БТПп3 / 6 семестр / книги / Диссертация Маленьких В.С(ПРО МОЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ)

1.1.1.Повышение энергоэффективности теплотехнического оборудования .. 10

1.1.2.Увеличение эффективности теплообменных процессов и сжигания

1.3. Характеристика процесса, влияние технологических параметров на качество и

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСТАНОВКИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПАРАМЕТРОВ ЕЕ

2.4. Разработка и построение имитационной модели установки изомеризации в

3. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ УСТАНОВКИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ

4. НАПРАВЛЕНИЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК ИЗОМЕРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И

4.5. Дополнительный подогрев сырьевого потока колонны К-3 за счет тепла

4.6. Методика определения оптимального места ввода сырья для снижения

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ...108

5.1. Расчет экономического эффекта от внедрения узла подготовки сырья и

5.2. Расчет экономической эффективности мероприятия по замене двух ребойлеров

5.4.Расчет экономической эффективности мероприятия по дополнительному подогреву сырьевого потока колонны К-3 за счет тепла кубового потока

5.5.Расчет экономической эффективности мероприятия по снижению

4

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Нефтеперерабатывающая промышленность на сегодняшний день относится к приоритетным отраслям промышленности России. До 1990 г. она развивалась достаточно быстрыми темпами, хотя в техническом отношении отставала от зарубежной.

Систематическая работа в области энергосбережения и эффективности использования ресурсов в различных секторах и сферах экономики России началась после вступления в силу Федерального закона от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Поставленная Правительством РФ глобальная задача по внедрению энергоэффективных технологий особенно актуальна для наиболее энергоемких отраслей промышленности, к которым непосредственно относится нефтеперерабатывающая. Следует отметить, что показатель энергоэффективности всего НПЗ складывается из энергоемкости каждой отдельной установки. Показатели, по которым оцениваются установки, – это потребление следующих энергоресурсов: топливо для печей, охлаждающая вода, теплофикационная вода, водяной пар, электроэнергия.

Большое влияние имеет проблема безвозвратных потерь. Она является актуальной как для российских, так и для международных нефтяных компаний. Размер безвозвратных потерь на НПЗ составляет до 1 % от объема поступившего сырья. Задача отечественных нефтеперерабатывающих заводов – сократить потери и повысить показатель энергоэффективности до уровня лучших мировых практик.

Проведение обследования энергоемкости процесса необходимо как для старых установок (срок эксплуатации более 15 лет), так и для новых (срок эксплуатации не превышает 4 года). Базовые проекты новых установок могут содержать большой потенциал для снижения потребления энергоресурсов. В свя-

зи с этим все работы, направленные на изучение вопроса энерго- и ресурсосбе-

5

режения в нефтеперерабатывающей промышленности, актуальны.

Цель диссертационной работы – повышение эффективности работы установок изомеризации для уменьшения безвозвратных потерь и сокраще-

ния потребления энергоресурсов.

Задачи исследования:

1.Произвести технологический аудит установки изомеризации;

2.Выполнить анализ факторов, влияющих на энерго- и ресурсосбере-

жение при эксплуатации установки изомеризации, и разработать направления совершенствования их эксплуатации для обеспечения энерго- и ресурсосбе-

режения;

3.Разработать имитационную модель схемы установки изомеризации;

4.Разработать методику определения места ввода сырья в ректифика-

ционную колонну для сокращения потребления энергоресурсов как на дей-

ствующих установках, так и на объектах на стадии проектирования; 5. Разработать метод подготовки сырья установки изомеризации для

исключения образования отложений в межтрубном пространстве теплооб-

менного оборудования.

Объектом исследования являлась установка изомеризации легких бензиновых фракций с предварительным извлечением изопентана и рецик-

лом n-пентана и n-гексана.

Методы исследования. Для решения поставленных задач были при-

менены методы имитационного моделирования, инженерного анализа и ма-

тематической статистики. Расчет и анализ работы установки изомеризации проводились при помощи программного продукта Aspen HYSYS. Выполне-

ние пинч-анализа – при помощи программного продукта KBC SuperTarget.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается

вследующем.

1.Впервые установлено, что при наличии содержания в сырье уста-

новки изомеризации непредельных углеводородов свыше 0,5 % при содер-

жании кислорода свыше 4 ppm и нагревании до температуры 220 оС проис-

6

ходят осмоление и коксообразование в межтрубном пространстве теплооб-

менного оборудования.

2.Предложен способ улучшения качества сырья путём удаления кислорода отдувом очищенным водородсодержащим газом.

3.Разработана схема подготовки оборотного водоснабжения для установки изомеризации, с помощью которой можно добиться необходимого качества охлаждающей воды и тем самым увеличить межремонтный пробег установки до четырех лет, увеличить теплосъем в водяных холодильниках до

11 % и снизить потребление реагентов для водоподготовки до 56 %.

4.На основе универсальной модели колонны предложена методика,

позволяющая определять место ввода сырья в ректификационную колонну для сокращения потребления энергоресурсов как на действующих установ-

ках, так и на объектах на стадии проектирования.

На защиту выносятся:

1.Разработанная имитационная модель схемы установки изомери-

зации, позволяющая проводить оценку эффективности работы оборудования

иустановки в целом;

2.Метод оценки эффективности потребления энергоресурсов уста-

новки изомеризации, основанный на расчёте минимального потребления, и

его достижение путём рационализации системы рекуперации тепла, методов подвода энергии и условий эксплуатации;

3.Методика, позволяющая определять место ввода сырья в ректи-

фикационную колонну и вывода продукта из нее для сокращения потребле-

ния энергоресурсов на стадии проектирования оборудования;

4.Методика оценки степени закоксованности теплообменников от давления в емкости и количества подаваемого водорода;

5.Технология подготовки оборотной воды, ее влияние на техноло-

гические параметры работы установки и степень энерго- и ресурсосбереже-

ния.

