Установка деасфальтизации гудрона

Присутствие бутана и  более тяжелых углеводородов  ведет к увелечению выхода деасфальтизата, но одновременно ухудшается его качество (возрастает коксуемость, ухудшается цвет, повышается вязкость).

Присутствие пропилена  и бутиленов также нежелательно, так как они повышают растворимость смол и полициклических ароматических углеводородов. В техническом пропане не должно быть серосодержащих соединений, так как они вызывают коррозию аппаратов и трубопроводов.

Однако в последнее  время проводятся исследования по применению парного растворителя пропан - бутан, ввиду того, что наличие двух компонентов позволяет варьировать растворяющую способность растворителя при изменении свойств и состава используемого сырья.

 

 

4  Технологические расчеты процесса и основных аппаратов 

 

4.1 Материальный баланс установки

Производительность  установки деасфальтизации

П = 400 тыс. т/г,

что составляет:

G=800000000/8160=49019,6

где 8160 — количество часов работы установки в году.

Воспользуемся материальным балансом деасфальтизации гудрона, приведенным в литературе [2].

Материальный  баланс установки приведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Материальный баланс установки

Компонент	% масс	тыс. т/год	кг/ч
Взято
Сырье- гудрон	100	400	49019,6
Итого:	100	400	49019,6
Получено
Деасфальтизат	54.4	217,6	26666,6
Битум деасфальтизации	45.6	182,4	22353
Итого:	100		49019,6

 

 

4.2. Расчет колонны деасфальтизации

 

Принимаем следующие  условия проведения процесса:

• кратность пропана к сырью (об.)   [2] 6:1
• температура ввода сырья в колонну 150 °С;
• температура ввода пропана в колонну 50 °С;
• температура растворов в деасфальтизационной колонне, °С

вверху 80

внизу 60

Материальный  баланс колонны (на схеме поз. 3) приведен в табл. 2.2.

Таблица 4.2 - Материальный баланс колонны

Поток	% масс	Состав р-ра, % масс	кг/ч
Взято
Сырье	100	25	49019,6
пропан	300	75	147058,8
Итого:	400	100	196078,4
Получено
1) Р-р деасфальтизата	340,0	100	166666,64
деасфальтизат	54,4	16	26666,67
пропан	285,6	84	139999,97
2) Р-р асфальта	60,0	100	29411,76
асфальт	45,6	76	22352,94
пропан	14,4	24	7058,82
Итого:	400,0		196078,4

 

Давление  в колонне

В процессе деасфальтизации  пропан должен находиться в жидком состоянии. Для этого в колонне поддерживается давление, на 0,3 — 0,4 МПа превышающее давление насыщенного пара пропана при максимальной рабочей температуре.

Технический пропан, применяемый на установках деасфальтизации, содержит примеси этана и бутана, которые несколько изменяют давление насыщенных паров смеси по сравнению с чистым пропаном.

Рабочее давление в деасфальтизационной колонне  определяют по формуле:

P_i∙x_i=P

где Pi — давление насыщенных паров компонента i при  температуре однократного испарения, МПа; X'i — мольная доля компонента i в техническом пропане; Р — давление в системе, МПа.

Принимаем рабочую  температуру в колонне t = 80 °С. При температуре 80 °С по графику Кокса [4] давление насыщенных паров чистого пропана Pi = 3,1 МПа.

С учетом примесей давление насыщенных паров смеси  по сравнению с чистым пропаном несколько изменится. Результаты расчета давления в системе приведены в табл. 2.3.

Таблица 4.3 - К расчету давления в колонне

Компонент	Мольная доля, X’i	Pi, Мпа	X’I Pi, МПа
С2Н6	0,044	10,0	0,44
С3Н8	0,948	3,1	2,94
С4Н10	0,008	1,18	0,01
Сумма:	1,000		3,39

 

При температуре 80 °С давление в системе составляет Р = 3,39 МПа.

Принимаем давление в колонне на 0,4 МПа выше, чем  давление насыщенного пара пропанового  растворителя при рабочей температуре 75°С.

Р = 3,39 + 0,4 = 3,79 ≈ 3,8 МПа

 

Тепловой баланс колонны

 

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

Уравнение теплового  баланса колонны:

Q_прих = Q_pacx,

где Q_прих — общее количество приходящего тепла, кДж/ч; Q_pacx — 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 [4, с. 157]:

 

Относительную плотность найдем по формуле [4, с. 103]:

 

Относительная плотность  сырья:

 

Энтальпия сырья:

 

Относительная плотность  деасфальтизата:

 

Энтальпия деасфальтизата:

 

Относительная плотность битума:

Энтальпия битума:

 

Энтальпии жидкости пропана [5, с. 95]:

 

при 50°С: J^ж = 136,18 кДж/кг;

 

при 60°С: J^ж = 169,70 кДж/кг;

 

при 80°С: J^ж = 246,37 кДж/кг.

 

Тепловой баланс колонны сведен в табл. 4.4.

