оптимизация режимных параметров колонны к

К.В. Семикин1
УДК: 665.63
ОПТИМИЗАЦИЯ
РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ
КОЛОННЫ К-2 УСТАНОВКИ
ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
НЕФТИ
Санкт-Петербургский государственный
технологический институт (технический университет)
190013, Санкт- Петербург, Московский пр. д. 26
Рассмотрен процесс первичной переработки нефти. Проведено исследование влияния расхода водяного пара на выход светлых нефтепродуктов, и выбран оптимальные режим работы сложной ректификационной колонны К-2. Оценена возможность выпуска топлива технологического экспортного, путем уменьшения отбора фракции стриппинга К3/1.
Ключевые слова: нефтепеработка, атмосферная ректификация, бензин, керосин, дизельное топливо, атмосферный газойль, мазут, топливо технологическое экспортное
Первичная переработка нефти является основным этапом производства товарной продукции нефтеперерабатывающего завода. На промышленных установках
АТ и АВТ осуществляется разделение нефти на фракции,
различающиеся температурными пределами кипения, а
полученные продукты служат сырьём для других технологических процессов. Основным показателем эффективности работы установки является выход светлых нефтепродуктов.
Целью работы является оптимизация работы
блока ректификации установки первичной переработки
нефти.
Основной блок, где происходит деление на
фракции, представляет собой сложную ректификационную колонну с 3-мя стриппинг – секциям (рисунок 1).
На основе фактических данных по работе промышленной установки первичной переработки нефти
ЭЛОУ АВТ-2 была разработана её компьютерная модель в
Aspen Hysys, обеспечивающая высокую скорость и устойчивость расчёта в широком диапазоне исходных данных.
Адекватность модели была проверена по всему комплексу
параметров: составы фракций, температуры, давления,
расходные показатели (таблица 1).
Таблица 1. Показатели работы колонны К-2
Показатель
Температура
верха
Температура низа
Отбор бензина
Отбор керосина
Отбор ДТ
Отбор АГО
Отбор мазута
Расход орошения
Расход 1 ЦО
Расход 2 ЦО
5 % об.
50 % об.
95 % об.
5 % об.
50 % об.
95 % об.
5 % об.
50 % об.
80 % об.
Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема колонны К-2 установки АВТ-2
1
Размерность
Экспериментальные
данные
Рассчитано по
модели
ºС
137,3
139,4
ºС
346
т/ч
20,7
т/ч
22,1
т/ч
40,0
т/ч
34,0
т/ч
132,2
м3/ч
37,0
м3/ч
97
м3/ч
130
Фракционный состав
Бензин
ºС
80,5
ºС
129,0
ºС
165,0
Фракция 200-320 ºС
ºС
193,3
ºС
236,5
ºС
292,7
Фракция 300-360 ºС
ºС
287,0
ºС
330,0
ºС
358,0
352,9
20,7
22,1
40,0
34,0
132,0
35,0
97
134
187,9
236,6
288,9
290,3
328,5
359,3
Из литературы [1] известно, что в присутствии
водяного пара парциальное давление компонентов снижается, и они перегоняются при более низких температурах. В данной работе исследовался расход водяного пара,
подаваемый в куб колонны К-2 и выход светлых нефтепродуктов. Отборы фракций подбирались таким образом,
Семикин Кирилл Вадимович, мл. науч. сотр. аспирант, каф. ресурсосберегающих технологий,e-mail: kirill@restech.ru
Дата поступления – 6 марта 2013 года
81,1
131,8
167,2
I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ · ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ
чтобы при каждом определенном расходе качество получаемых продуктов соответствовало качеству продуктов,
полученных в базовом режиме. Необходимая четкость
деления достигалась за счет коррекции расходов циркуляционных орошений. Расход флегмы из рефлюксной
емкости и температура питания в исследовании оставались постоянными.
Показатели предлагаемого режима представлены
в таблице 2.
