Интенсификация процесса разделения газов каталитического крекинга

Автор: Шаймарданов М.И., Валеев М.Р., Ханнанова Г.Д., Фасхутдинов Р.Р.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

Рубрика: Технические науки

Статья в выпуске: 12-5 (87), 2023 года.

Бесплатный доступ

Проведены анализ работы и цифровое моделирование блока газофракционирования установки каталитического крекинга 1-А/1М завода ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим». В результате проведенного анализа определены пути совершенствования процесса выделения пропан-пропиленовых, бутан-бутиленовых фракций. В рамках процесса моделирования были рассмотрены различные сценарии повышения эффективности процесса газоразделения. В результате работы выявлены оптимальные технологические параметры колонны.

Каталитический крекинг, газофракционирование, пропан-пропиленовая фракция, бутан-бутиленовая фракция, фракционирующий абсорбер, жирный газ, моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/170201683

IDR: 170201683   |   DOI: 10.24412/2500-1000-2023-12-5-72-78

Текст научной статьи Интенсификация процесса разделения газов каталитического крекинга

В данный момент наблюдается кризис сырьевой базы нефтехимической промышленности. Основное назначение нефтехимических предприятий состоит в использовании продуктов нефтеперерабатывающих заводов для производства синтетических материалов и изделий.

Основным сырьем для нефтехимических предприятий выступают продукты нефти и газопереработки, в том числе непредельные углеводородые газы, такие как пропан-пропиленовая фракция (ППФ), бутан-бутиленовая фракция (ББФ), которые вырабатываются в процессе каталитического крекинга. ППФ применяется в качестве сырья процессов полимеризации и алкилирования, ББФ является сырьем процесса алкилирования, также используется в производстве метилэтилкетона, полиизобутилена, синтетического каучука и т.д. [4; 5]

Каталитический крекинг (КК) является одним из основных крупнотонажных процессов углубленной переработки нефти. Установка КК состоит из следующих блоков: гидроочистки вакуумного газойля (сырьё процесса), реакторно-регенераторного, нагревательно

- фракционирующего и газофракционирования.

Разделение газов осуществляется на блоке газофракционирования. Типичная схема блока газофракционирования состоит из фракционирующего абсорбера, компрессора, сепараторов, циркуляционных насосов и откачки продуктов [2].

В рамках данной работы рассмотрим методы интенсификации процесса разделение газов, полученных в процессе каталитического крекинга. Конкретизируем задачу на примере газофракционирующего блока установки КК 1-А/1М Филиала ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим», где существует проблема потерь ППФ, ББФ в результате уноса с сухим газом КК.

Предложенный метод позволяет повысить качество разделения газофракционирующего блока установки с минимальными капитальными затратами. Проведен анализ работы текущей технологической схемы газофракционирующего блока установки КК 1-А/1М ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим», на основе которого были определены основные возможные направления модернизации, показано влияние основных технологиче- ских параметров процесса на выход и качество получаемых продуктов.

Фракционирующий абсорбер представляет собой аппарат колонного типа с ребойлером.

Необходимая четкость отбора сухих и жирных газов может быть достигнута следующими методами:

  • 1.    Изменение технологических

параметров процесса:

  • -    Увеличение давления в колонне;

  • -    Уменьшение температуры в кубовой части фракционирующего абсорбера;

  • -    Увеличение кратности циркуляции абсорбента [3].

  • 2.    Изменение         конструктивных

особенностей    газофракционирующего блока:

  • -    Увеличение числа контактных устройств фракционирующего абсорбера.

  • -    Модернизация           внутренних

контактных устройств фракционирующего абсорбера на более эффективные без изменения их количества.

  • -    Регулирование           количества

циркуляционных     орошений,     их температуры, а также изменения тарелок их отбора и возврата [1].

Эффективность процесса разделения зависит от таких технологических параметров, как температура, давление, количество контактных устройств, а также соотношение величины потоков пара и жидкости по высоте колонны. В контексте работы фракционирующего абсорбера К51 необходимо выделение сухого газа, не содержащего в своем составе ППФ, ББФ. ППФ и ББФ выводятся с куба колонны вместе с бензином КК, и направляются на дальнейшее разделение [6].

Сформированная модель газофракционирующего блока в системе моделирования Aspen Hysys позволила оценить эффективность работы абсорбера и разработать мероприятия по корректировке режима его работы для повышения качества продуктов и увеличения выхода целевых компонентов в кубовом продукте. На базе модели были рассмотрены различные сценарии работы фракционирующего абсорбера К-51, с целью нахождения оптимальных значений давления верха и низа колонны, при которых удалось достигнуть повышения качества газоразделения.

Модель была построена на основе уравнения состояния Пенга-Робинсона.

Уравнение имеет следующий вид:

RT a(T)

Vm-b у2_^2Ь.ут-№ где p – давление газа, кПа;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);

V m – молярный объём, м3/моль;

Т – температура газа, К.

