Разработка энергосберегающей технологии переработки газового конденсата широкого фракционного состава (90

терия энергетической эффективности схемы используют сумму тепловых нагрузок кубов колонн:

где: N – число колонн в технологической схеме; Qi — энергозатраты в кубе колонны, Гкал.

Данный критерий не учитывает возможность обогрева кубов колонн теплом обратных потоков. Поскольку при анализе рассматривались полные технологические схемы, позволяющие учитывать тепло обратных потоков, как в блоке подогрева сырья, так и при обогреве кубов колонного оборудования, то в расчёт включались только те колонны, которые обогреваются за счёт внешнего подвода тепла: технологическая печь П- 1 и греющего пара среднего давления.

Таблица 4 - Сравнительные данные по энергетическим затратам технологических схем разделения газового конденсата

Как видно из Таблицы 6 наибольшими энергетическими затратами обладает схема с использованием предварительного сепаратора (схема в). Энергетические затраты схем с использованием вакуумной колонны (г) и колонны стабилизации бензина (д) достаточно близки. Однако реализация схемы (г), потребует не только значительных капитальных затрат, но и эксплуатационных, для обеспечения вакуума в пределах 60 мм.рт.ст. Схема (д) работоспособна лишь при переработке определенного вида сырья (тяжелого). Наиболее энергетически выгодной становится схема (е), выбранная как окончательный вариант реконструкции технологической схемы. Важно отметить, что данная схема обладает не только меньшими энергетическими затратами, но большей технологической гибкостью.

Четвертая глава посвящена разработке и реализации предложенного ранее варианта технологической схемы, представленного на рис. 3. В первой части главы отражены основные технические решения по модернизации схемы: установка дополнительной ректификационной колонны К-5, предназначенной для стабилизации газового конденсата; организован вывод керосиновой фракции боковым отбором колонны К-3; выполнена реконструкция кубовой части колонны К-3; произведена замена греющего агента ребойлера колонны К-2 с пара на циркуляционное орошение колонны К-3.

Установка дополнительной колонны позволила обеспечить технологическую гибкость процесса. Вывод керосиновой фракции стабилизировал фракционный состав дизельного топлива (температуру начала кипения) и бензина н.к.-180°С (температуру конца кипения).

11

Для предложенной схемы был проведен расчет технологической схемы для трех составов газового конденсата (см. Таблицу 1). Расчетные показатели процесса приведены в таблицах 5,6.

Таблица 5 – Материальный баланс установки после реконструкции

Таблица 6 – Показатели качества получаемы продуктов после реконструкции

13

Из данных таблиц видно, что при проектной мощности установки 125 т/час (1 млн.тн в год) все выпускаемые продукты полностью соответствуют требованиям качества во всем диапазоне составов исходного сырья.

Для оценки эффективности принятых решений была проведена сравнительная оценка энергетических затрат на разделение установки до и после реконструкции. Поскольку стабильная работа установки до реконструкции возможна только при производительности 85 т/час, то сравнение энергозатрат проводилась именно на эту нагрузку. Результаты расчетов представлены в таблице 7.

Таблица 7 –Энергетические затраты на разделение

Таким образом можно сказать, что реализация новой технологической схемы позволила снизить энергетические затраты на 4,7-11,7 % в зависимости от состава перерабатываемого сырья.

На основании проведенных расчетов был осуществлен подбор вновь устанавливаемого оборудования и определены новые технологические параметры работы существующего. Данные расчеты легли в основу базового проекта реконструкции установки переработки газового конденсата.

В октябре 2007 года был произведен пуск установки после проведения реконструкции. В декабре 2007 года и феврале 2008 года были проведены опытные пробеги с целью подтверждения получения требуемых технологических параметров и качества выпускаемых продуктов. В период проведения опытного пробега установки выполнялись все требования к получаемым продуктам, однако нужно отметить, что несмотря на снижение в мазуте фракций, выкипающих до 360ºС, их количество по прежнему остается значительным. Это обуславливается конструктивными недостатками кубовой части колонны К-3, исправить которые в рамках проводимой реконструкции затруднительно.

Реконструкция установки позволила достигнуть проектной мощности 125 т/час (1 млн.тн в год) и расширить ассортимент выпускаемой продукции: более узкие бензиновые фракции, керосиновая фракция.

Показатели качества получаемых продуктов после реконструкции установки приведены за период с 29.12.2007 по 11.02.2008 г.г. представлены в таблице. 8.

14

Таблица 8 – Основные показатели качества продуктовых потоков после реконструкции в период проведения опытного пробега

Во второй части главы представлены данные по реализации рецикла высокотемпературного теплоносителя собственного производства. В качестве такого теплоносителя выступает поток, обладающий наибольшей температурой – кубовый остаток колонны К-3 (мазут). Расход рецикла подбирался таким образом, чтобы обеспечить требуемым теплом стриппинги отгонки дизельного топлива К-4 и керосина К-6, а так же колонну стабилизации газового конденсата К-5.

