Розрахунок теплообмінного апарату типу "труба в трубі" для нагрівання нафти дистилятом вакумного газойлю на установці АВТ

Залежно від  фізико-хімічних властивостей нафти і складових фракцій, вибирають асортимент і технологію одержання нафтопродуктів. Так, переробку нафти малосірчистих високопарафінових і високосірчистих парафінових, виконують за паливним варіантом з одночасним отриманням фракцій бензину, гасу, дизельного палива, вакуумного газойля та гудрону. При цьому гасову фракцію із малосірчистої парафінової нафти використовують як розчинник; дизельне паливо і вакуумний газойль піддають депарафінізації для отримання відповідно рідких і твердих парафінів; із гудрону отримують сірчистий електродний кокс. Фракції із високосірчистої нафти – гасову, дизельну, вакуумний газойль – піддають знесірченню для отримання відповідно товарних, реактивних і дизельного палива, сировини каталітичного крекінгу.

Для виробництва  змащувальних олив використовують нафту з високим виходом і якістю оливних фракцій. Їх переробляють за паливно-оливним варіантом.

Продуктами  установок АВТ є: вуглеводневий  газ, бензинова, гасова, дизельна фракції, мазут, широка і вузька оливні фракції, залишок вакуумної перегонки нафти (гудрон).

Вуглеводневий газ складається  в основному з бутана та пропана, які в розчиненому вигляді містяться в нафті, яка поступає на переробку. В залежності від технології первинної перегонки, нафта виходить з апарату в газоподібному або рідкому стані. Вуглеводневий газ застосовують в якості сировини газофракціонуючих установок з метою виготовлення індивідуальних вуглеводнів, компонента автомобільного бензина, побутового палива.

Бензинова фракція, яка википає при температурах 50-180 °С, підлягає вторинній перегонці (чіткій ректифікації) для одержання вузьких фракцій (28-62, 62-85, 85-105, 105-140, 85-140, 85-180 °С), які є сировиною процесів ізомеризації, каталітичного реформінгу; для виготовлення індивідуальних ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу, ксилолів), високооктанових компонентів автомобільних і авіаційних палив; використовується в якості сировини піролізу для одержання етилену, рідше – як компонент товарного бензину. Її характеристика наведена в таблиці 2.2.

 

Таблиця 2.2 –  Фізико-хімічні властивості бензинової фракції

Найменування  показників	Значення показника
Густина, кг/м3	650-750
Фракційний  склад, °С: початок кипіння, °С кінець кипіння, °С	не нижче 35 не вище 185
Тиск насичених  парів, кПа	не більше 66,7
Вміст сірки, %	не більше 0,12
Вміст вільної  води, %	-
Вміст лугу	-
Вміст мех. домішок, мг/л	-

 

Гасова фракція використовується як паливо для реактивних і карбюраторних двигунів, при необхідності піддається демеркаптанізації, гідроочищенню; фракцію 150-280 °С чи 150-315 °С із малосірчистої нафти використовують як освітлювальний гас, фракцію 140-200 °С – як розчинник для лакофарбованої промисловості. Її характеристика наведена в табл.2.3

Таблиця 2.3 –  Фізико-хімічні властивості гасової  фракції

Найменування  показників	Значення показника
Густина при температурі 20 °С, кг/м3	750-850
Фракційний  склад, °С: початок кипіння, °С кінець кипіння, °С	не нижче 150 не вище 280
Тиск насичених  парів, кПа	не більше 103,2
Вміст сірки, %	не більше 0,1
Вміст вільної  води, %	-
Вміст лугу	-

 

Дизельна фракція 140-370 °С використовується в якості зимового дизельного палива, фракція 180-360 °С – в якості літнього дизельного палива. Фракції 200-320 °С та 200-340 °С із високо- і парафінової нафти використовують як сировину для одержання рідких парафінів завдяки депарафінізації. Її характеристика наведена в таблиці 2.4.

