Технологический расчет отбензинивающей колонны К-1 установки АВТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА

им. И.М.Губкина

Кафедра оборудования нефтепереработки

Курсовой проект

по дисциплине

«Процессы и аппараты нефтяной и газовой промышленности»

Технологический расчет отбензинивающей колонны К-1 установки АВТ.

Выполнила:  ст. гр. ХТ-04-1

  Довга С. И.

Руководитель: Круглов С.А.

МОСКВА 2007г
Содержание:

Теоретические основы              3

Схема отбензинивающей колонны К-1              4

Технологический расчет колонны К-1              5

1. Построение кривых НТК и ОИ              5

2. Фракционный состав верхних и нижних продуктов К-1              ..9

3. Материальный баланс колонны К-1 в расчете на 100 кг сырья              ..10

4. Определение давлений и температур в колонне              10

5. Тепловой баланс колонны К-1              15

6. Определение основных размеров колонны К-1              17

7. Расчет производительности колонны              20

Список литературы              21
Теоретические основы.

Колонна предварительного отбензинивания нефти (К-1) входит в блок атмосферной перегонки нефти на установках AT (атмосферных трубчатых), ВТ (вакуумных трубчатых) или АВТ (атмосферно-вакуумных трубчатых). Современные процессы перегонки нефти являются комбинированными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ, ЭЛОУ-АВТ-вторичная перегонка и т. д.

Отбензиневающая колонна К-1 предназначена для извлечения из нефти растворенного газа и легких бензиновых фракций, а также для удаления сероводорода, что разгружает печь П-1 по парам, улучшает процесс ректификации в К-2 и позволяет поддерживать в К-2 более низкое давление.

Подвод тепла в К-1 осуществляется горячей струей из печи П-1 (присутствие сероводорода не позволяет подводить в низ колонны водяной пар, из-за возникновения коррозии аппаратуры), на верху колоны организовано острое бензиновое испаряющее орошение. К-1 работает при небольшом избыточном давлении 3 – 5 атм.

Принцип работы К-1: обессоленная и обезвоженная нефть с блока ЭЛОУ, нагретая до 250 0С, поступает в эвапорационную часть колонны. Пары бензина, воды и газ с верха колонны проходят через ряд параллельно включенных конденсаторов-холодильников, после чего сконденсировавшийся бензин поступает в рефлюксную ёмкость-водоотделитель для отделения от воды и несконденсированных газов. Часть бензина из емкости подается насосом на верхнюю тарелку К-1 в виде острого испа-ряющегося орошения для поддержания температуры верха в пределах 110-1400С.

Остальной бензин направляется на блок стабилизации вторичной перегонки бензина.

Несконденсировавшиеся газы с рефлюксной емкости подаются на форсунки печей. Вода дренируется автоматически.

Полуотбензиненная нефть с низа К-1 насосами прокачивается через печь П-1, где нагревается до 350 0С. Часть потока возвращается в низ колонны К-1 в качестве горячей струи для поддержания температуры низа не более 270 0С, остальная нефть поступает в секцию питания колоны К-2.

Схема отбензинивающей колонны К-1

1    - теплообменник нагрева сырья

2    - ректификационная колонна

3    - конденсатор-холодильник

4    - рефлюксная емкость

5    - трубчатая печь

Технологический расчет колонны К-1

1.       Построение кривых ИТК и ОИ

По справочным данным [ 1 ] построим кривую ИТК для губкинской нефти.

Таблица 1. Разгонка (ИТК) губкинской нефти в аппарате АРН-2

В колонну К-1 подается обезвоженная и обессоленная нефть. Из колонны выводится легкий головной погон и полуотбензиненная нефть, выход которых определяется по кривой ИТК нефти.

Для построения прямой ОИ по методу Обрядчикова и Смидович определяем тангенс угла наклона кривой ИТК по формуле:

Пользуясь графиком Обрядчикова и Смидович [5], находим температуру начала и конца кипения  по ОИ:                                 

t 0нач кип ОИ = 30 0С

t 0кон  кип ОИ = 456 0С

Перестраиваем прямую ОИ для нефти на рабочее давление р = 3 атм, используя график Кокса [5].

при давлении р = 1 атм по ОИ берем 50% отгон    t = 240 0C

при давлении р = 3 атм (2280 мм рт ст) получаем  t = 293 0C

Пусть в отбензинивающей колонне сверху отбирается фракция бензина н.к.- 80°С (третья часть от всей бензиновой фракции).

Для построения ОИ бензина К-1 используем метод Нельсона-Перумова [3]:

t 50% ОИ = t 50% ИТК - t = 50 – 4 = 46 0 С

t 0% ОИ = t 50% ОИ – 50tg ОИ = 46 – 50*0,2 = 360 С

t 100% ОИ = t 50% ОИ + 50tg ОИ = 46 + 50*0,2 = 560 С

Перестраиваем прямую ОИ для бензина на рабочее давление р = 3 атм, используя график Кокса [5].

при давлении р = 1 атм  по ОИ берем 50% отгон    t = 45 0C

при давлении р = 3 атм (2280 мм рт ст) получаем  t = 88 0C

По 100% отбору по ОИ для бензина К-1 при р = 3 атм определяем

t0верха= 100 0С

Снизу К-1 отбирается полуотбензиненная нефть, содержащая фракции, выкипающие выше 80 °С.

