CC BY
125
УДК 665.637.6:665.662.3
К. Г. Зиганшин (асп.)1, А. В. Мыльцын (асп.)1, А. А. Осинцев (к.т.н.)2, Г. К. Зиганшин (д.т.н., проф.)1
Оценка влияния качества сырья и технологических показателей процесса деасфальтизации гудрона на эффективность процесса экстракции на примере модернизации установки 36/5 ЗАО «РНПК»
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431952 2ООО «ИМПА Инжиниринг» 450064, г. Уфа, ул. Мира, 61; тел. (347) 2751212, e mail: info@impa-ufa.ru
K. G. Ziganshin1, A. V. Myltsyn1, A. A. Osintsev2, G. K. Ziganshin1
Investigation of influence of quality of feed and process deasphalting parameters on extraction efficiency an example of modernization deasphalting unit of JSC «RNPK»
1 Ufa State Petroleum Technological University I, Kosmonavtov Str, 450062 Ufa, Russia; ph. (347) 2431952 2IMPA Engineering Co. 61, Mira Str., 450064, Ufa, Russia; ph. +7 (347) 2751212, e mail: info@impa-ufa.ru
Фирмой «ИМПА Инжиниринг» проведена модернизация двух блоков экстракции установки деасфальтизации гудрона сжиженным пропаном 36/5 ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» с выполнением работ «под ключ» — от исследования и разработки проектной документации до изготовления оборудования, выполнения монтажа и пуско-наладочных работ. При модернизации применен комплексный подход по повышению эффективности процесса экстракции за счет использования современных аппаратных решений и технологических схем. Согласно программе испытаний установки 36/5 цеха №1 ЗАО РНПК после модернизации блока экстракции проведены обследование и анализ работы блоков до и после модернизации, проведена оценка влияния качества сырья и технологических показателей процесса деас-фальтизации гудрона на эффективность процесса экстракции, а также подготовлены рекомендации по ведению технологического процесса экстракции в зависимости от загрузки и качества сырья.
Ключевые слова: блок экстракции; деасфальти-зация гудрона; коксуемость; кратность растворителя; регулярная насадка РН-ИМПА; смеситель.
IMPA Engineering company modernized two blocks of extraction tar by liquefied propane of deasphalting unit 36/5 ZAO «Ryazan Oil Refining Company» with the performance of «turnkey» - from research and development of design documentation to the manufacture of equipment, installation and commissioning works. With the modernization the complex of work is used to improve the efficiency of the extraction process through advanced hardware solutions and process flow diagrams. According to the «Unit testing program of department number 1 of deasphalting unit 36/5 ZAO «Ryazan Oil Refining Company» after modernization extraction unit carried out a survey and analysis of the blocks before and after modernization, estimated the impact of raw material quality and technological parameters of process tar deasphalting on the efficiency of the extraction process, as well as prepared recom-mendations for conducting the process of extraction depending on the load and quality of raw materials.
Key words: extraction unit; deasphalting process; carbon residue; solvent/feed ratio; regular packing RN-IMPA; the mixer.
Дата поступления 19.08.13
Технологическая схема блоков экстракции установки деасфальтизации гудрона 36/5 Рязанского нефтеперерабатывающего завода имеет классическую одноступенчатую схему очистки сырья. Процесс деасфальтизации гудрона осуществляется в двух экстракторах К-1 и К-1А, оснащенных жалюзийными тарелками, представляющими собой обычные металлические пластины (ширина 35 см, толщина 6 мм), расположенные через 4 см под наклоном 45о. Колонна с жалюзийными тарелками с точки зрения массообмена фаз незначительно отличается от распылительной колонны, тому же способствует скопление на тарелках «коксовых» отложений, представляющих собой высокоплавкий асфальтит. Экстракторы К-1 и К-1А имеют диаметр 3,4 м и общую высоту 20 м с расположением в верхней части колонн пароподогревателей для повышения температуры
верха колонны с целью осаждения асфальто-1
смолистых веществ .
