Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1. Состояние и перспективы развития первичной переработки высокосернистых газоконденсатних смесей 8
1.2. Ректификация углеводородного сырья 14
1.3. Конструктивное аппаратурное оформление установок разделения углеводородных смесей 20
1.4. Выводы по обзору и постановка задачи исследования 23
Глава 2. Методика проведения исследования 25
2.1. Обобщение показателей работы основных ректификацион ных колонн промышленных установок разделения газовых конденсатов 25
2.1.1. Обследование колонн 25
2.1.2. Сбор и обработка статистических данных по работе колонн.. 31
2.2. Расчётные исследования технологических схем и режимов работы основных атмосферных ректификационных колонн 33
2.2.1. Расчётные исследования технологических схем и режимов процесса разделения газового конденсата 34
2.2.2. Расчётные исследования технологических схем и режимов процесса разделения гидрогенизата 37
2.3. Методика проведения анализа сырья и получаемых нефтепродуктов 38
Глава 3. Результаты обобщения и выбор рациональных значений показателей работы ректификационных колонн промышлен ных установок разделения газоконденсатного сырья 44
3.1. Обобщенные показатели работы колонн 44
3.2. Разделение газового конденсата 49
3.2.1. Влияние давления 49
3.2.2. Влияние схемы орошения колонны 53
3.3. Разделение гидрогенизата 61
3.3.1. Влияние давления 61
3.3.2. Влияние схемы орошения 65
3.4. Выводы по разделу 70
Глава 4. Разработка и исследование новой технологической схемы первичной переработки газоконденсатного сырья 72
4.1. Технологическая схема новой установки разделения газоконденсатного сырья и описание технологии основного процесса 72
4.2. Конструктивное оформление колонн 85
4.3. Перспективная система создания вакуума в колонне 88
4.4. Технико-экономические показатели процесса разделения газоконденсатной смеси по новой схеме 90
Общие выводы 97
Список использованных источников 100
Список опубликованных работ по теме диссертации 119
Список принятых сокращений и обозначений 121
Приложение 122
- Конструктивное аппаратурное оформление установок разделения углеводородных смесей
- Расчётные исследования технологических схем и режимов работы основных атмосферных ректификационных колонн
- Разделение газового конденсата
- Конструктивное оформление колонн
Введение к работе
За последние 10-20 лет быстро наращивается добыча природного газа. При общих его запасах 130 - 140 трлн.м3, т.е. около 100 - ПО млрд.т, мировая добыча сейчас составляет около 2,2 трлн.м3 в год (около 1,8 млрд.т в год). В 1994 году добыча газа в странах СНГ составила 730 млрд. м3/год (в том числе в России - 580 млрд. м /год, к 2030 году может достигнуть 830 - 840 млрд. м3/год) [80, 89].
Газ многих месторождений в тех или иных количествах выносит газовый конденсат, содержащий углеводороды от С5Н12 до С20Н42 и выше. Суммарная добыча конденсата по стране сейчас достигает 25 - 28 млн.т/год, поэтому он является существенным ресурсом углеводородного сырья [89].
С 1975 года в области переработки природных газов произошли большие изменения: введены на полную мощность Оренбургский и Астраханский газохимические комплексы, Уренгойский и Сургутский заводы по переработке нестабильного газового конденсата. С вводом в эксплуатацию этих объектов завершено формирование газопереработки в самостоятельную подотрасль газовой промышленности России.
Проходившая в последние годы быстрая смена форм собственности в промышленности привела к коренному изменению традиционных схем формирования сырьевой базы, резкому росту стоимости большинства нефтепродуктов за счёт изменения условий формирования их себестоимости. Особенно существенное влияние на эти процессы в рассматриваемой отрасли промышленности оказало возрастание в себестоимости доли энергетических и сырьевых ресурсов. Поэтому одной из основных задач научно-технического прогресса химической технологии является обеспечение страны экологически чистыми продуктами за счёт интенсификации процессов, углубления переработки сырья, улучшения качества продуктов и, естественно, снижение их стоимости.