 

Таблиця 2.4 –  Фізико-хімічні властивості дизельної  фракції

Найменування показників	Значення показника
Густина при температурі 20 °С, кг/м3	не більше 860
Фракційний  склад, °С: початок кипіння, °С кінець кипіння, °С	не нижче 180 не вище 370
Тиск насичених  парів, кПа	не більше 150
Вміст сірки, %	не більше 0,06
Вміст вільної  води, %	-
Вміст лугу	-
Вміст мех. домішок, мг/л	-

 

Мазут є залишком атмосферної перегонки. Википає при температурі більше 350 °С. Використовується як компонент котельного палива або як сировина вакуумного блоку АВТ, термо- і гідрокрекінгу.

Широка оливна фракція - вакуумний газойль (350-500 °С) використо-вується як сировина каталітичного крекінгу і гідрокрекінгу, на нафтопереробних заводах з оливною схемою виробництва.

Вузька оливна фракція википає при температурі більше 350 °С (350-400 °С, 400-450 °С, 450-500 °С). Її направляють на установки селективного очищення депарафінізації і гідроочищення; застосовують як сировину для установок виготовлення мінеральних олив різного використання і твердих парафінів. Характеристика оливних фракцій наведена в таблиці 2.5.

 

 

Таблиця 2.5 –  Фізико-хімічні властивості оливних  фракцій

Найменування  показників	Значення показника
Густина при температурі 20 °С, кг/м3	не менше 850
Фракційний  склад, °С: початок кипіння, °С	не менше 280
Кінематична в’язкість, м2 /с, при 100°С	не  менше 8·10-6
Вміст сірки, %	не більше 0,1
Вміст вільної  води, %	-
Вміст лугу	-
Вміст мех. домішок, мг/л	-

 

Залишок вакуумної  перегонки нафти (гудрон) википає при температурі  більше 350 °С. Використовується як сировина установок коксування, бітумної установки, для виробництва залишкових олив і як компонент коте-льного палива. Він підтягає деасфальтизації, коксуванню, з метою поглиб-лення перегонки нафти. Його характеристика наведена в таблиці 2.6[4 ст.117].

 

Таблиця 2.6 –  Фізико-хімічні властивості гудрону

Найменування  показників	Значення  показника
Густина при  температурі 20 °С, кг/м3 Густина при температурі 20 °С, кг/м	900-930
Кінематична в’язкість, м2 /с, при 100°С	не  менше 19·10-6
Коксівність, %	6,5 - 7,5
Вміст сірки, %	не більше 0,1
Вміст мех. домішок, мг/л	-

 

3 Опис технологічної схеми АВТ

 

Технологічна  схема установки АВТ зображена в додатку А. Нафта проходить через теплообмінники Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, Т-5 і Т-6, де здійснюється її підігрівання за рахунок тепла вихідних продуктів до температури 210-230 °С. Потім нафта поступає у відбензинюючу колону К-1. В цій колоні  з нафти виділяється легка бензинова фракція, яка конденсується в повітряному холодильнику-конденсаторі ХК-1 і доохолоджується в холодильнику Х-1 і збирається в ємності Є-1, звідки подається в стабілізатор К-4. В ємності Є-1 виділяється також газ, який направляється на компремування, вода дренується в каналізацію.

Частково відбензинена нафта  з низу колони К-1 направляється через  трубчасту піч П-1, де нагрівається до температури 310 - 360 °С, в атмосфер-ну колону К-2 . Частина потоку частково відбензиненої нафти повертається в колону К-1, де віддає додаткову кількість теплоти, яка необхідна для ректифікації.

