Органический синтез на основе нефти и нефтепродуктов. Актуальные проблемы и их решение

Узел распределения характеризуется одним входным и двумя или более выходными потоками. Расчет масс, составов и характеристик выходных потоков в узлах распределения производится в зависимости от описаний типов входящих и выходящих из узлов потоков. Предусмотрены кодировка и, соответственно, расчет следующих видов распределения потоков и компонентов: тройник (коллектор), сепаратор, ректификационная колонна, фильтр, реактор («черный ящик»).Тройник (коллектор) описывает простое распределение входного потока по выходным потокам в соответствии с заданными массовыми расходами или долями. При этом составы всех выходных потоков принимаются равными составу входного потока.
Распределение масс потоков и компонентов входного потока по потокам пара и жидкости, выходящим из сепаратора, описывается процессом однократного испарения и определяется путем расчета фазового равновесия. Предусмотрена также возможность учета механического уноса из сепаратора паровой и жидкой фаз.
Для потоков пара и жидкости, выходящих из ректификационных колонн (точнее, секций ректификационных колонн), массы и составы определяются по упрощенным степенным зависимостям, которые тем не менее (как показала практика) не уступают в точности классическим алгоритмам. В системах технологического моделирования и других программных продуктах для расчета ректификационных колонн используются достаточно сложные методики («от тарелки к тарелке», матричный). Расчет по этим методикам весьма неустойчив (его схождения в значительной степени зависит от введенных исходных данных) и достаточно длителен. В результате этого моделирование и расчет схем с большим числом ректификационных колонн требует значительных усилий и времени, что существенно ограничивает возможности моделирования сложных объектов — цехов, заводов и комплексов.
Расчет фазового равновесия и псевдоравновесия (в процессе сепарации и ректификации) выполняется по константам фазового равновесия. Расчет констант выполняется по методике, изложенной в апробированном на практике и прошедшем длительные испытания стандарте [1]. Кроме этого, предусмотрена возможность выполнения расчетов фазовых равновесий и псевдоравновесий с помощью общеизвестного и наиболее популярного в настоящее время для углеводородных систем уравнения состояния Пенга Робинсона, описанному, например монографии [2]. Необходимые для расчетов по этому уравнению константы пользователь включает в НСИ компонентов.
В процессе работ по моделированию технологических процессов и схем выявилось еще одно весьма интересное обстоятельство уравнения фазовых равновесий далеко не всегда адекватно описывают составы фаз, разделенных в реальных аппаратах подготовки и переработки УВС. Обычно причиной этого может механический унос равновесных фаз. Однако в некоторых случаях отклонение от равновесия не моделируется механическим уносом вследствие того, что степень отклонения от равновесия для различных компонентов различна. Объяснить это можно тем, что время контакта фаз, необходимое для достижения термодинамического равновесия, зависит от подвижности компонентов и, поэтому, для разных компонентов различно. Такие ситуации можно определить термином «неравновесное разделение фаз». В лучшие системы технологического моделирования включены некоторые механизмы учета неравновесного разделения (например, путем задания КПД тарелок ректификационных колонн индивидуально для каждого компонента). Недостатком такого подхода является отсутствие зависимости степени неравновесности от характеристик компонентов.
Для решения практических задач по анализу и прогнозированию технологии подготовки и переработки УВС наряду с расчетами составов потоков необходимо рассчитывать их основные физикохимические характеристики и показатели качества. В настоящее время известно много корреляций, связывающих компонентно-фракционные составы и свойства компонентов и псевдокомпонентов с физико-химическими характеристиками и показателями качества продуктов. Остановимся на некоторых, наиболее проверенных и нашедших практическое применение для прогнозирования характеристик углеводородных продуктов предприятий добычи и переработки газового конденсата и попутной нефти в Тюменской области.
Имеющиеся данные по компонентно-фракционным составам и перечисленные выше характеристики узких фракций позволяют достаточно надежно рассчитывать следующие основные характеристики продуктов:
• для жидких плотность, вязкость, молекулярную массу,температуры застывания, помутнения и вспышки, упругость паров,давление насыщенных паров по Рейду, октановое число (для бензиновых фракций), фракционный состав по Энглеру, газосодержание;
