CC BY
0
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПЕРВИЧНОЙ
ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТИ
В.А. Ермолаева, студент
Н.С. Армашов, канд. хим. наук, доцент
Муромский институт Владимирского государственного университета имени А. Г. и Н. Г. Столетовых (Россия, г. Муром)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-4-5-138-142
Аннотация. Дана характеристика процесса первичной переработки нефти путем ректификации. Представлено описание целевых продуктов - фракций углеводородов с различными точками кипения. Выполнен практический расчет материального и теплового баланса производства. Исследованы: контроль производства по переработке нефти, экологические проблемы при первичной переработке нефти и общие требования безопасности труда. Произведен конструктивный расчет трубчатой печи, как устройства, обеспечивающего внос энергии в систему и абсорбера, как устройства, обеспечивающего экологическую безопасность процесса.
Ключевые слова: нефть, углеводороды, ректификация, трубчатая печь, абсорбер.
Нефть является важнейшим исходным сырьем для производства многих химических продуктов. В современной нефтеперегонной промышленности первичная перегонка нефти путем ректификации является одним из основных процессов. Она позволяет получить фракцию различных углеводородных соединений, которые в дальнейшем используются в производстве широкого спектра продуктов - от горючего до смазочных материалов.
Характеристика исходного сырья и целевых продуктов
Данная работа предназначена для исследования первичной переработки нефти и получения различных углеводородных фракций. Сырьем в данном технологическом процессе является пластовая нефть. Нефть - это сложная по составу смесь углеводородов и сернистых, кислородных и азотистых органических соединений, в которой также растворены твердые углеводороды и смолистые вещества, маслянистая, темная жидкость, в зависимости от присутствия в нефти тех или иных компонентов запах может быть разным, легче воды и смешиваемость с водой ничтожна мала. Исходным сырьем в процессе служат легкие бензиновые фракции (180 оС), керосиновые фракции (180-230 оС), дизель-
ные фракции (230-350 оС) и масляные фракции с точкой кипения выше 350 оС.
Характеристика технологического процесса
Описан основной технологический процесс и оборудования первичной переработки нефти путем ректификации. Пластовая нефть попадает в блок ЭЛОУ (Элек-трообессоливающих установок и теплообменников), где из нее удаляют воду и соли, после чего очищенная нефть попадает в блок атмосферное перегонки АТ. Обессоленная нефть попадает в отбензиниваю-щую колонну, где выделяется легкая бензиновая фракция, которая поступает в ре-флюксную емкость через воздушные холодильники из которой часть поступает назад в колонну в качестве орошения. Частично отбензиненная нефть с низа колонны поступает в трубчатую печь, в которой делится на два потока разогретых до 360 оС, один из которых возвращается в отбензинивающую колонну внося необходимое количество теплоты для ректификации, а второй поступает в атмосферную колонну. Для более полного выделения мазутной фракции из колонны в нее подается водяной пар. Мазут выводится с низа колонны через теплообменник в холодильник после, после чего выводится с установки. Так же с атмосферной колонны
выходят бензиновые фракции с концом кипения 180оС, керосиновые фракции (180-230 оС) и дизельные (230-350 оС). Они поступают в отпарные колонны, в которых в присутствии водяного пара отделяют остаточные легкие фракции, за тем в теплообменники и холодильники и выводятся с установки, а пары легких фракций возвращаются назад в колонну.
Контроль производства и охрана окружающей среды
Контроль производства требует быстрых и точных методов анализа, для контроля воздуха используется газовая хроматография, спектроскопия поглощения ИК-излучения, для мониторинга качества сточных вод измеряют биологическое потребление кислорода за 5 дней для измерения органического загрязнения, химическое потребление кислорода для измерения общего содержания органического и неорганического вещества и газовая хро-матография-масс-спектрометрия для идентификации и количественной оценки кон-
Был рассчитан материальный баланс
1. По количеству вещества:
228094,780 + 59528,695 = 286241,24 кмоль/ч
2. По массе:
3749,52838 + 450,472 = 4200 тыс.т./год
кретных органических соединений, п для контроля загрязнения почвы используются гравиметрический анализ и рентгеновская дифракция.
