Установка селиктивной очистки масел

Водород получается из природного газа путём паровой конверсии метана. Материальный баланс этого процесса, составленный с помощью литературного источника [28], представлен в таблице 6.13.

 

Таблица 6.13 – Материальный баланс установки получения водорода

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на сырьё	Количество, кг/ч
ПРИХОД:
природный газ	2,233	41,563	6262,03
водяной пар	3,138	58,437	8804,33
Итого:	5,371	100,000	15066,36
РАСХОД:
водород	0,850	15,823	2383,95
метан	0,235	4,370	658,4
монооксид углерода	2,101	39,126	5894,86
диоксид углерода	2,185	40,681	6129,15
Итого:	5,371	100,000	15066,36

 

6.11 Материальный баланс производства сульфонатной присадки с-150

 

Часть депарафинированного масла №2 (5000 кг/ч) направляется на производство сульфонатной присадки С-150 в количестве 2343,8 кг/ч (18750,4 т/год). Материальный баланс производства этой присадки, составленный на основе данных, полученных в ОАО «Нафтан», представлен в таблице 6.14.

 

Таблица 6.14 – Материальный баланс производства присадки С-150

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на сырьё	Количество, кг/ч
ПРИХОД:
депарафинированное масло №2	1,614	58,662	5000
масло-разбавитель	0,252	9,166	781,2
серный ангидрид	0,706	25,664	2187,4
аммиак	0,045	1,650	140,6
гидроксид кальция	0,096	3,483	296,8
диоксид углерода	0,038	1,375	117,4
Итого:	2,751	100,000	8523,4
РАСХОД:
компонент С-150	0,504	18,332	1562,5
масло-разбавитель	0,252	9,166	781,3
кислый гудрон	0,212	7,699	656,2
нейтральное масло	1,153	41,888	3570,3
сульфонат аммония	0,504	18,332	1562,5
потери	0,126	4,583	390,6
Итого:	2,751	100,000	8523,4

6.12 Материальный баланс производства серного ангидрида и серной кислоты

 

На производство серного ангидрида и серной кислоты, согласно поточной схеме маслоблока, направляется сероводород с установок гидродоочистки масел, гидроочистки парафинов, гидрокрекинга и каталитической депарафинизации. Совокупность процессов, протекающих при получении серного ангидрида, можно выразить при помощи суммарного уравнения реакции:

                                                  Н₂S + 2О₂ →  SO₃ + Н₂О

Необходимо получить 2190 кг/ч SO₃ для производства присадки С-150. Для этого потребуется следующее количество сероводорода и кислорода:                          

G(H₂S) = 2190∙34/80 = 930,75 кг/ч

G₁(O₂) = 2190·32·2/80 = 1752 кг/ч

Совокупность процессов, протекающих  при получении серной кислоты, можно  выразить при помощи суммарного уравнения реакции:

Н₂S + 2О₂ →  Н₂SO₄

По уравнению этой реакции рассчитывается  необходимое количество кислорода и количество образующейся серной кислоты:

G₂(O₂) = 32·2·(41,6 + 30,2 + 1563,5+ 44,7 – 930,75)/34 =1410,3 кг/ч

G(H₂SO₄) = 98∙(41,6 + 30,2 + 1563,5+ 44,7 – 930,75)/34 = 2159,6 кг/ч,

где 32, 34, 80, 98 – молярные массы (в кг/кмоль) О₂, Н₂S, SO₃, H₂SO₄ соответственно.

Результаты расчета материального  баланса производства серного ангидрида  и серной кислоты приведены в таблице 6.15.