Таблица 2. Расходные показатели
РазБазоОптимизированный
мервый
режим
ность
режим
Расход пара в К2
кг/ч
2875
4000
Уд. расход пара в К2
кг/т
9,3
12,9
Профиль температур
Температура верха
ºC
139,4
136,2
Темп перетока в К3/1
ºC
180,0
176,3
Темп перетока в К3/2
ºC
236,5
232,3
Темп перетока в К3/3
ºC
316,7
316,2
Температура низа
ºC
352,9
351,5
Отборы фракций
Отбор бензина
т/ч
20,7
20,7
Отбор керосина
т/ч
22,1
22,1
Отбор ДТ
т/ч
40,0
40,7
Отбор АГО
т/ч
34,0
36,0
Отбор мазута
т/ч
130,3
127,6
Циркуляционные орошения
Расход ЦО1
м3/ч
95,0
94,5
Расход ЦО2
м3/ч
134,7
145,3
Бензин
5%
ºC
81,1
81,1
50 %
ºC
131,4
131,6
98 %
ºC
174,8
175,0
Керосин
5%
ºC
172,8
172,9
50 %
ºC
201,3
202,1
98 %
ºC
239,8
240,5
ДТ
5%
ºC
220,4
219,3
50 %
ºC
261,2
261,7
98 %
ºC
300,7
301,4
Фракция 300-360 ºC
5%
ºC
292,8
293,4
50 %
ºC
334,4
336,3
80%
ºC
372,3
359,4
Показатель
Из данных таблиц следует, что увеличение подачи пара в куб колонны К-2 позволяет повысить отбор дизельного топлива на 0,7 т/ч, а атмосферного газойля на 2
т/ч, при сохранении качеств всех продуктов. Дальнейший
подъем расхода водяного пара нецелесообразен, так как
приводит к значительному повышению расхода циркуляционных орошений (рисунок 2).
В ряде случаев продукт стриппинга К-3/3 фракция 300-360 ºC атмосферного газойля (АГО) не поступает
на вторичную переработку, а используется как прямогонный компонент товарных мазутов и дизельных топлив [1].
В таких случаях энергия, затраченная на разделение фракций АГО и мазута, используется неэффективно, так как на следующих этапах производственного процесса эти две фракции вновь смешиваются. В качестве
более эффективного режима предлагается снизить отбор
фракции атмосферного газойля без изменения нагрузки
на холодильники колонны. А балансовый избыток жидкости на тарелке отбора питания стриппинга К-3/3 использовать в качестве орошения нижерасположенных секций
№1 и №2 колонны К-2. Прежде всего, это позволит увеличить эффективность работы секций №2 вследствие
поднятия соотношения встречных расходов жидкости и
пара (L/V соотношение) на тарелках, тем самым отдалив
рабочие концентрации на тарелках данной секции от равновесных.
В базовом режиме L/V соотношение расхода
жидкости к расходу пара секции 2 составляет 0,22, что
вдвое меньше соотношений на вышележащих секциях
(рисунок 3).
Рисунок 3. Парожидкостной профиль колонны К-2
После уменьшения отбора АГО с 13,7 % масс (по
отношению к питанию колонны) до 4,6 % наблюдается
увеличение L/V соотношения до 0,52 (рисунок 2).
Это приводит к увеличению четкости деления
продуктов и уменьшению перекрытия кривых истинных
температур кипения продуктов и, следовательно, к улучшению качества бензиновой, керосиновой и дизельных
фракций при сохранении их отборов. Кубовый продукт –
мазут по химико-физическим показателям полностью удовлетворяет требованиям на топливо технологическое экспортное (ТТЭ-4, ТТЭ-5).
Конец кипения фракции атмосферного газойля
(продукта стриппинга К-3/1) уменьшился с 362 до 317 ºС.
Из-за снижения количества тяжелокипящих компонентов
уменьшилось содержание серы. Таким образом, атмосферный газойль в дальнейшем может быть использован
в качестве сырья установки извлечения парафинов С16С19, или как более качественный прямогонный компонент
дизельного топлива. В тоже время появляется запас по
качеству продукта стриппинга К-3/2 (конец кипения
уменьшился с 300,7 ºС до 294,8 ºC). В связи с перераспределением отбора фракции стриппинга К-3/3 температура низа колонны К-2 уменьшилась с 351 до 340 ºС, что
также положительно влияет на качество продукции, из-за
уменьшения процессов крекинга нефти в кубе колонны.
Литература
Рисунок 2. Влияние расхода пара
на расход циркуляционных орошений
1. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти: учеб.-метод.
пособие. В 3 т. Т. 1. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2001. 223 с.