Деасфальтизация пропаном

Введение

Интерес к процесса переработки  нефти для получения различных  ценных продуктов появился в первой половине ХIХ века. Бурное развитие нефтеперерабатывающей промышленности начинается с 60-х годов ХIХ века. В 1869 году в Баку уже существовало около 23 нефтеперерабатывающих заводов, а к 1876 году их число возросло до 123. В тот период основной целью  таких заводов было производство керосина, а мазуты, гудроны и  многие другое фракции не нашли применения.

Нефть подвергается переработке с  целью получения из нее разнообразных  нефтепродуктов, которые используются в качестве целевых продуктов, а  так же сырья для дальнейшей переработки.

При перегонке нефти получают фракции:

1. фракция, собираемая от 40 до 200є  С (газойлевая фракция бензина)

2. фракция с началом кипения  180є С (бензин)

3. фракция 180-240є С (керосин)

4. фракция 240-350є С (дизельное  топливо)

5. фракция 350-500є С (мазут)

6. фракция выше 500є С (гудрон).

Гудрон - чёрная смолистая масса, получающаяся после отгона из нефти топливных  и масляных фракций. Выход гудрона  из различных нефтей 15--30% (считая на нефть). Главные составные части  гудрона масла, не отогнавшиеся при  перегонке нефти, нефтяные смолы, твёрдые  асфальтообразные вещества (асфальтены, карбоны, карбиды), смолистые вещества кислотного характера (асфальтогеновые  кислоты и их ангидриды).

Одним из назначений гудрона является применение его как сырья на установках деасфальтизации. Деасфальтизация - извлечение из остаточных продуктов переработки  нефти (гудронов) растворенных в них  асфальтено-смолистых (сложная смесь  высокомолекулярных соединений гибридной  структуры, включающую в состав молекулы азота, серы, кислорода, а также некоторые  металлы) веществ. Целевым продуктом  процесса являются деасфальтизаты (сырье  для производства остаточных масел) и битум деасфальтизации (побочный продукт двухступенчатого процесса -- имеет высокую температуру размягчения, его можно использовать в качестве компонента сырья для производства нефтяных битумов твердых марок).

Цель курсового проекта.

Изучение назначения процесса одноступенчатой  деасфальтизации гудрона жидким пропаном, его технологический режим, нормы технологического режима, требования к сырью и готовой продукции. Рассчитать материальный и тепловой балансы установки. Знать влияние  процесса одноступенчатой деасфальтизации  на здоровье человека и окружающую среду.

1. Технологическая часть

1.1 Назначение и краткая характеристика процесса деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Деасфальтизация - извлечение из остаточных продуктов переработки нефти  растворенных в них асфальтено-смолистых  веществ. Сырьем процесса деасфальтизации  является гудрон (продукт прямогонных  топочных мазутов). Продуктами деасфальтизации  являются деасфальтизат в дальнейшем перерабатываемый в остаточные масла, битум деасфальтизации - побочный продукт  процесса, имеет высокую температуру размягчения, и используется в качестве сырья в производстве нефтяных битумов.

Деасфальтизация остатков нефти углеводородными  растворителями применяется для  выделения масляных фракций нефти, которые после последующей очистки  растворителями применяется в качестве основы для производства моторных, авиационных, трансмиссионных, компрессорных  и других масел. Другим назначением  процесса является подготовка высокомолекуляр6ных  фракций нефти к глубокой переработке, процессами гидроочистки и каталитического  крекинга.

Освобождение остатков нефти от основной массы растворенных или  диспергированных (тонко измельченные твердые и жидкие тела) в них  асфальтено-смолистых веществ можно  производить следующими путями:

2. Деасфальтизация при помощи серной кислоты

Этот метод применяют особенно в сочетании с последующей  контактной очисткой отбеливающими  землями, в производстве остаточных масел из малосмолистых нефтей. Однако необходимость затраты больших  количеств серной кислоты и в  связи с этим огромные отходы в  виде трудно утилизируемого кислого  гудрона приводят к большим эксплуатационным затратам и потерям, что делает этот процесс малоэффективным.

деасфальтизация гудрон тепловой сырье

3. Деасфальтизация при помощи сжиженных низкомолекулярных алканов

Этот метод широко используется для производства остаточного масляного  полуфабриката - деасфальтизата, используемого  в дальнейшем для производства остаточного  масла, а так же для получения  сырья каталитического крекинга или гидрокрекинга.