• для газообразных (парообразных) плотность, вязкость, молекулярную массу, конденсатный фактор, точки росы по воде и углеводородам.
Плотность, молекулярная масса, вязкость, температуры помутнения и застывания, октановое число определяются по правилам аддитивности в виде линейных (для плотности, молекулярной массы и октанового числа) и степенных уравнений, остальные перечисленные параметры путем моделирования соответствующих методик исследований на основе уравнений для расчета фазового равновесия. Кроме перечисленных параметров могут определяться содержания примесей (воды, метанола, солей, сероводорода). Определения перечисленных параметров достаточно, чтобы прогнозировать основные показатели качества продуктов первичной переработки конденсата и, следовательно, адекватно рассчитывать ожидаемые материальные балансы переработки и ограничения по выходам товарных продуктов требуемого качества. На основании данных физико-химического анализа сырья на стадии проектирования производится полный технологический расчет всего оборудования и установки в целом, что позволяет определить оптимальную схему и компоновку установки. Все основное оборудование изготавливается по индивидуальным проектам с учетом особенностей процесса и требований к установке. Проведение прочностных расчетов, подбор оптимальных скоро (колпачковые, клапанные, ситчатые, каскадные и др.), нерегулярная металлическая насадка (Интерпак, кольца Паля, кольца Рашига и др.). Выбор типа внутренних контактных устройств зависит от особенностей процесса ректификации и производительности установки. Ввод сырья в колонны осуществляется тангенциально. Имеется опыт изготовления ректификационных колонн со встроенным стриппингом.
Теплообменное оборудование изготавливается с учетом поддержания оптимальных скоростей теплоносителей. При малых количествах потоков применяются теплообменники типа "труба в трубе", а при больших — кожухотрубчатые теплообменники с тепло и массообмена, снизить массу оборудования и эксплуатационные расходы. При проектировании привязки оборудования установки учитывается удобство монтажа и обслуживания оборудования, минимизация протяженности межблочных коммуникаций и эстакад, соблюдение всех норм и правил Госгортехнадзора России, противопожарной техники и техники безопасности, охраны труда и окружающей среды. Материальное исполнение оборудования зависит от климатических условий в районе строительства установки и от коррозионной агрессивности материальных потоков.
Разделение нефти на фракции происходит в ректификационных колоннах. В качестве внутренних контактных устройств ректификационных колонн применяются тарелки разного типа различным числом ходов теплоносителей. Конструкция теплообменников выбирается с Учетом рабочих режимов. Теплообменные аппараты позволяют эффективно использовать тепло отходящих нефтепродуктов для нагрева сырья, уменьшая расход энергии печи для его окончательного нагрева.
Аппараты воздушного охлаждения применяются стандартной конструкции или изготавливаются по индивидуальным проектам в зависимости от их производительности с учетом соблюдения оптимальных режимов охлаждения. Аппараты воздушного охлаждения (АВО) по ТУ 36120590579932199, применяемые на малогабаритных установках переработки нефти, предназначены для конденсации и охлаждения газообразных, парообразных, парожидких и жидких сред. Аппараты могут эксплуатироваться в условиях макроклиматических районов с умеренным климатом (ГОСТ 1515069). Аппараты комплектуются секциями для охлаждения и конденсации парожидких сред (коллекторного типа) и секциями для охлаждения жидких сред (змеевикового типа). Секции изготавливают из сребренных труб. На аппараты устанавливаются осевые вентиляторы диаметром 800 м (В063008И1Б, мощность электродвигателя 3 кВт) в горизонтальном положении. Количество, тип и расположение секции подбираются в соответствии с техническими требованиями заказчика. В аппаратах одновременно могут охлаждаться несколько продуктовых потоков, проходящих по отдельным секциям. Масса аппарата определяется в ходе проектирования и зависит от числа и исполнения секций, количества и расположения вентиляторов.
В зависимости от производительности, условий эксплуатации и характеристик перекачиваемой среды применяются насосы следующих типов:
— центробежные герметичные с магнитной муфтой;
— шестеренные;
— плунжерные (дозаторы).
Каждый насос имеет резервную пару. В случае отказа основного насоса, имеется возможность быстрого переключения на резервный насос.

