Деасфальтизация гудрона

При недостаточно четкой вакуумной  перегонке мазута получающийся гудрон содержит большое количество фракций, выкипающих до 500°С. Низкомолекулярные углеводороды, содержащиеся в остаточном сырье, более растворимы в пропане в области предкритических температур, чем высокомолекулярные фракции. Растворяясь в пропане, они действуют как промежуточный растворитель, повышая благодаря наличию в их молекулах длинных парафиновых цепей дисперсионную составляющую Ван-дер-Ваальсовых сил и тем самым растворяющую способность растворителя по отношению к высокомолекулярным и полициклическим углеводородам и смолам. Кроме того, при деасфальтизации облегченного маловязкого остатка возрастает температура образования двухфазной системы, приближаясь к критической температуре пропана. В результате ухудшаются показатели деасфальтизата по коксуемости и вязкости. При деасфальтизации более концентрированных остатков получающийся деасфальтизат характеризуется более низкой коксуемостью, лучшим цветом, меньшим содержанием металлов (ванадия и никеля), серы и т.д. При этом в силу низкого потенциального содержания ценных масляных фракций выход деасфальтизата, естественно, ниже, чем при переработке облегченных остатков. Однако чрезмерная концентрация остатка вакуумной перегонки также нецелесообразна, поскольку при этом помимо снижения отбора целевого продукта значительно повышается вязкость деасфальтизата, что не всегда допустимо.

На выбор фракционного состава сырья деасфальтизации влияет и химический состав остаточных фракций перерабатываемой нефти. При деасфальтизации остатков нефтей с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых соединений целесообразно оставлять в гудроне до определенного предела низкомолекулярные фракции, повышающие растворяющую способность пропана. При переработке малосмолистых нефтей целесообразна, наоборот, более высокая концентрация гудронов.

Таким образом, для получения  оптимального выхода деасфальтизата с заданными свойствами в зависимости от качества сырья необходимо подбирать оптимальные фракционный состав гудрона и режим его деасфальтизации.

 

2.3 Описание принципиальной технологической схемы.

Сжиженный пропан, забираемый из приемника  насосом, направляется через паровой подогреватель  в нижнюю зону колонны. 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 нагревается в верхнем встроенном подогревателе, и далее отстаивается в самой верхней зоне колонны от выделившихся при нагреве тяжелых фракций, так называемых «смол».

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

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

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

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

Пары пропана  высокого давления по выходе из аппаратов  поступают через каплеотбойник в конденсаторы-холодильники. Сжиженный пропан отбирается в приемнике. В конденсаторах-холодильниках пары пропана конденсируются по давлением, близком к рабочему давлению в аппаратах, 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, освобождаются от водяного пара в конденсаторе смешения и затем, пройдя каплеуловитель, сжимаются компрессором и направляются в конденсатор-холодильник. Потери пропана восполняются подачей его извне в приемник. 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.

 

Рисунок 3. Схема  установки одноступенчатой деасфальтизации гудрона сжиженным пропаном.  

2.4 Материальный баланс производства.

2.4.1 Материальный  баланс процесса деасфальтизации

Материальный баланс составляется с целью определения превращения  сырья в целевой продукт (деасфальтизат, битум деасфальтизации) с учетом потерь, и сравнения приходной и расходной частей материального баланса.

Данные для расчета  материального баланса.

Производительность установки  деасфальтизации по сырью: 450 тыс. т/г.

Время работы установки в  год составляет 8000 часов.

В расчет внесены временные  затраты на ремонтные работы: - КР – 400 часов;

- ППР – 263 часа;

- ТР – 97 часов.

Состав конечных продуктов: - деасфальтизат – 54,4%, масс.

- битум деасфальтизации – 45,6%, масс.

Расчет материального  баланса.

Таблица 1. Материальный баланс процесса деасфальтизации

Компонент	% масс	тыс. т/год	кг/ч
Приход
Сырье- гудрон	100	510	63 750
Итого:	100	510	63 750
Расход
Деасфальтизат	54.4	277,7	34712,5
Битум деасфальтизации	45.6	232,6	29 070
Итого:	100	510	6 3750

 

Расчет прихода:

Массу сырья принимаем  за 100%. Производительность по сырью  равна 510 тыс.т/г, переводим ее в массу кг/ч. Производительность делим на количество часов работы установки в год.

510000000/8000 = 63 750кг/ч.

Данные сводим в таблицу  материального баланса.