При переработке нефти в атмосферу возможны выбросы различных газообразных углеводородов, которые являются токсичными для человека и окружающей среды. Максимальный выброс смеси происходит при запуске установки и при нарушении герметичности резервуаров и трубопровода. поэтому на производстве газовые смеси подвергаются очистке.
Расчет материальных и тепловых балансов
Произведен практический расчет материального баланса производства на основе следующих исходных данных производительность колонны 0к=4200, молярные доли 4х фракций Хе=0.207, степень извлечения 3ей фракции в дистилят фБ4=0.85, степень извлечения 3ей фракции в остаток Ф^4=0.15, среднее давление в колонне Рср=4.5 атм.
Таблица 1. Характеристика продуктов ^ перегонки нефти
№ Температура выкипания средняя, Твп Фракции Молярная масса фракции, М Молярная доля, Х Летучесть фракций при температуре Те,А
% масс
1 44 2.16 65.39 0,057 4.4071
2 76.5 2.55 77.301 0,057 2.4844
3 101.5 2.47 87,901 0,048 1.5425
4 126 2.57 99,502 0,045 0.9375
5 152.5 2.7 113,4 0,041 0.5281
6 209.5 13.7 148,06 0,160 0.1347
7 309 14.02 224,13 0,108 0.0076
8 396 14.98 306,86 0,084 0.0003
9 474 7.95 54,925 0,250 0.0000105
10 Неотгоняемый остаток 36.3 415 0,151 0.00000281
Таблица 2. Материальный баланс
Фракция Сырье
% мольн Кмоль/ч %масс Кг/ч Тыс. т/г
28-60 5,697 3658,870 2.16 10647,887 90,72
60-93 5,689 3090,887 2.55 12570,423 107,1
93-110 4,846 2315,383 2.47 12176,056 103,74
110-142 4,454 1880,120 2.57 12669,014 107,94
142-163 4,106 1520,702 2.7 13309,859 113,4
163-256 15,957 4526,653 13.7 67535,211 575,4
256-344 10,788 2021,545 14.02 69112,676 588,84
344-448 8,419 1152,236 14.98 73845,070 629,16
448-500 24,961 19087,232 7.95 42147,887 359,1
>500 15,084 1526,604 36.3 178943,662 1524,6
E 100 285850,1757 100 492957,7465 4200
Фракция Дистиллят
% мольн Кмоль/ч %масс Кг/ч Тыс т/г
28-60 34,615 20482,170 19,820 10479,422 89,285
60-93 23,630 13982,104 23,151 12240,557 104,29
93-110 18,888 11176,216 22,112 11691,366 99,61
110-142 16,500 9763,213 22,496 11894,269 101,34
142-163 3,520 2082,819 4,467 2361,942 20,124
163-256 1,800 1065,078 2,983 1576,925 13,44
256-344 0,800 473,368 2,007 1060,936 9,04
344-448 0,815 482,446 2,800 1480,445 12,61
448-500 0,015 9,140 0,068 36,004 0,31
>500 0,021 12,142 0,095 50,390 0,43
E 100,605 59528,695 100,000 52872,256 450,5
Фракция Остаток
% мольн Кмоль/ч %масс Кг/ч Тыс т/г
28-60 0,113 257,632 0,038 168,465 1,44
60-93 0,187 426,727 0,075 329,865 2,81
93-110 0,242 551,403 0,110 484,690 4,13
110-142 0,341 778,623 0,176 774,745 6,6
142-163 10,400 23723,278 2,488 10947,917 93,28
163-256 15,830 36109,566 14,988 65958,286 562
256-344 19,543 44579,232 15,463 68051,740 580
344-448 23,532 53678,478 16,443 72364,626 616,55
448-500 5,586 12741,331 9,569 42111,883 358,8
>500 24,220 55248,510 40,650 178893,272 1524,17
E 99,994 228094,780 100,000 440085,490 3749,53
Так же был произведен расчет теплово- потерь в окружающую среду и процессов, го баланса на основе вносимой теплоты в протекающих в установках. систему и выходящей из нее в результате
Таблица 3. Тепловой баланс
Поток t, oC Энтальпия, кДж/кг Расход, кг/ч Количества тепла, кВт
Приход:
С сырьем
Паровая фаза 220 814.38 42058.8 9514.41
Жидкая фаза 220 496,88 693235,3 95681,86
Вниз колонны 39959,94
Итого 145156,21
РАСХОД:
С дистиллятом 35,0 74,51 45815,54 948,26
С остатком 253,2 582,25 689478,58 111513,58
В конденсаторе 25436,56
Потери 7257,81
Итого 145156,21
Конструкционный расчет трубчатой горения продуктов, покидающих топку печи и абсорбера находили используя уравнение:
Был произведен конструкционный расчет трубчатой печи. Температуру процесса
Q = СИ" + (1 - е)чЖ2 - ЧЖ
Число радиальных труб:
Нр 79.37
=-— =-= 46.95 = 46
р л^н/тр 3,14 • 0,114 • 6
Линейная скорость нагреваемого продукта:
4С 4-24000
ш = --— =--— = 1,48 м/с
3600р453^2™ 3600 ■ 700 ■ 3,14- 0,0642 ■ 2 '
Рассмотрен вопрос о применении аб- Устройство было полностью описано, сорбера для очистки печных газов в дан- произведен технологический расчет в данном технологическом процессе изучены ных условиях. основы очистки производственных печей.
