CC BY
78
УДК 665.63.048
DOI 10.25513/1812-3996.2018.23(1).53-59
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПИТАНИЯ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОНН НА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ УСТАНОВКИ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
К. М. Поляков, В. Н. Носенко
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, г. Омск, Россия
Информация о статье
Дата поступления
10.09.2017
Дата принятия в печать
09.01.2018
Аннотация. Выполнен анализ работы установки первичной переработки нефти в прикладной программе ASPEN HYSYS. Показано, что подача части нефти в виде холодного питания в колонну отбензинивания К-1 и подача питания в колонну стабилизации бензина К-4 двумя потоками позволит существенно снизить нагрузку на теп-лообменное оборудование и печь установки АВТ.
Дата онлайн-размещения 28.03.2018
Ключевые слова
Первичная переработка нефти, ректификационная колонна, энергопотребление
INFLUENCE OF VARIOUS FEEDS OF DISTILLATION COLUMNS TO ENERGY CONSUMPTION OF THE CRUDE OIL DISTILLATION UNIT
K. M. Polyakov, V. N. Nosenko
Dostoevsky Omsk State University, Omsk, Russia
Article info Abstract. The analysis of the crude oil distillation unit is performed by the ASPEN HYSYS.
Received It is shown that cold feed of topping column and two streams feed of gasoline stabilization
10.09.2017 column are reduce energy consumption of the crude oil distillation unit.
Accepted
09.01.2018
Available online 28.03.2018
Keywords
Crude oil distillation, distillation column, energy consumption
1. Введение
Эффективность работы установок первичной переработки нефти (установок АВТ) является одним из ключевых факторов в целях повышения прибыльности нефтеперерабатывающего предприятия. Это обусловлено тем, что из-за энергоемкости самого процесса ректификации и большой производительности по сырью установки АВТ являются крупнейшими энергопотребителями на НПЗ. Поэтому снижение энергопотребления для установок АВТ является актуальной задачей.
Наиболее распространенным вариантом АВТ является схема, согласно которой из нефти сначала выделяют большую часть бензиновой фракции в от-бензинивающей колонне с последующей стабилизацией бензина, а затем отбензиненную нефть разделяют на целевые фракции в основной атмосферной и вакуумной колоннах [1].
Среди технологических решений, позволяющих решить задачу энергосбережения на АВТ, можно выделить схему работы колонны отбензини-вания К-1 с подачей холодного питания (вариант 1)
и схему работы колонны стабилизации К-4 с подачей двух потоков питания (вариант 2) [2].
Характеристика нефти, использованной в качестве сырья, представлена в табл. 1, 2 и фракционный состав в виде кривой ИТК - на рис. 1.
2. Анализ работы атмосферного блока установки АВТ в прикладной программе ASPEN HYSYS [3] Вариант 1. По типовой схеме работы установки АВТ нефть после электрообессоливающей
установки (ЭЛОУ) подается в колонну отбензинива-ния К-1 одним потоком с температурой 240 °С на 14-ю тарелку (рис. 2).
Параметры режима работы колонны отбензи-нивания К-1 приведены в табл.3.
Характеристика исходного сырья приведена в табл. 2, 3 и на рис. 2.
Показатели качества нефти
Таблица 1
Параметр Значение
Плотность при 20 °С, кг/м3 871,8
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с 36
Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/с 18
Содержание серы, % масс. 1,720
Шифр нефти по ГОСТ Р 51858-2002 2.3.1.2
Содержание и состав газа, растворенного в нефти
Таблица 2
Компонент Содержание, масс. доли
метан 0,001
этан 0,013
пропан 0,247
изобутан 0,234
н-бутан 0,734
изопентан 0,631
н-пентан 0,828
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
га
о. >.
I-
га о. ф с
150,0
100,0
50,00
0,0000
ф* *
♦
* ♦
0,0000 5,000 10,00 15,00 20,00 25.00 30,00 35.00 40,00 45,00
Масс.процент
Рис. 1. Кривая ИТК
0-102
Рис. 2. Имитационная модель работы колонны отбензинивания К-1 по типовой схеме (К-1 - колонна отбензинивания, Н-2/1,2; Н-3/1,2 - насосы, Т-13 - теплообменник)
Таблица 3
Параметры режима работы колонны отбензинивания К-1
Колонна отбензинивания К-1
Температура рабочая верха, оС 156
Температура рабочая куба, оС 240
Давление рабочее верха (изб.), МПа 0,27
Давление рабочее куба (изб.), МПа 0,29
Количество тарелок, шт. 14
Предлагается часть обессоленной нефти (20 % масс.) после ЭЛОУ с температурой 100 0С направить в качестве холодного питания в секцию колонны К-1, расположенную между вводом основного горячего питания и острого орошения (рис. 3).