Достоинством уравнения является то, что свойства чистого газа описываются этим уравнением с помощью только трёх индивидуальных свойств: температуры и давления критической точки газа, а также ацентрического фактора Питцера. Эти параметры определены для широкого круга веществ [8].

При расчёте смесь рассматривается как некоторый гипотетический газ, параметры критической точки которого являются известной функцией концентраций исход- ных компонентов и термодинамических параметров их критических точек [8].

На установке 1-А/1М Филиала ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим» в настоящее время есть проблема потери жирных газов в составе сухого газа, выводимого с верха фракционирующего абсорбера К-51. Для анализа пути интенсификации процесса выделения газов жирных газов из сухого газа КК была сформирована модель абсорбера К-51 в среде Aspen Hysys.

Для сравнительного анализа вариантов работы фракционирующего абсорбера К51 была воспроизведена технологическая схема, представленная на рисунке 1. Со- став сырья и технологические параметры фракционирующего абсорбера установки 1-А/1М представлены в таблицах 1 и 2.

К-51 - фракционирующий абсорбер; Е-31 - газосепаратор; СК-1 - газовый компрессор; Н-23, 24, 25, 36а, 36в - насос; ВХ-51/22,23 - аппарат воздушного охлаждения; Х-51 - теплообменник

Рис. 1. Схема газофракционирующего блока установки 1-А/1М

Для достижения необходимой степени отбора сухих и жирных газов, методы, связанные с изменением конструкций газофракционирующего блока, не рассматриваются в рамках решения производственной задачи, что связанно с высокими капитальными затратами и длительными сроками реализации проекта модернизации.

Увеличение кратности циркуляции абсорбента не позволит должным образом выделить сухой газ в качестве верхнего продукта без увеличения диаметра колонны, что обусловленно повышенным расходом жидкого потока над паровым на контактных устройствах в верхней части фракционирующего абсорбера и физическим уносом жидкой фазы с сухим газом [7].

Уменьшение температуры в кубе фракционирующего абсорбера уменьшает отпаривание легких компонентов, и повышают концентрацию компонентов сухого газа С 1 2 в кубовом продукте.

Таблица 1. Исходный состав сырья колонны К-51

Наименование компонента

Состав, % масс.

Метан

1,57

Этан-этиленовая фракция

2,35

Пропан-пропиленовая фракция

7,11

Бутан-бутиленовая фракция

11,59

H 2 S

0,11

O 2

0,10

H 2

0,05

N 2

1,23

CO

0,10

CO 2

0,30

H 2 O

6,32

фр. н.к. - 50 ℃

22,82

фр. н.к. - 50-78 ℃

11, 7

фр. н.к. - 78-106 ℃

7,31

фр. н.к. - 106-134 ℃

5,47

фр. н.к. - 134-162 ℃

12,6

фр. н.к. - 162-190 ℃

5,09

фр. н.к. - 190-218 ℃

1,72

фр. н.к. - 218-246 ℃

1,14

фр. н.к. - 246-274 ℃

1,32

Итого:

100

Таблица 2. Нормы технологического режима фракционирующего абсорбера К-51

Наименование параметра

Единицы измерения

Рабочие значения

Расчетные значения

Давление верха колонны

кгс/см2

10,72

15,0

Давление низа колонны

кгс/см2

11,11

Температура верха колонны

°Ⅽ

42,0

150,0

Температура низа колонны

°Ⅽ

96,3

Наиболее предпочтительным является регулирование давления фракционирующего абсорбера.

Полученная модель позволила оценить эффективность процесса разделения газов фракционирующего абсорбера К-51. Зафиксированные значения массовых расходов С 3 4 , при различных сценариях изменений давления в колонне К-51, представлены в таблицах 3-4 (* в таблицах отмечены оптимальные значения параметров).

В таблице 3 представлены результаты расчета программы по значениям массового выхода жирного газа и изменение массовых расходов с укрепляющей (12 поток) и кубовой (17 поток) части фракционирующего абсорбера при изменении дав- лении на 1 кгс/см2 с постоянным перепадом давления. Исходя из полученных результатов следует, что увеличение давления приводит к уменьшению содержания смеси ППФ и

ББФ в сухом газе.

Исходя из значений таблицы 4 можно сделать вывод, что увеличение давления приводит к повышению концентрации целевых компонентов в кубе колонны и уменьшению массового расхода верхнего продукта колонны, что коррелирует со снижением потерь целевых компонентов. Прослеживается динамика увеличения массового расхода с куба колонны по жирному газу и другим компонентам.

