Установки промысловой подготовки нефти

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

 

                                                                                                                                 Кафедра ПНГ

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

на тему: «Установки промысловой подготовки нефти».

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Выполнила студентка гр.ХТТ-08

Галингер Елена

Проверила: Трушкова Л.В

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2012

 

 

 

 

Аннотация

 

Курсовой проект на тему «Проект комбинированной установки ГК-3 Северо-варьеганской  нефти. Блок ВТ» состоит из литературного обзора, технологической части и заключения. Литературный обзор содержит систематизированный материал по технологии проектирования установки ГК-3 и блока ВТ. Технологическая часть состоит из выбора и обоснования технологической схемы производства, характеристики сырья, принципиальной технологической схемы производства с описанием, материального баланса установки ГК-3 и ее блоков.

Объектом проектирования является вакуумная колонна блока ВТ установки ГК-3. Мощность установки составляет 3 млн. т/год.

Цель проекта – выполнить технологический и гидравлический расчеты вакуумной колонны блока ВТ (колонна для перегонки мазута с обвязкой), предназначенной для получения остаточной дизельной фракции (350-370 °С), вакуумного дистиллята (370-470°С) и гудрона (>470°С).

В результате проведенного расчета получено, что для установки мощностью 3 млн. т/год потребуется колонна: диаметр колонны 3,2 м, высота 19 м. (11 клапанных тарелок, расстояние между тарелками 0,5 м).

Пояснительная записка к курсовому проекту содержит 4 графика, 2 схемы, 14 таблиц, 13 источников. 

 Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………..5

Список условных обозначений и сокращений………………………………………6

Литературный обзор…………………………………………………………………..7

1. Технологическая часть…………………………………………………………….10

1.1. Описание принципиальной технологической схемы установки вакуумной перегонки мазута …………………………………………………………………. 10

1.2.Технологическая классификация нефти…………………………………………11

1.3 Разгонка (ИТК) Северо-варьеганской нефти в аппарате АРН-2 и арактеристика полученных фракций…………………………………………………………………12

1.4. Построение кривой ИТК мазута  Северо-варьеганской нефти……………..…14

1.5. Теоретические материальные  балансы комбинированной установки  ГК-3 и блоков, входящих в ее  состав…………………………………………………….…..15

1.6. Технологический расчёт вакуумной  колонны………………………………….16

1.6.1.Температурный режим ректификационной  колонны………………………...16

1.6.2 Расчет доли отгона……………………………………………………………...23

1.7. Тепловой баланс колонны……………………………………………………….25

2. Гидравлический расчет……………………………………………………………29

2.1. Расчет диаметра колонны………………………………………………………..29

2.2. Расчет числа тарелок …………………………………………………………….30

2.3. Расчет высоты колонны………………………………………………………….31

Заключение……………………………………………………………………………32

Список использованной литературы………………………………………………..33

Приложения…………………………………………………………………………..34

    

 

Введение

 

Одно из основных направлений технического прогресса в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности — строительство высокопроизводительных комбинированных установок. Высокие технико-экономические показатели достигнуты при эксплуатации отечественных комбинированных установок глубокой переработки нефти, например таких как ГК-3.

В состав комбинированной установки ГК-3 входят блоки атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута, блоки легкого термического крекинга гудрона и каталитического крекинга вакуумного газойля, а также блок газофракционирования. Основные продукты установки: головная фракция стабилизации, высокооктановый компонент бензина, котельное топливо, а также компоненты бензина и дизельного топлива.

Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества—основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. Решение этих задач в условиях, когда непрерывно возрастает доля переработки сернистых и высокосернистых, а за последние годы и высокопарафинистых нефтей, потребовало изменения технологии переработки нефти. Большое значение приобрели вторичные и, особенно, каталитические процессы. Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения таких процессов, как каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидроочистка, алкилирование и изомеризация, а в некоторых случаях—гидрокрекинг.

Целью данного курсового проекта является проектирование блока вакуумной перегонки мазута установки ГК-3 Северо-варьеганской нефти.

Задачи:

1. Выбрать, обосновать и описать технологическую схему производства;
2. Дать характеристику сырью процесса: построить кривые ИТК и фракций выделяемых из мазута;
3. Составить теоретический материальный баланс производства;
4. Провести расчет вакуумной колонны блока ВТ.