Методом перебора возможных вариантов ввода холодного питания было определено, что оптимальным местом ввода является 7-я тарелка.
Рис. 3. Имитационная модель работы колонны отбензинивания К-1 с подачей холодного питания (К-1 - колонна отбензинивания, Н-2/1,2; Н-3/1,2 - насосы, Т-13 - теплообменник)
Тепловые нагрузки на оборудование в том и другом варианте работы установки представлены в табл. 4.
Таблица 4
Тепловые нагрузки на оборудование блока колонны отбензинивания К-1
Параметр Типовая схема Схема с холодным питанием К-1
Нагрузка на конденсаторы-холодильники паров верха К-1, ГДж/ч 26,2 15,5
Нагрузка на печь нагрева сырья атмосферной колонны К-2, ГДж/ч 142,9 134,7
Поскольку по второй схеме часть сырья подается при более низкой температуре, а поток основного питания нагревается до более высокой температуры (за счет его меньшего расхода при постоянном количестве передаваемого тепла в блоке подогрева нефти), это позволяет снизить тепловую нагрузку:
- на конденсаторы-холодильники паров верха К-1 - на 41 %;
- на печь нагрева сырья атмосферной колонны К-2 из-за более высокой температуры низа К-1 - на 6 %.
Вариант 2. По типовой схеме работы установки АВТ бензиновая фракция (суммарный бензин колонн К-1 и К-2) подается в колонну стабилизации К-4 одним потоком на 19-ю тарелку (рис. 4).
Предлагается подавать в колонну два потока питания, которые вводятся в разные сечения колонны (бензин К-1 и бензин К-2).
Оптимальное расположение тарелки ввода питания отвечает той тарелке, на которой соотношение концентраций ключевых компонентов (н-бутан и изопентан) в жидкой фазе будет наиболее близко к соотношению концентраций ключевых компонентов в сырьевом потоке (табл. 5).
В связи с этим предлагается легкую часть питания (бензин колонны К-1) подавать в верхнюю секцию колонны на 14-ю тарелку, а тяжелую часть (бензин колонны К-2) подавать в нижнюю секцию колонны на 23-ю тарелку (рис. 5).
Тепловые нагрузки на оборудование в том и другом варианте работы установки представлены в табл. 6.
Преимущество второй схемы работы колонны стабилизации К-4 состоит в снижении тепловых нагрузок на конденсатор-холодильник паров верха колонны - на 20 % и на рибойлер - на 3 %.
Согласно модели при реализации данных технологических решений выход целевых продуктов на установке сохраняется, а качество не ухудшается (табл. 7).
Рис. 4. Имитационная схема работы колонны стабилизации К-4 по типовой схеме (К-4 - колонна стабилизации, Н-4/1,2 - насосы, Т-18 - теплообменник)
Мольные концентрации ключевых компонентов
Таблица 5
Компонент Мольные концентрации ключевых компонентов
Бензин колонны К-1 Жидкая фаза 14-й тарелки Бензин колонны К-2 Жидкая фаза 23-й тарелки
н-бутан 0,1108 0,2836 0,0152 0,2205
изопентан 0,0736 0,1956 0,0143 0,2162
н-бутан/ изопентан 1,51 1,45 1,06 1,02
Бензин в парк
Рис. 5. Имитационная схема работы колонны стабилизации К-4 с подачей двух потоков питания (К-4 - колонна стабилизации, Н-4/1,2 - насосы, Т-18; Т-19 - теплообменники)
Тепловые нагрузки на оборудование блока колонны стабилизации К-4
Таблица 6
Параметр Типовая схема Схема с двумя потоками питания К-4
Нагрузка на конденсатор-холодильник паров верха К-4, ГДж/ч 3,0 2,4
Нагрузка на рибойлер колонны К-4, ГДж/ч 19,7 19,1
Качество целевых продуктов
Таблица 7
Параметр Типовая схема Схема с холодным питанием К-1 и двумя потоками питания К-4 Технологический регламент установки
Бензин стабильный
Фракционный состав
Температура начала перегонки, °С 35 35 > 32
10 % перегоняется при температуре, °С 73 74 < 75
50 % перегоняется при температуре, °С 112 114 < 115
90 % перегоняется при температуре, °С 157 158 < 160
Температура конца кипения, °С 140 142 < 143
Окончание табл. 7
Параметр Типовая схема Схема с холодным питанием К-1 и двумя потоками питания К-4 Технологический регламент установки
^росин
Фракционный состав
10 % перегоняется при температуре, °С 178 177 < 180
50 % перегоняется при температуре, °С 191 192 < 193
90 % перегоняется при температуре, °С 203 205 < 206
98 % перегоняется при температуре, °С 222 220 < 224
