CC BY
105
УДК 665.664.32:665.632
И. Д. Нестеров, К. Ф. Богатых
Разработка и промышленная реализация процесса очистки газа от сероводорода в перекрестноточном насадочном абсорбере на установке висбрекинга гудрона Саратовского НПЗ
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 243-11-75
выборе внутреннего оснащения абсорбера для очистки газа от сероводорода отдали предпочтение перекрестноточной насадке.
При разработке проекта установки висбрекинга гудрона для ОАО «Саратовский НПЗ» обеспечение экологической безопасности было одним из основных приоритетов заказчика, поэтому была поставлена задача до минимума сократить объем выбросов в атмосферу сернистого газа, который образуется при сжигании топливного газа в трубчатой печи. Поскольку в качестве топлива на установке висбрекинга используется очищенный углеводородный газ, который образуется в процессе термических превращений молекул гудрона, то, в соответствии с техническим заданием на сооружение установки висбрекинга гудрона, было необходимо достичь его глубокой очистки — до содержания сероводорода не более 0.02% мас. Такая норма может быть обеспечена при извлечении из газа 99.5% сероводорода в процессе абсорбционной очистки.
При разработке технологии абсорбционной очистки углеводородного газа водным раствором МЭА в ходе технологических расчетов были определены: параметры технологического режима, расход внутренних материальных потоков и необходимое число ступеней контакта газа и абсорбента, которые обеспечат в колонне К-104 заданную степень извлечения сероводорода. В результате гидравлического расчета внутренних устройств колонны К-104 определен ее диаметр — 1000 мм, а также конструкция и геометрические размеры 25 модулей перекрестноточной насадки. Проект корпуса колонны К-104 был разработан ГУП «Башгипронефтехим», а внутренних устройств — сотрудниками УГНТУ.
Общий вид модуля перекрестноточной насадки, который спроектирован для колонны К-104, приведен на рисунке. Все модули имеют одинаковую конструкцию, их высота — 450 мм. Насадочный модуль включает низконапорный распределитель жидкости и собранные в пакет элементы насадки, выполненные из просечно-вытяжного стального листа. Для создания
Разработана технология глубокой очистки газа от сероводорода водным раствором моноэтано-ламина и конструкция перекрестноточного на-садочного абсорбера. Абсорбционная очистка газа реализована в 2004 г. на построенной в ОАО «Саратовский НПЗ» промышленной установке висбрекинга гудрона. В период гарантийных испытаний и в течение трех последующих лет эксплуатации на установке висбрекинга гудрона обеспечена глубокая абсорбционная очистка газа собственной выработки от сероводорода в перекрестноточном насадочном аппарате. Использование очищенного газа с содержанием сероводорода 0.003 % мас. в качестве топлива позволяет существенно сократить выбросы сернистого газа в атмосферу на установке висбрекинга гудрона.
Ключевые слова: висбрекинг гудрона, газ, абсорбционная очистка, сероводород, моноэтано-ламин, перекрестноточная насадка, испытание.
Для углубления переработки нефти в ОАО «Саратовский НПЗ» по проекту, разработанному ГУП «Башгипронефтехим», в 2004 г. была построена установка висбрекин-га гудрона. В составе установки висбрекинга, где перерабатывается 800 тыс. т гудрона в год, имеются три колонны, оснащенные регулярной перекрестноточной насадкой, конструкция которой разработана сотрудниками УГНТУ под руководством профессора К. Ф. Богатых. Одна из этих перекрестноточных насадочных колонн (К-104) предназначена для абсорбционной очистки газа от сероводорода водным раствором моноэтаноламина (МЭА).
Следует отметить, что с 1985 г. на установках НПЗ России более 40 аппаратов были оборудованы регулярной перекрестноточной насадкой, которая в промышленных условиях показала высокую эффективность массообме-на и очень широкий диапазон устойчивой работы в процессах ректификации нефти и продуктов ее переработки 1-4. С учетом положительного опыта использования перекрестно-точной насадки заказчик проекта установки висбрекинга и ГУП «Башгипронефтехим» при
Дата поступления 28.02.08
высокой поверхности массообмена и увеличения времени контакта потока газа с раствором МЭА модуль выполнен в виде трех блоков насадки. Поток газа последовательно проходит эти три блока насадки (ширина каждого — 300 мм), которые расположены в виде Т-образной конструкции. В итоге общая длина пути газа в наса-дочном модуле составляет: 300 х 3 = 900 мм, что в два раза превышает высоту, которую занимает в колонне К-104 один модуль перекрестноточ-ной насадки.
По совместному проекту, разработанному ГУП «Башгипронефтехим» и сотрудниками УГНТУ, перекрестноточная насадочная колонна К-104 была полностью изготовлена в ОАО «Волгограднефтемаш» и доставлена в ОАО «Саратовский НПЗ». В 2003 г. колонна К-104 была смонтирована на установке висбре-кинга гудрона, которая, после завершения строительства в июле 2004, пущена в эксплуатацию. В период гарантийных испытаний установки висбрекинга гудрона, которые проведены в октябре 2004 г., были сняты показатели технологического режима абсорбционной очистки углеводородного газа от сероводорода раствором МЭА.