Получение товарных нефтепродуктов в основном не обходится без разделения, которое часто и в большом объёме реализуется путём использования
5 процесса ректификации, характеризующегося чрезвычайной энергоёмкостью [2, 5, 18, 109, 132]. Так, по данным фирмы « ГАЛФ ОЙЛ » в США на процессы ректификации ежегодно расходуется до 3% национального фонда потребления энергии [41, 156]. Снижение этой цифры на 10% эквивалентно получению полумиллиарда долларов прибыли в год. Относительная доля затрат на аналогичные процессы в родственных отраслях промышленности России из-за существующего отставания в уровнях технологии и аппаратурного оформления процессов разделения даже превышает вышеотмеченные цифры. Поэтому исследования в области совершенствования технологии фракционирования нефтепродуктов и аппаратурного оформления этих процессов относятся к одним из важнейших направлений технического прогресса [17, 35, 52, 60, 104 - 106]. К примеру, ежегодные затраты нефтяных компаний США на совершенствование процессов ректификации составляют более 2 млрд. долларов [41,156].
Не последнее место в решении поставленной задачи принадлежит первичной перегонке газоконденсатных смесей как головному процессу, которым получают основную массу готовых нефтепродуктов и дистиллятов для вторичной их переработки.
Традиционные схемы первичной перегонки нефти не могут быть в полной мере адекватно применены для перегонки углеводородных газовых конденсатов. Особенности состава и свойств компонентов последних обусловливают применение специальных технологических приемов переработки, которые позволяют решить задачу повышения эффективности использования, углубления переработки газового конденсата, сокращения энергозатрат на его перегонку.
До настоящего времени процесс ректификации газового конденсата, от проведения которого зависят технико-экономические показатели всего производства в целом, является малоизученным процессом, сведения о котором разрознены, а иногда и противоречивы. Основные принципы построения технологических схем и конструкции ректификационных колонн практически не изме-
6 нялись с момента появления первых промышленных установок, хотя в ряде случаев эти принципы являются морально устаревшими, не отвечающими современным требованиям. Поэтому изучение процесса ректификации газокон-денсатных смесей и конструкций колонн на современном этапе развития газопереработки, связанном со значительной интенсификацией существующих и со строительством новых мощностей, является актуальной задачей.
В диссертации проведён анализ схем ректификации и проведено обобщение основных технологических показателей работы ректификационных колонн промышленных установок первичной переработки газоконденсатного сырья, эксплуатируемых в настоящее время, выявлены типичные технологические показатели для этих колонн.
По результатам обобщения вскрыты основные недостатки в работе ректификационных колонн. Было исследовано влияние некоторых параметров (давления, схем орошения и др.) на показатели работы колонны, что позволило определить наиболее рациональные значения этих параметров с точки зрения четкости ректификации, размеров колонны и количества потенциально-регенерируемого тепла циркулирующих и балансовых потоков.
С целью устранения основных недостатков в работе ректификационных колонн, вскрытых при обобщении показателей их работы, разработаны и исследованы новые технологические схемы и конструкции этих колонн.
Разработана и исследована принципиально новая технологическая схема ректификации газового конденсата, позволяющая значительно повысить технико-экономические показатели процесса.
Настоящая диссертационная работа выполнялась в Астраханском научно-исследовательском и проектном институте газа (АНИПИгаз) и Астраханском государственном техническом университете (АГТУ).
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю - доктору технических наук, профессору Тараканову Геннадию Васильевичу, а так же коллективу лаборатории технологии переработки газа и
конденсата АНРШИгаз за постоянное внимание и оказанную большую помощь в выполнении диссертационной работы.