Пользуясь графиком Обрядчикова и Смидович [5], находим температуру начала и конца  кипения  по ОИ:

t 0нач кип ОИ = 84 0С

t 0кон  кип ОИ = 492 0С

Перестраиваем прямую ОИ для полуотбензиненной нефти на рабочее давление          р = 3 атм, используя график Кокса [5].

при давлении р = 1 атм  по ОИ берем 50% отгон    t = 287 0C

при давлении р = 3 атм (2280 мм рт ст) получаем  t = 357 0C

По 0% отбору по ОИ для полуотбензиненной нефти при р = 3 атм определяем

t0низа= 150 0С

Кривые ИТК и ОИ

2. Фракционный состав верхних и нижних продуктов К-1.

3. Материальный баланс колонны К-1 в расчете на 100кг сырья.

4. Определение давлений и температур в колонне

Для последующего расчета зададимся следующими данными [1]:

-   Температура ввода сырья tc = 220 °C;

-   Давление в секции питания Рс = 3 атм = 0,30 МПа = 2280 мм рт ст;

-   Перепад между тарелками Р = 5 мм рт ст;

-   Кратность орошения 0,6:1;

-   Температура острого орошения top = 30 °C;

-   Мольная доля отгона е’ = 0,3;

Воспользовавшись практическими данными [1], примем:

-   Количество тарелок в концентрационной части Nk = 18;

-   Количество тарелок в отгонной части N0 = 6;

Давление в верхней части колонны:

РВ = РС - Р * Nk = 2280 – 5 * 18 = 2190 мм рт ст

Давление в нижней части колонны:

Рн = РС + Р * N0 = 2280 + 5 * 6 = 2310 мм рт ст

Пересчет температуры ввода сырья в колонну по заданной доле отгона:

При подаче сырья в колонну в паро-жидкостном состоянии температура сырья рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению:

Расчет представлен в таблице 2. В результате получили:

-температура ввода сырья:                  tF = 166,43 °C;

- средний молекулярный вес сырья:              MF =166,6;

- молекулярная масса жидкой фазы:           Мж.ф.= 199,7;

- молекулярная масса паровой фазы:          Мп.ф = 89,3;

- массовая доля отгона:             e =0,161;

Пересчет температуры верха колонны:

Температура верха колонны рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению изотермы паровой фазы:

Где ki – константа фазового равновесия i-го компонента при температуре и давлении верха колонны:         ki = Pi / Pверха .

-температура верха:                   tверха = 84,75 °C;

Пересчет температуры низа колонны:

Температура низа колонны рассчитывается методом последовательных приближений по уравнению изотермы жидкой фазы:

Где ki – константа фазового равновесия i-го компонента при температуре и давлении низа колонны:         ki = Pi / Pниза

Расчет представлен в таблице 3. В результате получили:

-температура низа:                   tниза = 188,34 °C;

5. Тепловой баланс колонны К-1

Тепловой баланс колонны устанавливает величины входящих и выходящих потоков. Согласно закону сохранения энергии, без учета потерь в окружающую среду, его можно записать в таком виде:             

 Q npux =  Q pacx

 Q npux - суммарное количество тепла, входящего в колонну, кДж/100кг

 Q pacx - суммарное количество тепла, выходящего из колонны, кДж/100кг

Приход тепла:

Количество тепла, вносимое сырьем (Qc), определяется с учетом паровой и жидкой фаз, поступающих в колонну.

F - количество исходной нефти, поступающее в колонну, кг/100 кг сырья.

Массовая доля отгона сырья е = 0,161.

H tF - энтальпия (теплосодержание) паровой фазы, ккал/кг.

h tF - энтальпия жидкой фазы, ккал/кг.

              Энтальпии потоков определяем по формулам Крега [3]:

Q F = 100 * (0,161 * 165,0 + (1 – 0,161) * 85,1) = 9792 ккал /100 кг сырья

Количество тепла, вносимое горячей струей (Q r.c.) определяется из теплового баланса:                                                       

Q гс = Q pacx -Q npux

Расход тепла:

Количество тепла уходящее с верхним продуктом:                           

где D - количество паров бензина, уходящих с верха колонны, (кг/ч);

HtD - энтальпия паров бензина при температуре верха колонны, (ккал/кг);

QD = 12,6 * 130,4 = 1637,8 (ккал/ч)

Количество тепла, уходящее с полуотбензиненной нефтью:             

где W - количество полуотбензиненной нефти, уходящей с низа колонны (кг/ч);

htw - энтальпия полуотбензиненной нефти при температуре низа колонны (ккал/кг);

QW = 87,4 * 98,3 = 8598,7 (ккал/ч)

Количество тепла уходящее с орошением :

Q o  p = G o   p *  ( H  t  D    -  h t      o  p   ).

где Go p - количество острого орошения (кг/ч).

Так как кратность орошения мы приняли 0,6:1 , то  G  o p =  0,6 * D;

Нt D - энтальпия паров орошения, отводимого из колонны вместе с верхним продуктом при температуре верха К-1 (ккал/кг);

h op - энтальпия орошения, подаваемого в колонну в виде жидкости при температуре 30°С (ккал/кг);

Q o  p =  7,5 * (130,4  - 15,7) = 864,0 (ккал/ч)

Тепловой баланс колонны К-1 на 100 кг сырья