При модернизации блоков экстракции установки деасфальтизации гудрона 36/5 ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» было использовано комбинированное техническое решение ИМПА Инжиниринг, включающее совершенствование технологической схемы и массообменного оборудования.
Усовершенствована технологическая схема:
— использованы узлы подготовки сырья со струйными смесителями ССР-ИМПА;
— использована схема перераспределения внешних потоков по высоте колонн.
Заменены внутренние устройства экстракционных колонн:
— использована специализированная регулярная насадка РН-ИМПА-01;
— усовершенствована конструкция распределителей потоков.
Внутри колонны интенсификация взаимодействия фаз происходит на контактных устройствах, а вне колонны осуществляется дополнительное взаимодействие фаз с использованием узла подготовки сырья со струйным смесителем.
Преимущества реализованного технического решения заключаются в эффективном взаимодействии фаз на контактных устройствах в результате увеличения активной межфазной поверхности, выравнивания распределения потока контактирующих фаз по сечению колонны и создания пленки тяжелой фазы с двусторонней рабочей поверхностью за счет гидродинамически проницаемых пленкообразующих поверхностей, заданное расположение которых образует систему периодического сбо-
ра и перераспределения фаз. Контактные устройства «ИМПА Инжиниринг» также обладают рядом особенностей, снижающих «коксование» насадки, таких как организованная гидродинамика потоков и немагнитный материал насадки. Использование подобного материала насадки выбрано в связи с тем, что высокоплавкий асфальтит обладает полярными свойствами и образует очаги «коксования», нарастающие со временем на обычной углеродистой стали. Регулярная насадка РН-ИМПА была разработана специально для процесса деас-фальтизации 2.
Использование узла подготовки сырья, в котором происходит смешение гудрона с пропаном в струйном смесителе, позволяет развить поверхность контакта фаз до ввода сырья в колонну, приблизить поступающие в аппарат сырье и растворитель к состоянию фазового равновесия и в результате получить дополнительную ступень контакта, в значительной мере улучшить распределение фаз по сечению колонны и интенсифицировать процессы теп-ло-массообмена в экстракторе за счет снижения вязкости гудрона, предварительно насыщенного растворителем.
В результате модернизации установки были достигнуты следующие результаты:
— средний отбор деасфальтизата увеличен на 1.5-2.0 %;
— объемная кратность растворителя к сырью снижена на 15—20 % (с 6.8—7.0:1 до 5.8— 6.0:1) с соответствующим снижением удельных энергозатрат;
— доля извлечения целевых компонентов к потенциалу, характеризующая эффективность процесса экстракции и рассчитанная по методике ГУП ИНХП по значению процента отбора от потенциала, выросла на 7—8 % (с 87—89 % до 94—96 %);
— показатели качества деасфальтизата
после модернизации находятся в пределах
1
нормы .
Материалы и методы
Процесс деасфальтизации гудрона осуществляется с использованием сжиженного пропана при высоком давлении (3.8—4.2 МПа). В связи с этим моделирование процесса в лабораторных условиях, особенно оценка эффективности массообменных устройств, затруднены, поэтому данное исследование проводилось на промышленной установке согласно плану опытно-промышленного пробега. Исследовано влияние различных факторов (качества сырья,
технологических параметров) на выход и качество деасфальтизата.
Были сняты показатели работы установки (параметры технологического режима, выходы и качество продуктов) в соответствии с программой опытно-промышленного пробега при разной кратности растворителя к сырью (5:1, 5,5:1, 6:1) на оптимальной производительности установки (74 м3/ч) и на разных произво-дительностях установки (50 м3/ч, 60 м3/ч и 74 м3/ч), с подачей в смесители пропана в количестве 6—7 м3/ч и без нее.
