Очистка сточных вод установки гидроочистки дизельного топлива

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный университет

 нефти и  газа имени И. М. Губкина»

Кафедра    Промышленной экологии

 

 

 

Оценка_____________ (_____)

                                                                                                               (рейтинг)

 

                                                                                          Дата ________________  

                                

   ____________________________

                    подпись     преподавателя

 

 

 

Курсовая работа

 

             «Очистка сточных вод установки гидроочистки дизельного топлива»

По дисциплине: «Очистка сточных вод»

Вариант № 3

 

 

 

 

                                                                                            Выполнил: ст. гр. ХТ-09-5

                                                                                                          Кармашова Н.Ю.

                                                                                         Проверил: д.т.н., профессор

 Мазлова Е.А.                                                        

 

 

 

 

Своевременность представления и качество оформления ____ баллов

Правильность и полнота выполненных расчетов ____  баллов  

Защита ____  баллов

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2013 г.

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Во многих странах мира нефтеперерабатывающая промышленность стоит перед решением проблем, связанных с введением более строгих спецификаций на моторные топлива и с изменением спроса на них. Особенно быстро в разных странах меняются спецификации на бензин и дизельное топливо, вынуждая нефтепереработчиков инвестировать средства в строительство новых или в реконструкцию действующих установок.            

Снижение содержания серы в дизельном топливе может быть достигнуто путем гидроочистки, проводимой в более жестких условиях. Указанная цель также может быть достигнута подбором нового, более эффективного для данного типа сырья, катализатора [6].

По совершенствованию качества дизельных топлив большие усилия прилагают европейские страны. В них принята концепция ужесточения требований к этому виду топлива, особенно по содержанию в нём сернистых соединений. В настоящее время ограниченное число нефтеперерабатывающих заводов в мире может получать дизельное топливо с ультранизким содержанием сернистых соединений. Кроме этого в этих топливах предусматривается уменьшение присутствия ароматических углеводородов и повышении цетанового.  

В моей работе я проанализировала достоинства и недостатки технологий очистки. Выбрала наиболее эффективную технологию для гидроочистки сточных вод.

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

 

Гидроочистка дистиллятного сырья

 

Основы процесса

 

  Развитие современных процессов гидроочистки бензиновых, керосиновых и дизельных фракций направлено главным образом на снижение в них концентрации сернистых, олефиновых и частично азотистых и кислородсодержащих соединений. Это обусловлено ростом удельного веса сернистых нефтей в общем балансе нефтедобычи с одновременным ужесточением требований стандартов к содержанию серы в топливах как из-за коррозии оборудования топливохранилищ и топливной аппаратуры двигателей под действием серосодержащих соединений, так и в связи загрязнением атмосферы оксидами серы в составе выхлопных газов.[1]

  Гидроочистке подвергают как  прямогонные дистилляты (бензин, реактивное  и дизельное топливо, вакуумные  газойли), так и дистилляты вторичного  происхождения (легкая фракция пиролизной смолы, бензины, легкие газойли коксования и каталитического крекинга).[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химизм процессов

 

  Химизм процессов гидроочистки сводится к деструкции связей С-S, C-N, CO и практически не затрагивает связи С-С.

  Гетероатомные соединения подвергаются гидрогенолизу быстрее, чем углеводороды, поэтому гетероатомы удаляются из сырья в виде сероводорода, аммиака и воды. Легче всего удаляется сера, далее следует кислород, наиболее устойчив азот.[1]

  Меркаптаны гидрируются до  сероводорода и соответствующего углеводорода:

 

RSH + H2                   RH   + H2S.

 

Сульфиды гидрируются через образование меркаптанов:

                                                                             + H2

                            RSR’ + H2                   RSH   + R’H               R’H+RH+ H2S.

 

Дисульфиды также гидрируются до сероводорода:

 

                                                                                          + H2

                            R-S-S-R’ + H2                   RSH   + R’SH               R’H+RH+ 2H2S.

 

    В циклических сульфидах, например тиофане, вначале разрывается  кольцо, затем отщепляется сероводород и образуется соответствующий углеводород.

