Селективная очистка масляных дистиллятов. Учебное пособие

ми. В результате нагрева в корпусе подогревателя Е-112 за счёт экстрактного раствора после F-101 и подачи перегретого пара в низ колонны происходит окончательная отпарка растворителя от экстракта. Температура верха колонны К-7 поддерживается на уровне 110– 145 ° С. Колонна К-7 орошается экстрактным раствором из колонны К-4. Пары с верха колонны К-7 (смесь воды и растворителя) направляются через конденсатор Е-114 в емкость влажного растворителя V- 108. Несконденсированные пары откачиваются из емкости V-108 вакуумным компрессором. Остаточное давление в колонне К-7 на уровне 0,012–0,032 МПа обеспечивается вакуумным компрессором U-101. Экстракт с низа колонны К-7 откачивается насосами Р-106 А/В. Откачиваемый из колонны К-7 экстракт проходит трубное пространство теплообменника Е-103, где отдаёт тепло поступающему на деаэрацию сырью, затем – водяной холодильник Е-115 (корпус теплообменника), далее с температурой 80–130 ° С выводится с установки.

Содержание воды в растворителе влияет на эффективность экстракции в экстракционной колонне. Для обеспечения оптимального режима экстракции следует стремиться к наименьшему содержанию воды в растворителе.

При переработке более легкого сырья не исключается целесообразность регулирования содержания воды с целью обеспечения необходимой селективности растворителя. Регенерация растворителя, осушка и доведение его качества до норм, требуемых в процессе экстракции (содержание воды не более 0,5 %, плотность 1,03 г/см3), осуществляются в колонне V-112. Содержание воды в растворителе зависит от температурного режима колонны V-112. Необходимая температура кубовой части осушительной колонны V-112 обеспечивается рибойлером Е-124 и подачей части горячих паров из колонны К-3.

Подпиточный растворитель может добавляться из реагентного резервуара непосредственно в колонну V-112 насосом Р-116А/В. Осушенный растворитель с низаколонны V-112 с содержанием воды не более 0,5 % насосом Р-110А/В прокачивается через фильтр G- 102А/В, теплообменник Е-107, где охлаждается до температуры 122 ° С, через холодильник воздушного охлаждения Е-106 А, тепло-

21

обменник Е-106В и с температурой 50–92 ° С (в зависимости от вида сырья) подается в экстракционную колонну К-2. Растворитель собирается в V-112 из потока паров, отходящих с верха колонн регенерации растворителя из рафинатного и экстрактного растворов.

Пары растворителя с верха вакуумных колонн V-109 и К- 6охлаждаются до температуры 80 ° С в конденсаторе растворителя Е- 122 (растворитель в корпусе теплообменника) за счет потока экстрактного раствора с V-118 и направляются в ёмкость-накопитель V- 111. Далее сухойрастворитель из емкости V-111 подается насосом Р- 109А/В в колонну V-112 на 21 тарелку.

Пары (смесь воды и растворителя) с верха отпарных колонн рафината и экстракта К-7 и V-110 охлаждаются до 52 ° С в конденсаторе Е-114 и направляются в накопитель влажного растворителя V-108. Несконденсированные в V-111 пары охлаждаются в конденсаторе Е- 114 и направляются в V-108. Влажный растворитель из емкости V- 108 откачивается насосами Р-107А/В на 15 тарелкуколонны V-112. Кроме того, в колонну V-112 поступают пары растворителя из колонн К-3, К-4, К-5.

В процессе регенерации растворителя из рафинатного и экстрактного растворов возможно накопление легкого масла в растворителе. При регенерации растворителя из рафинатного и экстрактного растворов вместе с парами растворителя из колонн К-3 – К-7, V-109, V-110 отгоняются легкие углеводородные фракции (легкое масло), имеющие температуру кипения близкую к температуре кипения N- метилпирролидона. Постепенно накапливаясь в системе, легкое масло собирается в верхнем слое емкостей V-108, V-111, V-113, из которых откачивается на промывку в колонну V-122 или в емкость V-5. Верхний слой (растворитель) откачивается на осушку в колонну V-112.

С целью обеспечения тепла, необходимого для отгонки воды из растворителя, жидкость с низа колонны V-112 циркулируется насосом Р-110 А/В через рибойльер Е-124, где нагревается до температуры 202 ° С за счёт тепла экстрактного раствора из горячего контура.

Содержащаяся в растворителе вода отгоняется и выходит с верха колонны в виде паров с незначительным количеством растворителя. Па-

22

ры воды – метилпирролидоновая вода (МП-вода) – с верха колонны V- 112 с температурой 105–110 ° С поступают на охлаждение в воздушный конденсатор Е-120. Конденсат собирается в рефлюксной емкости V-113.