На следующем этапе был задействован узел подготовки сырья с линией предварительного разбавления гудрона пропаном. Было выявлено, что средняя эффективность процесса до включения смесителя по данным работы установки за сентябрь составляла 93.7%, а после включения смесителя в октябре—ноябре она повысилась до 96.8%. Таким образом, предварительное разбавление сырья позволяет увеличить эффективность работы блока экстракции на 3% и увеличить отбор деасфальтизата из гудрона.
Результаты пробега на повышенной загрузке колонны К-1 показывают возможность увеличения производительности установки до 98 м3/ч без снижения фактических отборов деасфальтизата.
лонне, равной 30.6 м3/м2-ч, отбор деасфальти-зата достигает максимального значения. Исходя из этого, можно получить простую зависимость для нахождения оптимальной кратности растворителя к сырью Кр.
Ё 40 1
5 38
25 30 35
Объемная скорость фаз в колонне, м3/м2*ч
Рис. 1. Графики корреляционных зависимостей отбора деасфальтизата от кратности растворителя к сырью при различных загрузках
Средняя объемная скорость в колонне Ф,
32 м3/м2-ч, равна:
V + кр v ф = ——р—1
я
я
(1+Кр) (1)
Результаты и их обсуждение
Проведен анализ полученных данных по изучению влияния кратности растворителя к сырью на отбор деасфальтизата при работе установки на разных производительностях по сырью.
Для обеспечения эффективного массооб-мена необходимо поддержание оптимальных объемных скоростей в колонне. Для выявления оптимальной кратности растворителя к сырью в пределах загрузок экстракторов 30— 45 м3/ч были проанализированы среднесуточные данные работы установки. По значениям расходов гудрона и пропана в экстракционную колонну были рассчитаны средние объемные скорости в колонне.
При статистическом анализе данных по объемным скоростям в колонне регрессионным методом получена корреляционная зависимость величины отбора деасфальтизата от объемной скорости фаз в экстракционной колонне. График полученной корреляционной зависимости приведен на рис. 1, из которого видно, что при объемной скорости фаз в ко-
где Уг — объемный расход гудрона и пропана в колонну, м3/ч;
5 — площадь поперечного сечения экстракционной колонны, м2 (5=9.07 м2).
Решая уравнение (1) относительно Кр, получаем искомую зависимость:
я • ф кр =— -1
Р v
(2)
Подставляя числовые значения 5=9.07 м2, Ф=30.6 м3/м2-ч, окончательно имеем:
к, = 2-ш -1
(3)
На рис. 2 приводится график этой зависимости.
Из рис. видно, что при загрузке гудрона 30 м3/ч на колонну оптимальная кратность к сырью составляет 8.2 : 1, при загрузке 40 м3/ч — 5.9 : 1;
46
44
42
36
бт
От 34
32
30
15
9,0
о
го 3,0
го 2,0 с
И 1,0
Л
о 0,0
29 31 33 35 37 39 41 43 45
Расход гудрона в колонну, м3/ч
Рис. 2. График зависимости оптимальной кратности растворителя к сырью от загрузки колонны по сырью
Изучено влияние качества сырья на отбор деасфальтизата.
Для оценки эффективности протекания процесса проведен анализ основных характеристических показателей сырья и продуктов процесса деасфальтизации: коксуемости по ГОСТ-1993.2-74 «Нефтепродукты. Метод определения коксуемости по Конрадсону» и определение группового состава с использованием жидкостно-адсорбционной хроматографии по методике ГУП ИНХП.
Из литературных 3 данных известно, что наиболее значимое влияние на выход деас-фальтизата оказывает коксуемость гудрона. При этом:
— чем больше коксуемость гудрона, тем ниже выход деасфальтизата;
— чем больше коксуемость деасфальтиза-та, тем выше его выход.
Коксуемость гудрона в период испытаний изменяется в широких пределах с 13.1 до 17.5 %, соответственно в большом диапазоне изменяется и отбор деасфальтизата. Коксуемость деасфальтизатов изменяется в пределах 0.92—1.09 %, что значительно ниже верхнего предела по нормам значения 1.3% 1.
