючее для реактивных двигателей, при 150-315°С - керосин, при 150-360°С дизельные топлива, легкий

и тяжелый газойли. Неиспарившаяся часть нефти собирается в нижней части колонны, образуя остаток, который либо используют для приготовления тяжелых топлив, либо он поступает в вакуумную установку для последующей переработки.  

Дистилляция при вакууме позволяет понизить температурные пределы кипения фракции, что способствует дополнительному их выделению. В процессе вакуумной дистилляции в диапазоне температур 350-490°С отбираются фракции, идущие на приготовление базовых компонентов смазочных масел. Отбираемая из вакуумной колонны фракция с наиболее низким пределом кипения представляет собой тяжелый газойль, который может быть использован в качестве основного компонента при производстве тяжелых топлив (мазутов) либо направляется на вторичную, более глубокую обработку, в установки каталитического или термического крекинга. Слово «крекинг» от английского to crack (расщепляться) обозначает ряд процессов термической деструкции углеводородов. В крекинг-процессах углеводороды, содержащиеся в тяжелом газойле или остатке, под действием высоких давлений (до 10 МПа) и катализаторов -каталитический крекинг, либо высоких температур (450-700°С) - термический крекинг (вибреакинг) - подвергаются химическим изменениям, сопровождающимся дроблением молекул с образованием легких углеводородов. В результате выход светлых нефтепродуктов увеличивается. При проведении вторичных процессов видно, что выход бензина увеличивается на 30%, дизельного топлива - на 8%, а количество остаточных нефтепродуктов, используемых для приготовления тяжелых топлив, снижается с 38 до 6%.

В общем балансе тяжелых нефтяных топлив доля топлив, получаемых из остаточных продуктов вторичных процессов, непрерывно растет [1].

Вывод: Атмосферно-вакуумная трубчатка (АВТ) предназначена для извлечения из сырых нефтей компонентов светлых нефтепродуктов бензина, керосина, дизельных топлив. Остатком атмосферной перегонки является мазут, который подвергается вакуумной перегонке. При этом получают масляные фракции и тяжелый остаток гудрон. Атмосферные трубчатые установки могут быть

• с однократным испарением нефти в одной ректификационной колонне;
• с двухкратным испарением нефти в двух последовательных аппаратах.

2 Характеристика сырья

На территории Астраханской области и Калмыцкой АССР  открыт ряд газовых, нефтяных, а также смешанных газоконденсатных, газонефтяных и газоконденсатных месторождений. Из них газонефтяным месторождением является Комсомольское.

Нефтяные месторождения Астраханской области и Калмыцкой АССР приурочены к сводовой части и южным склонам вала Карпинского.  Залежи нефти и аза относятся к типу пластовых сводовых и тектонически экранированных; они связаны с нижнемеловыми и юрскими отложениям

          Рисунок 1- Схема размещения нефтяных месторождений Астраханской области и Калмыцкой АССР

Нефти Астраханской области и Калмыцкой АССР в основном малосернистые и малосмолистые и очень близки по своим свойствам. Содержание серы в них изменяется от 0,05 до 0,43%, смол силикагелевых- от 2,8 до5,7%.  Все нефти, за исключением олейниковской и бешкульской, содержат очень высокий процент парафина- от 11,0 до 26,0% (температура плавления парафина 51-57°С).  В олейниковской и бешкульской нефтях парафина соответственно 6,3 и 3,8%Бензиновые фракции татарских нефтей богаты парафиновыми углеводородами нормального строения и поэтому имеют низкие октановые числа (45…60); керосиновые содержат много серы.

Выход бензиновых фракций, выкипающих до 200°С, в нефтях за исключением бешкульской, высокий- 20,8-43,6% ; выход фракций, выкипающих до 350°С, от 52,3 до 81,6%.

