На правах рукописи

ПИЛЮГИН ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ В ПЕРЕКРЕСТНОТОЧНЫХ НАСАДОЧНЫХ КОЛОННАХ НА УСТАНОВКАХ АВТ Специальность 05.17.07- Химия и технология топлив и специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена на кафедре Нефтехимия и химическая технология Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Чуракова Светлана Константиновна.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ахметов Сафа Ахметович;

доктор технических наук, профессор Теляков Эдуард Шархиевич.

Ведущее предприятие ГУП Институт нефтехимпереработки РБ

Защита состоится л 16 декабря 2009 г. в 16 ч. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан л 200_г.

Ученый секретарь совета, доктор технических наук, профессор Абдульминев К.Г.

3 ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В условиях рыночной экономики конкурентоспособность предприятия определяется энергоёмкостью существующих технологических процессов. Поскольку на стадию первичной перегонки нефти приходится более половины от общего расхода топлива на НПЗ, то разработка энергосберегающих технологий первичной перегонки нефти является одной из наиболее актуальных проблем.

Современные энергоэффективные проекты технического перевооружения процессов первичной переработки нефти должны базироваться на совокупности процессов совершенствования техники и технологии существующего производства. Причём наиболее высокого уровня энергоэффективности технического проекта на современном уровне можно достигнуть только за счёт комплексного подхода к решению конструктивных, технологических и технико-экономических проблем.

Актуальность данной работы заключается в реализации комплексного подхода к разработке энергосберегающих технологий. С одной стороны, в плане совершенствования конструктивного оформления колонного оборудования установок АВТ в данной работе рассмотрен переход на применение высокоэффективных перекрёстноточных насадочных контактных устройств, обладающих малым перепадом давления. С другой стороны, с точки зрения повышения эффективности использования тепла отходящих технологических потоков предложены и реализованы усовершенствованные схемы теплообмена. С третьей, базовой технологической, стороны рассмотрены наиболее целесообразные схемы первичной переработки нефти, обеспечивающие реализацию высоких технико-экономических показателей работы установки АВТ в целом.

Цель работы заключается в разработке энергосберегающей технологии первичной перегонки нефти в перекрестноточных насадочных колоннах на установках АВТ.

Основные задачи исследования 1 Провести на промышленном стенде испытания различных типов перекрёстноточных насадочных контактных устройств с целью оценки пределов их устойчивой и эффективной работы и использования полученных данных при проектировании внутренних устройств колонного оборудования установок АВТ.

2 В целях повышения температуры отбензиненной нефти и снижения расхода топлива в печи П-1 при разработке энергосберегающей технологии частичного отбензинивания рассмотреть многоуровневое питание колонны К-1. В качестве контактных устройств в колонне К-использовать перекрёстноточные насадочные контактные устройства с учётом диспропорциональных паровых и жидкостных нагрузок.

3 Для обеспечения возможности регулирования качества и ассортимента основ базовых масел, вырабатываемых на вакуумном блоке, в вакуумной колонне рассмотреть использование перекрёстноточных насадочных контактных устройств, обеспечивающих возможность многоуровневого отбора с учётом схемы организации теплосъёма.

4 На базе комплексного решения проблем: конструктивного оформления колонн, технологической схемы работы атмосферного и вакуумного блоков, а так же схемы теплообмена разработать и реализовать современную энергосберегающую технологию первичной переработки нефти, базирующуюся на использовании эффективных контактных устройств, обладающих низким гидравлическим сопротивлением.

Научная новизна 1 На базе промышленной полной ректификационной колонны организована работа стенда по испытанию на бинарной углеводородной смеси перекрёстноточных насадочных контактных устройств (ПНКУ). Получены гидродинамические и массообменные характеристики 12 модулей насадки, позволившие в два раза расширить диапазон эффективного применения ПНКУ по паровой нагрузке.

2 Получены высокие значения тепломассообменных характеристик для новой конструкции ПНКУ типа квадрат в квадрате (КПД 0,8-0,9 и удельный теплосъём на уровне 13-18 кВт/м3оС) в зоне конденсации тяжёлого дизельного топлива промышленной вакуумной колонны.

