Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время наблюдается быстрое развитие экономики северных районов России, что поставило на более высокий уровень требования к количеству и ассортименту выпускаемых в регионе топлив, а также повышению эффективности действующих промышленных установок. Кроме этого ухудшение экологической обстановки в регионе и трудно доступность энергосодержащих природных ресурсов привело к тому, что возникла необходимость более экономной и глубокой переработки существующих энергоносителей. Поэтому одним из актуальных направлений в решении задачи энергосбережения является проектирование нового высокоэффективного оборудования и промышленных технологий.
Сургутский завод стабилизации газового конденсата (ЗСК) является основным производителем топлив в Западно-Сибирском регионе. В 19,93 году на заводе в эксплуатацию была запущена установка моторных и котельных топлив (УМТ), которая обеспечила потребности региона в дизельном и котельном топливе.
Однако анализ работы промышленной установки и произведенные расчеты показали необходимость выделения светлых нефтелродуктов из кубового остатка колонны К-1 УМТ и снижение энергозатрат на проведение процесса. Также в процессе переработки на установке углеводородной смеси остаются тяжелый нефтяной остаток, содержащий парафины. Эффективная утилизация этого остатка на месте производства не отработана.
Поэтому актуальной задачей является разработка , эффективной теплотехнологической схемы и аппаратурного оформления разделения кубового остатка К-1 с целью снижения энергозатрат, получения дополнительных фракций из углеводородной смеси, а также проработка эффективной утилизация тяжелого остатка с получением дополнительной энергии (пар, горячая вода, электроэнергия). В этом случае решаются не только проблемы энергосбережения и экологии, но также обеспечивается получение дополнительных фракций светлых нефтепродуктов для получения топлив.
Работа выполнялась по заданию ООО «Сургутгазпром» и соответствует одному из научных направлений Казанского государственного энергетического университета.
Цель работы.
Снижение энергозатрат при переработке тяжелых углеводородных смесей и получение дополнительной энергии при утилизации тяжелых остатков (вторичных энергоресурсов).
На основе расчетов по алгоритмам математической модели разработка эффективной теплотехнологической схемы, аппаратурного оформления и выбор , контактных устройств вакуумной колонны К-5 установки для переработки кубового продукта колонны К-1 УМТ ЗСК.
Разработка технологии и аппаратурного оформления для эффективной . утилизации жидких вторичных энергоресурсов (ВЭР) продукта кубового остатка установки вакуумной ректификации с получением дополнительной тепловой и электрической энергий. Снижение газовых выбросов при сжигании.
Научная новизна.
Заключается в комплексном энергосбере1"акнЯСП' ІІаіШЇЇЙаЛІЯЇХЇ'і переработки тяжелых остатков нефтяных топлив. Выпо-1[,"ы ^Йщ^Йбїьнь1еї
исследования физико-химического состава остатков тяжелых топлив. В качестве инструмента для выбора эффективных технических решений для выделения светлых нефтепродуктов из тяжелых остатков (установки вакуумной ректификации) использовались математические модели процессов переноса импульса, массы и тепла в двухфазных средах (пар — жидкость), построенные на основе законов сохранения в дифференциальной форме. Расчет тарельчатых и насадочных контактных устройств выполнялись численными методами. Разработана теплотехнологическая схема эффективной переработки тяжелых остатков топлив и станция утилизации вторичных энергоресурсов (СУ ВЭР) с вариантами модернизации схем работы котлов.
Практическая значимость.
Решена задача по энергосбережению при переработке и эффективной утилизации тяжелых остатков нефтяных топлив с выработкой тепловой и электроэнергии на Сургутском ЗСК. Разработано эффективное аппаратурное оформление переработки тяжелых углеводородов, обеспечивающее снижение энергозатрат на проведение процесса на 16 % (на 58240 Гкал/год), что дает экономический эффект более 19 млн. рублей в год. Подготовлены исходные данные для рабочего проектирования установки вакуумной ректификации и СУ ВЭР. За счет модернизации схем работы котлов снижены газовые выбросы NOx на 80%. В результате работы СУ ВЭР будет получено 984077 квтч/год электроэнергии, что даст экономический эффект 383,7 млн. руб. год. Результаты работы приняты к внедрению на Сургутском ЗСК.
Основные результаты, полученные лично автором.
Выполнен обзор работ по проблеме переработки и утилизации мазутов высокопарафинистых нефтей с получением товарной продукции.
Для расчета и решения задачи энергосбережения при переработке тяжелых остатков топлив выбрана структура математического описания для тарелок и насадок колонн разделения углеводородной смесей, а также структура математического описания для проектирования вакуумной колонны.
Выбраны высокоэффективные конструкции контактных устройств для вакуумной колонны.
Рассчитана энергосберегающая теплотехнологическая схема вакуумной ректификации.
- Рассчитана станция утилизации вторичных энергетических ресурсов,
подобрано основное технологическое оборудование, предложены варианты
модернизации схемы работы котлов.
Автор защищает
разработанные математические модели, алгоритмы и результаты расчета процесса разделения углеводородной смеси, обеспечивающие снижение энергозатрат;
технические решения по разработке эффективной конструкции вакуумной колонны К-5 для ректификации кубового продукта колонны К-1 УМТ ЗСК;
разработку схемы станции утилизации вторичных энергетических ресурсов с получением дополнительной тепло- и электроэнергии.
Апробация работы н научные публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 работ (Известия вузов "Проблемы энергетики"; Межвузовский тематический сборник научных трудов "Тепломассообменные аппараты в химической технологии" и др.).
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской школе-семинаре под руководством академика РАН В.Е. Алемасова "Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностоении", КГЗУ, г. Казань, 2002 г.; .ХГУ школе-семинаре под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках», г. Рыбинск, 2003 г.; XVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», г. Санкт-Петербург, 2003 г.; VI Международный Симпозиум «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования», г. Казань, 18-20 декабря 2003 г.; Аспирантско-магистерских семинарах КГЭУ с 2002-2004 г.г.
Объем и структура работы.