Для подготовки остатков к глубокой переработке чаще всего используют следующие растворители: пропан, бутан, в некоторых случаях смеси  пропана и бутана, бутана и пентана, а так же легкий бензин. Деасфальтизация  направленная на выделение остаточных масляных фракций нефти, осуществляется исключительно с использованием пропана. Преимуществами пропана перед  другими растворителями является возможность  отбора оптимального количества масляных фракций достаточно хорошего качества и проведение процесса при умеренных  температурах и давлении, не последнюю  роль играет так же дешевизна и  доступность растворителя.

3.1 Теоретические основы процесса деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Эффективность очистки остатков нефти  от смолистых веществ индивидуальными  избирательными растворителями невысока даже при их кратности к сырью. Объясняется это тем, что не все  компоненты асфальтено-смолистых веществ  хорошо растворяются в избирательных  растворителях. Для удаления асфальтено-смолистых  веществ используют растворители типа сжиженного пропана.

В процессе деасфальтизации идут одновременно два процесса:

- коагуляция и осаждение асфальтено-смолистых  веществ (уходящих с асфальтом);

- экстракция углеводородов (уходящих  с деасфальтизатом);

Область температур, в которой смолы  легко отделяются от раствора углеводородов  масла в пропане, лежит в пределах 50 - 85°С.

Верхний предел температур ограничен  критической температурой сжижения пропана (98,6°С). Чем ближе температура  процесса к критической, тем меньше растворяющая способность жидкого  пропана и тем хуже растворяются в нем углеводороды масла, частично осаждаясь вместе со смолами. Происходит это потому, что с приближением температуры раствора к области  критического состояния данного  растворителя резко снижается его  плотность и, следовательно, резко  увеличивается мольный объем. В  результате изменяются силы притяжения между молекулами растворителя и углеводородов, что приводит к снижению растворимости. Выход масла вследствие этого снижается. Зависимость выделения наиболее высокомолекулярных компонентов концентрата нефти из раствора в пропане от его плотности (рис. 1) прямолинейна при обычных температурных условиях процесса деасфальтизации.

Рис. 1 Зависимость выхода асфальта из концентрата нефти от плотности  пропана; кратность пропана 8:1.

Растворимость углеводородов масляного  сырья в пропане в области  повышенных температур (75 - 90°С) уменьшается  с увеличением их плотности и  молекулярной массы. Наоборот, при понижении  температуры растворяющая способность  жидкого пропана растет, и уже  к 40°С смолы частично растворяются в пропане, отчего качество очищенного масла ухудшается. Смолы и особенно асфальтены - наименее растворимые  в жидком пропане компоненты сырья; на этом основано использование пропана  как деасфальтизирующего растворителя.

Вблизи критической температуры  образуются два раствора: насыщенный раствор углеводородов в пропане  и насыщенный раствор пропана  в углеводородах. За счет разделения этих растворов и осуществляется очистка исходного сырья. В пропане, прежде всего, растворяются желательные  компоненты, а в смеси нежелательных  компонентов остается небольшое  количество растворителя.

При смешении гудрона с пропаном первые порции его полностью растворяются в сырье. Количество растворителя, требуемое  для насыщения растворяемого  сырья, зависит от состава исходного  продукта и температуры. Чем больше исходный продукт содержит асфальтено-смолистых  веществ и углеводородов высокой  молекулярной массы и плотности, тем меньше растворителя требуется  для насыщения. Чем ниже температура, тем больше растворителя расходуется  на достижение насыщения.

Взаимодействие растворителя и  сырья происходит в колонном аппарате, причем пропан подается в них колонны  и поднимается вверх противотоком к более тяжелому сырью, подаваемому  вверх и спускающемуся вниз. В  верхней части колонны поддерживается температура 75 - 85°С, в нижней - 50 - 60°С. Создание разности температур между  верхом и низом колонны позволяет  более тщательно отделить смолы  и асфальтены от масла. Эта разность температур получила название градиент деасфальтизации, обычно равно 15-20°С.

Для поддержания пропана в сжиженном  состоянии процесс деасфальтизации  осуществляется под давлением 4,0 - 4,5МПа.

Необходимое соотношение растворителя и сырья определяется опытным  путем и зависит от содержания в сырье углеводородов. Чем выше их содержание, тем больше должно быть соотношение между объемом пропана  и объемом сырью от 4:1 до 8:1. Увеличение количества пропана до определенного  предела улучшает осаждение асфальтено-смолистых  веществ, а это, в свою очередь, благотворно  отражается на качестве деасфальтизата. С какого-то значения соотношения, разного  для каждого вида гудрона (в зависимости  от его происхождения), избыток пропана  частично растворяет нежелательные  компоненты, при этом выход деасфальтизата растет, но качество его ухудшается. (рис.2)

Рисунок 2. Зависимость выхода (1), коксуемости (2), и вязкости (3) деасфальтизата от объемного соотношения пропан:сырье.