3 Предложена, теоретически обоснована и на примере реализованной в промышленности перекрёстноточной насадочной вакуумной колонны доказана возможность управления разделительной способностью секций за счёт смещения уровня отбора боковых погонов и изменения схемы организации циркуляционных орошений.

4 На основе ПНКУ и совершенствования схемы теплообмена разработана и внедрена на двух промышленных установках АВТ технология частичного отбензинивания нефти в колонне К-1 с двухуровневым вводом сырьевых потоков, позволившая снизить кратность острого орошения и сократить удельный расход топлива на перегонку нефти.

Практическая ценность:

Проведены испытания перекрёстноточных насадочных контактных устройств на промышленном стенде, позволившие значительно расширить существующие пределы их эффективного применения и использовать полученные данные при проектировании колонного оборудования с высокими значениями КПД массообменных устройств.

Оптимизация схемы теплообмена на установке ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО Орскнефтеоргсинтез и реализация технологии частичного отбензинивания в перекрёстноточной насадочной колонне с двойным питанием, позволила сократить удельный расход топлива на 2,5 кг на 1 т нефти.

Предложен комплексный подход к разработке энергосберегающих технологий, заключающийся в решении проблем: конструктивного оформления колонн, схем их работы и системы теплообмена. На установке ЭЛОУ-АВТ-3 комплексное решение проблем регенерации тепла, оптимизации схем работы колонн К-1 и К-4 при замене контактных устройств на ПНКУ позволило снизить расход топлива на 17%.

Реализация работы в промышленности.

В 2005 г. в ОАО Орскнефтеоргсинтез пущен в эксплуатацию промышленный стенд для испытания ПНКУ на бинарной смеси толуолортоксилол при нехарактерных гидродинамических нагрузках, которые не были апробированы в ранее реализованных перекрёстноточных насадочных аппаратах. Основные технико-эксплуатационные характеристики ПНКУ получены на промышленном стенде в пределах паровых нагрузок (F-фактор от 0,5 до 7 Па0,5) и жидкостных нагрузок (плотность орошения от 3 до 25 м3/(м2ч)), что позволяет расширить диапазон их эффективного применения в промышленных аппаратах с перекрёстноточной насадкой.

В 2000 г. на установке ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО Орскнефтеоргсинтез реализована в промышленности технология сухой вакуумной перегонки мазута в ПНК, с многоуровневым отбором масляных дистиллятов, и гибкой схемой организации циркуляционных орошений, обеспечивающей попеременное получение по каждому из боковых погонов масляных дистиллятов с различным уровнем вязкости. Промышленным экспериментом доказано, что по выводу первого масляного погона может вырабатываться либо веретённый дистиллят с 50=11-13 мм2/с, либо базовая основа для производства холодильных масел с 50=17-20 мм2/с.

На базе ПНКУ и оптимизации схемы теплообмена разработана и реализована на установке ЭЛОУ-АВТ-3 ОАО Орскнефтеоргсинтез современная энергосберегающая технология первичной перегонки нефти, обеспечившая снижение удельного расхода топлива на 2,5 кг на 1 т нефти.

Разработанные нами предложения были так же реализованы на установке ЭЛОУ-АВТ, где сокращение удельного расхода топлива составило 2,8 кг/т.

Совершенствование технологии переработки нефти на установках ЭЛОУ-АВТ-3 и ЭЛОУ-АВТ подтверждено тремя актами внедрений, суммарное сокращение затрат на топливо составило 30 млн. руб. в год.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: первых Международных научных Надировских чтениях Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса, республика Казахстан, г. Алматы-Атырау, 2003 г.; II и III Международных научных конференциях Теория и практика массообменных процессов химической технологии (Марушкинские чтения) г. Уфа 2001 и 2006г.;

научно-практических конференциях Нефтепереработка и нефтехимия2003 и Нефтепереработка-2008 г. Уфа; Международной научнотехнической конференции Актуальные проблемы технических естественных и гуманитарных наук г. Уфа, 2008 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в публикациях, включая пять статей в ведущих рецензируемых журналах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы включает 166 с., в том числе 43 рисунка и 30 таблиц. Список литературы включает 222 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируется цель и задачи исследования.

