Расчет сложной атмосферной колонны цеха АТ

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….6

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР………………………………………………….8

1.1.   СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПЕРЕГОНКИ…………………………8

1.2.   МЕТОДЫ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ………………………………...10

1.2.1. Перегонка нефти с однократным, многократным и постепенным испарением…………………………………...10

1.2.2. Перегонка нефти  в присутствии испаряющегося  агента….12

1.2.3. Перегонка нефти  в вакууме…………………………………14

1.2.4. Азеотропная и  экстрактивная ректификация………………14

1.3.  РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ КОЛОННЫ…………………………...17

1.3.1. Устройство и принцип действия ректификационных

колонн………………………………………………………...17

1.3.2. Типы ректификационных  колонн…………………………...19

1.4.  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УСТАНОВОК ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ……………………………………………...22

1.4.1. Атмосферные установки…………………………………….22

1.4.2. Вакуумные установки………………………………………..26

1.4.3. Атмосферно-вакуумная  установка………………………….28

1.4.4. Комбинированная  установка первичной переработки 

нефти………………………………………………………….31

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………...32

2.1. Технологическая схема  установки…………………………………32

2.2. Материальный баланс установки…………………………………..32

2.3. Описание атмосферной колонны…………………………………..41

2.4. Физические характеристики по  высоте колонны…………………42

2.4.1. Давление……………………………………………………...42

2.4.2. Плотность и молекулярный  вес……………………………..43

2.4.3. Температура…………………………………………………..45

2.5. Доля отгона сырья  на входе в колонну…………………………….51

2.6. Тепловой баланс колонны…………………………………………..53

2.7. Внутренние материальные потоки  в колонне……………………..55

2.7.1. Верхнее сечение  колонны…………………………………...55

2.7.2. Среднее сечение  колонны…………………………………...60

2.7.3. Нижнее сечение колонны……………………………………63

2.8. Диаметр колонны……………………………………………………66

2.9. Уточнение температур  вывода боковых фракций………………...69

2.9.1. Уточнение температуры вывода керосина…………………69

2.9.2. Уточнение температуры вывода  дизтоплива………………72

2.10. Расчет стриппинг-секций………………………………………….75

2.10.1. Расчет стриппинг-секции  керосина………………………..76

2.10.2. Расчет стриппинг-секции дизтоплива……………………..78

2.9.1. Уточнение температуры вывода керосина…………………69

2.9.2. Уточнение температуры вывода  дизтоплива………………72

2.10. Расчет стриппинг-секций………………………………………….75

2.10.1. Расчет стриппинг-секции  керосина………………………..76

2.10.2. Расчет стриппинг-секции дизтоплива……………………..78

2.11. Высота колонны……………………………………………………81

2.12. Диаметры штуцеров………………………….……………………82

2.12.1. Ввод сырья в  колонну………………………………………83

2.12.2. Вывод бензина………………………………………………83

2.12.3. Вывод мазута………………………………………………..84

2.12.4. Ввод водяного пара…………………………………………84

2.12.5. Вывод первого циркуляционного орошения……………...85

2.12.6. Ввод первого циркуляционного  орошения……………….85

2.12.7. Вывод второго циркуляционного орошения……………...85

2.12.8. Ввод второго циркуляционного орошения………………..86

2.12.9. Вывод дизтоплива  в стриппинг……………………………86

2.12.10. Ввод паров из  стриппинга дизтоплива…………………..87

2.12.11. Вывод керосина  в стриппинг……………………………..87

2.12.12. Ввод паров из  стриппинга керосина……………………..87

2.12.13. Ввод водяного  пара в стриппинг керосина……………...88

2.12.14. Вывод керосина  из стриппинга ………………………….88

2.12.15. Вывод паров из  стриппинга керосина……………………88

2.12.16. Ввод водяного пара в стриппинг дизтоплива……………89

2.12.17. Вывод дизтоплива из стриппинга …………………..89

_{2.12.18. Вывод паров из стриппинга дизтоплива……………90}

_{ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Кривые ИТК и ОИ………………………………………91}

_{СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………….92}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Нефтеперерабатывающая промышленность относится к числу  стратегически важных отраслей хозяйства  многих стран мира. В последние  годы в мировой нефтеперерабатывающей промышленности происходили заметные концептуальные, территориальные, структурные сдвиги. Основными факторами развития нефтеперерабатывающей промышленности являются: рост экономики по регионам мира, требования экологического характера, объемы поставок и качественные характеристики исходного сырья – сырой нефти. Для современной нефтеперерабатывающей промышленности мира характерны рост суммарных мощностей и объемов переработки, снижение уровня показателей рентабельности, рост удельных капиталовложений, вызванный требованиями к охране окружающей среды и необходимостью перерабатывать сырье с худшими качественными показателями.

Мировые мощности по переработке  нефти с 1990 г. традиционно превышают мировые объемы добычи нефти. [1]

Основным процессом  нефтепереработки является процесс первичной перегонки нефти.

Из сырой нефти непосредственно  одним процессом нельзя получить ни один товарный нефтепродукт (за исключением  газов), все они получаются последовательной обработкой на нескольких установках. Первой в этой цепочке всегда стоит установка ЭЛОУ-АВТ, поэтому от качества работы этой секции  будет зависеть работа всех остальных звеньев технологической цепочки [5].