Конструктивное аппаратурное оформление установок разделения углеводородных смесей
Заметное влияние на разделительный потенциал ректификационной колонны, а так же экономию расхода энергии при разделении углеводородных смесей, в том числе и при разделении газовых конденсатов, оказывает эффективность работы её внутренних устройств (контактных массообменных устройств, узлов ввода и вывода жидких потоков, распределителей пара и жидкости, каплеотбойников и др.). Важность развития работ в совершенствовании колонной аппаратуры отмечалась в решениях практически всех Международных, Всесоюзных и Всероссийских научно-практических конференциях по вопросам ректификации. Так, в процессах стабилизации бензинов имеют место большие потери фракции изопентана, ценнейшего сырья нефтехимии. Причём эти потери объясняются прежде всего слабой разделительной способностью стабилизационной колонны [41]. Эти потери можно уменьшить, увеличив разделительную способность колонны с 12 - 15 до 22 - 24 теоретических тарелок.
Если проектные задачи могут решаться за счёт изначального использования более современного оборудования, то при реконструкции возникают проблемы выбора наиболее эффективных и конкретных решений. Так, в [81] проведён анализ работ в направлениях совершенствования: тарельчатых контактных устройств, сепарирующих устройств, насыпных насадок, регулярных пакетных насадок. Среди контактных устройств наиболее широко, как в отечественной промышленности, так и за рубежом используются клапанные тарелки. В США это клапанные тарелки фирмы ГЛИТЧ, Флекси-трей фирмы Кох. В России свыше 60% колонн оборудовано клапанными тарелками конструкции ВНИИНефтемаш и УкрНИИХиммаш [41]. Данные тарелки позволили почти в два раза снизить металлоёмкость оборудования по сравнению с колпачковыми и желобчатыми тарелками и примерно на 15 - 20% увеличить производительность ректификационной колонны в сравнении с тарелками перекрёстного тока [156]. В нефтехимии используют чаще всего модификации струйных тарелок конструкции профессора Соломахи Г.П. и ВНИИНефтемаш [41].
Хорошие результаты даёт использование высокоскоростных струйно-центробежных тарелок в процессах ректификации и абсорбции, проводимых под давлением. Рабочее полотно тарелки формируется из унифицированных контактных элементов диаметром 380 мм. При нагрузке по жидкости 5 м /ч максимальное значение фактора скорости пара достигает 9 - 10, а при нагрузке 40 м /ч составляет 4,5-5. Данные тарелки с 1986 г. успешно эксплуатируются на установке ЦГФУ АО «Нижнекамскнефтехим» в колоннах диаметром 1400 -4000 мм. и с числом тарелок до 101 (изопентановая колонна). Определённый интерес представляют конструкции высокоинтенсивных контактных устройств, представленных в работах [24, 65]. Так, путём частичной замены клапанных тарелок на новую неупорядочную насадку показана возможность реконструкции колонн установки получения моторных топлив [19, 20, 51, 117]. В результате выход светлых продуктов ректификации повышается на 12 - 14%.
В ОАО "НИПИгазпереработка" (г. Краснодар) разработана трёхслойная пакетная тарелка [131], коэффициент полезного действия которой выше S-образно-клапанной в 1,5 - 1,6 раза и близок к единице. Использование данной конструкции тарелки позволяет сохранить чёткость деления при повышении нагрузки на ректификационную колонну.
Так же может оказаться полезным и использование новых видов нерегулярной и перекрёстно-поточной насадок, которые хорошо зарекомендовали себя при использовании, как в блоках AT, так и на ряде нефтехимических производствах [19,20,29-31, 117].Как отмечалось выше, на эффективность работы ректификационной колонны, кроме контактных массообменных устройств оказывают и другие внутренние устройства.
Разделение жидкой фазы сырья от паровой и недопущение заноса капель первой в укрепляющую часть - один из основных моментов в работе колонн.С середины 1960-х годов в основном применялись плоские сетчатые кап-леотбойники, представляющие собой многослойный пакет толщиной 100-120 мм. из плотно уложенной стальной рукавной сетки чулочной вязки (из нержавеющей проволоки диаметром 0,2 мм.). Однако эта конструкция обладает существенными недостатками:уловленная жидкость стекает с каплеотбойника и снова каплями падаетнавстречу потоку пара, из которого она улавливается;при скорости пара, равной или несколько превышающей допустимую для клапанных тарелок, наступает "зависание" уловленной жидкости в каплеотбой-нике и образование вторичного потока брызг из него. Это, в свою очередь, может способствовать закоксовыванию застаивающейся в пакете жидкости и нарушению работы ректификационной колонны.
