Курсовая работа (т): Управление технологическими процессами

Управление технологическими процессами

Введение

технологический фракционный нефть тепловой

Нефть это ведущий ресурс мировой экономики, она является самым ценным и востребованным ресурсом на планете на сегодняшний день. Нефть определяет внешнюю и внутреннюю политику всех стран. Колебание цены на нефть сказывается сразу на всех секторах экономики.

Именно поэтому комплексная характеристика роли нефти в мировом хозяйстве является как никогда актуальной в современном мире.

Продукты переработки нефти могут быть твердыми и газообразными. Они нашли широкое применение в различных отраслях. Основное различие между ними заключается в том, что каждое вещество имеет свой набор углеводородов.

Нефтяная продукция достаточно разнообразна. К ней относятся не только бензин и дизельное топливо, но также керосин, масла, битум, мазут, полиэтилен и целая серия других продуктов. Можно с полной уверенностью сказать о том, что связанные с нефтепереработкой материалы встречаются повсюду, и человечество пока не может обойтись без этого ценного природного ресурса.

В последнее время требования к качеству нефтепродуктов повысились, потому что появился новый технический регламент в соответствии с требованиями Европы (европейское качество топлив и выхлопов автомобилей), следовательно необходима более глубокая переработка с получением большого количества светлых нефтепродуктов.

Целью данной работы является выполнение технологического расчета блока стабилизации на установке ЭЛОУ АВТ-6.

Задачами данной курсовой работы являются:

Выбор и обоснование технологической схемы блока стабилизации;

Материальный и теплой расчеты установки.

В связи с этим тема является актуальной.

1. Теоретическая часть

1.1 Назначение, сырье и продукты процессов

Процессы перегонки нефти осуществляют на атмосферных трубчатых (AT) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно - вакуумных трубчатых (АВТ) установках [7, c. 125].

В зависимости от направления использования фракций установки перегонки нефти принято именовать топливными, масляными или топливно-масляными и соответственно этому - варианты переработки нефти.

На установках AT осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фракции и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые. масляные фракции и гудрон используют в качестве сырья процессов последующей (вторичной) переработки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и других нефтепродуктов.

Современные процессы перегонки нефти являются комбинированными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ - AT, ЭЛОУ - АВТ, ЭЛОУ-АВТ - вторичная перегонка и т.д. [7, c. 135].

С химической точки зрения нефть - это сложная смесь углеводородов с примесью различных соединений серы, азота и кислорода. Ее запах также может быть различным, так как зависит от присутствия в ее составе ароматических углеводородов, сернистых соединений. После переработки такого сырья мы получаем нефтепродукты.

Нефти различных месторождений значительно различаются по фракционному составу и, следовательно, по потенциальному содержанию дистиллятов моторного топлива и смазочных масел. Большинство нефтей содержит 10-30% бензиновых фракций, выкипающих до 200% и 40-65% керосиногазойлевых фракций, перегоняющихся до 350°С. Известны месторождения легких нефтей с высоким содержанием светлых (до 350°С).

Углеводный состав нефти - является наиболее важным показателем их качества, определяющим выбор метода переработки, ассортимент и эксплуатационные свойства получаемых нефтепродуктов.

В исходных нефтях содержатся в различных соотношениях все классы углеводов, кроме алкенов.

Основными нефтяными фракциями являются:

) Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от С₅Н₁₂ до С₁₁Н₂₄. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают газолин (t_кип = 40-70°С), бензин; (t_кип = 70-120°С), авиационный, автомобильный и т.д.

) Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от С₈Н₁₈ до С₁₄Н₃₀. Лигроин применяется как горючее для тракторов. Большие количества лигроина перерабатывают в бензин.

) Керосиновая фракция включает углеводороды от С₁₂Н₂₆ до С₁₈Н₃₈ с температурой кипения от 180 до 300°С. Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

) Газойлевая фракция (t_кип> 275°С), по-другому называется дизельной фракцией.