Установки первичной  переработки нефти составляют основу всех НПЗ. На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырья для вторичных процессов и для нефтехимических производств. От работы АВТ зависят выход и качество компонентов топлив и смазочных масел и технико-экономический показатель последующих процессов переработки нефтяного сырья.[4]

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие  большое практическое значение. В  результате первичной перегонки  нефти при атмосферном давлении получаются следующие продукты:

 

 

 

 

 

 

 

1. Сжиженный углеводородный газ, состоящий в основном из пропана и бутана. Количество продукта зависит от того, насколько глубоко была стабилизирована нефть на промысловых установках. При переработке нефти с большим содержанием газа пропан-бутановая фракция выводится с перегонной установки не только в жидком, но и в газообразном виде. После очистки от сернистых соединений прямогонный сжиженный газ может использоваться как бытовое топливо. Углеводородный газ является также сырьем газофракционирующих установок.
2. Бензиновая фракция. Перегоняется в пределах 30—180 °С. Используется в качестве компонента товарного автобензина, как сырье установок каталитического риформинга. Узкие фракции прямогонного бензина, полученные на установках и блоках вторичной перегонки, являются сырьем для выработки индивидуальных ароматических углеводородов—бензола, толуола, ксилолов.
3. Керосиновая фракция. Перегоняется в пределах 120—315 °С, в зависимости от того, для какой цели применяется керосин: в качестве топлива реактивных авиационных двигателей, для освещения или как горючее для тракторных карбюраторных двигателей. Керосиновая фракция нуждается в очистке от сернистых соединений, которую проводят на специальных установках гидроочистки.
4. Дизельная фракция. Перегоняется в пределах 180—350 °С. Ранее дизельную фракцию называли атмосферным газойлем. Фракция используется как топливо для дизельных двигателей, установленных на автомобилях, тракторах, тепловозах, судах морского и речного флота. Дизельная фракция, полученная из сернистых нефтей, нуждается в очистке от серы, которая проводится с применением гидрогенизационного метода.
5. Мазут. Перегоняется при температуре выше 350 °С. Используется в качестве котельного топлива, является сырьем установок термического крекинга.[6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

1.1.   СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПЕРЕГОНКИ

 

Дистилляцией или перегонкой называется процесс разделения смеси взаимно растворимых жидкостей на фракции, которые отличаются по температурам кипения как друг от друга, так и от исходной смеси. При перегонке смесь нагревается до кипения и частично испаряется. Получаемые пары отбираются и конденсируются. Перегонкой получают дистиллят и остаток, которые по составу отличаются от исходной смеси.

Перегонка может быть осуществлена однократным, многократным или постепенным испарением

При однократном испарении  взаимно растворимых жидкостей и последующей конденсации паров получают две фракции: легкую, в которой содержится больше низкокипящих фракций, и тяжелую, в которой содержится меньше низкокнпящих фракций, чем в исходном сырье. Следовательно, при перегонке происходит обогащение одной фазы низкокипящими, а другой – высококипящими компонентами. Однако достичь требуемого разделения компонентов нефти и получить конечные продукты, кипящие в заданных температурных интервалах, с помощью перегонки нельзя. Поэтому после однократного испарения нефтяные пары подвергаются ректификации.

Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости,

Контактирование паров и жидкости осуществляется в вертикальных цилиндрических аппаратах – ректификационных колоннах, снабженных специальными устройствами — ректификационными  тарелками или насадкой, — позволяющими создать тесный контакт между паром, поднимающимся вверх по колонне, и жидкостью, стекающей вниз.

В среднюю часть в  виде пара, жидкости или парожидкостной смеси подается сырье, которое необходимо разделить на две части – высококипящую и низкокипящую. В простейшем случае исходное сырье состоит из двух компонентов (например, бензола и толуола, бутана и изобутана и др.). Однако чаще сырье представляет собой многокомпонентную смесь, которую с помощью ректификации надо разделить на два продукта, один из которых содержит в основном низкокипящие компоненты, а другой — высококипящие.

 

 Зона, в которую подается  сырье, носит название эвапорационной, так как а ней происходит эвапорация — однократное испарение нагретой в печи или теплообменнике смеси на паровую и жидкую фазы. В некоторых случаях эвапорационная зона отделена от колонны, и эвапорация производится в самостоятельном аппарате. Однако у большинства колонн, в частности на установках первичной перегонки, однократное испарение и ректификация совмещаются.

Принцип работы промышленной ректификационной колонны аналогичен лабораторной. В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку проходят четыре потока:

• жидкость—флегма, стекающая с вышележащей тарелки;
• пары, поступающие с нижележащей тарелки;
• жидкость-флегма, уходящая на нижележащую тарелку;
• пары, поднимающиеся на вышележащую тарелку.

Пары и жидкость, поступающие  на тарелку, не находятся в состоянии  равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому состоянию. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадает в зону более низкой температуры и часть высококипящего продукта из этого потока конденсируется, переходя в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего – повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется. Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода — отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты — ректификат, а с низа — жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части из этой жидкости окончательно отпаривается низкокипящий компонент. В виде жидкости с низа этой части колонны выводится второй целевой компонент — остаток.

Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с верха колонны на нижележащие тарелки непрерывно стекала жидкость (флегма). Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку колонны в виде так называемого орошения. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно поднимались пары. Чтобы создать в колонне паровой поток, часть уходящего из колонны остатка подогревается, испаряется и возвращается обратно в колонну.[6]

 

1.2.   МЕТОДЫ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ

 

1.2.1. Перегонка нефти  с однократным, многократным и  постепенным испарением

 

При перегонке с однократным  испарением нефть нагревают в  змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая.