СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ФРАКЦИЙ Российский патент 2007 года по МПК C10G7/00 

Изобретение относится к способу получения топливных фракций путем однократного испарения углеводородного сырья по одноколонной схеме.

Известен способ получения топливных фракций путем однократного испарения углеводородного сырья в одной ректификационной колонне (см. Багиров И.Т. Современные установки первичной переработки нефти. М.: Химия, 1974; см. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М.: Химия, 2001).

В известном способе отсутствует постановка задачи, обуславливающая оптимальный режим технологии перегонки углеводородной смеси.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения топливных фракций путем однократного испарения газового конденсата в одной ректификационной колонне (см. Майоров В.И., Павлова С.П., Пак Д.А. Установка получения дизельных топлив из газового конденсата Уренгойского месторождения. Серия "Подготовка и переработка газа и газового конденсата". ВНИИЭгазпром, №12, 1980, с.15-21; см. Глазов Г.И., Гараиев А.М., Тимерханов Р.В. Малотоннажные модульные установки. Химия и технология топлив и масел. №1-2, 2003 год, с.25-47).

Установка УПКМ-50 разработана институтом ВНИИгаз и введена в эксплуатацию на Крайнем Севере для переработки 50 тыс. тонн в год стабильного газового конденсата валанжинской залежи Уренгойского ГКМ. Пределы выкипания этого сырья 32 - 300÷340°С.

В известном способе газовый конденсат нагревается в трубчатой печи до 300°С и поступает на разделение в ректификационную колонну.

С верха ректификационной колонны выводится головной погон (пары бензиновой фракции), которые конденсируют и охлаждают, часть потока головного погона подают в качестве острого орошения верхней части ректификационной колонны, а избыток выводят с установки. Боковым погоном в отпарную колонну выводится фракция дизельного топлива, а с низа колонны выводится остаток - фракция котельного топлива. Паровой отгон отпарной колонны возвращается в ректификационную колонну. Тепловой баланс ректификационной колонны в связи с избытком поступающего в колонну тепла регулируется промежуточным циркулирующим орошением (ПЦО) путем его регенерации потоком холодного сырья.

В прототипе вопрос определения оптимальных параметров технологии перегонки газового конденсата не рассматривается.

Оптимальный расчет процесса ректификации в проектных разработках выполняется на основе анализа приведенных затрат. Вместе с тем на практике в связи с конъюнктурными условиями производства, изменением поставок сырья и ассортимента вырабатываемой продукции, а также в связи с модернизацией оборудования и реконструкцией технологической схемы все установки обычно работают на режиме, значительно отличающемся от проектного и оптимального. Это ухудшает конечные результаты производства, поэтому оптимизация технологическою режима в рабочей постановке задачи является наиболее актуальной.

Задачей изобретения является оптимизация технологии перегонки газового конденсата по одноколонной схеме.

Решение поставленной задачи и технический результат изобретения достигается тем, что в известном способе получения топливных фракций из газового конденсата, включающем разделение газового конденсата путем однократного испарения в одной ректификационной колонне, вывод топливных фракций и отвод избытка тепла ПЦО, отведение паров бензиновой фракции в верхней части ректификационной колонны, конденсацию и подачу части сконденсированных паров на орошение верхней части ректификационной колонны, а избытка бензиновой фракции на блок компаундирования - по методике авторов рассчитываются основные параметры технологии перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок N_м, N_т и N_опт.

Острое орошение подают на верх ректификационной колонны в количестве, рассчитанном по формуле:

где G_ор - количество острого орошения, кг/ч;

q_i - скрытая теплота испарения паров, кДж/кг;

G_n и q_n - количество и энтальпия паров ректификата, кг/ч и кДж/кг;

q_ж - энтальпия холодного орошения, кДж/кг;

R_опт - расчетное оптимальное флегмовое число,

и перераспределяют материальные и тепловые потоки топливных фракций и ПЦО в материальном балансе установки.

Заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия" и имеет все признаки новизны.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Для расчета оптимальных параметров перегонки газового конденсата необходимо располагать мольным составом ИТК ректификата Х_{i, D} и флегмы X_{i, W}. На практике отбор ректификата не представляет трудности, но для отбора флегмы необходимо дополнительное устройство на перетоке флегмы в отпарную колонну.

За исходную информацию для расчета наряду с массовым составом ИТК ректификата и флегмы принимают основные показатели технологического режима бензиновой секции колонны: температуры t_cp, t_F, Т_ср, Т_F, давления р_ср, р_F; флегмовые числа R_cp и R_F.

Для известного способа рассчитывают материальный и тепловой баланс установки (табл.1) и гидродинамическую характеристику работы ректификационной колонны (табл.2).

Затем рассчитывают основные параметры технологии перегонки газового конденсата (табл.3). Из приведенных в табл.3 данных следует, что расчетные оптимальные флегмовые числа R_опт и числа теоретических тарелок N_опт в известном способе отличаются от рабочих R и N. Последние меньше соответственно на 15,4 и 26,5% оптимальных показателей.

В предлагаемом изобретении это различие нивелируется путем изменения рабочих параметров R и N до пределов оптимальности в зависимости от количества флегмы, поступающей в качестве острого орошения данной секции, которое определяется по формуле (1).

На основании полученного материального потока флегмы, острого орошения перераспределяют все материальные и тепловые потоки в материальном балансе предлагаемого способа. Затем рассчитывают основные параметры перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок N_м, N_т и N_опт.

Сопоставительная оценка данных, приведенных в табл.1 для известного и предлагаемого способов, позволяет отметить следующее.

Количество потока острого орошения ректификационной колонны, рассчитанного по формуле (1), на 18,4% больше в предлагаемом способе по сравнению с известным способом. Вместе с тем, это позволило сократить расход потока ПЦО ректификационной колонны в предлагаемом способе на 32%; снизить затраты тепла на переработку газового конденсата на 0,423091 млн. кДж/ч и уменьшить расход топлива на 115,5 тонн в год по сравнению с известным способом.

В связи с перераспределением материальных и тепловых потоков топливных фракций изменяется их выход и качество. Бензиновая фракция по предлагаемому способу получается более высокого качества, ее детонационная стойкость составляет 68 пунктов по моторному методу (ММ).

Выход целевой фракции - фракции дизельного топлива - в предлагаемом способе увеличивается по сравнению с известным способом на 0,65% и по всем своим характеристикам отвечает требованиям ГОСТ. Ректификационная колонна в предлагаемом способе работает с максимальной нагрузкой по парам - 100% от допустимой.

Оптимальные условия перегонки газового конденсата оказывают значительное влияние на конструктивное оформление установки. По известному способу флегма целевой фракции арктического дизельного топлива отбирается из кармана 10-й тарелки, считая от верха колонны, а в предлагаемом способе из кармана 6-й тарелки при одинаковой четкости погоноразделения (η_т=26%). Следовательно, затраты на конструктивное оформление ректификационной колонны и системы теплообмена (ПЦО) в предлагаемом способе меньше по сравнению с известным способом.

Таким образом, по предлагаемому способу установка работает в оптимальном технологическом режиме по сравнению с известным способом. Об этом свидетельствуют и расчетные оптимальные флегмовые числа R_опт и числа теоретических тарелок N_опт, которые в предлагаемом способе практически одинаковы с рабочими R и N.

Ниже приводится методика расчета параметров многокомпонентной ректификации минимального R_м и оптимального R_опт флегмовых чисел и чисел теоретических тарелок N_м, N_т, и N_опт.

Для простоты и наглядности вместо программы и блок-схемы расчета на ЭВМ в таблице приведены основные уравнения алгоритма: их последовательность и условия расчета, не требующие дополнительных пояснений.

Расчетные уравнения для определения основных параметров ректификации при оптимизации технологии перегонки нефтяных и газоконденсатных смесей.Последовательность выполнения работыУравненияНазначения индекса уравнения и условия расчетаДоля отгона в дистиллят, εR_F - флегмовое число для низа секцииМольный состав парового питания секции, Y_{i, F}x_{i, D} и х_{i, W} - мольный состав ректификата и флегмы секцииОтносительный коэффициент летучести lgα_{i, t}Δt - разность температур кипения смеси и компонента, °С.Т - температура кипения смеси, КР - парциальное давление нефтяных паров, кПаМинимальное число теоретических тарелок, N_mlgα_{i, j, t} - рассчитываются при средней температуре кипения смеси t_cp и парциальном давлении нефтяных паров Р_ср в секцииКорень уравнения Андервуда, θα_{i, F} - рассчитывается при температуре t_F и парциальном давлении Р_F для низа секцииМинимальное флегмовое число, R_m Коэффициент распределения k-тых компонентов в ректификате и флегме, ψ_Kх_{K, D} и х_{K, W} - мольный состав k-тых компонентов в ректификате и флегмеКоэффициент распределения компонентов при рабочем орошении, n Относительная летучесть начала разделения парового питания на ректификат и флегмуlgα_HK(Y_{K, F})lgα_HK(Y_{K, F}) - рассчитывается по уравнению (3) при средней температуре и давлении в секцииΔt - разность температур кипения смеси и начала разделения парового питания Y_{K, F} на ректификат х_{K, D} и флегму х_{K, W}Число теоретических тарелок, N_T если n>1, то  Оптимальное флегмовое число, R_опт Оптимальное число тарелок, N_опт Коэффициент полезного действия тарелки, θ R_mN_ф - фактическое число тарелок в секции