Зависимость расхода рецикла от состава газового конденсата приведена в таблице 9.

Таблица 9 - Зависимость необходимого количества рецикла от типа перерабатываемого газового конденсата

Для оценки влияния расхода рецикла на энергетические затраты и на качество мазута были проведены расчётные исследования на примере среднего по плотности состава (Проба 2). При этом максимальная температура сырья на входе в колонну К-3 принималась равной 360 C, поскольку при больших температурах наблюдался значительный крекинг. Как видно из графика (Рисунок 4) увеличение расхода рецикла сопровождается повышением общих энергетических затрат на разделение. Следует отметить, что кривая изменения энергетических затрат носит ло-

15

гарифмических характер с асимптотическим приближением к некоторому предельному значению.

Данный вид зависимости объясняется нескольким факторами:

1. Поскольку количество требуемого тепла для работы колонного оборудования остается неизменным, то при увеличении количества рецикла, возрастает температура мазута перед и соответственно после теплообменника Т-4. Данные по зависимости температуры мазута от количества рецикла приведены в Таблице 12. Вследствие этого возрастает температура балансового количества мазута, выводимого с установки и таким образом происходит увеличение общих затрат тепла. Этим объясняется резкий рост энергетических затрат при незначительном увеличении расхода рецикла.

Таблица 12 –Зависимость температуры мазута от расхода рецикла

2. Дальнейшее повышение энергетических затрат происходит незначительно

исвязано с приближение температуры кубового продукта к температуре питания. Таким образом, на основе проведенного анализа можно сделать вывод, что

количество рецикла не должно превышать требуемого значения необходимого для нормального функционирования колонного оборудования, поскольку его дальнейшее увеличение в данной схеме приводит к необоснованной потере тепла и в конечном счете к увеличению нагрузки на печь П-1 и перерасходу топлива.

Влияние зависимости расхода рецикла на качество получаемого мазута представлено в таблице 13.

16

Таблица 13 – Зависимость содержания фракций, выкипающих до 360ºС в остатке от расхода рецикла

Из данной таблицы видно, что количество рецикла не оказывает заметного влияния на качество мазута. Это может быть легко показано на примере бинарной смеси. На рисунке 5 показана фазовая диаграмма смеси с наличием рецикла и без него. Так без рецикла имея состав сырья XП и определенные температуру tП и давление перед колонной получаем равновесные составы паровой и жидкой фаз Y и ХМ соответственно в количестве V и L. При наличии рецикла происходит смешение исходного состава сырья XП с составом мазута XМ и получается новый состав XП’. Нагревая далее полученный состав до той же самой температуры tП и поддерживая тоже самое давление перед колонной получаем приблизительно такие же равновесные составы паровой и жидкой фаз Y и ХМ, но в другом соотношении паровой и жидкой фаз V’ и L’. Следует отметить, что при этом увеличивается только количество жидкой фазы L’, а количество паровой V’ остается практически неизменным.

Рис. 5 - Равновесные составы паровой и жидкой фаз без рецикла по тяжелому продукту и с наличием рецикла.

Для многокомпонентных систем такая же тенденция сохраняется в идеальном варианте, когда поток жидкой фазы с нижней тарелки по составу приблизительно одинаков с составом жидкой фазы на входе в колонну. В случае когда состав с нижележащей тарелки более легкий, то увеличение рецикла приводит к некоторому уменьшению содержания фр. до 360 С в мазуте.

В главе пять предложено дальнейшее усовершенствование технологической схемы со сменой топологии в процессе эксплуатации, за счёт переключения колонн К-5 и К-1 (см. рисунок 2 варианты д, е). Согласно результатов расчетных исследований (см. Таблицу 14), при переработке тяжелого сырья с незначительным содержанием легких фракций, энергетически более выгодна схема с использованием колонны К-5 в качестве колонны стабилизации бензиновых фракций (вариант д).

17

Таблица 14 - Данные по энергозатратам на переработку тяжелого сырья (Таблица 1, Проба 3)

Таблица 15. Качественные показатели получаемых продуктов варианта д и е

18

Продолжение таблицы 15

Таким образом, в случае переработки тяжелого сырья (газового конденсата) энергетически более выгодна схема по Варианту д, являющаяся классической схемой блока стабилизации бензина, принятой на установках первичной переработки нефти. Однако, данный вариант организации технологической схемы не является более выгодным вариантом при переработке сырья с высоким содержанием легких фракций. При этом наиболее экономически оправданным является использование возможности перехода от одного варианта к другому в процессе эксплуатации при условиях смены состава сырья. Для реализации данной схемы потребуется незначительная переобвязка трубопроводов и установка дополнительной арматуры.