Эти недостатки исключаются в каплеотбойнике [9], где пакеты устанавливаются под углом 60 и опираются на сборные желоба, а так же в конструкции [114], в которой газожидкостной поток проходит через газосепарационные насадочные модули снизу вверх. Жидкая фаза захватывается газосепарацион-ными насадочными элементами и отводится к внутренним стенкам этих модулей, в зону наименьших линейных скоростей газа, а далее стекает вниз.
Проведёнными исследованиями [144] работы промышленных установок показано, что использование в питательной секции колонны двухступенчатого узла ввода сырья, состоящего из центробежного сепаратора улиты [10] и сетчатого каплеотбойника с наклонным расположением пакетов [9] обеспечивает:высокую степень разделения жидкой и паровой фаз сырья; устраняет занос капель кубовой жидкости в укрепляющую секцию колонны;способствует понижению коксуемости;снижает содержание фактических смол и базового числа целевой фракции;обеспечивает равномерное распределение паров сырья по всему сечению колонны и гидродинамическую обстановку на рабочих полотнах нижних укрепляющих тарелок.
При всех своих достоинствах, данные конструкции каплеотбойников так же имеют недостатки, а именно:обладают большой металлоёмкостью; сложные по конструкции;трудоёмкость ремонта вышедших из строя элементов насадки. Таким образом, для более эффективной работы ректификационной колонны необходимы дальнейшие исследования и разработка её внутренних устройств.
Для переработки газового конденсата с целью производства высокооктановых бензинов и других моторных топлив, а также сырья для нефтехимии решающее значение имеет его первичное фракционирование. Важную роль в получении высококачественных нефтепродуктов с высоким отбором их от потенциала играет блок разделения газового конденсата, основным аппаратом которого является ректификационная колонна.
В литературе отсутствуют обобщающие сведения по показателям работы колонн установок первичного разделения газового конденсата, хотя такие сведения позволили бы дать не только справочный материал для проектирования этих колонн, но и повысить эффективность работы уже эксплуатируемых.
Расчётные исследования технологических схем и режимов работы основных атмосферных ректификационных колонн
Математическое моделирование статики процесса ректификации газового конденсата и его нефтепродуктов проведено по программе машинного расчета ректификационных колонн КС-5 [133]. Программа КС-5 прошла проверку на расчетах многих ректификационных колонн современных действующих и перспективных установок АВТ, ГФУ, ректификации жидких и твердых парафинов, вторичной перегонки дизельного топлива и др., показала высокую сходимость с экспериментальными данными по работе этих колонн. В связи с этим программа КС-5 рекомендуется для расчетов статики процесса ректификации газового конденсата.
Динамических моделей процесса ректификации, которые могли бы быть положены в основу управления всей промышленной установкой переработки газоконденсатного сырья, в настоящее время не существует, хотя работы в этом направлении ведутся интенсивно [14,27, 28].
При решении задачи выбора рациональной схемы и режима процесса ректификации газоконденсатного сырья в колонне были проведены расчётные исследования различных вариантов осуществления технологии, на основании которых и были выбраны наиболее рациональные параметры. В качестве сырья был взят газовый конденсат Астраханского ГКМ и гидрогенизат, полученный из этого газового конденсата. Используемые в качестве объекта исследований данные виды сырья существенно отличаются друг от друга по фракционному составу, а также использованием в последующей технологии переработки продуктов их ректификации.
Были проведены исследования по влиянию давления, схем орошения, колонн, технологических схем на показатели работы блока разделения газового конденсата и выбраны наиболее рациональные. Исследования проводили на ПК с помощью программы расчёта ректификационных колонн КС- 5.