Таблица 1
Материальный и тепловой баланс переработки газового конденсата валанжинской залежиСтатьи балансаИзвестный способПредлагаемый способВыход, мас.%Температура,
°СКоличество, кг/чЭнтальпия,
млн. кДж/чВыход, мас.%Температура, °СКоличество, кг/чЭнтальпия, млн. кДж/чПОСТУПИЛО:Газовый конденсат в том числе:        - паровая фаза91,330057065,56280091,330057065,562800- жидкая фаза8,73005440,3866228,73005440,386022Острое орошение 4034830,284038 4041240,336312Итого   6,232859   6,285134ПЦО 15046331,487097 15031521,011792Всего100 62507,719956100 62507,296926ПОЛУЧЕНО:Бензиновая фракция37,1513023221,39403636,512522801,357330Острое орошение 13034832,091054 12541242,455099Фракция дизельного топлива51,1820031981,43649451,8319632401,425600Котельное топливо11,672807300,48455911,672807300,484559Итого   5,406143   5,722588ПЦО 22046332,313802 22031521,574266Всего100 62507,719945100 62507,296854

Таблица 2
Гидродинамическая характеристика работы бензиновой секции ректификационных колоннПоказательСпособыИзвестныйПредлагаемыйДиаметр колонны, м1,01,0Флегмовое число2,472,92Давление, МПа0,30,3Объемная скорость паров, м³/с0,2420,290Плотность, кг/м³:  - паров9,238,26- жидкости642,7638,0Линейная скорость паров, м/с:  - рабочая0,3090,369- допустимая 0,3510,369Паровая нагрузка в верхней части ректификационной колонны, %88100

Таблица 3
Расчет оптимальных параметров перегонки газового конденсата по известному способу (бензиновая секция) t_ср=165°С; Т_ср=438 К; Р_ср=307,4 кПа; R_ср=1,91; ε=0,4237; N_ф=10; t_F=200°C; Т_F=473 К, Р_F=310,7 кПа; R_F=1,36; θ=7,2145.Температура выкипания фракции, °СМольный состав, долиlgα_{i, t} (3)N_m (4)lgα_{i, F} (3)θ (5)R_m (6)ψ_K (7)n (8)lgα_HK (Y_{K, F}) (3)N_т (9)R_опт (10)N_опт (11)η (12)x_{i, D}x_{i, W}Y_{i, F}32-600,07617-0,03226  1,0983700,075980,17932       60-900,26032-0,110290,710000,710,891541,493013,523831,8621,3690,59172,62,931,9126,090-1200,319170,111120,199270,47336 0,67757-0,38635-0,61881       120-1500,184810,129630,15301  0,46360-0,10332-0,12480       150-1800,159620,115620,13426  0,24963-0,04387-0,05216       180-210-0,180490,10401  0,03566-0,01842        210-240-0,145150,08365  -0,17831-0,00847        240-270-0,161120,09285  -0,40180-0,00540        270-300-0,156870,09040  -0,60624-0,00321        Всего1,000001,000001,00000   0,999950R_m=1,91       

Таблица 4
Расчет оптимальных параметров перегонки газового конденсата по предлагаемому способу (бензиновая секция) t_ср=160,5°С; Т_ср=433,5 К; Р_ср=307,4 кПа; R_ср=2,16; ε=0,415; N_ф=6; t_ф=196°С; Т_ф=469 К; Р_F=310,7 кПа; R_F=1,41; θ=6,79215.Температура выкипания фракции, °СМольный состав, долиlgα_{i, t} (3)N_m (4)lgα_{i, F} (3)θ (5)R_m (6)ψ_K (7)n (8)lgα_HK (Y_{K, F}) (3)N_т (9)R_опт (10)N_опт (11)η (12)x_{i, D}x_{i, W}Y_{i, F}32-600,09063-0,03761  1,0789700,086720,20897       60-900,30973-0,128540,681540,570,870371,520423,663672,8061,990,5621,5673,001,6726,190-1200,379970,098680,215320,44240 0,65457-0,42669-0,75252       120-1500,219880,115080,15858  0,43878-0,10766-0,14928       150-180-0,214670,12558  0,22298-0,04098        180-210-0,160280,09376  0,00719-0,01651        210-240-0,128900,07541  -0,20860-0,00756        240-270-0,143080,08370  -0,424390,00491        270-300-0,139310,08150  -0,640190,00283        Всего1,000001,000001,00000   1,000000R_m=1,97       