Рис. Общий вид перекрестноточного насадочного модуля в колонне К-104
В период гарантийных испытаний установки висбрекинга абсорбционная очистка газа от сероводорода в колонне К-104 осуществлялась под невысоким избыточным давлением — 0.295 МПа (таблица). На верхний на-садочный модуль колонны К-104 подавался регенерированный водный раствор МЭА, температура которого составляла 21 оС, а его расход — 7.5 м3/ч. По данным аналитического контроля, который осуществлялся лабораторией ОАО «Саратовский НПЗ», концентрация МЭА в регенерированном растворе составляла 14.5 % мас. Содержание сероводорода в регенерированном растворе МЭА — 3 г/л. Расход очищенного газа из колонны К-104 составлял
1253 нм3/ч, его плотность при нормальных условиях — 1.325 кг/м3. Содержание сероводорода в очищенном газе составляло 0.003 % мас., что почти в 7 раз ниже нормы, установленной в техническом задании на проектирование установки висбрекинга гудрона.
В углеводородном газе, который образуется в процессе висбрекинга гудрона и поступает на очистку в колонну К-104, содержание сероводорода составляло 3.7% мас. Содержание сероводорода в насыщенном растворе МЭА, который выводится с низа колонны К-104, составляет 11.6 г/л. На базе данных, полученных в ходе гарантийных испытаний установки висбрекинга гудрона, нами выполнен расчет процесса абсорбции сероводорода из газа раствором МЭА в колонне К-104. Фактическое значение степени извлечения сероводорода из газа составило 99.9% и значительно превысило проектное значение степени извлечения (99.5%). Это свидетельствует о высокой эффективности массообмена, который осуществляется при абсорбции сероводорода из потока газа раствором МЭА на модулях перекрестно-точной насадки в колонне К-104.
Таблица
Фактический технологический режим очистки газа в колонне К-104
Параметры технологического режима Значения
Избыточное давление наверху К-104, МПа 0.295
Температура, °С
— потока газа внизу колонны К-104 24
— потока регенерированного раствора МЭА в колонну К-104 21
Расход потока очищенного газа из колонны К-104, нм3/ч 1253
Расход потока регенерированного раствора МЭА в К-104, м3/ч 7.5
В ходе гидравлического расчета определены фактические значения расхода внутренних материальных потоков в колонне К-104, что позволило рассчитать нагрузки модулей пере-крестноточной насадки по потокам газа и жидкости. Следует подчеркнуть, что для разработанной нами конструкции модуля перекрест-ноточной насадки сечение для прохода газа значительно меньше, чем поперечное сечение колонны К-104. Поэтому величина фактора паровой нагрузки ^-фактора), который рассчитывается как произведение значений квадратного корня из плотности газа на линейную скорость газа в сечении насадочного модуля, составило 0.79 • Па05. В насадочном модуле сечение для прохода жидкости составляет 30% от поперечного сечения колонны, что позволяет
обеспечить увеличение плотности орошения насадки до 25.3 м3/м2 ч. При таких нагрузках по газу и жидкости внутри модулей перекрест-ноточной насадки происходит интенсивная диффузия молекул сероводорода в раствор МЭА через развитую поверхность контакта, которая формируется на элементах насадки.
Таким образом, на базе проведенного сотрудниками УГНТУ комплекса научных исследований и конструкторских разработок, выполнен проект блока абсорбционной очистки газа для установки висбрекинга гудрона, которая построена в ОАО «Саратовский НПЗ» и более трех лет эксплуатируется на проектных показателях. На установке висбрекинга гудрона обеспечивается глубокая очистка газа собственной выработки от сероводорода, при сжигании которого в трубчатой печи образуется очень мало сернистого газа, что весьма важно с точки зрения экологии.
В итоге выполненной нами работы сформулированы следующие выводы:
— разработана и впервые реализована на промышленной установке технология глубокой абсорбционной очистки углеводородного газа от сероводорода раствором МЭА в пе-рекрестноточном насадочном абсорбере;
— в ходе гарантийных испытаний установки висбрекинга гудрона в ОАО «Саратовский НПЗ» и в течение трех последующих лет эксплуатации обеспечена устойчивая работа перекрестноточного насадочного абсорбера и достигается глубокая очистка углеводородного газа от сероводорода;
— доказано, что разработанная нами конструкция модулей перекрестноточной насадки при фактических нагрузках по потокам газа
и абсорбента обеспечивает в колонне К-104 высокую эффективность массообмена в процессе абсорбции сероводорода раствором МЭА.
— в итоге обследования и расчетов определены нагрузки по потокам газа и абсорбента, при которых модули перекрестноточной насадки обеспечивают эффективный массооб-мен, что позволяет проектировать новые абсорберы и реконструировать существующие аппараты для очистки газа;
— показано, что использование в качестве топлива очищенного газа собственной выработки с содержанием сероводорода на уровне
0.003. мас. позволяет сократить загрязнение атмосферы сернистым газом на установке вис-брекинга гудрона.
Литература
1. Богатых К. Ф., Езунов И. С. // Нефтепереработка и нефтехимия.— 1995.— № 9.— С. 4.
2. Чуракова С. К., Боков А. Б, Богатых К. Ф., Нестеров И. Д., Жулин В. А. // Нефтепереработка и нефтехимия.— 2000.— № 11.— С. 5.
3. Чуракова С. К., Костюченко В. П., Богатых К. Ф., Нестеров И. Д., Боков А. Б. Оценка эффективности работы секционированных по жидкости пере-крестноточных насадочных контактных модулей в процессе стабилизации бензина // Нефтехи-мия-2002: Материалы VI Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов.— Нижнекамск, 2002.— С. 62.
4. Богатых К. Ф., Нестеров И. Д., Чуракова С. К. Результаты обследования промышленных вакуумных колонн, оборудованных регулярными насадками различных типов / В кн. Прикладная синергетика и проблемы безопасности: Сб. научн. труд. — Уфа: ГУП «Уфимский полиграф-комбинат», 2003.— С. 25.