Таблица 4.4 - Тепловой баланс колонны деасфальтизации

Поток	G, кг/ч	t, C	J, кДж/кг	Q, кДж/ч
Приход
Сырье	49019,6	150	299,92	16870500
Пропан	147058,8	50	136,18	22980375
Тепло подогревателя				Qп
Всего:	196078,4			39850875+Qп
Расход
Раствор деасфальтизата	166666,64
а) деасфальтизат	26666,67	80	151,23	4627638
б) пропан	139999,97	80	246,37	39579340,5
1	2	3	4	5
Раствор битума	29411,76
а) битум деасфальтизации	22352,94	60	109,56	2810214
б) пропан	7058,82	60	169,7	1374570
Всего:	196078,4			48391762,5

 

Тепловая нагрузка подогревателя составляет:

 

Qn = 48391763 – 39850875= 8540888 кДж/ч

или

8540888/3600 =2372 кВт

Принимаем следующие  параметры греющего пара: давление Р = 0,6 МПа,

температура t_s = 158°С, теплота конденсации г = 500 ккал/кг (2117 кДж/кг) [6, с.550]. Коэффициент удержания тепла в теплообменнике принимаем равным η =0,95.

Расход пара составит:

 

Определение основных размеров колонны.

Диаметр колонны  деасфальтизации рассчитывается по формуле [5]:

 

где  F —  площадь живого сечения колонны, м².

Допустимая  объемная скорость потоков в колонне обычно составляет

26 -32 м³ /(м² ч). Принимаем допустимую скорость потоков в колонне W = 29 м/ч.

Плотность сырья  при температуре входа в колонну 150°С находим по формуле Менделеева:

Относительная плотность пропана = 0,5010.

Плотность пропана  при температуре входа в колонну 50 °С равна:

Находим площадь  живого сечения колонны:

 

где и — плотности сырья и пропана при данной температуре; и —

 

количество  пропана и сырья, кг/ч. Диаметр  колонны:

Согласно  нормальному ряду [7] выбираем по стандартному ряду диаметр колонны равным 4,5 м.

Высота колонны

Общая высота колонны складывается из следующих высот [5]:

H₁ — отстойная зона для раствора деасфальтизата;

Н₂ — зона подогрева (3 — 3,5 м) — принимаем равной 3 м;

Н₃ — зона контактирования (6 — 7 м) — принимаем равной 6 м;

Н₄ — отстойная зона для битумного раствора;

Н₅ — высота опорной части колонны (не менее 1 - 2 м) — принимаем равной 2 м.

Высоты H₁ и Н₄ рассчитаем по формуле:

 

где t — время  отстоя раствора, ч; Vp — объем раствора, м /ч; F — площадь поперечного сечения колонны, м2.

Время пребывания раствора деасфальтизата в верхней отстойной зоне принимаем 0,1 ч; линейная скорость движения обычно не превышает 0,8 м/мин.

Плотность деасфальтизата при температуре 80°С:

Плотность пропана  при температуре 80°С равна:

Объем раствора:

                           V_p=26666,67/889,7+139999,97/431,0=407,1

 

Находим площадь  живого сечения колонны:

 

 

Время пребывания раствора битума в нижней отстойной  зоне принимаем 0.5 ч; линейная скорость движения обычно не превышает 0,12 м/мин. Плотность битума при температуре 60°С:

Плотность пропана при температуре 60°С равна:

Объем раствора:

 

                           V_p=22352,94/933,3+7058,82/454,3=45,31

 

Находим площадь  живого сечения колонны:

 

 

Общая высота:

Н = Н₁ + Н₂ + Н₃ + Н₄ + Н₅, м

Н = 4,8 + 3 + 6 + 3,6 + 2 = 19,4 м

 

4.3. Расчет сепаратора

Сепаратор (на схеме поз. 11) предназначен для отделения основного  количества растворителя из раствора асфальта. Согласно литературным данным [2], аппарат работает при следующих условиях: давление 1,7 — 2,1 МПа, температура 210 — 250 °С.

Производительность сепаратора составляет G = 33750 кг/ч.

Принимаем давление на входе  в сепаратор Р = 1,8 МПа, температуру  в сепараторе t = 220 °С.

Мольную долю отгона на выходе из печи (перед входом в сепаратор) определим методом подбора, при котором удовлетворяется следующее равенство для парожидкостного потока с заданной мольной долей отгона е^’:

 

                                           

 

Для нефтяных углеводородов  константа фазового равновесия Ki компонента смеси определяется из соотношения:

K(i) = Pi/P,

где Pi — давление насыщенных паров компонента i при температуре однократного испарения; Р — давление, при котором производится однократное испарение, давление в системе [7].

Давление насыщенных паров Pi определим по формуле Ашворта [4]

где T - рабочая температура, К; То - средняя температура кипения фракции, К; Pi — давление насыщенных паров, атм.

Результаты  расчета мольной доли отгона приведены в табл. 4.5

Таблица 4.5 - К расчету мольной доли отгона на входе в сепаратор

Компонент	М	кг/ч	кмоль/ч	Мольная доля, X'i	To,K	f(To)	lgP	P(i), Mpa	Ki
Пропан	44	8100	184,09	0,804	230,9	12,29	1,9408	8,73	4,85	1
Асфальт	570	25650	45,00	0,196	793	1,27	-4,4737	0	0	0
		33750	229	1						1