Между коксуемостью сырья и выходом деасфальтизата имеется четкая обратно-пропорциональная зависимость. Статистическая обработка данных по коксуемости гудронов и фактических выходов деасфальтизата в разные периоды работы установки после модернизации методом регрессионного анализа дает следующую корреляционную зависимость 4:
Ь = 48.36 - 1.56-Сг, (4)
где Сг — коксуемость гудрона, %;
Ь — отбор деасфальтизата, % мас.
Анализ данных показал, что при увеличении коксуемости с 14.0 до 16.5 % выход деас-фальтизата с коксуемостью не выше 1.3% снижается с 26.6 до 23.6 %, то есть на 3.0%.
Для анализа влияния вязкости сырья на отбор деасфальтизата были рассмотрены результаты анализов вязкости гудрона за период проведения испытаний (6 мес.). За этот период вязкость колебалась в пределах от 41 до 142 с.
Тем не менее, несмотря на значительные колебания вязкости поступающего гудрона, регрессионный анализ этих данных не выявил четкой зависимости между выходом деасфаль-тизата и вязкостью сырья.
На основе полученных данных выполнено определение потенциала отбора деасфальтиза-та по расчетным методикам.
С целью оценки эффективности работы блока экстракции установки были определены потенциалы отбора деасфальтизата на основе характеристик сырья установки. Потенциал отбора деасфальтизата требуемого качества рассчитан по методике ГУП ИНХП РБ (на основе коксуемости сырья и деасфальтизата с корректировкой по групповому составу), которая с достаточно высокой степенью точности позволяет прогнозировать максимальный выход деасфаль-тизата из остаточного сырья 5. Графики зависимостей потенциального и фактического отборов деасфальтизата (до и после модернизации) от коксуемости гудрона приведены на рис. 3.
Е Фактический отбор о Фактический отбор V Потенциальный (до модернизации) (после мсдерни- отбор зации)
Рис. 3. Графики зависимостей потенциального и фактического отборов деасфальтизата (до и после модернизации) от коксуемости гудрона
При сравнении результатов деасфальтиза-ции до модернизации установки в феврале, когда коксуемость гудрона была 15.2—15.4 %, с результатами деасфальтизации после модернизации в ноябре и декабре, когда коксуемость гудрона была на том же уровне (15.4—15.94 %), выявлено, что среднемесячный отбор деасфаль-
тизата повысился с 22.3% до 23.9—24.3 %. Таким образом, в результате модернизации установки средний отбор деасфальтизата вырос на 1.5—2 %, а эффективность процесса — на 7—8 %.
Анализ деасфальтизата установки 36/5 за пять месяцев пробега показал, что среднемесячное значение его коксуемости составило: в июне — 0.9%, в сентябре — 0.98%, в октябре — 1.02%, в ноябре — 1.05%, что значительно ниже нормы. Регламентом установлено верхнее допустимое значение коксуемости, равное 1.3%.
Было рассчитано, что потенциальный выход деасфальтизата коксуемостью 0.9%, 1.0%, 1.1% из гудрона с коксуемостью 15.5% (среднее значение коксуемости за сентябрь 2008 г.) составляет соответственно 24.4%, 25.7% и 27.0%, а деасфальтизата коксуемостью 1.3% из того же гудрона — 29.3%. Следовательно, при отборе деасфальтизата с заниженной коксуемостью от 2 до 5 % масляных компонентов остаются в асфальте.
В связи с этим рекомендовано поддерживать коксуемость деасфальтизата на уровне 1.2—1.25 %. При этом потенциальный отбор составит 28.2—28.5 %.
Таким образом, проведена модернизация блока экстракции установки 36/5 ЗАО «РНПК», включающая замену внутренних устройств экстракторов К-1 и К-1а на регулярную насадку РН-ИМПА-01 с усовершенствованием конструкции распределителей потоков и усовершенствованием технологической схемы.