 

Таблица 6.15 – Материальный баланс производства SO₃ и серной кислоты

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на сырьё	Количество, кг/ч
ПРИХОД:
сероводород (гидродоочистка масел №1)	0,015	2,486	41,6
сероводород (гидродоочистка масел №2)	0,011	1,865	30,2
сероводород (гидроочистка парафина)	0,003	0,483	3,1
сероводород (гидрокрекинг)	0,541	92,542	1563,5
сероводород (MSDW)	0,015	2,624	44,7
кислород	1,099	188,191	3162,3
Итого:	1,684	288,191	4842,3
РАСХОД:
серный ангидрид	0,706	120,857	2034,1
серная кислота	0,819	140,125	2159,6
вода	0,159	27,209	648,6
Итого:	1,684	288,191	4842,3

 

6.13 Материальный баланс маслоблока в целом

 

Материальный баланс маслоблока НПЗ  в целом, составленный на основе данных таблиц 6.1 – 6.15, представлен в таблице 6.16.

 

Таблица 6.16 – Материальный баланс маслоблока НПЗ

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на мазут	Количество, кг/ч
ПРИХОД:
мазут (выше 360ºС)	60,526	100,000	175000
кислород (воздуха)	1,681	2,778	4845,6
природный газ	2,233	3,688	6262,03
водяной пар	3,138	5,185	8804,33
масло-разбавитель	0,252	0,416	781,3
аммиак	0,045	0,075	140,6
гидроксид кальция	0,096	0,159	296,8
Итого:	67,971	112,301	196130,66
РАСХОД:
БАЗОВЫЕ МАСЛА:	21,990	36,333	63254,7
базовое масло №1	4,726	7,809	13664,9
базовое масло №2	2,670	4,412	7393,8
базовое масло №3	4,720	7,799	13647,6
базовое масло №4	6,206	10,253	17943,3
базовое масло №5	3,668	6,060	10605,1
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРОДУКТЫ:	23,405	38,672	67624,9
парафин марки Т2	0,984	1,627	2846,9
битум	20,846	34,442	60274,6
присадка С-150	0,756	1,250	2343,8
серная кислота	0,819	1,353	2159,6
ДРУГИЕ ПРОДУКТЫ:	20,889	34,862	61306,31
углеводородные газы, в т.ч.	0,992	1,637	2852,2
газы (гидродоочистка  №1)	0,024	0,039	69,4
газы (гидродоочистка  №2)	0,016	0,027	45,3
газы (гидроочистка парафина)	0,005	0,008	23,1
газы (гидрокрекинг)	0,464	0,766	1340,1
газы (MSDW)	0,248	0,409	715,9
метан	0,235	0,388	658,4
оксиды углерода, в т.ч.	4,248	7,019	12024,01
монооксид углерода	2,101	3,472	5894,86
диоксид углерода	2,147	3,547	6129,15
топливные фракции, в т.ч.	13,833	22,856	39992,5
лёгкий вакуумный газойль	3,026	5,000	8750
бензин (гидрокрекинг)	4,249	7,020	12284,7
газойль (гидрокрекинг)	5,536	9,147	16007,4
бензин (MSDW)	0,541	0,895	1566,1
дизельное топливо (MSDW)	0,387	0,639	1118,6
отгон (гидродоочистка  №1)	0,048	0,079	138,7
отгон (гидродоочистка  №2)	0,036	0,059	98,1
отгон (гидроочистка парафина)	0,010	0,017	28,9
вода	0,159	0,263	648,6
нейтральное масло	1,153	1,904	3570,3
кислый гудрон	0,212	0,350	656,2
сульфонат аммония	0,504	0,833	1562,5
ПОТЕРИ	1,475	2,434	3944,75
Итого:	67,971	112,301	196130,66

 

Таким образом, мощность маслоблока НПЗ по базовым маслам составляет 63254,7 кг/ч, или 506037,6 т/год.

 

 

 

7 РАСЧЁТ ЭКСТРАКЦИОННОЙ КОЛОННЫ

 

Экстракция сырья растворителем  в заводских условиях протекает  по принципу противотока либо в колоннах, либо в аппаратах ступенчатой экстракции [12].

В промышленной практике селективной  очистки масляных фракций фурфуролом и N-метилпирролидоном применяют  роторно-дисковые контакторы (РДК), которые имеют ряд преимуществ перед экстракционными колоннами (см. п.5).