 

 

 

 

 

 

 Список условных обозначений и сокращений

 

I – энтальпия, кДж/кг;

Р – давление, МПа;

t – температура, оС;

Т – температура, К;

µ – динамическая вязкость, Па·с.

М – молярная масса, кг/кмоль;

Ф – тепловой поток, Вт;

rж, рп- плотность жидкой и паровой фаз, кг/м3;

vл – линейная скорость пара, м/с;

D – диаметр, м;

Н – высота, м;

- состав  нефти (в массовых долях);

- молярная  масса фракции;

и   - составы жидкой и паровой фазы;

 – расход  компонента, кг/с;

минимальное число теоретических тарелок, отвечающее полному орошению;

H – высота, м;

D – диаметр, м;

ИТК – кривая истинных температур кипения;

ОИ- линия однократного испарения;

КПД – коэффициент полезного действия;

НПЗ – нефтеперерабатывающий завод;

АТ – атмосферная трубчатая установка;

ВТ – вакуумная трубчатая установка;

ВПБ – установка вторичной перегонки бензина;

КК – каталитический крекинг;

ДТ – дизельное топливо;

КТ – котельное топливо;

УГ – углеводородные газы;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литературный обзор

 

 Под комбинированием технологических процессов производства нефтяных топлив понимают обычно сочетание на одной площадке нескольких технологий, когда продукты (дистилляты) одной из них являются исходным сырьем для другой (или других) без промежуточных (накопительных) парков. Это дает значительные преимущества, среди которых основными являются:

• сокращение резервуарных парков для промежуточных продуктов;
• ликвидация перекачек промежуточных продуктов в парки и обратно и сокращение за счет этого числа насосов, длины трубопроводных трасс и расхода энергии;
• сокращение в 2 – 3 раза площади застройки технологическими установками;
• значительная экономия тепловой энергии за счет того, что продукты от одного технологического процесса поступают к другому горячими, и нет необходимости их охлаждать перед направлением в парк и нагревать при взятии из парка (если процессы не комбинированы);
• возможность рационально расположить однотипное оборудование блоками (колонны, печи реакторы, теплообменники и др.) и упростить за счет этого обслуживание;
• сокращение штата обслуживающего персонала и соответственно рост производительности труда.

Аппараты и оборудование комбинированных установок объединяются в укрупненные блоки секции, взаимное расположение которых определяется технологической схемой, предусматривающей жесткие связи между ними. Застраиваемая территория используется, таким образом, с большей эффективностью. Основная цель компоновки аппаратуры и оборудования — это технологическая целесообразность и компактность.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать вакуумную колонну установки ГК-3. Основное целевое назначение установки (блока) вакуумной перегонки мазута топливного профиля – получение вакуумного газойля широкого фракционного состава (350-500 оС), используемого как сырье установок каталитического крекинга, гидрокрекинга или пиролиза и в некоторых случаях термического крекинга с получением дистиллятного крекинг-остатка, направляемого далее на коксование с целью получения высококачественных нефтяных коксов.

В процессах вакуумной перегонки, помимо проблемы уноса жидкости, усиленное внимание уделяется обеспечению благоприятных условий для максимального отбора целевого продукта без его заметного разложения. Многолетним опытом эксплуатации промышленных установок ВТ установлено, что нагрев мазута в печи выше 420-425 оС вызывает интенсивное образование газов разложения, закоксовывание и прогар труб печи, осмоление вакуумного газойля.

 

 

 

При этом, чем тяжелее нефть, тем более интенсивно идет газообразование и термодеструкция высокомолекулярных соединений сырья.

Вследствие этого, при нагреве мазута до максимальной температуры уменьшают время его пребывания в печи, устраивая многопоточные змеевики (до четырех), применяют печи двухстороннего облучения, в змеевик печи подают водяной пар и уменьшают длину трансферного трубопровода (между печью и вакуумной колонной). Для снижения температуры низа колонны организуют рецикл (квенчинг) частично охлажденного гудрона. С целью снижения давления на участке испарения печи концевые змеевики выполняют из труб большого диаметра и уменьшают перепад высоты между вводом мазута в колонну и выходом его их печи. В вакуумной колонне применяют ограниченное количество тарелок с низким гидравлическим сопротивлением или насадку; используют вакуумсоздающие системы, обеспечивающие достаточно глубокий вакумм. Количество тарелок в отгонной секции также должно быть ограничено, чтобы обеспечить малое время пребывания нагретого гудрона. С этой целью одновременно уменьшают диаметр куба колонн.

