CC BY
17
УДК 658.28:665.63:338.44 Воротов Д.А.
СБОР ДАННЫХ ДЛЯ ПИНЧ-АНАЛИЗА ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА БИТУМА
Воротов Даниил Алексеевич, студент 4 курса бакалавриата факультета ЦиТХИн. e-mail: swarog.5611@yandex.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9.
В работе выполнен сбор данных процесса производства битума. Исследована технологическая схема установки производства битума, выделены потоки участвующие в получении битума, разработана сеточная диаграмма существующего процесса. Актуальность темы состоит в том, что в ней реализовано одно из решений проблемы экономии энергопотребления в нефтеперерабатывающей сфере промышленности.
Ключевые слова: энергопотребление, энергоэффективность, переработка нефти, теплообменная система, пинч-анализ.
DATA COLLECTION FOR PINCH ANALYSIS OF THE BITUMEN PRODUCTION PROCESS
Vorotov Daniil Alekseevich.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
In present article data collection of the of the bitumen production process is considered. The technological scheme of the bitumen production plant is studied, the flows involved in the production of bitumen are identified, and a grid diagram of the existing process is developed. The relevance of the topic is that it implements one of the solutions to the problem of saving energy consumption in the oil refining industry.
Keywords: energy consumption, energy efficiency, oil refining, heat exchange system, pinch analysis.
Введение
Основные источники энергии, а также сырья, в настоящее время - не возобновляемые природные энергоносители. Толчком к последней индустриальной революции и развитию общества послужило большое количество дешевой энергии -углеводородов. С каждым годом возрастает потребность в сырье для производства нефтепродуктов что в короткой перспективе, в связи с уменьшением углеводородных запасов мира, может привести к общемировому энергетическому голоду.
Битум широко распространённый инженерно-строительный материал используемый в строительстве, в лакокрасочной и кабельной промышленности. Один из способов производства битума является метод окисления кислородом воздуха нефтяных остатков, побочного продукта переработки сырой нефти.
Обеспечение рационального использования ресурсов может быть достигнуто на основе анализа и оптимизации химико-технологической системы производства. Одним из методов достижения этой цели является пинч-анализ [1]. В [2] показано, что с помощью методов интеграции процессов можно снизить удельное энергопотребление на действующих предприятиях на величину до 50% от существующего. Снижение энергопотребления на производствах достигается в основном за счет увеличения мощности рекуперации тепловой энергии. В работах [3-5] представлен сбор данных для пинч-анализа различных процессов. Описание технологической схемы
Сырье для получения битума - гудрон образующийся в качестве остатка от переработки
сырой нефти, и используемый в качестве дополнительного компонента сырья, вакуумный газойль (фракция 370^580°С) установки ЭЛОУ-АВТ-8. Гудрон от установок ЭЛОУ-АВТ с температурой 110-160°С поступает в парк гудрона в сырьевые резервуары Т-501 - 503 (рис. 1), обогрев резервуаров осуществляется горячим маслом. Вакуумный газойль с температурой 370-580°С от установок ЭЛОУ-АВТ поступает в сырьевой резервуар Т-504. Сырье (гудрон и вакуумный газойль) от насосов Р-501 - 503 и Р-504 подаются в теплообменники Е-101/1, 2. Часть потока сырья байпасируется в трубопровод после теплообменника Е-101/1 и Е-101/2, т.к. через существующие спиральные теплообменные аппараты невозможно прокачать весь расход сырья. По той же причине байпасируется трубопровод битума выходящего из реактора в Е-101/2.Нагретое сырье из теплообменника Е-101/2 поступает в реактор окисления У-101.
Битум с температурой не выше 280°С из реактора У-101 подаётся в теплообменники Е-101/1, 2 где охлаждается циркулирующим маслом до температуры не выше 200°С и выводится в парк битума в резервуары Т-510 - 515. Газы окисления после сепаратора У-103 направляются на установку термического обезвреживания газов окисления В-120 куда так же подается воздух и газ для горения, далее происходит их сгорание до двуокиси углерода с последующим охлаждением в теплообменнике спиральном 10-ти поточном и выбросом в атмосферу через дымовую трубу Х-120.
Газы окисления, которые образуются в ходе процесса, собираются в верхней части реактора и поступают в сепаратор У-103, куда подается химоочищенная вода из резервуара У-151. Газы
окисления после сепаратора V-103 с температурой 145°С направляются в печь В-120. Топливный газ из заводской сети подается к горелке печи дожита В-120.
Масло-теплоноситель от емкостей V-120, У-122 подается в печи В-120, В-135 где подогревается до температуры за счет сжигания жидкого топлива, поступающего из заводской сети. Дымовые газы от печей В-120 и В-135, с температурой около 350°С, через дымоход отводятся в дымовые трубы Х-130, Х-135 соответственно. Далее масло подается на догрев в маслоподогреватель после печи дожига В-120, где
в
~ЛКМ ГЦ
^
\
подогревается до температуры за счет рекуперации тепла продуктов сгорания.