7.1 Материальный баланс РДК

 

Фракция 420 – 500ºС западно-сургутской нефти в количестве 24763,7 кг/ч, являющаяся сырьём установки селективной очистки масляных фракций N-метилпирролидоном, подвергается деаэрации в вакууме в присутствии водяного пара, а затем поступает в нижнюю часть РДК. В верхнюю часть контактора подаётся сухой  N-метилпирролидон; кратность растворителя к сырью составляет 2:1 [10, 29]. Сверху РДК выводится рафинатный раствор, содержащий 15% масс. N-метилпирролидона [14], а снизу выводится экстрактный раствор.

Материальный баланс РДК, рассчитанный на основании вышеуказанных данных, представлен в таблице 7.1.

 

Таблица 7.1 – Материальный баланс РДК

Статьи	% масс. на нефть	% масс. на сырьё	Количество, кг/ч	Состав растворов, % масс.
ПРИХОД:
фракция 420 – 500ºС	8,565	100	24763,7	–
N-метилпирролидон	17,130	200	49527,4	–
Итого:	25,695	300	74291,1	–
РАСХОД:
рафинатный раствор, в т. ч.	5,607	65,467	16212,1	100,00
рафинат	4,766	55,649	13780,7	85,00
N-метилпирролидон	0,841	9,818	2431,4	15,00
экстрактный раствор, в т. ч.	20,088	234,533	58079,0	100,00
экстракт	3,799	44,351	10982,9	18,91
N-метилпирролидон	16,289	190,182	47096,1	81,09
Итого:	25,695	300	74291,1	–

 

7.2 Тепловой баланс РДК

 

Процесс экстракции протекает при  атмосферном давлении, равном 101,325 кПа. Согласно литературным данным [29; 30], принимаем следующий температурный режим РДК:

• температура верха: 70ºС;
• температура низа: 55ºС;
• температура ввода сырья: 48ºС;
• температура подачи растворителя: 74ºС (на 4-8ºС выше, чем температура уходящего рафинатного раствора [21]).

Таким образом, температурный градиент экстракции в данном случае составляет 70 – 55 = 15ºС. Температура в верхней  части РДК регулируется температурой подачи сухого растворителя, а температура в нижней части частично регулируется температурой ввода сырья. Кроме того, для создания необходимого температурного градиента в контакторе, а также для повышения чёткости разделения и увеличения выхода рафината в нижнюю часть РДК подаётся некоторое количество охлаждённого экстрактного раствора (рециркулята), имеющего температуру 35ºС.

Пренебрегая потерями тепла в окружающую среду, можно записать в общем  виде уравнение теплового баланса:

,                                           

где Q_ввода – общее количество тепла, вводимое в РДК с сырьём, с растворителем и с рециркулятом при 35ºС;

  Q_вывода – общее количество тепла, которое выводится из РДК с рафинатным и экстрактным растворами, а также с рециркулятом (55ºС).

Плотности и  энтальпии N-метилпирролидона, а также рафинатного и экстрактного растворов в парообразном и жидком состоянии при различных температурах и давлениях, необходимые для последующих расчётов, определяются при помощи справочной системы программы РRO/II 5.61 with PROVISION фирмы SIMSCI.

 

ПРИХОД ТЕПЛА:

 

1) Тепло, вводимое с сырьем, находится по формуле [31]:

                                                ,                                      

где G_С – количество сырья, кг/ч;

   – энтальпия сырья в жидком состоянии при 48ºС, кДж/кг.

Энтальпия жидкости рассчитывается по формуле:

                                                     ,                                           

где а = 84,98 кДж/кг при 48ºС (см. приложение 14 [31]).

Плотность фракции 420 – 500°С западно-сургутской нефти при 20°С составляет 921 кг/м³. Относительную плотность этой фракции при 15°С можно определить по формуле:

                                            ,