Степень достоверности результатов исследования. Результаты ра-

7

боты базируются на основе статистических и экспериментальных данных,

полученных при эксплуатации реальной установки, а также расчетных дан-

ных, полученных на основе разработанной имитационной модели при помо-

щи программных продуктов Aspen HYSYS и KBC SuperTarget.

Экспериментальные исследования и апробация результатов проведе-

ны на реальном объекте с использованием сертифицированных и поверенных средств контроля и оборудования. Достоверность теоретических данных под-

тверждена экспериментальными данными, полученными на установке изо-

меризации АО «Газпромнефть-ОНПЗ». Расхождение результатов теоретиче-

ских и экспериментальных исследований не превышает 5 %.

Практическая значимость исследования.

Применение полученных в ходе исследования результатов дает воз-

можность:

рассчитывать тепловые и конструктивные параметры массооб-

менного и теплообменного оборудования для повышения эффективности ис-

пользования энергоресурсов;

использовать разработанную технологическую схему для экономии энергоресурсов и снижения потерь углеводородов на установках изомеризации;

исключить проблему закоксовывания межтрубного пространства сырьевых теплообменников как при проектировании новых объектов, так и при эксплуатации на существующих установках.

Реализация результатов исследования.

1. Установлено, что предлагаемая технологическая схема установки изомеризации позволит снизить потребление энергоресурсов до 10 % и поте-

ри углеводородов до 5 % от общего количества потерь.

2.Разработанные мероприятия по снижению потребления энергоре-

сурсов установок изомеризации приняты к внедрению на установках изоме-

ризации легких бензиновых фракций на предприятиях АО «Газпромнефть».

3.Разработанные методики применяются для повышения энер-

гоэффективности как действующих установок, так и объектов на стадии про-

8

ектирования на предприятиях АО «Газпромнефть».

Личный вклад соискателя.

1.Уточнена методика, позволяющая оценить степень энергоэффек-

тивности установок вторичной переработки углеводородов.

2.На основе разработанной имитационной модели предложена мето-

дика, позволяющая определять место ввода сырья в ректификационную колон-

ну для сокращения потребления энергоресурсов.

3.Установлена причина появления отложений в межтрубном про-

странстве сырьевых теплообменников, приводящих к росту перепада давления в оборудовании и выходу их из строя. Найден и доказан эффективный способ решения проблемы закоксовывания теплообменников, позволяющий избежать возникновения данной проблемы как при проектировании новых технологиче-

ских установок, так и на действующих объектах.

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссер-

тации были доложены и вынесены на обсуждение на II научно-технической конференции аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи, по-

священной 70-летию ОмГТУ «Техника и технология современного машино-

строения» (Омск, 2012 г.); X и XI научно-технических конференциях молодых работников ОАО «Газпромнефть» (Москва, 2013 г.; Санкт-Петербург, 2014 г.);

X научно-технической конференции ОАО «Омскнефтехимпроект» среди ра-

ботников нефтегазовой промышленности (Омск, 2014 г.); IX научно-

технической конференции среди молодых работников ОАО «Славнефть-

ЯНОС» (Ярославль, 2014 г.); на заседаниях кафедры «Химическая технология и биотехнология» ОмГТУ (Омск, 2013 г., 2014 г., 2015 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10

научных работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК России.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 144 страницах компьютерного исполнения, иллюстрирована 36 рисунками и 24 таблицами.

Библиографический список включает 83 источника.

9

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Существующие способы повышения энерго- и ресурсосбережения на технологических установках

1.1.1. Повышение энергоэффективности теплотехнического оборудования

Вопросами ресурсо- и энергосбережения в нефтепереработке занима-

лись такие крупные ученые, как Н.П. Либерман, А.С. Некрасов, И.Г. Ибраги-

мов, С.А. Ахметов, А.Ф. Ахметов, К.Г. Абдульминаев, Г.М. Сидоров и др.,

труды которых были изучены в процессе написания диссертации.

Процесс изомеризации бензиновых фракций, как и все остальные процессы вторичной переработки, предназначен для получения высокоокта-

новых компонентов автомобильных бензинов или сырья нефтехимии, прежде всего изопентана для синтеза изопренового каучука.

Значительная эффективность процесса изомеризации состоит в том,

что его сырьем являются низкооктановые компоненты нефти: фракции н.к. –

62 °С, содержащие большое количество нормальных пентанов и гексанов.

Данное сырье (вместе с фракциями С5 и С6, получаемыми с установки газо-

фракционирования) в среде водородсодержащего газа и присутствии би-

функциональных катализаторов превращаются в изомеры с разветвленным строением. Ценность продуктов установки изомеризации заключается в их высокой стойкости к детонации и испаряемости, что очень важно при произ-

водстве высокооктановых автобензинов.

Действующие технологические установки изомеризации на совре-

менных НПЗ – это в основном крупнотоннажные мощности, потребляющие в процессе своей работы большое количество энергоресурсов [56; 57].

«Энергия в нефтепереработке является самой высокой статьей расходов,

сразу после стоимости сырья. Из общего количества, потребляемого на уста-

новке энергии, 35–45 % приходится на тепловую и электрическую энергии,

причем на долю технологического сырья, непосредственно используемого для производства нефтепродуктов, приходится лишь оставшиеся 55–65%» [38].

10