Расчет расхода:

Так как состав конечных продуктов дан по заданию в %, масс рассчитываем их массу исходя из производительности составляя пропорцию:

Пр:54,4 - m_{деасфальтизата}

100 – 6 375 _{(масса гудрона)}; m_{деасфальтизата} = 34712,5кг/ч

Переводим массу деасфальтизата из кг/ч в тыс. т/г: 34712,5*8000 = 277,7 тыс. т/г

По аналогии рассчитываем массу битума деасфальтизации

2.4.2 Материальный баланс аппарата ( колонны деасфальтизации)

Данные для расчета  материального баланса

Расчет материального  баланса

Таблица 2. Материальный баланс колонны деасфальтизации

Компонент	% масс	Состав р-ра, % масс	кг/ч
Приход
Сырье - гудрон	100	25	63 750
Сырье - пропан	300	75	191250
Итого:	400	100	255000
Расход
Р-р деасфальтизата	340.0	100	161250
деасфальтизат	54.4	16	25800
пропан	285.6	84	135450
Р-р асфальта	60.0	100.0	135000
асфальт	45.6	76.0	102 600
пропан	14.4	24.0	32400
Итого:	400.0		225000

 

 

 

Производительность колонны  по гудрону составляет 63 750кг/ч.

Соотношение пропана к  гудрону 3:1

Состав конечных продуктов: - деасфальтизат – 340%, масс.

- асфальт – 60%, масс.

В свою очередь каждый из продуктов процесса делятся на составные  части. Деасфальтизат состоит на 54,4% из деасфальтизата и на 285% из пропана, асфальт состоит на 45,6% из асфальта и на 14,4% из пропана

Расчет прихода:

Кратность пропана к гудрону  составляет 3:1, массу гудрона принимаем  за 100%, тогда масса пропана составляет 300%(100*3 = 300%).

Для того чтоб рассчитать массу  каждого компонента в кг/ч, принимаем массу раствора сырья (гудрона и пропана) за 100%, следовательно массу гудрона составляет 25% раствора, а масса пропана 75% раствора. Исходя из данных для расчета производительность колонны по гудрону равна 56250кг/ч, следовательно масса пропана в кг/ч будет в 3 раза больше (соотношение пропан: гудрон = 3:1);

M_{пропана} = 63 750*3 = 191250кг/ч

Расчет расхода:

Масса в % растворов деасфальтизата и асфальта равна 400%. Рассчитаем массу деасфальтизата в кг/ч:

Пр:340 – m_{р-ра деасфальтизата}

400 – 255000m_{р-ра деасфальтизата} = 161250кг/ч.

Исходя из состава раствора деасфальтизата можем рассчитать массу каждого компонента в растворе:

Пр:340%_{(масса раствора)} – 161250

54,4 – m_{деасфальтизата в растворе деасфальтизата} m_{деасфальтизата} = 25800кг/ч

По аналогии рассчитываем массу пропана в растворе деасфальтизата.

Масса раствора деасфальтизата составляет 191250 кг/ч. Раствор деасфальтизата принимаем за 100% для того, чтобы рассчитать процент содержания каждого компонента в растворе деасфальтизата.

Пр:100 –161250

m_{деасфальтизата в растворе деасфальтизата} – 25800; m_{деасфальтизата} = 16%

Аналогично рассчитываем массу пропана в %, масс в растворе деасфальтизата. По примеру расчета раствора деасфальтизата рассчитываем массу раствора асфальта. Сводим все данные в таблицу материального баланса колонны деасфальтизации.

 

2.5 Технологический  расчёт основного и вспомогательного  оборудования.

2.5.1 Тепловой баланс  колонны

Тепловой баланс колонны  составляется с целью определения  тепловой грузки подогревателя раствора деасфальтизата, которая находится по разности приходных и расходных статей теплового баланса.

Уравнение теплового баланса  колонны:

Qприх = Qpacx,

где Qприх — общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Qpacx — общее количество уходящего тепла, кДж/ч.

Тепловые потоки компонентов  найдем по формуле:

,

где G — количество, кг/ч; J^ж - энтальпия жидкой фазы при соответствующей температуре, кДж/кг.

Энтальпии веществ найдем по формуле Крэга

Относительную плотность  найдем по формуле

Относительная плотность  сырья:

Энтальпия сырья:

Относительная плотность  деасфальтизата:

Энтальпия деасфальтизата:

Относительная плотность  битума:

Энтальпия битума:

Энтальпии жидкости пропана [5, с. 95]:

при 50°С: Jж = 136,18 кДж/кг;

при 60°С: Jж = 169,70 кДж/кг;

при 80°С: Jж = 246,37 кДж/кг.

Тепловая нагрузка подогревателя  составляет:

Qn = 81762579– 45164325= 36598254 кДж/ч

или

36598254 /3600 =10 166 кВт

 

 

Таблица 3.Тепловой баланс колонны  деасфальтизации

Поток	G, кг/ч	t, C	J, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход
Сырье	63 750	150	299.92	19119900
Пропан	191250	50	136.18	26044425
Тепло пологревателя				Qп
Всего:	255000			45164325+Qп
Расход
Раствор деасфальтизата	161250
а) деасфальтизат	25800	80	151.23	3901734
б) пропан	135450	80	246.37	33370816,5
Раствор битума	33750
а) битум деасфальтизации	25650	60	109.56	2810214
б) пропан	8100	60	169.7	1374570
Всего:	255000			81762579