Таблица 5
Основные параметры фракционирования бензиновой секции ректификационных колоннПоказателиСпособыИзвестныйПредлагаемыйФлегмовые числа:  - минимальное1,911,97- оптимальное2,472,92- рабочее2,923,00Число теоретических тарелок:  - минимальное0,710,57- рабочее2,61,57- оптимальное1,911,67Фактическое число тарелок106КПД тарелки, %2626,1

Таблица 6
Физико-химическая характеристика бензиновых фракцийПоказательСпособыГОСТ 2084-77 на бензин марки А-76ИзвестныйПредлагаемыйВыход, мас.%37,1536,5-Плотность при 20°С, кг/м³730716-Фракционный состав по ГОСТ 2177-99, °С, об.%:   НК3836не <35106458не >705010092не >11590145128не >180КК164144не >195Выход, об.%9898 Давление насыщенных паров, Па4000050600не >66661Октановое число по моторному методу65,868,0не <76Содержание: серы, мас.%   фактические смолы,0,0010,001не >0,1мг/100 мл0,020,02не >5,0Кислотность, мгКОН/100 мл0,050,03не >3,0Групповой углеводородный состав, мас.%:   алканов5454-нафтенов3540 аренов116,0 

Таблица 7
Физико-химическая характеристика фракций дизельного топливаПоказательСпособыГОСТ 305-82 для марки (А)ИзвестныйПредлагаемыйВыход, мас.%51,1851,83-Плотность при 20°С, кг/м³790785-Фракционный состав по ГОСТ 2177-99, °С, об.%:   НК120122-10144146-50188187не >25596300295не >330Выход, об.%9696 Вязкость кинематическая при 20°С, мм²/с1,651,55не <1,5Температура, °С:   застывания-56-58не >55вспышки3836не <30Содержание:   серы, мас.%0,080,004не >0,2фактических смол, мг/100 мл1,02,0не >3,0Кислотность, мг КОН/100 мл0,080,004не >5,0Цетановое число4846не <45

Изобретение относится к способу получения топливных фракций путем однократного испарения углеводородного сырья по одноколонной схеме. Способ включает разделение газового конденсата путем однократного испарения в одной ректификационной колонне, вывод топливных фракций и отвод избытка тепла промежуточным циркуляционным орошением (ПЦО), отведение паров бензиновой фракции в верхней части ректификационной колонны. Часть сконденсированных паров подают на орошение верхней части ректификационной колонны, а избыток бензиновой фракции направляют на блок компаундирования. По предложенному уравнению рассчитываются основные параметры режима перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок. Острое орошение подают на верх ректификационной колонны в количестве, рассчитанном по формуле:

где G_op - количество острого орошения, кг/ч; q_i - скрытая теплота испарения паров, кДж/кг; G_n и q_n - количество и энтальпия паров ректификата, кг/ч и кДж/кг; q_ж - энтальпия холодного орошения, кДж/кг; R_опт - расчетное оптимальное флегмовое число. Далее перераспределяют материальные и тепловые потоки топливных фракций и промежуточного циркулирующего орошения в материальном балансе установки в соответствии с расчетными оптимальными параметрами перегонки R_опт и N_опт. Технический результат - оптимизация технологического режима перегонки газового конденсата по одноколонной схеме. 8 табл.

Способ получения топливных фракций из газового конденсата, включающий разделение газового конденсата путем однократного испарения в одной ректификационной колонне, вывод топливных фракций и отвод избытка тепла промежуточным циркулирующим орошением, отведение паров бензиновой фракции в верхней части ректификационной колонны, конденсацию и подачу части сконденсированных паров на орошение верхней части ректификационной колонны, а избытка бензиновой фракции - на блок компаундирования, отличающийся тем, что по методике авторов рассчитывают основные параметры технологии перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок N_м, N_т и N_опт, острое орошение подают на верх ректификационной колонны в количестве, рассчитанном по формуле

где G_op - количество острого орошения, кг/ч;

q_i - скрытая теплота испарения паров, кДж/кг;

G_n и q_n - количество и энтальпия паров ректификата, кг/ч и кДж/кг;

q_ж - энтальпия холодного орошения, кДж/кг;

R_опт - расчетное оптимальное флегмовое число,

и перераспределяют материальные и тепловые потоки топливных фракций и промежуточного циркулирующего орошения в материальном балансе установки, согласно оптимальных параметров перегонки R_опт и N_опт.