           В бензиновых фракциях всех нефтей преобладают парафиновые углеводороды, вследствие чего октановые числа их невысокие. Особенно низкие ОЧ у бензиновых фракций комсомольской нефти, в которых до 83% парафиновых углеводородов (для фракции н.к. 28-200°С- 17% ).

          Дисцилляты осветительных керосинов обладают хорошими фотометрическими свойствами (высота некоптящего пламени 23-30 мм) и небольшим содержанием серы (0,02-0,08%).

         Дисцилляты дизельных топлив Комсомольской нефти характеризуются высокими температурами застывания.

Показатели, характеризующие Комсомольскую нефть Байосскийского яруса и её фракции, представлены в виде таблиц [2]:

• Общая физико-химическая характеристика нефти (табл.1);
• Изменение кинематической вязкости (мм2/с) в зависимости от температуры (табл. 2);
• Элементный состав (табл.3)
• Потенциальное содержание (в вес. %) фракций в нефтях (табл. 4)
• Разгонка (ИТК) нефти (табл. 5).

Таблица 1 - Общая физико-химическая характеристика нефти

Окончание таблицы 1

Таблица 2 - Изменение кинематической вязкости (мм2/с) в зависимости от температуры

Таблица 3 - Элементный состав

Таблица 4 - Потенциальное содержание (в вес. %) фракций в нефтях

Окончание таблицы 4

  Таблица 5- Разгонка (ИТК) нефти

Продолжение таблицы 5

Окончание таблицы 5

Вывод: Нефти Астраханской области и Калмыцкой АССР в основном малосернистые и малосмолистые и очень близки по своим свойствам. Содержание серы в них изменяется от 0,05 до 0,43%

3 Основные факторы процесса

3.1 Установка атмосферно-вакуумной перегонки нефти

Установка предназначена для получения из нефти дистиллятов бензина, керосина, дизельного топлива, трех масляных фракций разной вязкости и гудрона. Кроме этих продуктов на установке получаются сухой и жирный газы, сжиженный газ (рефлюкс), легкий вакуумный газойль. На перегонку обычно поступают нефти или смеси нефтей с содержанием светлых дистиллятов (выкипающих до 350 °С) от 42 до 50 % (масс.).

Современные установки большой мощности состоят из следующих блоков:

• предварительного нагрева нефти в теплообменниках;
• электрообессоливания и обезвоживания нефти (блок ЭЛОУ);
• последующего нагрева в теплообменниках; отбензинивания нефти (колонна повышенного давления с нагревательной печью);
• атмосферной колонны (с нагревательной печью и отпарными колоннами);
• фракционирования мазута под вакуумом (с нагревательной печью, отпарными колоннами и системой создания вакуума);
• стабилизации и вторичной перегонки бензина на узкие фракции.

Технологическая схема установки представлена на рисунке 2. Исходная нефть насосом 1 несколькими параллельными потоками (на схеме показаны четыре потока) проходит через группу теплообменников 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13, где она нагревается до температуры 100-130°С. Использование такой системы нагрева нефти позволяет создать более эффективный теплообмен. После теплообменников для усреднения температуры потоки нефти смешиваются в общем коллекторе (на схеме не показан). Далее нефть снова четырьмя параллельными потоками направляется в две ступени электродегидраторов 14 (блок ЭЛОУ). По выходе из блока ЭЛОУ нефть нагревается вначале в параллельно включенных теплообменниках 15 и 16, а затем в теплообменнике 18.

Рисунок 2 - Технологическая схема установки атмосферно-вакуумной перегонки нефти

 Нагретая до 200-250 °С нефть поступает в отбензинивающую колонну 19 по двум тангенциальным вводам. Из этой колонны сверху уходят газы, пары воды и легкой бензиновой фракции (с концом кипения 120-160 °С). Для конденсации паров и охлаждения смеси служат аппарат воздушного охлаждения 20 и расположенный за ним водяной холодильник 21. В сепараторе 22 от сконденсированной легкой бензиновой фракции отделяются газ и вода. Газ, пройдя клапан, регулирующий давление в системе колонна 19 - сепаратор 22, направляется в секцию очистки от сероводорода, а вода с низа сепаратора 22, который снабжен регулятором межфазового уровня (вода—бензин), поступает в систему очистки сточных вод.