Обследование и анализ работы блоков экстракции установки деасфальтизации 36/5 до и после модернизации показывает повышение эффективности их работы:
— средний отбор деасфальтизата увеличен на 1.5-2.0 %;
— объемная кратность растворителя к сырью снижена на 15—20 % (с 6.8—7.0:1 до 5.8—
Литература
1. Зиганшин К. Г., Осинцев А. А., Зиганшин Г. К. и др. //Хим. техника.— 2008.— №2.— С.20.
2. Зиганшин К. Г., Осинцев А. А., Зиганшин Г. К., Елшин А. И. и др. // ХТТМ.— 2007.— №1.— С.13.
3. Хайрудинов И. Р., Евдокимова Н. Г., Измайлов Р. Б. Технология процессов деасфальтизации нефтяных остатков: методические указания.— Уфа: Изд. УГНТУ, 1995— С.25.
4. Осинцев А. А., Зиганшин К. Г. и др. // Мир нефтепродуктов. Вестн. нефтяных компаний.— 2009.— № 3.— С.34.
5. Хайрудинов И. Р., Султанов Ф. М., Теляшев Э. Г. Современные процессы сольвентной деасфальтизации нефтяных остатков.— Уфа: Изд. ГУП ИНХП РБ, 2011.— С.208.
6.0:1) с соответствующим снижением энергозатрат;
— доля извлечения целевых компонентов к потенциалу выросла на 7—8 % (с 87—89 % до 94-96 %).
3) Проведена оценка влияния качества сырья и технологических показателей процесса деасфальтизации гудрона на эффективность процесса экстракции:
— подготовлены рекомендации по ведению технологического процесса экстракции в зависимости от загрузки и качества сырья;
— показано, что основным показателем качества сырья, влияющим на отбор деасфальтизата, является коксуемость. Так, при коксуемости гудрона около 13—15 %, потенциал отбора деасфальтизата находится на уровне 27— 29 %, а при коксуемости гудрона около 15—17 % потенциал отбора деасфальтизата понижается до уровня 24.5—26.0 %;
— показано, что при стабильном технологическом режиме основное влияние на отбор и качество деасфальтизата оказывает кратность растворителя, для которой определен оптимум в зависимости от загрузки по сырью, при этом она снижается с увеличением загрузки по сырью — при загрузке гудрона 30 м3/ч на колонну оптимальная кратность составляет 8.2 : 1, при загрузке 40 м3/ч — оптимальная кратность растворителя к сырью равна 5.9 : 1;
— показано положительное влияние узла подготовки сырья на эффективность процесса экстракции;
— показана возможность увеличения отборов деасфальтизата при его получении с показателем коксуемости 1.2—1.25 %;
— показана возможность увеличения производительности установки до 98 м3/ч со снижением кратности растворителя.
References
1. Ziganshin K. G., Osintsev A. A., Ziganshin G. K. i dr. Khim. tekhnika.— 2008.— no. 2.— P.20.
2. Ziganshin K. G., Osintsev A. A., Ziganshin G. K., Elshin A. I. et. al. Khimiya i tekhnologiya topliv i masel.— 2007.— no. 1.— P.13.
3. Khayrudinov I. R., Evdokimova N. G., Izmay-lov R. B. Tekhnologiya protsessov deasfal'tizatsii neftyanykh ostatkov: metodicheskie ukazaniya.— Ufa: Izd. UGNTU, 1995— S.25.
4. Osintsev A. A., Ziganshin K. G. et. al. Mir nefteproduktov. Vestnik neftyanykh kompaniy .— 2009.— no. 3.— P.34.
5. Khayrudinov I. R., Sultanov F. M., Telyashev E. G. Sovremennye protsessy sol' ventnoy deasfal'tizatsii neftyanykh ostatkov.— Ufa: Izd. GUP INKhP RB, 2011.— S.208.