В колоні К-2 нафта  розділяється на декілька фракцій. З верху цієї колони в паровій фазі відходить тяжкий бензин, який конденсується в повітряному холодильнику-конденсаторі ХК-2 і доохолоджується в холодильнику Х-2, а потім поступає в стабілізатор К-4 разом з легким бензином. В якості бічних погонів відводяться гасова і дизельна фракції, які першочергово подаються в секції відпарної колони К-3. В колоні К-3 з бічних погонів відділюються в присутності водяної пари легкі фракції і з гасової – бензин онова, а з дизельної - гасова. Потім гасова та дизельна фракції виводяться з установки через відповідні холодильники Х-3 і Х-4. Знизу колони К-2 виходить мазут, який через піч П-2, після підігрвання до відповідної температури, подається в колону вакуумної перегонки К-5, де розділюється на вакуумні дистиляти і гудрон. Зверху К-5 з допомогою пароежекторного насосу А-1 відсмоктуються водяні пари, гази розкладання, повітря і деяка кількість легких нафтопродуктів (дизельна фракція). Вакуумні дистиляти і гудрон через теплообмінники підігріву нафти і кінцеві холодильники виходять з установки.

Для зниження температури  низу і більш повного вилучення  дистилятних фракцій в колони К-2 і К-5 подається водяна пара. Надлишкове тепло в колоні К-2 і К-5 знімається циркуляційним зрошенням.

В стабілізаційній  колоні К-4 отримують з верху "головку  стабілізації" –  зріджений вуглеводневий газ, а з низу - стабільний бензин, який не вміщує вуглеводнів Сз - С₄ [4 ст.122].

 

4  Будова і робота теплообмінника

 

  В апаратах, де продукт нагрівається або охолоджується (теплообмінники,

 холодильники, конденсатори, випарники, кристалізатори), відбувається теплообмін

 між двома потоками. При цьому один з них нагрівається, а другий

 охолоджується. Тому їх називають теплообмінними апаратами.

Теплообмінні апарати класифікують за двома основними ознаками: за

способом передачі тепла та за призначенням.

Залежно від способу передачі тепла  теплообмінні апарати поділяються на:

 -   поверхневі теплообмінні апарати, в яких передача тепла між потоками  здійснюється через тверду поверхню, яка їх розділяє;

- теплообмінні апарати змішування, в яких передача тепла відбувається при безпосередньому контакті потоків. Такі апарати неможливо використовувати у

випадках, коли не допускається контакт  потоків, що обмінюються теплом.

Тому теплообмінники змішування в нафтопереробній промисловості

використовуються досить рідко.

Поверхневі теплообмінні апарати  класифікують залежно від їх конструкції.

Розрізняють такі типи теплообмінних апаратів:

 - кожухотрубні теплообмінні апарати з нерухомими трубними решітками

(теплообмінні апарати жорсткого типу). Такі апарати складаються з циліндричного

кожуха, в якому розміщений трубний пучок. Трубні решітки з розвальцьованими

 трубками кріпляться до корпусу апарату. З обох боків теплообмінний апарат

закритий кришками та обладнаний штуцерами для введення та виведення потоків

,які обмінюються  теплом. Один  потік проходить по трубах, а  інший-по

міжтрубному простору. Такі апарати застосовують при різниці температур між

 потоками до 50°С, оскільки при більшій різниці температур буде відбуватися

 видовження трубок пучка,що  в свою чергу викликає деформацію труб,

порушення кріплення труб до трубної  решітки, попадання однієї речовини в іншу.

Перевагою таких апаратів є простота конструкції та невисока вартість.

- теплообмінні апарати з лінзовими компенсаторами мають нерухомі

трубні решітки, а їх кожух оснащений  пристроями у вигляді лінз для  компенсації

різниці у видовженні кожуха та труб,що виникає внаслідок різниці їх температур.

- теплообмінні апарати з плаваючою головкою-це найбільш

розповсюджений тип поверхневих  теплообмінних апаратів. Плаваюча головка,або

рухома трубна решітка, дає змогу  трубному пучкові вільно переміщатися

незалежно від корпуса апарата. В таких апаратах трубні пучки  порівняно легко

можуть бути видалені з корпуса, що значно полегшує їх ремонт, чищення  або 

заміну.

- теплообмінні апарати з U-подібними трубками мають лише одну трубну

 решітку, в яку завальцьовані  обидва кінці U-подібних трубок,що забезпечує

 вільне їх видовження або  скорочення при зміні температури. Недоліком