Для исследования был взят блок перегонки газового конденсата Астраханского ГПЗ мощностью 3 млн. т. сырья в год. В качестве сырья установки использовали газовый конденсат Астраханского ГКМ.
Компонентно-фракционный состав по ИТК газового конденсата приведён на рис. 2.5. В состав газового конденсата входит 1,79% масс, углеводородов до С4 включительно, 27,78% масс, фракции Сз- 120С, 33,69% масс, фракции 120 - 230С, 24,64% масс, фракции 230 - 350С и 13,89% масс, фракции - 350С.
Во всех исследованиях сохраняли постоянными: температуру входа сырья в колонну (325С) и острого орошения (40С); отборы ректификата (27,2% масс), верхнего бокового погона (33,2% масс), нижнего бокового погона (24,2% масс.) и остатка (15,4% масс, на газовый конденсат); расход водяного пара (0,6% масс, на газовый конденсат); количество теоретических тарелок в секциях: в верхней укрепляющей секции (6 шт.), в нижней укрепляющей секции (5 шт.), в средней укрепляющей секции (5 шт.) и в отгонной секции (2 шт.). При изучении влияния давления на показатели процесса ректификации дополнительно сохраняли постоянными: кратность острого орошения ф = 1,72; количество тепла, отводимого циркуляционными орошениями. При этом давление в ректификационной колонне варьировали от 0,15 до 0,5 МПа. При выборе рациональной схемы орошения дополнительно сохранялось постоянным давление (0,ЗМПа). При этом моделировали три различные схемы работы колонны: с верхним орошением (схема 1); с верхним и промежуточным (под выводом верхнего бокового погона) орошениями (схема 2); с верхним, промежуточным и нижним (под выводом нижнего бокового погона) орошениями (схема 3), но тепловой поток промежуточного орошения имеет постоянное рациональное значение, определённое из анализа схемы 2, и при этом изменяли соотношение тепловых потоков промежуточного нижнего орошений. Это наиболее типичные схемы орошения с двумя боковыми дистиллятами. В качестве критерия оптимизации во всех случаях был принят показатель чёткости ректификации смежных нефтепродуктов а [141], вычисляемый по уравнению: где - Pj, Pj+i - коэффициенты разделения соответственно компонентов (j) и (j+1) у номинальной температурной границы деления смеси в данной секции, первый из которых больше переходит в ректификат (+), а второй - в остаток (-); tj, tj+i - температура кипения тех же компонентов, С. По показателю чёткости ректификации а возможно сопоставление различных вариантов работы колонн. Кроме этого критерия, были использованы и другие - показатель (pN (произведение флегмового числа ф в секции колонны на количество тарелок N в ней), который также оказывает влияние на чёткость ректификации [2, 87], содержание примесей в продуктах ректификации, удельное количество потенциально-регенерируемого тепла jp (отношение количеств тепла, регенерируемых за счёт ПЦО, острого орошения к часовой производительности ректификационной колонны) и приведённое поперечное сечение колонны fK/F (отношение площади наибольшего поперечного сечения колонны (fK) к её часовой производительности (F).
Примесями считали фракции, выкипающие выше и ниже номинального интервала температур выкипания соответствующей фракции.
Астраханский газовый конденсат является высокосерннстым нефтепродуктом, поэтому его первоначально разделяют на фракции НК - 120С, 120 -230С, 230 - 350С и мазут (фракция 350С). Первые три фракции объединяют и подвергают гидроочистке, с получением годрогенизата широкого фракционного состава (фракция НК - 350С). В качестве объекта исследования был взят блок разделения гидрогенизата установки первичной переработки газового конденсата Астраханского ГПЗ. В качестве сырья установки использовали гид-рогенизат из газового конденсата Астраханского ГКМ.
