Проект установки депарафинизации рафината масляного дистиллята нефти месторождения русский хутор избирательными растворителями

Астраханский Государственный  Технический Университет

 

 

 

Кафедра «Химическая  технология

переработки нефти и  газа»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине

«Технология получения масел и парафинов»

 

Проект установки депарафинизации рафината масляного дистиллята нефти месторождения русский хутор избирательными растворителями

 

 

 

Выполнил ст.гр. ЗХТ-61

Проверил: доц. Пыхалова Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астрахань 2011 г.

 

 

Содержание

 

Введение                                                                                                         4

1 Технологическая часть         

1.1 Теоретические основы процесса      6

1.2 Характеристика сырья и продуктов                  12

1.3 Описание технологической схемы установки    13

2 Расчетная часть          

2.1 Характеристика сырья и получаемых продуктов    20

2.2 Материальный баланс процесса депарафинизации   21

2.3 Расчет регенеративных кристаллизаторов     22

2.4 Расчет вакуумного фильтра       27

2.5 Расчет теплообменника        29

2.6 Расчёт первой отгонной  колонны                                                          31

Заключение          36 

Литература           37

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Депарафинизацией называют процесс удаления твердых углеводородов из нефтяных фракций. Твердые углеводороды, содержащиеся в масляных рафинатах, способствуют застыванию их даже при положительных температурах, что не позволяет использовать эти нефтепродукты для смазывания детелей машин и механизмов в зимнее время.

     Депарафинизация  масляных дистиллятов может осуществляться двумя способами:

1. депарафинизация вымораживанием н-алканов при низких температурах из раствора масляной фракции с растворителем (смесь толуола с метилэтилкетоном) с последующим отделением кристаллов парафина на фильтрах;
2. каталитическая депарафинизация с использованием специальных катализаторов, на которых при высокой температуре (300-380 ⁰ С) в атмосфере водорода н-алканы селективно подвергаются крекингу на низкомолекулярные и изомеризуются.

     Последний  является новым способом и  только получает широкое распространение, а метод вымораживания широко используется в промышленности уже более 60 лет.

     Процесс  основан на охлаждении раствора  масла в растворителе до температуры  от минус 30 до минус 60 ⁰ С. Выпавшие при этом кристаллы (парафиновые углеводороды нормального и частично изостроения) отделяются от суспензии на матерчатых барабанных вакуумных фильтрах в виде твердой лепешки (концентрат парафина – гач, в смеси с небольшим количеством растворителя), а отфильтрованный раствор масла идет на разделение масла от растворителя. Лепешка гача после отделения подогревается (расплавляется), и от нее также отгоняется растворитель.

     К числу  углеводородов, выделяющихся из  масляных рафинатов в твердом  кристаллическом состоянии, относятся  парафиновые, нафтеновые углеводороды и ароматические углеводороды с длинными алкильными  цепями нормального и изостроения. При этом в составе кристаллизующихся углеводородов в низкокипящих фракциях содержатся преимущественно нормальные парафиновые углеводороды. С повышением температур выкипания фракций содержание нормальных парафиновых углеводородов снижается и увеличивается количество парафинов изостроения, а также циклических углеводородов с длинными алкильными цепями. В высококипящих (остаточных) фракциях содержатся циклические углеводороды (главным образом, нафтеновые и в незначительном количестве ароматические) с длинными алкильными цепями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технологическая часть

 

1.1. Теоретические основы процесса

     Процесс депарафинизации основан на разной растворимости твердых и жидких углеводородов в некоторых растворителях при низких температурах и может применяться для масляного сырья любого фракционного состава. Твердые углеводороды масляных фракций ограниченно растворяются в полярных и неполярных растворителях. Растворимость таких углеводородов подчиняется общей теории растворимости твердых веществ в жидкостях и характеризуется следующими положениями:

• растворимость твердых углеводородов уменьшается с увеличением плотности и температур выкипания фракций;
• для фракций, выкипающих в одном и том же температурном интервале, растворимость твердых углеводородов одного гомологического ряда уменьшается с увеличением их молекулярной массы.
• растворимость твердых углеводородов увеличивается с повышением температуры.

     Растворимость углеводородов в полярных растворителях зависит от способности их молекул поляризоваться, что связано со структурными особенностями молекул углеводородов. Вследствие малой поляризуемости  молекул твердых углеводородов индуцированные дипольные моменты этих соединений невелики, поэтому растворение твердых углеводородов в полярных растворителях происходит в основном под действием дисперсионных сил. Растворимость остальных компонентов масляных фракций  является результатом индукционного и  ориентационного взаимодействий,  причем действие полярных сил настолько велико, что даже при низких температурах эти компоненты остаются в растворенном состоянии. При понижении температуры влияние дисперсионных сил постепенно ослабевает, в то время как влияние полярных сил усиливается; в результате при достаточно низких температурах твердые углеводороды выделяются из раствора и благодаря наличию длинных парафиновых цепей сближаются с образованием кристаллов.

     При кристаллизации  из масляных рафинатов выделяются смешанные кристаллы. Это может быть смесь парафиновых и нафтеновых, а также ароматических углеводородов с длинными алкильными цепями. Выделяющиеся кристаллы имеют орторомбическую структуру и по форме напоминают ромбы. Если твердый осадок состоит из парафиновых углеводородов, то ромбические кристаллы имеют острые углы и слоистую структуру, кристаллизация каждого следующего слоя происходит на основе предыдущего.

     При кристаллизации  ароматических углеводородов с  длинными алкильными цепями выделяются  мелкие ромбические кристаллы.