) Остаток после перегонки нефти - мазут - содержит углеводороды с большим числом атомов углерода в молекуле. Мазут также разделяют на фракции перегонкой под уменьшенным давлением, чтобы избежать разложения. В результате получают соляровые масла (дизельное топливо), смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и др.), вазелин (технический вазелин применяется для смазки металлических изделий с целью предохранения их от коррозии, очищенный вазелин используется как основа для косметических средств и в медицине). Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки летучих компонентов из мазута остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве. Кроме переработки на смазочные масла мазут также используют в качестве жидкого топлива в котельных установках [7, c. 143].

Основными продуктами вторичной перегонки бензина являются:

. Фракция 30-85⁰С - используется как компонент товарного автомобильного бензина, сырье установок изомеризации;

. Фракция 85-180°С - головная фракция бензина, которая обладает достаточно высокой детонационной стойкостью, используется для регулирования пусковых свойств и упругости паров товарных автобензинов обычно используется только головная фракция бензина н.к. - 85°С.

1.2 Физико-химические основы

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержаться сернистые, кислородные и азотистые органические соединения.

Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменение ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти [8, c. 86].

На современных НПЗ основным первичным процессом служит разделение нефти на фракции, т.е. ее перегонка.

Перегонка (дистилляция) - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам кипения.

Перегонка (дистилляция) - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам (или температуре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку. Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением.

Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом конденсацией образующихся паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов в основном применяют в лабораторной практике при определении их фракционного состава [2, c. 143].

При однократной перегонке жидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно отделяются от жидкой фазы - остатка. Этот способ, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспечивает при одинаковых температуре и давлении большую долю отгона.

Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограниченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти.

Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса.

Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией [2, c. 157].

При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденсируют, и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потока пара. В результате однократного контактирования парового и жидкого потоков уходящие из системы пары дополнительно обогащаются низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышается четкость разделения смесей.

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фракции, которые различаются по температуре кипения.

Физическая сущность ректификации, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между потоками пара и жидкости при высокой тербулизации контактирующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, и жидкость - из высококипящих компонентов [2, c. 192].

На установки первичной перегонки нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна - вертикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны расположены тарелки - одна над другой. На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее легкие компоненты жидкого орошения испаряются и вместе с парами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паровой фазы, конденсируясь, остаются в жидкости. В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденсации и испарения [2, c. 204].

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации контакт пара и жидкости может происходить в противотоке, в перекрестном токе и прямотоке [2, c. 207].

На установках АВТ вырабатывают бензины широкого фракционного состава: н.к-140°С или н.к-180°С. Поскольку в качестве сырья требуются более узкие бензиновые фракции, осуществляют вторичную перегонку бензина, в основе которого лежит процесс перегонки. Вторичная перегонка бензина предназначена для получения из него узких фракций, которые используют как сырье каталитического риформинга для получения индивидуальных ароматических углеводородов - бензола, толуола, ксилолов. для этого бензиновый дистиллят разделяют на фракции 62-85°С (бензольную), 85-120°С (толуольную) и 120-140°С (ксилольную). Более тяжелая фракция 140-180°С используется как сырьё каталитического риформинга для получения высокооктанового компонента бензина [2, c. 215].

1.3 Технологические схемы и параметры процессов

Стабилизацию бензина осуществляют на АВТ. Ректификационная колонна стабилизации бензина имеет диаметр (1,2-1,6 м), часть колонны, которая расположена над вводом сырья, иногда имеет меньший диаметр, чем отгонная ее часть, так как количество паровой фазы значительно меньше, чем жидкой. Число тарелок в такой колонне 35-40. Нестабильный бензин до поступления в колонну нагревают в теплообменниках до 80-85°С. При давлении в колонне 0,6-0,7 МПа температура паров наверху около 60°С, а внизу 130-140°С. Тепло внизу колонны подводится через ребойлер, где в качестве теплоносителя используют водяной пар или один из горячих потоков АВТ (циркуляционное орошение атмосферной колонны) [8, c. 92].