После анализа технологической схемы и регламента производства была составлена таблица потоковых данных в которой указаны технологические данные потоков установки (табл. 1) а так же сеточная диаграмма (рис. 2), на которой отображены потоки, участвующие в теплообмене и теплообменные аппараты, размещенные на них. Потоковая таблица является цифровым образом существующей системы теплообмена установки и основой для создания проекта энергоэффективной реконструкции установки.
£ 4
ц
ш т
©
О
о
г- — ;
■ н -
да —Ич—
Рисунок 1. Технологическая схема части установки производства битума; В - печи; С - компрессоры; Е-101/2 -рекуперативные теплообменные аппараты; Р 501-505 - насосы; Т-501-515 - резервуар«; У-101 - реактор; У-103 -сепаратор; Х- дымовые трубы; У-120, У-122 - емкости. В окружностях показаны номера потоков в потоковой таблице
Таблица 1. Потоковая таблица
№ Название потока Тип Та, °С Тт, °С О, т/ч Р(15), кг/м3 С, кДж/ (кгК) СР, кВт/К АЯ, кВт а, Вт /(м2-К)
1 Битум гор 251 170 22,84 919,5 2,5060 15,98 1294,6 100
2 Масло компрессорное гор 94 75 2,00 880,0 2,1057 1,18 22,42 100
3 Черный соляр гор 145 25 0,01 700,0 2,3630 0,01 1,2 100
4 Отходящие газы В-135 гор 227 160 2,59 - 2,5000 1,80 120,6 30
5 Отходящие газы В-120 гор 794 160 4,69 - 2,5000 3,26 2066,84 30
6 Конденсат ГВС гор 110 20 0,45 - 4,1900 0,52 46,8 1000
7 Конденсат ОВ гор 80 20 2,00 - 4,1900 2,33 139,8 1000
8 Газы окисления гор 253 150 2,20 - 1,2000 0,73 75,19 30
9 Сырье (гудрон) хол 137 210 22,92 900,0 2,4006 15,37 1121,7 100
Сырье (вак. Газойль) хол 137 210 2,13 900,0 2,3130 1,37 100 100
10 Масло-теплоноситель хол 195 227 119,70 860,0 2,5930 86,22 2759,04 200
11 Подогрев ГВС хол 37 54 15,00 1000,0 4,1900 17,46 296,82 1000
12 Подогрев отопление хол 63 78 17,00 1000,0 4,1900 19,79 296,85 1000
13 Воздух в В-120 хол 5 1000 2,36 - 1,0700 0,70 696,5 30
14 Воздух в В-135 хол 35 1035 2,47 - 1,0700 0,73 730 30
15 Газ в печь хол 5 1000 0,14 0,3 2,5000 0,10 99,5 30
16 Газы окисления хол 70 1000 2,19 0,3 1,2000 0,73 678,9 30
17 Дизельное топливо хол 50 1035 0,13 - 2,2000 0,08 78,8 200
вес Kisii
Рисунок 2. Сеточная диаграмма существующей системы
теплообмена производства битумов. С -холодные утилиты. Е101/2, Т2 - рекуперативные теплообменные аппараты; СР - потоковые теплоемкости, кВт/К; ДН -изменение потокового теплосодержания, кВт.
Заключение
Проведя изучение процесса производства битумов были определены технологические потоки, которые могут участвовать в теплообмене, определены их термодинамические показатели. Составлена потоковая таблица, сеточная диаграмма
системы теплообмена, которые являются основой создания проекта энергоэффективной реконструкции установки. Анализ технологической схемы и сеточной диаграммы показывает, что существующая схема теплообмена может быть улучшена путем увеличения мощности рекуперации и уменьшения нагрузки на теплоэнергоносители.
Список литературы
1. Linnhoff, B. and Flower, J.R. (1978) Synthesis of Heat Exchanger Networks I: Systematic Generation of Energy Optimal Networks. AIChE Journal, 1978. Vol. 24. N. 4. P. 633-642.
2. Smith R., Chemical Process Design and Integration, 2nd Edition, Chichester, UK: Wiley & Sons Ltd; 2016.
3. Ульев Л.М. Экстракция данных для пинч-анализа процессов выделения разделения широкой фракции легких углеводородов и пропан-пропиленовой фракции / Л.М. Ульев, А. Маатоук // Харьков. Издательский центр НТУ «ХПИ» - 2015. - с.22 - 28;
4. Ульев Л.М. Экстракция данных для пинч-анализа процессов выделения бензол-толуол-ксилольной фракции и гидродеалкилата в производстве бензола / Л.М. Ульев, О.А. Яценко, М.В. Ильченко // Научные труды ОНАПТ. -2014. - Вып. 45. - Т. 3. - С. 125-130;
5. Ульев Л.М. Экстракция данных для процесса ректификации смеси ацетон-метанол / Ульев Л.М., Лунёв А.А. // Вестник НТУ «ХПИ». -Харьков. - Издательский центр НТУ «ХПИ» -2013. - с.31 - 47;