Таблица 4. Материальный баланс абсорбционной колонны моноэтаноламиновой очистки от кислых газов
Приход
кг/час т/сут т/год %масс
1. Загрязненный газ, в т.ч.: 109,79 2,63 856,36 14,80
1.1 Ш2 33,62 0,81 262,24 4,53
1.2 да 25,20 0,60 196,56 3,40
1.3 SO2 19,20 0,46 149,76 2,59
1.4 Ш2 28,80 0,69 224,64 3,88
1.5.Прочие газы 2,97 0,07 23,17 0,40
З.Раствор МЭА 20%, в т.ч.: 632,00 15,17 4929,60 85,20
3.1 МЭА 124,60 2,99 971,88 16,80
3.2 вода 507,40 12,18 3957,72 68,40
Итого: 741,79 17,80 5785,96 100,00
Расход
кг/час т/сут т/год %масс
1. Очищенный газ 44,78 1,07 349,28 6,04
1.1 NO2 2,72 0,07 21,22 0,37
1.2 NO 2,02 0,05 15,76 0,27
1.3 SO2 6,72 0,16 52,42 0,91
1.4 CO2 8,36 0,20 65,21 1,13
1.5 Прочие газы 24,96 0,60 194,69 3,36
2.Отработанный р-р МЭА 697,01 16,73 5436,68 93,96
2.1 МЭА 123,97 2,98 966,97 16,71
2.2 вода 507,40 12,18 3957,72 68,40
2.3 СО2 65,64 1,58 511,99 8,85
Итого: 741,79 17,80 5785,96 100,00
Заключение Эффективность процесса по очистке и
первичной переработке нефти имеет
большое значение. Расчеты материального процесса. Так же произведен расчет оси теплового баланса позволяют оценить новного аппарата процесса ректификаци-необходимое количество ресурсов, кото- онной колонны и была определена эффек-рые необходимы для обеспечения данной тивность абсорбера для обеспечения эко-производительности и эффективности логической безопасности процесса.
Библиографический список
1. Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива: Учебное пособие. - СПб.: Недра, 2007. - 312 с.
2. Потехин В.И., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. - СПб.: Химиздат, 2005. -912 с.
3. Ермолаева В.А. Алгоритмы расчета и расчетные характеристики химикотехнологи-ческих процессов, Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2018. - № 5. - С. 28-33.
ENSURING ENVIRONMENTAL SAFETY DURING PRIMARY OIL REFINING V.A. Ermolaeva, Student
N.S. Armashov, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor
Murom Institute of Vladimir State University named after A. G. and N. G. Stoletov
(Russia, Murom)
Abstract. The characteristic of the process of primary oil refining by rectification is given. The description of the target products - fractions of hydrocarbons with different boiling points is presented. A practical calculation of the material and thermal balance of production has been performed. The following issues were investigated: control of oil refining production, environmental problems during primary oil refining and general occupational safety requirements. A constructive calculation of a tubular furnace as a device for introducing energy into the system and an absorber as a device for ensuring the environmental safety of the process has been carried out.
Keywords: oil, hydrocarbons, rectification, tubular furnace, absorber.