Таблица 3. Зависимость массового выхода и расхода С 3 4 от давления в К-51

Параметр

Вариант №

1

2

3*

4

5

Давление верха, кгс/см2

11,7

12,7

13,7

14,7

15,7

Давление низа, кгс/см2

12,1

13,1

14,1

15,1

16,1

Массовый выход С 3 4 с верха, %

21,80

14,54

8,08

7,44

6,90

Массовый выход С 3 4 с низа, %

20,57

21,23

21,66

21,63

21,60

Массовый расход с верха, кг/ч

12052,32

10658,5

9472,49

8812,55

8208,09

Массовый расход с низа, кг/ч

121596,4

122988,17

124174,44

124834,67

125439,03

Таблица 4. Зависимость массового выхода и расхода С 3 4 от давления в К-51

Параметр

Вариант №

1

2

3*

4

5

Давление верха, кгс/см2

11,7

12,7

13,7

14,7

15,7

Давление низа, кгс/см2

12,1

13,1

14,1

15,1

16,1

Массовый выход С 3 4 в потоке 12, %

21,80

14,54

8,08

7,44

6,90

Массовый выход других компонентов в потоке 12, %

78,20

85,46

91,92

92,56

93,10

Массовый расход С 3 4 в потоке 12 , кг/ч

2627,41

1549,26

765,42

655,51

566,28

Массовый расход других компонентов в потоке 12, кг/ч

9424,91

9109,25

8707,07

8157,03

7641,81

Массовый расход С 3 4 в потоке 17, кг/ч

25016,38

26116,01

26894,71

27000,88

27091,67

Массовый расход других компонентов в потоке 17, кг/ч

96580,01

96872,16

97279,73

97833,80

98347,37

После моделирования был проанализирован количественный и качественный состав газа, уходящего с верха газофракционирующего абсорбера. Как видно из рисунка 2 и таблиц, представленных выше, изменение давления с укрепляющей и от- гонной части колонны К-51, при неизменном градиенте давлений, позволяет улучшить абсорбцию жирных компонентов газа, в следствии чего уменьшить потери С3-С4 вместе с сухим газом.

Рис. 2. График зависимости изменения процентного содержания выхода С 3 4 с верха колонны от давления

Таким образом, можно утверждать, что оптимальное разделение без увеличения диаметра фракционирующего абсорбера достигается при давлении 13,7 кгс/см2, и входит в интервал расчетных технологических параметров данной колонны согласно допустимым нормам по проекту. Массовый выход С3-С4 с верха колонны при уве- личении давления до 13,7 кгс/см2 уменьшается на 13,72% масс., а расход кубового продукта – на 2579,83 кг/ч, одновременно с этим, выход С3-С4 с куба абсорбера увеличится на 1% масс., а расход соответственно на 2578,04 кг/ч. Данное давление можно считать оптимальным, так как при дальнейшем повышении давления наблю- дается незначительное повышение качества разделения, однако нагрузка на оборудование и энергозатраты значительно увеличиваются.

«Башнефть-Уфанефтехим» позволяет создавать давление в колонне К-51 11,2 кгс/см2, поэтому необходима его замена. Затраты при этом будут на порядок ниже замены самого фракционирующего абсорбера на установке.

Действующий компрессор на установке 1-А/1М Филиала ПАО АНК «Башнефть»

Список литературы Интенсификация процесса разделения газов каталитического крекинга

  • Анищук Е.А. Модернизация газофракционирующего блока установки каталитического крекинга / Е.А. Анищук, А.В. Ганцев // Новые технологии - нефтегазовому региону: материалы Международной научно-технической конференции: в 2 т. - Тюмень: ТИУ, 2016. 2 т. - С. 148-150. EDN: VYCMJL
  • Ахметов С.А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С.А. Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев, М.И. Баязитов; Под ред. С.А. Ахметова. - CПб.: Недра, 2006. - 868 с.
  • Задегбейджи Р. Каталитический крекинг в псевдоожиженном слое катализатора. Справочник по эксплуатации, проектированию и оптимизации установок ККФ: пер. с англ. яз. 3-го изд; под ред. О.Ф. Глаголевой. - СПб.: ЦОП "Профессия", 2014. - 384 с.
  • Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 30-2017 "Переработка нефти". - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.rst.gov.ru/portal/gost/home/activity/NDT/sprav_NDT_2017 (дата обращения 09.10.2023).
  • ЛакПром. Нефтехимический комплекс. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://lkmprom.ru/analitika/neftekhimicheskiy-kompleks-zadachi-i-perspektivy/ (дата обращения 09.10.2023).
  • Мейерс Р.А. Основные процессы нефтепереработки. Справочник: пер. с англ. 3-го изд. / Р.А. Мейерс и др.; под ред. О.Ф. Глаголевой, О.П. Лыкова. - СПб.: ЦОП "Профессия", 2011. - 944 с. EDN: QNFIGB
  • Мясин Я.О., Мясина Е.А., Ганцев А.В., Мустафин И.А. Повышение эффективности разделения продуктов каталитического крекинга в результате моделирования и анализа работы газофракционирующих блоков // Башкирский химический журнал. - 2017. - Том 24. № 3. - С. 77-84. EDN: ZJSCPZ
  • Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие / Пер. с англ. под ред. Б.И. Соколова. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.
Еще
Статья научная