Установка деасфальтизации гудрона

Рост выхода деасфальтизата в конечном счете сопровождается увеличением выработки не только ценного остаточного масла, но и церезина, получение которого недавно освоено на стадии депарафинизации-обезмасливания остаточного рафината. В результате экономическая эффективность совершенствования процесса деасфальтизации становится еще более значимой.

 

1 Теоретические основы процесса

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

В процессе деасфальтизации  идут одновременно два процесса:

• коагуляция и осаждение асфальто-смолистых веществ (уходящих с асфальтом);
• экстракция углеводородов (уходящих с деасфальтизатом).

С ростом молекулярной массы растворителя увеличивается  его растворяющая способность, и поэтому уменьшается селективность процесса. Исходя из этого, наибольшее применение получил пропан.

При температурах, далеких от критической, сжиженный  пропан растворяет масляное сырье, т. к. растворимость последнего обусловлена только дисперсионным взаимодействием. Однако свойства пропана существенно изменяются при приближении условий к критическим.

Критическая температура вещества - это максимальная температура, при которой жидкая и паровая фазы могут сосуществовать в равновесии.

При температурах, близких к критической температуре  пропана (96,8°С), растворимость составных частей масляного сырья уменьшается. Происходит это потому, что с приближением температуры раствора к области критического состояния данного растворителя резко снижается его плотность и, следовательно, резко увеличивается мольный объем. Эти же показатели для высокомолекулярных углеводородов сырья изменяются относительно мало.

В результате уменьшаются силы притяжения между  молекулами растворителя и углеводородов, что приводит к снижению растворимости. Зависимость выделения наиболее высокомолекулярных компонентов концентрата нефти  из раствора в пропане от его плотности (рис. 1) прямолинейна при обычных температурных условиях процесса деасфальтизации.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4 - Зависимость выхода асфальта из концентрата нефти от плотности пропана; кратность пропана 8:1 (об.).

Растворимость углеводородов масляного сырья  в пропане в области повышенных температур (75 — 90°С) уменьшается с увеличением их плотности и молекулярной массы. Смолы и особенно асфальтены — наименее растворимые в жидком пропане компоненты сырья; на этом основано использование пропана как деасфальтирующего растворителя.

Вблизи критической  температуры образуется 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 разделяемого сырья, зависит от состава исходного продукта и температуры. Чем больше исходный продукт содержит АСВ и углеводородов высокого молекулярного веса и плотности, тем меньше растворителя требуется для насыщения. Чем ниже температура, тем больше растворителя расходуется на достижение насыщения [2].

 

2  Выбор и обоснование  технологии осуществления процесса

Остаточное  сырье (полугудрон или гудрон ) насосом 1 прокачивается через паровой подогреватель 2, в котором оно нагревается до необходимой температуры (100-150 °С) и поступает в деасфальтизационную колонну выше её середины (Р = 3,7-4,0 МПа) (рис. 2).

Сжиженный пропан из ёмкости 8 забирается насосом 9, прокачивается через паровой подогреватель 10 и подается в нижнюю часть колонны деасфальтизации 3. Пропан, поднимаясь вверх, контактирует в противотоке с опускающимся тяжелым маслом. Раствор деасфальтируе-мого масла, содержащий основное количество пропана (около 85 % маc. пропана и 15% маc. деасфальтизата) выводится сверху колонны 3. Далее он проходит через горизонтальные испарители 4, обогреваемые паром низкого давления, в которых при температуре 50-100 °С и давлении 2,2-2,3 МПа, отделяется около половины всего пропана.

Затем деасфальтизат  поступает в испарители 5, обогреваемые паром высокого давления. В этих испарителях выделение пропана осуществляется при температуре 150-170 °С под давлением 1,5-2,0 МПа. Далее раствор деасфальтизата направляется в колонну 13, в которой пропан отгоняется от масла открытым водяным паром под давлением 0,15 МПа. Готовое деасфальтированное масло V откачивается снизу отпарной колонны 13. Асфальтовый раствор снизу колонны 3, содержащий до 35% мае. пропана) поступает в однопоточную печь 11 и после нагрева в ней до 220-250 °С через испарительную емкость 12, где под давлением испаряется основная часть пропана, в отпарную колонну 16. Остатки пропана отпариваются открытым паром III в атмосферной отпарной колонне 16. Асфальт откачивается снизу колонны 16 насосом 17 и через холодильник 18 направляется в товарный парк. Пары пропана из испарителей 4,5 и емкости 12 направляются в воздушный конденсатор - холодильник 6. Затем пропан через водяной холодильник 7 поступает в емкость 8 для сбора сжиженного пропана II. Пары пропана низкого давления из отпарных колон 13 и 16 освобождаются от водяных паров в конденсаторе смешения 19 и через дренажную емкость 20, в которой пары пропана отделяются от жидкого пропана, поступают в линию компрессора 21, а затем через холодильники 22 и 7 - в емкость 8.

 

 

 

3  Характеристика  качества целевых продуктов, катализаторов,  побочных продуктов.

Эффективность деасфальтизации зависит от глубины отбора масляных фракций при вакуумной перегонке мазута — содержания в гудроне фракций до 500°С. Низкомолекулярные фракции деасфальтизата более растворимы в пропане в области температур, близких к критической, чем высокомолекулярные. Кроме того, вследствие влияния дисперсионных сил низкомолекулярные фракции действуют как промежуточный растворитель, повышающий растворимость в пропане высококипящих фракций и смолистых веществ. Это затрудняет их отделение. Обычно сырье широкого фракционного состава деасфальтируется хуже, чем сырье, освобожденное от легких фракций. В частности, деасфальтизаты масляных нефтей, полученные из более концентрированного сырья (без фракций до 500°С), имеют меньшую коксуемость и менее интенсивную окраску, чем деасфальтизаты с нижекипящими фракциями.