Особенности вакуумной колонны:

1. отбор вакуумных дистиллятов зависит от остаточного давления (чем ниже давление, тем больше отбирается);
2. остаточное давление (вакуум) создается путем отсасывания в вакуумсоздающую систему паров и газов, которые состоят на 95-97% из водяного пара, 1-2% - пары остаточной дизельной фракции, остальное – газы термодеструкции (сероводород, метан, этан);
3. в низ колонны подается перегретый водяной пар с целью увеличения отбора масляных погонов, с целью предотвращения термического разложения гудрона в кубе колонны (сокращается время пребывания гудрона);
4. все продукты выводятся из колонны в жидкой фазе через вакуумные приемники (это пустотелые емкости, давление в которых ниже, чем в основной колонне, поэтому происходит испарение самых легких компонентов, которые возвращаются в колонну в парах. Это способ корректировки качества отбираемых погонов;
5. диаметр по высоте колонны разный. Нижняя часть, где сосредоточены 4-5 тарелок, выполнена в форме грушеобразного отростка. Это сделано с целью сокращения времени пребывания гудрона в зоне высоких температур 330-370 оС в кубе (диаметр уменьшается, а скорости растут);
6. Водяной пар подается и в трубчатую печь П-1 и называется турбулизатор в количестве от 3 до 5% на сырье с целью увеличения скоростей и снижения термодеструкции;
7. Большое количество циркуляционных орошений (для поддержания температурного режима при отборе дистиллятов) позволяет решулировать тепло.

Вакуумные трубчатые установки (ВТ) подразделяют на две группы:

1) установки вакуумной  перегонки мазута с однократным  испарением и однократной ректификацией;

2) установки вакуумной  перегонки мазута с двукратным  испарением и двухкратной ректификацией.

Преимущества второго варианта перегонки мазута заключается в том, что данная установка может работать как по топливному, так и по топливно-масляному варианту переработки нефти. Четкость погоноделения в ней выше, что позволяет вырабатывать более качественные узкие масляные погоны, что очень важно для производства нефтяных масел. Также, возможно эффективнее использовать тепло потоков для нагрева.

Преимуществами перегонки с однократным испарением по сравнению с двухкратным является более простая схема перегонки, меньший расход топлива для перегонки, более простая технология поддержания вакуума (так как в двух колоннах поддерживать вакуум тяжелее, чем в одной. Также во время перегонки с двухкратным испарением вакуумный дистиллят подвергается вторичному нагреву, что ведет к возможной термодеструкции.

 

1. Технологическая часть

 

1.1. Описание принципиальной технологической схемы установки вакуумной перегонки мазута с однократным испарением и однократной ректификацией

 

Принципиальная технологическая схема установки ГК-3 представлена в приложении 1.

Принципиальная технологическая схема блока вакуумной перегонки мазута представлена в приложении 2.

Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны блока атмосферной перегонки, прокачивается параллельными потоками через три ступени блока теплообмена (Т-1,2,3,4,5,6) при этом нагреваясь до температуры 200 оС и смешиваясь в два потока поступает в трубчатую печь П-1, где нагревается до температуры 420 оС. Затем нагретый мазут поступает в вакуумную колонну.

В сечении питания этой колонны над вводом сырья установлены отбойные тарелки для предотвращения «заноса» капель жидкого остатка.

Смесь водяных и нефтяных паров, газы разложения (и воздух, засасываемый через неплотности) с верха вакуумной колонны поступают в вакуум-создающую систему. После конденсации и охлаждения в конденсаторе-холодильнике она разделяется в газосепараторе на газовую и жидкую фазы. Газы отсасываются трехступенчатым пароэжекторным вакуумным насосом, а конденсаты поступают в отстойник для отделения нефтепродукта от водного конденсата.

Верхним боковым погоном вакуумной колонны отбирают остаточную дизельную фракцию (350-370оС). Часть дизельной фракции после охлаждения в теплообменниках возвращается на верх колонны в качестве верхнего циркуляционного орошения.