 При гидрировании азотосодержащих  соединений образуются соответствующие  углеводороды и аммиак, а при  гидрировании кислородных соединений  – углеводороды и вода.

 

 

 

 

  Смолы и асфальтены превращаются в низкомолекулярные соединения.                 

 

   Металлоорганические соединения, присутствующие в нефтяных фракциях, разлагаются на активных центрах  катализатора с выделением свободного  металла, являющегося каталитическим  ядом. Гидроочистка позволяет удалять большую часть металлоорганических соединений.

 

 

 

 

 

Катализаторы процессов

 

   Традиционные катализаторы гидроочистки – алюмо-кобальт-молибденовые (АКМ) и алюмо-никель-молибденовые (АНМ). Гидрирующими компонентами являются кобальт, никель и молибден, находящиеся в свежем катализаторе в виде оксидов, нанесенных на оксид алюминия.

   В АНМ катализатор на  силикатной основе (АНМС)добавляют  для прочности 5-7% диоксида кремния. В процессе гидроочистки оксиды  металлов переходят в сульфиды.

   Катализатор АКМ имеет высокую активность и селективность по целевой реакции обессеривания, почти не сопровождающегося гидрокрекингом, и достаточно активен в процессе насыщения непредельных углеводородов водородом.

   Катализатор АНМ менее  активен при насыщении непредельных, но способен вызывать насыщение ароматических углеводородов и более активен при гидрировании азотистых соединений.[2]

  

 

 

 

 

 

Гидроочистка дизельных фракций

 

Требования к качеству дизельного топлива

 

Процесс предназначен для обеспечения необходимого уровня эксплуатационных характеристик дизельных топлив, определяемого сегодня в основном экологическими требованиями. Особое внимание уделяется экологической безопасности дизельных топлив. В большинстве промышленно развитых стран вопросы по ограничению содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей – твердых частиц, оксидов углерода, серы и азота- решаются на государственном уровне. Снижению вредных выбросов способствует производство экологически чистых топлив.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сырье и продукты

 

 Типичным сырьем процесса  гидроочистки дизельных топлив  являются прямогонные дизельные  фракции, выкипающие в пределах 180-330, 180-360 и 240-360 °С из малосернистых, сернистых  и высокосернистых нефтей.

  В сырье, поступающем на установку гидроочистки, содержание влаги не должно превышать 0,02-0,03% (масс.). Повышенное содержание влаги влияет на прочность катализатора, усиливает интенсивность коррозии, нарушает нормальный режим стабилизационной колонны.

   Сырье не должно содержать  механических примесей, так как, попадая в реактор, они скапливаются на катализаторе, снижая тем самым эффективность его работы.

   Во избежание поликонденсации  непредельных и кислородных соединений, содержащихся в сырье, в результате  контакта последнего с кислородом воздуха снабжение установок гидроочистки сырьем следует организовать по схеме прямого питания или хранить его в промежуточных сырьевых парках в резервуарах под «подушкой» инертного газа. Контакт сырья с кислородом воздуха может привести к образованию отложений в системе реакторного блока (теплообменники, компрессоры, реакторы).

  Основным способом обеспечения  сверхнизкого содержания серы  в дизельных топливах считается  сверхглубокая жесткая гидроочистка, проводимая при высоких давлениях (до 9,0- 10 МПа), температурах в диапазоне 315- 400°С, при высоком расходе водорода и низких объемных скоростях движения нефтепродуктов на АКМ или АНМ катализаторах.

   Целевой продукт процесса- стабильный гидрогенизат- выход  до 97% (масс.), бензин- до 1,5% (масс.), углеводородный газ- до 0,7% (масс.), сероводород- до 2,5% (масс.) и отдуваемый ВСГ.[1]

 

 

Установка гидроочистки дистиллята дизельного топлива

 

 

 

 

1,15,19,21 –  насосы; 2- трубчатая печь; 3 – реактор; 4-6,10 – теплообменники; 7,12,14 – аппараты  воздушного охлаждения; 8 – водяной холодильник; 9,13,17,20 – сепараторы; 11 – стабилизационная колонна; 16 –центробежный компрессор; 18,22 – абсорберы.