С повышением соотношения пропан: сырье повышается и выход деасфальтизата, но качество его ухудшается так как  с повышением соотношения увеличивается  вязкость деасфальтизата и его коксуемость, что отрицательно влияет на чистоту  деасфальтизата, и в последующем  на остаточные масла, что не допустимо  в моторных, авиационных и компрессионных маслах.

3.2 Описание технологической схемы одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Сжиженный пропан, забираемый из приемника 11насосом 10, направляется через паровой  подогреватель 2 в нижнюю зону колонны 4. В средней части колонны пропан в восходящем потоке контактирует с опускающимися более нагретым гудроном и внутренним циркулятором. В зоне контактирования расположены тарелки жалюзийного или насадочного типа. Для равномерного распределения по поперечному сечению колонны гудрон и пропан вводятся в нее через распределители трубчатой конструкции с большим числом отверстий, обращенных вниз - для сырья, и вверх - для пропана.

Раствор деасфальтизата до выхода из колонны 4 нагревается в верхнем  встроенном подогревателе 5, и далее  отстаивается в самой верхней  зоне колонны 4 от выделившихся при  нагреве тяжелых фракций, так  называемых «смол».

Пройдя регулятор давления 4, раствор  деасфальтизата поступает в испаритель 14, обогреваемый водяным паром низкого  давления, а затем в испаритель 16, обогреваемый паром повышенного  давления.

Водяной пар вводится в трубные  печки испарителей 14 и 16. Температура  кипящего раствора в первом из них  менее высокая чем во втором. По пути из колонны 4 в испаритель 14 часть  пропана переходит в парообразное состояние вследствие вскипания  при снижении давления примерно с 0,4 до 2,4МПа.

Выходящий из испарителя 16 раствор  деасфальтизата, содержащий относительно небольшое количество пропана, обрабатывается в отпарной колонне 23 открытым водяным  паром. С верха этой колонны уходит смесь пропановых и водяных паров, а с низа - готовый деасфальтизат, направляемый насосом 21 через холодильник 22 в резервуар. Полноту удавления  пропана контролирует по температуре  вспышки деасфальтизата.

Битумный раствор, выходящий из деасфальтизационной колонны снизу, непрерывно поступает через регулятор  расхода 9 в змеевик печи 19. На выходе из этого змеевика значительная часть  пропана находится в парообразном состоянии. Пары отделяются от жидкости в горизонтальном сепараторе 20, работающем под давлением, что и испаритель 16. Остатки пропана отпариваются открытым водяным паром в битумной отпарной колонне 25. Битум деасфальтизации  откачивается с низа этой колонны  поршневым насосом 26, за которым  следует холодильник 27.

Пары пропана высокого давления по выходе из аппаратов 14, 16 и 20 поступают  через каплеотбойник 15 в конденсаторы-холодильники 13, 12. Сжиженный пропан отбирается в  приемнике 11. В конденсаторах-холодильниках 13, 12 пары пропана конденсируются по давлением, близком к рабочему давлению в аппаратах 16 и 20, то есть при 1,7 - 1,8 МПа. Этим достигается необходимый  температурный перепад между  теплоотдающей и охлаждающей  средами без применения компрессора.

Пары пропана низкого давления, выходящие в смеси с водяным  паром из отпарных колонн 23 и 25, освобождаются  от водяного пара в конденсаторе смешения 28 и затем, пройдя каплеуловитель 18, сжимаются компрессором 17

и направляются в конденсатор-холодильник 12а. Потери пропана восполняются подачей  его извне в приемник 11. Если пропан вводится в деасфальтизационную  колонну через два внутренних распределителя, то пропан, направляемый в расположенный выше распределитель, предварительно нагревают до более  высокой температуры по сравнению  с пропаном, подаваемым через нижний распределитель.

4. Основной реактор процесса одноступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном

Основной аппарат процесса деасфальтизации - экстракционная колонна (рисунок 4). Колонна  оснащена тарелками жалюзийного  типа. В верхней части колонны  расположена отстойная зона без  тарелок, которая снабжена четырьмя внутренними паровыми подогревателями 2. В колонне для равномерного распределения гудрона и пропана, по горизонтали имеются трубчатые  распределители с большим числом отверстий (распределители 4 для сырья, распределители 5 для пропана). Перед  вводом в колонну обе жидкости подогреваются до требуемой температуры. Внутренний подогреватель выполнен в виде нескольких параллельных змеевиков.