Температура вспышки в закрытом тигле, °С 60 58 > 57
Температура застывания, °С - 59 - 62 не выше - 56
Дизельное топливо
Фракционный состав
10 % перегоняется при температуре, °С 232 234 < 235
50 % перегоняется при температуре, °С 275 275 < 278
90 % перегоняется при температуре, °С 337 336 < 339
98 % перегоняется при температуре, °С 357 359 < 360
Температура вспышки в открытом тигле, °С 93 92 > 91
Цетановое число 55 52 > 50
Табли ца В
Результаты технико-экономической оценки
Параметр Типовая схема Схема с холодным питанием К-1 и двумя потоками питания К-4
Электроэнергия на конденсаторы-холодильники К-1 и К-4, кВт 114,7 70,3
Топливный газ в печь П-1, м3/ч 5008,4 4721,0
Пар в рибойлер К-4, т/ч 10,1 9,8
Затраты на электроэнергию на конденсаторы-холодильники К-1 и К-4, млн руб./год 3,1 1,9
Затраты на топливный газ в печь П-1, млн руб./год 124,1 117,0
Затраты на пар в рибойлер К-4, млн руб./год 43,2 41,9
3. Технико-экономическая оценка
Технико-экономическая оценка предлагаемых технологических решений [4] показала, что при реализации одновременно двух вариантов изменений в схеме работы АВТ затраты на электроэнергию, топливный газ и пар сократятся на 9,6 млн руб./год (табл. 8).
При других характеристиках нефти изменятся абсолютные цифры параметров потоков, затрат на энергоносители при сохранении положительного эффекта преобразований.
4. Выводы
Анализ работы установки АВТ в прикладной программе ASPEN HYSYS показал следующее:
- подача холодного питания в колонну отбензинивания К-1 в количестве 20 % масс. позволит снизить нагрузку на печь нагрева сырья атмосферной колонны К-2 - на 6 %, на конденсаторы-холодильники паров верха К-1 - на 41 %;
- подача питания в колонну стабилизации бензина К-4 двумя потоками позволит снизить нагрузку на рибойлер колонны К-4 - на 3 %, на конденсатор-холодильник паров верха К-4 - на 20 %.
Технико-экономическая оценка предлагаемых технологических решений показала, что затраты на электроэнергию, топливный газ и пар суммарно сокращаются на 9,6 млн руб./год.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Мановян А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М. : Химия, 2001. 568 с.
2. Ямпольская М. Х., МалашкевичЛ. Н., Киевский В. Я., Петлюк Ф. Б. Способы повышения эффективности работы установок первичной переработки нефти // Нефтепереработка и нефтехимия. 2003. № 6. С. 11-12.
58 -
Herald of Omsk University 2018, vol. 23, no. 1, pp. 53-59
Вестник Омского университета 2018. Т. 23, № 1. С. SS-S9
ISSN 1812-S996-
3. Кузнецов О. А. Моделирование установки переработки нефти в Aspen HYSYS V8. М. ; Берлин : Директ-Медиа, 2015. 133 с. ; То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=375184.
4. Полякова Т. Н. Экономическая оценка технико-технологических преобразований в нефтепереработке и нефтехимии : учебное пособие. Омск : Изд-во Ом. гос. ун-та, 2011. 50 с.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Поляков Кирилл Михайлович - магистрант химического факультета, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: [email protected].
Носенко Валентина Николаевна - кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Polyakov Kirill Mikhaylovich - Master's Student of the Faculty of Chemistry, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: [email protected].
Nosenko Valentina Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, Docent of the Department of Chemical Technology, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: nvn51@ yandex.ru.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ
Поляков К. М., Носенко В. Н. Влияние различных видов питания ректификационных колонн на энергопотребление установки первичной переработки нефти // Вестн. Ом. ун-та. 2018. Т. 23, № 1. С. 53-59. ЭО! : 10.25513/1812-3996.2018.23(1).53-59.
FOR CITATIONS
Polyakov K. M., Nosenko V. N. Influence of various feeds of distillation columns to energy consumption of the crude oil distillation unit. Vestnik Omskogo univer-siteta = Herald of Omsk University, 2018, vol. 23, no. 1, pp. 53-59. DOI: 10.25513/1812-3996.2018.23(1).53-59. (in Russ.).