В первой главе проанализированы литературные данные по основным направлениям разработки и совершенствования энергосберегающих технологий частичного отбензинивания, атмосферной перегонки отбензиненной нефти и вакуумной перегонки мазута.

По мнению различных авторов, для разработки энергосберегающей технологии частичного отбензинивания в колонне К-1 необходим комплексный подход, который предполагает выбор технологической схемы (наиболее рациональной является схема с несколькими вводами сырья), диаметра колонны, числа тарелок, типа контактных устройств, выбор оптимальных параметров процесса разделения (отборов бензиновой фракции, давления, флегмового числа, расхода горячей струи) и соответствующего изменения схемы теплообмена установки в целом.

Обобщение литературных данных позволяет сформулировать основные направления совершенствования существующих технологий разделения отбензиненной нефти: повышение разделительной способности существующих колонн; оптимизация режимов фракционирования;

оптимизация схемы технологической обвязки колонного оборудования и схемы теплообмена. Показано, что повышение разделительной способности при снижении перепада давления по колонне, по мнению большинства специалистов, обеспечивается только при замене существующих контактных устройств (КУ) на более эффективные насадочные КУ. Выбор оптимальных параметров режима фракционирования, оптимизация схемы теплообмена (перераспределение съёмов тепла между острым и циркуляционными орошениями), увеличение площади теплопередающих поверхностей и улучшение работы нагревательных печей позволяет при сравнительно небольших затратах увеличить объем переработки нефти не менее чем на 20 %, а также сократить расход топлива в печах.

В целом ряде работ по совершенствованию технологии фракционирования мазута так же предлагается замена малоэффективных тарелок на более производительные и эффективные конструкции насадок с малым перепадом давления, в том числе перекрёстноточных насадок для обеспечения возможностей по многоуровневому отбору и регулированию качества масляных дистиллятов; кроме того, в целях снижения гидравлического сопротивления движению двухфазного потока мазута предлагается изменение конфигурации трансферного трубопровода; в целях снижения абсолютного давления в вакуумной колонне предлагается замена барометрических конденсаторов на поверхностные конденсаторы и двух-, трехступенчатые пароэжекторные насосы, а также замена вакуумсоздающих систем на новые гидроциркуляционные.

Таким образом, анализ литературных источников показывает, что при разработке энергосберегающей технологии фракционирования на установках первичной переработки нефти (АВТ) представляет интерес: изучение, внедрение и опытно-промышленное обследование новых конструкций перекрестноточных насадочных контактных устройств (ПНКУ); а также создание технологии атмосферно-вакуумной перегонки нефти, базирующейся на использовании ПНКУ с многоуровневым отбором дистиллятов, с гибкой усовершенствованной схемой теплообмена.

Во второй главе приведены результаты разработки конструкции промышленного стенда для испытания перекрёстноточных насадочных модулей различной геометрии на ОАО Орскнефтеоргсинтез, выполнена количественная оценка областей устойчивой работы модулей перекрёстноточной насадки и определена их тепломассообменная эффективность в широких пределах изменения паровых и жидкостных нагрузок на бинарной углеводородной смеси толуол-ортоксилол.

Принципиальная Е-Х-технологическая схема проЕ-мышленного стенда, сооТО руженного в ОАО ОрскнефК-теоргсинтез, приведена на рисунке 1. В основе стенда - ТК Х-ректификационная колонна К-1 диаметром 1,4 м и Н-1 Н-Н-высотой 14,5 м со всем сопутствующим оборудованием, которая позволяет Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема промышленного стенда испытывать до 12 различных конструкций насадочных модулей, оборудованная, соответственно, 24 пробоотборными устройствами с системами охлаждения жидкости и охлаждения и конденсации паров. В укрепляющей и в отгонной секциях колонны К-1 смонтировано по шесть перекрестноточных насадочных модулей, подробная характеристика которых приведена в таблице 1.

Поскольку аналитический контроль при стендовых испытаниях проводился методом измерения показателя преломления, то, для обеспечения точности определения составов отобранных продуктов, были выбраны углеводороды толуол и ортоксилол (70:30%), имеющие достаточную разницу в показателях преломления (толуол -1,49693; ортоксилол-1,5055).