Эффективность процесса деасфальтизации оценивают по такому показателю как коксуемость. По коксуемости можно приблизительно оценить выход получаемого деасфальтизата. Для этой цели Б. И. Бондаренко предложил следующее эмпирическое уравнение [2]:

Y=94-4X + 0,1(X-10)²,

где Y- выход деасфальтизата с коксуемостью 1,1 — 1,2% (масс.) на сырье;

X - коксуемость исходного  сырья (концентрата, гудрона), составляющая от 4 до 18% (маcc).

Сырьем проектируемой  установки является гудрон .

Характеристика гудрона приведена в табл. 3.1

 

 

 

Таблица 3.1. - Характеристика гудрона

Фракция		ВУ100	Мr	Тзаст	Твспышки	Коксуемость, %	Содержание S, %
>470	0,9394	1,7	30	5	300	9,9	0,63

 

В процессе деасфальтизации  получают деасфальтизат и асфальт.

Определим выход  получаемого деасфальтизата по формуле  Б. И. Бондаренко:

Y= 94 – 4∙9,9 + 0,1∙ (9,9 - 10)² = 54,4% (масс.)

Молекулярную  массу деасфальтизата определим, используя  график [4]: М_деасф. = 500.

Характеристика  деасфальтизата приведена в табл. 3.2.

Таблица 3.2 - Характеристика деасфальтизата 

Выход на реакцию, %		ν100, сСт	Mr	Коксуемость, %
54,4	0,926	63,8	500	1,1-1,2

 

Относительную плотность битума найдем по соотношению:

 

где X — процент  деасфальтизата в сырье; — относительные плотности соответственно сырья, битума и деасфальтизата.

 

 

Тогда для  битума: = 0,956.

Молекулярную  массу битума найдем по соотношению:

 

где X — процент  деасфальтизата в сырье; М — молекулярные массы соответственно сырья, битума и деасфальтизата.

 

Тогда для  битума: М_битум = 570.

Характеристика битума приведена в табл. 3.3.

Таблица 3.3 - Характеристика битума

 

Выход на фракцию, %		Mr
45,6	0,956	570

 

На большинстве  промышленных установок деафальтизации применяют пропан 95 - 96% чистоты.

Характеристика  растворителя приведена в табл. 3.4.

Таблица 3.4 - Характеристика пропанового растворителя

Компонент	Мr	Ткип, ○С	Масс. Доля, Хi	Мол. Доля, X’i
С2Н6	30	-88,5	0,030	0,044
С3Н8	44	-42.1	0,956	0,948
С4Н10	58	-0,5	0,014	0,008
Сумма:			1,000	1,000

Необходимая кратность пропана к сырью при осаждении смолисто-асфальтеновых веществ зависит от концентрации желательных углеводородов в сырье. Для малосмолистого сырья с высоким содержанием парафино-масляных компонентов требуется более высокая кратность пропана, чем для сырья, богатого смолисто-асфальтеновыми веществами.

Обычно при использовании малосмолистого сырья соотношение пропан : сырье поддерживается на уровне 8:1 (по объему), а при использовании смолистой нефти это соотношение составляет 4:1 (по объему).

Процесс деасфальтизации  проводится в интервале температур 50—85 °С, так как до 40—50°С нейтральные смолы, хотя и плохо, но растворяются в пропане, а при температуре 90°С, близкой к критической температуре пропана (96,8°С), многие ценные углеводороды не растворяются в нем и выпадают вместе со смолами.

Для более полного  извлечения углеводородов из сырья внизу колонны поддерживают температуру в пределах 50—65°С. Чтобы более полно удалить из раствора деасфальтизата (легкой фазы) смолистые вещества, температуру его вверху колонны доводят до 75—88°С. Перепад температуры в колонне (температурный градиент деасфальтизации) создается не только нагревом до определенных температур пропана и сырья, вводимых в колонну, но и сообщением тепла раствору деасфальтизата в верхнем подогревателе—внешнем или внутреннем.

Температура вверху колонны  определяет качество получаемого деасфальтизата, температура внизу — его выход. С повышением или понижением температуры раствора вверху колонны даже на 2°С качество деасфальтизата (коксуемость, показатель преломления и т. д.) и его выход заметно изменяются. Если повысить температуру вверху колонны для получения деасфальтизата лучшего качества и одновременно сверх допустимого понизить температуру внизу для увеличения его отбора, то колонна может "захлебнуться" из-за избытка внутреннего орошения, циркуляции чрезмерно большого количества раствора между низом и верхом колонны. Неудачно подобранный режим приводит к неустойчивой работе колонны, что недопустимо.

Нежелательные компоненты, выделяющиеся при повышении температуры из верхнего раствора, опускаются вниз колонны и обрабатываются встречным потоком пропана. Снизу колонны уходит битумный раствор, содержащий около 35% (мае.) пропана, а сверху—раствор деасфальтизата, содержащий примерно 85% (мае.) пропана. Уровень раздела фаз находится ниже места ввода пропана в колонну.

Деасфальтизация осуществляется под давлением в деасфальтизационной колонне в пределах 3,5 - 4,5 МПа в зависимости от температуры процесса.

Главными факторами  процесса деасфальтизации являются не только температура, давление и кратность пропана к сырью, но и тип растворителя, а также чистота растворителя.

Содержание в пропане  более 2-3% метана и этана ведет  к снижению отбора деасфальтизата, повышению давления в экстракционной колонне и в системе регенерации, способствуют снижению коэффициента теплопередачи.