 Циркулирующая часть бензина (орошение) возвращается в колонну с помощью насоса 25, а балансовое его количество отводится из этого блока и передается в блок стабилизации бензина, в колонну- стабилизатор 59. Для поддержания температуры низа колонны 19 частично отбензиненная нефть забирается насосом 24, проходит змеевики печи 23 и, нагретая до 350-370°С, возвращается в нижнюю часть колонны. Балансовое количество отбензиненной нефти с помощью насоса 26 проходит через змеевики печи 27 и с температурой 370-380 °С подается по двум тангенциальным вводам в атмосферную колонну 30. Из колонны 30 сверху отводятся пары тяжелого бензина и воды, а также газы разложения, образовавшиеся при нагреве нефти в печи 27; они проходят аппарат воздушного охлаждения 31 и водяной холодильник 32. Полученная газожидкостная смесь газ-бензин-вода разделяется в сепараторе 33, с верха которого уходит газ (в топливную систему), а с низа –водяной конденсат (отводится, дренируется, в систему очистки воды). Конденсат тяжелой бензиновой фракции отводится насосом 44 и вместе с фракцией легкого бензина передается на стабилизацию. В качестве орошения атмосферной колонны 30 используется верхнее циркуляционное орошение. Циркулирующая жидкость (флегма) с третьей тарелки (сверху) колонны 30 поступает через аппарат воздушного охлаждения 34 и водяной холодильник 37 на прием насоса 43 и этим насосом закачивается на верхнюю тарелку колонны. Керосиновая фракция выводится с низа отпарной колонны 35 насосом 42 через теплообменник 7 и аппарат воздушного охлаждения 6 отводится с установки.

 Фракция дизельного топлива выводится из отпарной колонны 36 насосом 41. Тепло дизельного, топлива используется в теплообменнике-подогревателе

78 колонны 68, затем − в теплообменнике 9. После охлаждения в аппарате воздушного охлаждения 4 фракция дизельного топлива отводится с установки. Для увеличения отбора дизельного топлива в низ колонны 30 подается перегретый (400 °С) водяной пар. Пар подается и в отпарные колонны 35 и 36 для удаления легких фракций.

Атмосферная колонна 30 имеет еще два циркуляционных орошения. Среднее циркуляционное орошение – флегма забирается с ректификационной отборной тарелки насосом 38, прокачивается через теплообменник 10, аппарат воздушного охлаждения 28 и возвращается в колонну 30 на три тарелки выше отборной. Нижнее циркуляционное орошение – флегма забирается с отборной тарелки насосом 39, прокачивается через теплообменник 15, аппарат воздушного охлаждения 29 и возвращается в колонну на третью расположенную выше тарелку.

С низа атмосферной колонны 30 насосом 40 откачивается мазут, который нагревается в змеевике вакуум-печи 56 и по двум тангенциальным вводам подается в вакуумную колонну 48. В сечении питания этой колонны над вводом сырья установлены отбойные тарелки для предотвращения «заноса» капель жидкого остатка. Для орошения верха колонны 48 используется верхнее циркуляционное орошение: первая масляная фракция с третьей верхней тарелки вакуумной колонны забирается насосом 51, прокачивается через теплообменник 12, аппарат воздушного охлаждения 47 и после него циркулирующая часть возвращается на верхнюю тарелку колонны 48. Балансовое количество первой масляной фракции отводится с установки. Неконденсирующиеся вверху вакуумной колонны компоненты, представляющие смесь легких фракций, газов разложения, паров воды и воздуха, выводятся из колонны 48 и охлаждаются в аппарате воздушного охлаждения 46 (его может и не быть), затем в водяной холодильник поверхностного типа 45, после которого газожидкостная смесь поступает в систему создания вакуума, в соответствии с рисунком 3.