 

 

Установка предназначена для гидроочистки дистиллята дизельного топлива, включает реакторный блок, состоящий из печи и одного реактора, системы стабилизации гидроочищенного продукта, удаления сероводорода из циркуляционного газа, а также промывки от сероводорода дистиллята. Процесс проводится в стационарном слое алюмокобальтмолибденового катализатора.

 

Сырьё, подаваемое насосом 1, смешивается с водородсодержащим газом, нагнетаемым компрессором 16. После нагрева в теплообменниках 6 и 4 и в змеевике трубчатой печи 2 смесь при температуре 380-425°С поступает в реактор 3. Разность температур на входе в реактор и выходе из него не должна превышать 10°С

 

Продукты реакции охлаждаются в теплообменниках 4, 5 и 6 до 160°С, нагревая одновременно сырьевую смесь, а также сырьё для стабилизационной колонны. Дальнейшее охлаждение газопродуктовой смеси осуществляется в аппарате воздушного охлаждения 7, а доохлаждение (примерно до 38°С) – в водяном холодильнике 8.

Нестабильный гидрогенизат отделяется от циркуляционного газа в сепараторе высокого давления 9. Из сепаратора гидрогенизат выводится снизу, проходит теплообменник 10, где нагревается примерно до 240°С, а затем теплообменник 5 и поступает в стабилизационную колонну 11.

Циркуляционный водородсодержащий газ после очистки в абсорбере 18 от сероводорода водным раствором моноэтаноламина возвращается компрессором 16 в систему.

В низ колонны 11 вводится водяной пар. Пары бензина, газ и водяной пар по выходе из колонны при температуре около 135°С поступают в аппарат воздушного охлаждения 12, и газожидкостная смесь разделяется далее в сепараторе 13. Бензин из сепаратора 13 насосом 15 подается на верх колонны 11 в качестве орошения, а балансовое его количество выводится с установки. Углеводородные газы очищаются от сероводорода в абсорбере 22.

Гидроочищенный продукт, уходящий с низа колонны 11, охлаждается последовательно в теплообменнике 10, аппарате воздушного охлаждения 14 и с температурой 50°С выводится с установки.

На установке имеется система для регенерации катализатора, он должен периодически регенерироваться паровоздушным методом.

Образующиеся дымовые газы для охлаждения и очистки от оксида серы направляется в скруббер, орошаемый водой.[3]

 

 

 

 

 

Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов

 

На территории нефтеперерабатывающих заводов подлежат отведению производственные, атмосферные и бытовые сточные воды. Производственные сточные воды образуются в результате обезвоживания нефти, поступающей на переработку с содержанием воды до 2%, а иногда и более, и за счет воды, использованной при переработке нефти и ее продуктов.

Основное количество воды, в среднем 90% (с колебаниями от 88 до 92%), расходуется на конденсацию и охлаждение нефтепродуктов в поверхностных аппаратах (конденсаторах и холодильниках) через металлическую стенку, конденсацию пара, охлаждение цилиндров компрессоров и рубашек насосов. Вода при этом только нагревается до 45 °С, а не загрязняется, так как не соприкасается с нефтью и нефтепродуктами. Однако при неисправности аппаратуры, неплотности фланцевых соединений и т.д. в воду может попасть некоторое количество нефтепродуктов. Вода, применяемая для конденсации и охлаждения нефтепродуктов через металлическую стенку, относится к группе условно чистых вод и должна быть полностью использована для оборотного водоснабжения.

Расход воды на конденсацию пара для создания вакуума в барометрических конденсаторах смешения вакуумных колонн атмосферно-вакуумных трубчаток (АВТ) путем непосредственного соприкосновения воды с парами нефтепродуктов и газов составляет в среднем 2,5%. Вода, нагреваясь, загрязняется нефтепродуктами, а при переработки сернистой нефти еще и сероводородом.