Компонентно-фракционный состав по ИТК гидрогенизата приведён на рис. 2.6. В состав гидрогенизата входит 6,1% масс, фракции НК - 62С, 57,3% масс, фракции 62 - 180С и 36,6% масс, фракции 180 - 350С. Во всех исследованиях сохраняли постоянными:температуру входа сырья в колонну (205С) и острого орошения (40С); отборы ректификата (2,7% масс), бокового погона (49,2% масс.) и остатка (48,1% масс, на гидрогенизат);количество теоретических тарелок в секциях: в верхней укрепляющей секции (5 шт.), в нижней укрепляющей секции (5 шт.) и в отгонной секции (3 шт.).
При изучении влияния давления на показатели процесса ректификации дополнительно сохраняли постоянными: кратность острого орошения ф = 24; количество тепла, подводимого горячей струёй (21 ГДж/ч). При этом давление в ректификационной колонне варьировали от 0,15 до 0,5 МПа.
При выборе рациональной схемы орошения дополнительно сохранялось постоянным давление (0,3 МПа). При этом моделировали две схемы работы колонны:с верхним орошением (схема 1);с верхним и промежуточным (под выводом бокового погона) орошениями (схема 2); Это наиболее типичные схемы орошения с одним боковым дистиллятом.
Разделение газового конденсата
В качестве объекта исследования была выбрана основная ректификационная колонна, работающая в диапазоне давлений от 0,15 до 0,5 МПа, при фракционировании в ней астраханского газового конденсата, компонентно-фракционный состав по ИТК которого представлен на рис.2.5. Расчётная технологическая схема колонны представлена на рис.3.1. Задача решалась при закреплённой температуре входа сырья (325С) и при постоянном количестве тепла, отводимого верхним орошением.
Температура нагрева сырья установлена нами на основании результатов исследований, проведённых в ГрозНИИ [90, 91, 94, 107]. Как показано в этих работах, содержащиеся в нефтепродуктах н-алканы при температуре нагрева выше 300 - 350С подвергаются термическому разложению.
Исследования показали, (см. рис.3.2), что с повышением давления в колонне качество разделения ухудшается. Так при повышении давления с 0,2 до 0,4 МПа показатель чёткости ректификации а уменьшается (рис.3.2А), причём наиболее быстро он убывает в секциях фр. 230 - 350С и фр. 350С, соответственно на 27 и 53% отн., а медленнее в секции фр. НК - 120С (на 9% отн.). В этих же условиях показатель cpN в секции фр. НК - 120С не изменяется (по методике исследования ф = 1,72), но уменьшается в секциях фр. 230 - 350С и фр. 350С. Зависимость показателя фИ по секциям ректификационной колонны от давления приведена на рис.3.3.
Это привело к увеличению содержания примесей во фр. НК - 120С, фр.120 - 230С и фр. 350С соответственно на 17;25;51 и 49% отн. (рис.3.3.). Уменьшение флегмовых чисел при повышении давления в ректификационной колонне объясняется уменьшением теплоотвода по секциям колонны, которое неизбежно из-за ограниченности подвода тепла с сырьём, связанной с макси a
Сырьё при поступлении в ректификационную колонну обычно находится при этом в паро-жидком состоянии и количество тепла, вносимого с ним в колонну, не превышает уровень, необходимый для протекания процесса ректификации, при заданном качестве разделения и отборе нефтепродуктов.
Избыточное тепло снимается орошениями и передаётся исходному сырью установки. С повышением давления количество потенциально-регенерируемого тепла в колонне будет уменьшаться, так как с ростом давления увеличиваются теплозатраты на сам процесс ректификации. Так, при повышении давления в ректификационной колонне с 0,2 до 0,4 МПа удельное количество потенциаль но-регенерируемого тепла Qp уменьшается с 300 до 220 кДж/кг газового конденсата, т.е. приблизительно на 27% отн. (рис.3.2Б).
На рис. 3.2В показано уменьшение приведённого поперечного сечения колонны fk/F в зависимости от давления. При повышении давления с 0,2 до 0,4 МПа приведённое поперечное сечение уменьшается на 38% отн. Полученные данные хорошо согласуются с ранее известными [88,144].