Верхним продуктом является в этой колонне газовая головка бензина С₁-С₄ в количестве от 3,5-4% (мас.) от исходного нестабильного бензина, небольшую часть этой головки отбирают виде несконденсированного сухого газа С₃-С₄ с небольшой примесью пентанов. Остаточным продуктом колонны стабилизации является стабильный бензин, в котором отсутствуют углеводороды С₁-С₃ и сведено к минимуму бутанов.

Схема стабилизации бензина на АВТ, показана на рисунке 1 [9, c. 201]:

- колонна стабилизации, 2 - ребойлер, 3 - теплообменник, I и IV - нестабильный и стабильный бензины; II - углеводородный «сухой» газ; III - сжиженный газ; V - водяной пар.

Рисунок 1 - Схема стабилизации бензина на АВТ.

Остаточным продуктом является стабильный бензин, в котором отсутствуют углеводороды С₁-С₃ и сведено к минимуму бутанов.

После стабилизации бензина идет вторичная перегонка стабилизированного бензина.

Для вторичной перегонке широких бензиновых фракций на несколько узких фракций используют технологические схемы: одно-, двух- и трехколонные, причем все схемы прямого потока с отбором в каждой колонне целевых фракций в виде дистиллята. Технологические схемы установок одноколонных и двухколонных ВПБ изображены на рисунке 2 [9, c. 202].

I - сырье; II - фракция н. к. - 62°С; III - фракция 62-85°С; IV - фракция 85-105°С; V-105-140°С; VI - фракция 140-180°С; VII - фракция 85-130°С.

Рисунок 2 - Технологические схемы установок вторичной перегонки бензиновых фракций: а - одноколонные; б - двухколонные

Трехколонная схема вторичной перегонки бензина представлена на рисунке 3 [9, c. 203]:

,2,3 - ректификационные колонны, 4 - стрипинг, 5 - ребойлеры, 6 - печь, 7 - теплообменники.

Рисунок 3 - Технологическая трехколонная схема вторичной перегонки бензина

Для стабилизации и вторичной перегонки прямогонных бензинов применяют в основном двухколонные схемы, включающие колонну стабилизации и колонну вторичной перегонки бензина на фракции н.к. - 85 и 85-180°С.

Как наиболее экономически выгодной схемой разделения стабилизированного бензина на узкие ароматические УВ фракции признана последовательно-параллельная схема соединения колонн вторичной перегонки.

В соответствии с этой схемой прямогонный бензин после стабилизации разделяется сначала на две промежуточные фракции (н.к. - 105°С и 105-180°С), каждая из которых затем направляется на последующее разделение на узкие целевые фракции изображено на рисунке 4 [9, c. 205].

- колона стабилизации; 2-5 - колонны вторичной перегонки; 1 - нестабильный бензин; I - фракция С₅ - 62°С; III - фракция 65-105°С; V - фракция 85-106°С; VI - фракция 105-140°С; VII - фракция 140-180°С; VIII - сжиженная фракция С₂-С₄; IХ - сухой газ (С₁-С₂); Х - водяной пар.

Рисунок 4 - Принципиальная схема блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6 [6]

В соответствии с этой схемой прямогонный бензин после стабилизации разделяется сначала на две промежуточные фракции (н.к. - 105°С и 105-180°С), каждая из которых затем направляется на последующее разделение на узкие целевые фракции [9, c. 206].

.4 Способы регулирования параметров процесса

Задача управления сводится к поддержанию заданных или оптимальных значений величин, определяющих протекание технологического процесса.

На установке регулируют и контролируют: температуру, давление, уровень. Установка ВПБ РЕОТЕК полностью автоматизирована и предназначена для работы с минимальным количеством обслуживающего персонала. Управление осуществляется с помощью контроллера (Yokogawa) (рисунок 5) [12, c. 74].