Метилпирролидоновая вода, отгоняемая из колонны регенерации растворителя V-112, содержащая незначительное количество растворителя, содержит также кислые продукты разложения растворителя, которые обладают коррозионной агрессивностью[10].

Особенности работы установки селективной очистки масел N-метилпирролидоном по технологии фирмЫ «Texaco»

Применяемые для очистки масляных фракций избирательные растворители фенол и фурфурол имеют ряд существенных недостатков. Фурфурол обладает сравнительно малой растворяющей способностью, термически нестабилен и склонен к интенсивномуокислению. Фенол достаточно энергоемок, малоселективен и характеризуется высокой степенью токсичности. Именно последнее обстоятельство и явилось основанием для использования экологически более благоприятногорастворителя[11–14].

При сравнительной оценке физико-химических свойств селективных растворителей выявлены явные преимущества N- метилпирролидона перед фенолом и фурфуролом [14]. Этот растворитель имеет более высокую растворяющую способность и селективность, а также не образует азеотропа с водой и мало токсичен. В этой связибыло принято решение о внедрении процессаочистки масляных фракций N-метилпирролидоном (МП) на Новокуйбышевском НПЗ.

Виюле 1990 г. был заключен контракт с английской фирмой Babcock Contractors.Ltd.Наприобретение оборудования для строительстваустановки селективной очистки масел (УСОМ) сиспользованием N-метилпирролидона.

Воснову работы этой установки положенатехнологическая лицен-

зия ведущей американской фирмы «Texaco». Строительство объектапродолжалось около двух лет. Завершающаячасть пусконаладочных работ проводилась в апреле-мае 1994 г., а 10 июня 1994 г. рафинат и экстракт были выведены в товарный парк – пускбыл завершен.

23

В соответствии с контрактом производительность установки по сырью (фр. 370–500 ° С) составляет 1501 т/сут. (520,8 тыс. т/год), при выходе рафината не ниже 57,6 % мас. и ежесуточнойего выработки

884,8 т (300 тыс. т/год).

Установка состоит из отделения деаэрациисырья, экстракционного отделения, секций регенерации NМП из рафинатного и экстрактного растворов, включающих соответственно 2 и 5 ректификационных колонн, а также отдельной колонны, в которую поступает растворитель со всехотпарных аппаратов. Для обеспечения необходимого температурного режима на установке имеются цилиндрические печи.

Отличительная особенность установки – проведение процесса в токе азота для предотвращения окисления NМП. Мощная вакуумная система практически полностью предотвращает потери растворителя с рафинатом и экстрактом.Четко рассчитаны аппараты по регенерации NМПиз экстрактного раствора, суммарный объем пяти колонн здесь составляет 95 м3. Это в значительной степени экономично, при объеме экстракционной колонны 224 м3 на единовременноезаполнение системы требуется всего 260–280 трастворителя.

После пуска установки было проведено тщательное обследование. В ходе обследования четко обозначились очевидные преимуществаУСОМ перед установками фенольной очистки.Выход рафината при работе на фракции370–500° С достигал 70 % маc., а на установках типа 37/1 этот показатель находится на уровне60 % мас.

По качеству продукции УСОМ также заметно превосходит установки фенольной очисткимасел. Цвет рафината на этой установке стабильно составляет 1,0–1,5 ед. ЦНТ. Здесь легко достигается показатель преломления рафината науровне 1,4680–1,4700 при коэффициенте преломления экстракта 1,5450–1,5500.

Интерес представляют и данные по составурафинатов из фр. 370– 500° С, выработанных наустановках фенольной очистки масел и установке очистки масел N-метилпирролидоном.

Очевидно, что из-за более низкой селективности фенола, даже при углубленной очистке рафинатовдо коэффициента преломления

24

1,4680, на установках типа 37 не обеспечивается полное удаление тяжелых ароматических углеводородов.

В дистиллятных рафинатах установки очистки масел N- метилпирролидоном с коэффициентом преломления до 1,4720 тяжелые ароматические практически отсутствуют. При этом сумма легких и средних ароматических соединений находится на уровне 25-30 % маc. Подобныйгрупповой состав рафинатов благоприятно влияет в дальнейшем на стабильность смазочных масел к окислению.

Принимая во внимание герметичность системы установки очистки масел N-метилпирролидоном (повышается экология процесса и снижается потеря растворителя), ее преимущества перед установками типа 37 становятся наиболееощутимыми.

Освоение работы УСОМ продолжалось в1995 г.: очищали деасфальтированный гудрон, атакже средневязкий дистиллят. В обеих случаях получены хорошие результаты.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

4.1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УСТАНОВКИ

При расчете материального баланса установки селективной очи-

стки необходимы следующие исходные данные:

– годовая производительность установки по сырью( год ,тыс. т/год:

– время работы установки в год ( с), сут.;

– расход растворителя на сырье, %;

– выход рафината, % мас.;

– величина безвозвратных потерь, % мас.