Таким образом, при повышении давления в ректификационной колонне ухудшается качество разделения газового конденсата, уменьшается количество потенциально-регенерируемого тепла, но при этом уменьшается требуемый диаметр колонны.
Однако, как показала укрупнённая оценка, положительное влияние повышенного давления (уменьшение диаметра колонны) на процесс разделения газового конденсата не позволяет получить положительный эффект из-за снижения показателей работы ректификационной колонны. Это обусловлено отрицательным влиянием повышенного давления (понижение чёткости ректификации и количества потенциально-регенерируемого тепла). По результатам анализа проведённых исследований определено наиболее рациональное давление в колонне. При ректификации Астраханского газового конденсата рациональным является давление 0,29 - 0,30 МПа.
На установках первичной переработки газовых конденсатов, как и на установках перегонки нефти, применяются схемы ректификационных колонн с одним, двумя и тремя орошениями по высоте колонны.
Однако до настоящего времени вопрос рациональной схемы и режима орошения колонны оставался открытым и в нём не было единого мнения о выборе той или иной схемы, хотя от этого в значительной мере зависят технико-экономические показатели колонны [95, 96, 162]. Были проведены исследования для выбора рациональной схемы и режима орошения ректификационной колонны, перерабатывающей астраханский газовый конденсат, по методике, изложенной в главе 2 с учётом работы [93], применимой для подобных исследований колонн при ректификации газового конденсата. Расчётная схема в общем случае представлена на рис.3.4. Результаты математического моделирования различных схем орошения представлены в табл.3.2. Анализ полученных результатов показывает, что схема 1 (только верхнее орошение Qi)) наименее выгодна в энергетическом отношении (не позволяет регенерировать тепло орошения) и требует для своей реализации ректификационную колонну наибольших размеров, хотя позволяет получить наибольшую чёткость ректификации в верхней секции (табл.3.2).
Анализ полученных результатов по схеме 2 (с верхним (Qi) и промежуточным (Qn) орошениями) показывает, что при уменьшении доли Qi от 80 до 40% от общего количества тепла, отводимого орошениями, показатель чёткости а в секции фр. НК - 120С снижается на 34,2 % отн., оставаясь неизменным в секциях фр. 230 - 350С и фр. 350С (рис.3.5). Показатель (pN в этих же условиях снижается в секции фр. НК - 120С в 2,1 раза. Из-за снижения показателей а и (pN в секции фр. НК - 120С возрастает содержание примесей во фр. НК - 120С и фр. 120 - 230С (табл.3.3).
Одновременно с этим при уменьшении доли тепла, отводимого верхним орошением (Qi), уменьшается приведённое поперечное сечение колонны fj/F в среднем на 0,009 м2/(т/ч) (в 1,13 раза) и возрастает удельное количество потенциально-регенерируемого тепла на 20 кДж/кг газового конденсата (в 1,3 раза) (рис.3.6).
При уменьшении доли Qi ниже 38% (соответствует кратности 1,1) наблюдается отсутствие потока жидкости на тарелках секции фр. НК - 120С, то есть процесс ректификации нарушается.При исследовании схемы 3 (с верхним (Qi), промежуточным (Qu) и нижним (Qm) орошениями было определено оптимальное соотношение количеств
Конструктивное оформление колонн
Конструктивное оформление колонн К-1 и К-2 выполняется по аналогии с колоннами подобного назначения современных установок.
Основные конструктивные параметры этих колонн (диаметр, количество тарелок, распределение тарелок по секциям и т.д.) приведены в табл. 4.1. В питательных секциях колонн рекомендуется установить типовые улиты ввода сырья, применяемые в настоящее время в установках ЭЛОУ-АВТ и ЛК-бу, а так же рекомендованные в [67, 88, 89].