     Монокристаллические  образования соединяются в кристаллическую  сетку, т.е. образуют скопления  монокристаллов, они имеют рыхлую  структуру и задерживают много  трудноудаляемой жидкой фазы. Такие   образования характерны для плохо очищенного сырья, содержащего смолы.

     Чем крупнее и компактнее кристаллы,  образующиеся в процессе депарафинизации,  тем легче происходит их отделение  от жидкой фазы.

     Процесс  кристаллизации начинается с  образования зародышей кристаллов. На образовавшихся зародышах и происходит последующее выделение твердой фазы. Если число первоначально образовавшихся зародышей невелико, то на них образуются крупные кристаллы с легко отделяемой от них жидкой фазой. Напротив, при образовании большого количества зародышей образуется много мелких кристаллов, между которыми скапливается трудноудаляемая жидкая масляная фаза. Обычно мелкие кристаллы образуются при резком снижении температуры. Наличие мелких кристаллов способствует большим потерям масла при депарафинизации, а также получению низкосортного парафина при обезмасливании. Образование кристаллов с хорошей кристаллической структурой зависит от скорости их роста.

     На скорость  роста кристаллов влияет вязкость  среды. Чем она выше, тем меньше  скорость продвижения молекул к центрам кристаллизации, тем выше вероятность того, что не дойдя до центра кристаллизации, молекулы вещества образуют новые центры кристаллизации. В этом случае уменьшается конечные размеры кристаллов. Следовательно, для образования крупных кристаллов твердых углеводородов необходимо поддерживать оптимальную вязкость сырьевой суспензии.

     Для обеспечения  оптимальной вязкости сырьё в  процессах депарафинизации разбавляют  различными растворителями. Количество  добавляемого растворителя должно  быть оптимальным, так как при добавлении слишком больших объемов растворителя увеличивается диффузионный путь и выделяющиеся молекулы твердой фазы не успевают продиффундировать к уже имеющимся зародышам. В результате они образуют новые центры кристаллизации, что способствует измельчению кристаллов.

     При проведении  депарафинизации важно, чтобы  в сырье, направляемом для отделения  твердой фазы, изначально не было  кристаллов, способных стать дополнительными  центрами кристаллизации, потому  смесь сырья с растворителем предварительно подвергают нагреву до температуры на 10-15 ⁰ С превышающей температуру полной растворимости кристаллов в растворителе. Эта ступень называется термообработкой.

     В качестве  растворителей для процессов  депарафинизации предложено более  300 различных веществ. Однако идеального растворителя до настоящего времени не найдено. В идеальном случае растворитель должен отвечать следующим требованиями:

а) полностью смешиваться  с жидкой фазой сырья во всем диапазоне  температур охлаждения при относительно невысоких кратностях разбавления;

б) обладать минимальной  растворяющей способностью по отношению  к парафиновым углеводородам;

в)обеспечивать малую  разность между температурой депарафинизации  и температурой застывания получаемого  масла, то есть иметь малый температурный эффект депарафинизации (ТЭД);

г) ограниченно смешиваться  с водой, легко поддаваться осушке и регенерации из водных растворов;

д) иметь не слишком высокую и не слишком низкую температуру кипения;

е) обладать малой вязкостью;

ж) иметь низкую температуру застывания;

з) характеризоваться  взрывобезопасностью, нетоксичностью, низкой испаряемостью, низкой коррозионной агрессивностью)

к) быть дешевыми и доступными.

     На практике  в процессах депарафинизации  получили использование ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, метилизопропилкетон, сернистый ангидрид, сжиженный пропан, узкая фракция бензина (нафта).

     Из вышеприведенных  растворителей сжиженный пропан  и нафта являются неполярными  растворителями, поэтому наряду  с жидкими они растворяют и твердые углеводороды нефти. Для снижения растворяющей способности этих растворителей по отношению к твердым углеводородам требуется существенное понижение температуры депарафинизации.

     Полярные  растворители не растворяют твердые  углеводороды, но при пониженных температурах они не способны полностью растворить всю масляную фазу. По этим причинам полярные растворители используются в смеси с неполярными, например с толуолом. При добавлении толуола к полярному растворителю растворимость в нем парафиновых углеводородов несколько повышается и составляет примерно 0,1-0,2 г на 100 г растворителя.

     В зависимости  от растворяющей способности  применяемых растворителей, а  также от требуемой температуры  застывания масла подбирают температуру  депарафинизации масляной фракции.

     Для достижения  требуемой температуры застывания  масла в различных растворителях  необходима разная глубина охлаждения  сырья. Разность между температурой  застывания масла и температурой  депарафинизации называется температурным  эффектом депарафинизации (ТЭД). Чем меньше ТЭД, тем эффективнее растворитель.

     Понижение  температуры застывания масел  не может быть безграничным. Оно  лимитируется выделением при  охлаждении в среде растворителя  ценных масляных компонентов.  Это может произойти при температурах ниже –10 ⁰С и сопровождается резким снижением выхода масла.

     На эффективность  процесса депарафинизации оказывает  влияние кратность разбавления  сырья растворителем. Количество  растворителя, применяемого в процессах  депарафинизации, зависит от фракционного состава сырья, его вязкости, от требуемой глубина процесса, природы растворителя, числа ступеней фильтрации, от технологической схемы процесса. Чем выше пределы выкипания сырья, тем большей должна быть кратность растворителя к сырью. Большая экономия растворителя наблюдается при применении многоступенчатого процесса депарафинизации и использовании для разбавления суспензии и промывки осадков промежуточных растворов. 

     Для обеспечения  нормального роста компактных, не  связанных между собой кристаллов, необходимо поддерживать оптимальные значения концентраций твердых углеводородов в растворе и вязкости последнего. Это обеспечивается за счет порционности подачи растворителя.