Вторая масляная фракция выводится с низа отпарной колонны 49 насосом 54 и после теплообменника 11, аппарата воздушного охлаждения 3 откачивается с установки. Третья масляная фракция отводится с низа отпарной колонны 50 и направляется насосом 52 через теплообменник 13 и аппарат воздушного охлаждения 2 в резервуар.

         .

Рисунок 3 - Система создания вакуума

Нижнее циркуляционное орошение вакуумной колонны 48 осуществляется с помощью насоса 55, которым флегма возвращается через теплообменники 16 и аппарат воздушного охлаждения 17 в колонну.

Для увеличения отбора третьей масляной фракции в низ колонны 48 подают водяной пар. Гудрон с низа колонны 48 забирают насосом 53 и откачивают с установки через теплообменники 18 и 8 и аппарат воздушного охлаждения 5.

Нестабильные бензины из сепараторов 22 и 33 насосами 25 и 44 двумя параллельными потоками вначале проходят теплообменники 60 и 61, затем поступают в колонну 59. Питание колонны двумя потоками бензинов (легкого и тяжелого) в различные секции позволяет уменьшить расход энергии на стабилизацию бензина. В колонне 59 из бензиновой фракции удаляются растворенные газы, которые выводятся сверху и направляются в аппарат воздушного охлаждения 58, затем в водяной холодильник 57

и сепаратор 72. В сепараторе 72 жирный газ отделяется от сконденсированных легких углеводородов, сжиженного газа (рефлюкса). Циркулирующая часть сжиженного газа нагнетается насосом 73 на верх колонны 59 в качестве орошения, а балансовое количество отводится на установку газофракционирования, куда также направляют и жирный газ. Подвод тепла в низ стабилизационной колонны 59 осуществляется циркуляцией стабильного бензина с помощью насоса 74 через змеевик печи 75.

Стабильный бензин отбирается с низа колонны 59 и передается в блок вторичного фракционирования в колонны 62 и 68. С верха колонны 62 отводится фракция н. к. – 85°С, которая направляется в колонну 68 в качестве парового питания. Циркулирующая часть фракции н. к.- 85°С поступает в аппарат воздушного охлаждения 65, далее в холодильник 66, сборник 67 и насосом 77 подается на орошение колонны 62. С низа колонны 62 фракция 85-120°С (или 85-180 °С) отводится с установки через теплообменник 61 и аппарат воздушного охлаждения 63. С верха колонны 68 отводится фракция н. к. – 62°С, которая поступает в аппарат воздушного охлаждения 69, водяной холодильник 70, сборник 71, откуда циркулирующая часть подается на орошение колонны 68, а балансовое количество отводится с установки. Тепло в низ колонны 68 подводится от теплообменника 78 за счет тепла дизельного топлива. Выводимая с низа колонны 68 фракция 62-85 °С насосом 79 отводится с установки через теплообменник 60 и аппарат воздушного охлаждения 64.

Вакуум в вакуумной колонне 48, на рисунке 3, создается с помощью системы паровых эжекторов , на рисунке 2. По выходе из водяного конденсатора-холодильника 45, в соответствии с рисунком 2, газожидкостная смесь поступает в вакуумный сепаратор 1, откуда жидкость (смесь углеводородов и воды) стекает по вертикальной трубе (длиной более 10 м) в отстойник 2. Газы и воздух отсасываются из сепаратора 1 тремя последовательно соединенными эжекторами 3. Пары и газы после каждого эжектора поступают в конденсатор 4 (поверхностного типа) водяного пара. Образующийся конденсат стекает в отстойник 2. После третьего эжектора и последнего конденсатора газ отводится из системы и направляется к форсункам трубчатых печей, где используется как топливо.