Производительность установки по сырью определяем по формуле

год· с· ,

где G – часовая производительность установки по сырью, кг/ч; Gгод – годовая производительность установки по сырью, т/год;

25

с– число суток работы в году.

По заводским данным для установок селективной очистки число суток работы в году составляет 340–345.

Объемную производительность установки определяем по формуле

с ,

где с– плотность сырья установки, кг/м3.

4.2.МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ

Втабл. 4.1 представлена форма материального баланса установки селективной очистки.

4.3.МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЭКСТРАКЦИОННОЙ КОЛОННЫ

4.3.1.Материальный баланс экстракционной колонны

Втабл. 4.2 представлена форма материального баланса экстракционной колонны установки селективной очистки.

Таблица 4.1

Материальный баланс установки селективной очистки масел (форма таблицы)

Примечание:

*– принимают в пределах 0,3 – 0,5 % мас.

26

Таблица 4.2

Материальный баланс экстракционной колонны (форма таблицы)

4.3.2. Тепловой баланс экстракционной колонны

Температурный режим экстракционной колонны устанавливается в зависимости от глубины очистки по результатам исследований, проводимых для заданного вида сырья. Температура верха колонны должна быть несколько ниже КТР, температура низа зависит от температуры застывания сырья.

При составлении теплового баланса экстракционной колонны учитывают следующее: температуру верха колонны регулируется температурой подаваемого в колонну растворителя, температура низа колонны регулируется температурой вводимого в колонну сырья[15].

В табл. 4.3 представлена форма теплового баланса экстракционной колонны установки селективной очистки.

27

Таблица 4.3

Материальный баланс экстракционной колонны (форма таблицы)

Количество циркулирующего экстрактного раствора определяют

t1 и t2 – температуры входа и выхода в холодильник/из холодильника циркулирующего экстрактного раствора, ºС.

28

4.3.3. Расчет размеров экстракционной колонны

Для определения диаметра экстракционной колонны определяем объемы рафинатного и экстрактного растворов.

Объем рафинатного раствора рассчитываем по формуле

(р.р. рр * %МП%МП,

– объем рафинатного раствора, м3/ч; Gp– количество рафинатного раствора, кг/ч;

– количество NМП в рафинатном растворе, кг/ч;

ρри ρNМП– плотность рафината и NМП при температуре верха колонны, кг/м³.

Объем рафинатного раствора рассчитываем по формуле

(э.р. ээ * %МП%МП,

– объем экстрактного раствора, м3/ч; Gэ – количество экстрактного раствора, кг/ч;

– количество NМП в экстрактном растворе, кг/ч;

ρри ρNМП– плотность рафината и NМП при температуре низа колонны, кг/м³.

Площадь сечения колонны определяем по формуле

+ ,р.р.,$,э.р.,

где F – площадь сечения колонны, м2;

V – допустимая скорость движениярастворов, 12–22 м³/м²·ч (по данным «Texaco»).

Зная сечение колонны, рассчитываем ее диаметр по формуле

- . 0/,

где D – диаметр колонны, м.

Высоту колонныопределяем по формуле

Н = h1 + h2 + h3 + h4,

гдеH – высота колонны, м;

29

h1 – высота верхней отстойной зоны, м; h2 – высота, занятая тарелками, м;

h3 – зона ввода сырья, м;

h4 – высота нижней отстойной зоны, м.

Высота верхней отстойной зонырассчитывается по формуле

1 ,р.р/.· в,

где в– время пребывания экстрактного раствора в нижней отстойной зоне, ч (0,9–1,3 ч).

Высота, занятая тарелками, рассчитывается по формуле

1 1т 3 4 1,

гдеhт – расстояние между тарелками, м (обычно 0,6 м); n – число тарелок (принимаем n=18).

Высоту зоны ввода сырья (h3) принимаем равной 2–3 м. Высота нижней отстойной зонырассчитывается по формуле

1 ,э.р.· н

н / ,

где – время пребывания экстрактного раствора в нижней отстойной зоне, ч (0,5–0,6 ч).

4.4.РАСЧЕТ РАФИНАТНОЙ ИСПАРИТЕЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Врафинатной испарительной колонне отгоняется основная часть NМП из рафинатного раствора, который поступает в колонну с температурой 270–280 ° С. Давление в эвапорационной зоне колонны составляет 0,014 МПа. Температура холодного орошения (рафинатного раствора), подаваемого на верхнюю тарелку колонны, равна его температуре в экстракционной колонне. Температура верха колонны соответствует температуре кипения NМП при давлении в этой зоне и равна 137 ° С.После экстракционной колонны 20–25 % мас. рафинатного раствора подается на орошение верха испарительной и отпарной колонны.

30