Маточник ввода водяного пара в колонны следует располагать выше уровня жидкости. Под полуглухой тарелкой колонны К-2 рекомендуется установить горизонтальный сетчатый каплеотбойник. Каплеотбойник, установленный под полуглухой тарелкой вакуумной колонны К-2 предотвращает попадание капель мазута, а следовательно и смол, ухудшающих качество дизельного топлива.
Конструкция этого каплеотбойника представлена на рис. 4.3. Устройство работает следующим образом.
Газопарожидкостный поток проходит через патрубок 1 и поступает в се-парационные насадочные модули 2. При этом жидкая фаза захватывается поверхностью сепарационных насадочных элементов 3, отводится к стенкам цилиндрических корпусов 4 в зону наименьших линейных скоростей газа или пара и стекает на тарелку, через кольцевой зазор, образующийся между наружной поверхностью патрубка 1 и внутренней поверхностью корпуса 4. По мере того, как уровень жидкости поднимается, на тарелке образуется гидрозатвор, и при достижении уровня сливной перегородки 5 жидкость начинает стекать вниз.
Высота уровня 6 жидкости в гидрозатворе устанавливается длиной втулки 7 на стержне 8 и/или высотой сливной перегородки 5. Слив жидкости с вышерасположенной тарелки осуществляется через трубу 9.
При увеличении перепада давления на сепарационных насадочных модулях по мере их засорения механическими примесями и тяжелыми углеводородами газопарожидкостная смесь будет барботировать через гидрозатвор, перепуская через кольцевой зазор избыточный объем газа или пара из нижней части тарелки. Таким образом, предотвращается дальнейший рост перепада давления на сепарационных насадочных модулях и создание аварийных ситуаций.
Техническая характеристика разработанного каплеотбойника дана в табл. 4.5. Как видно из данной таблицы, применение предлагаемого устройства позволяет производить высокоэффективную очистку паров и газов от капельной жидкости при линейных скоростях газовых и паровых потоков до 3-4 м/с.
Кроме того, конструкция каплеотбойника позволяет оперативно производить разборку и замену вышедших из строя сепарационных насадочных элементов.
Каплеотбойник устанавливается под полуглухой тарелкой вывода нижнего бокового погона колонны К-2. Он позволяет только за счёт сил сцепления достичь эффективности улавливания 98 - 99%. Гидравлическое сопротивление его не превышает 0,3 - 0,4 кПа, что для вакуумных колонн имеет решающее значение. Хороший сток жидкости по тонкой проволоке и более мягкий термический режим по сравнению с тем, если бы каплеотбойник стоял в питательной секции колонны, исключает закоксовывание данного устройства.
Годовой экономический эффект от применения такой конструкции каплеотбойника на установке переработки газоконденсатного сырья мощностью 4 млн. тонн в год, рассчитанный по укрупнённым показателям, составляет 0,4 -0,5 млн. рублей.
Конструкция каплеотбойника для массообменных колонн защищена свидетельством РФ на полезную модель №21873.
Проблема уменьшения загрязнения окружающей среды обуславливает поиск решений создания вакуума без загрязнения воды и воздуха. Положительный и длительный опыт использования дизельных фракций в качестве конденсирующего и охлаждающего агента в барометрическом конденсаторе вместо воды предопределил использование дизельной фракции в качестве эжекти-рующего агента. Замена водяного пара в эжекторах на жидкостной эжекти-рующий агент позволяет повысить КПД процесса эжектирования. Известно, что энергетический КПД эжекторов, в которых используется в качестве рабочего агента водяной пар, достигает максимального значения 10 - 12%, при использовании жидкостного рабочего тела КПД эжектора может достигнуть 38 39%, сочетание процессов конденсации и эжектирования позволяет ещё увеличить КПД эжектора [67].
Такую систему создания вакуума предлагается использовать для колонны К-2 новой установки разделения газоконденсатного сырья.В табл. 4.6 приведены сравнительные показатели работы узла создания вакуума в ректификационной колонне К-2 (см. рис.4.1).