Рис. 2. Ректификационные колонны и теплообменное оборудование

Для нагрева углеводородного сырья используются нагревательные трубчатые печи коробчатого типа. Для каждой установки печи изготавливаются по индивидуальным проектам с учетом теплопроизводительности и местных условий. В печах применяется "мягкая" футеровка и теплоизоляция, позволяющие изготавливать печи на заводе в полной готовности к монтажу, снизить тепловую инерционность печи и теплопотери. Конструкция печи предусматривает легкость доступа для осмотра и ремонта змеевиков печи. На печах установлены современные короткофакельные комбинированные горелочные устройства. Распыл жидкого топлива и подача воздуха в горелку осуществляются вентилятором высокого давления. Имеется возможность работы печей на самотяге. В зависимости от конструкции печи имеют боковое или нижнее расположение горелок. При необходимости в печах устанавливается дополнительный змеевик для перегрева пара. Печи оборудуются средствами КИПиА и пожаротушения в соответствии с действующими нормами.
Заключение

Таким образом, в работе предложены пути переработки нефти в продукты органического синтеза.
Рассмотрены методы получения и выделения чистых этилена и пропилена, определены основные критерии при выборе путей его промышленного производства. Собрана и проанализирована информация о традиционных, альтернативных и разрабатываемых технологиях получения этого ценнейшего нефтехимического продукта.
Показано, что одним из перспективных альтернативных методов целевого производства является каталитическое дегидрирование, активно разрабатываемое и внедряемое в промышленную практику рядом нефтехимических компаний и научных подразделений у нас в стране и за рубежом. Отмечено, насколько интенсивно проводятся исследования по разработке мембранно-каталитических процессов дегидрирования легкого углеводородного сырья.


Список литературы

Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена. Л.: Химия, 1973. - 368 с.
Борисов Н. Полный бак проблем // FORBES. 2016. С.78-82.
Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. М.: Наука, 2013. – 556 с.
Брагинский О.Б. Тенденции развития мировой нефтехимической промышленности // Нефть, газ и бизнес. 2011. № 1. С.513.
Капустин В.М., Рудин М.Г., Кудинов А.М. Основы проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. - М.: Химия (РГУ нефти и газа им. Губкина), 2012. - 440 с.
Крючкова И. В Нагрузку // Эксперт-Урал, 2017. № 6. С. 14-15.
Курочкин А.К., Курочкин А.В., Гимаев Р.Н.. Современные региональные НПЗ в структуре нефтеперерабатывающей отрасли России // Территория нефтегаз. 2016. № 6. С. 102-106.
Кэмпбел С.Х. Стратегический менеджмент. / Пер. с англ. Н.И. Алмазовой. - М.:ООО «Издательство С 83 Проспект», 2013. – 336 с.
Нефтегазохимический комплекс: конъюнктура, тенденции, перспективы. / Тюменская область: общество и наука (социально-экономическое и этнокультурное развитие) / Под ред. В.К. Левашова, Н.Г. Хайруллиной. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. - 778 с.
Нефть и газ России. Информационно аналитический каталог. Реал Media, 2016. – 144 с.
Propylene Refineries // Nexant Chem Systems Report. March, 2015. http://www.chemsystems.com


Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. М.: Наука, 2013. – 556 с.
Брагинский О.Б. Тенденции развития мировой нефтехимической промышленности // Нефть, газ и бизнес. 2011. № 1. С.513.
Крючкова И. В Нагрузку // Эксперт-Урал, 2017. № 6. С. 14-15.
Нефтегазохимический комплекс: конъюнктура, тенденции, перспективы. / Тюменская область: общество и наука (социально-экономическое и этнокультурное развитие) / Под ред. В.К. Левашова, Н.Г. Хайруллиной. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. - 778 с.
Нефть и газ России. Информационно аналитический каталог. Реал Media, 2016. - 144с.
Там же.
Курочкин А.К., Курочкин А.В., Гимаев Р.Н.. Современные региональные НПЗ в структуре нефтеперерабатывающей отрасли России // Территория нефтегаз. 2016. № 6. С. 102-106.
Борисов Н. Полный бак проблем // FORBES. 2016. С.78-82.
Кэмпбел С.Х. Стратегический менеджмент. / Пер. с англ. Н.И. Алмазовой. - М.:ООО «Издательство С 83 Проспект», 2013. - 336с.
Макарян И.А., Савченко В.И. Каталитическое дегидрирование как путь переработки легкого углеводородного сырья // Нефтепереработка и нефтехимия. 2009. № 7. С. 20-25.
Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена. Л.: Химия, 1973. - 368 с.
Леффлер У.Л. Переработка нефти / Пер. З. Свитанько. М: Олимп-Бизнес, 2009. - 224 с.
Капустин В.М., Рудин М.Г., Кудинов А.М. Основы проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. - М.: Химия (РГУ нефти и газа им. Губкина), 2012. - 440 с.









2