Выводы:

1.Предложена технологическая схема с возможностью изменения топологии непосредственно в процессе эксплуатации, позволяющая получать продукты

сминимальными энергетическими затратами вне зависимости от составов исходного сырья.

2.Реализована гибкая технологическая схема, позволяющая перерабатывать газовый конденсат широкого фракционного состава, с выпуском качественной продукции: пропан-бутановая фракция, бензин газовый стабильный, керосин технический, дизельное топливо и мазут;

3.Для обеспечения установки теплом, организован рецикл высокотемпературного теплоносителя собственного производства (мазута), проведено исследование его влияния на основные технологические параметры процесса;

4.Снизилось общее энергопотребление установки. В зависимости от состава газового конденсата, энергетические затраты сократились от 4,74 % при переработке тяжелого до 11,7 % при переработке лёгкого сырья, что в среднем соответствует снижению эксплуатационных затрат на 15,5 млн. рублей в год;

5.Расширен ассортимент выпускаемой продукции: получены узкие бензиновые фракции, позволяющие их использование в перспективе как сырье для процессов изомеризации и риформинга; выведен керосин, соответствующий качеству КТ-1 по ТУ 38.401-58-8-90; организовано производство зимнего дизельного топлива (ГОСТ 305-82). Улучшено качество мазута, до реконструкции соответствовавшее марке М-40 по ГОСТ 10585-99, после реконструкции — марке М-100 по ГОСТ

10585-99.

19

6. Все принятые технические решения были реализованы на существующей установке в период проведения капитального ремонта. По результатам реконструкции достигнута проектная мощность в один миллион тонн в год по сырью (125 000 кг/час). При капитальных затратах в 200 млн. рублей, срок окупаемости инвестиций составил менее двух лет.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1.Бабынин, А.А. Реконструкция установки переработки газового конденсата [Текст]/ А.А.Бабынин, А.И.Насибуллина, А.С.Шувалов, Х.Э.Харлампиди //Нефтепереработка и нефтехимия.-2010.- №5. - С.44-50.

2.Насибуллина, А.И. Создание гибкой технологической схемы переработки газового конденсата [Текст]/ А.И.Насибуллина, А.С.Шувалов, Х.Э.Харлампиди // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – № 5. – С. 81 - 90.

3.Насибуллина, А.И. Реконструкция ректификационной колонны К-3 //В материалах всероссийской научно-практической конференции «Инновация и высокие технологии XXI века». - Нижнекамск, КГТУ.-2009.- С.47-51.

4.Насибуллина, А.И. Реконструкция установки переработки газового конденсата/ Насибуллина А.И., Бабынин А.А., Шувалов А.С., Харлампиди Х.Э.// В материалах XIII-ой международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений – V Кирпичниковские чтения».- Казань, КГТУ. - 2009. – С.3840.

5.Насибуллина, А.И. Моделирование процесса переработки углеводородного сырья непостоянного фракционного состава// В материалах XI всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: Производство и применение».- Пенза, 2010.-С.50-51.

6.Насибуллина, А.И. Оптимизация схемы переработки газового конденсата // В материалах V международной научно-практической конференции «Наука

исовременность -2010».-Новосибирск.- 2010.-С.254-257.

7.Насибуллина, А.И. Современные направления реконструкции и модернизации предприятий нефтеперерабатывающей отрасли// В материалах межвузовской научно-практической конференции «ДНИ НАУКИ – 2010».- Нижнекамск, 2010.- С.145-146.

8.Насибуллина, А.И. Варианты организации технологической схемы переработки газового конденсата/Насибуллина А.И., Долматов Б.Б., Шувалов А.С.// В материалах IX окружной конференции молодых ученых «НАУКА И ИННОВАЦИИ XXI ВЕКА». – Сургут, 2010.- С.54-55.

9.Насибуллина, А.И. Оптимизация схемы переработки газового конденсата/ Насибуллина А.И., Долматов Б.Б., Шувалов А.С.// В материалах Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий». – Саратов, 2010. - С.89-90.

10.Пат.102896 Российская федерация, МПК7 B01D 3/00. Установка для переработки газового конденсата и легкой нефти/Бабынин А.А., Губайдуллин А.И., Каюмов И.А., Лапига Е.Я., Насибуллина А.И., Шувалов А.С.; патентообладатель

ООО «НПФ ЭИТЭК». - №2010139815; заявл.29.09.2010; опубл. 20.03.2011, Бюл.№8.

– 3с.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, г.Казань, ул. К.Маркса, 68

20