Обеспечение экологической безопасности при первичной переработке нефти

Ермолаева В.А.; Армашов Н.С.; Ermolaeva V.A.; Armashov N.S.

doi:10.24412/2500-1000-2024-4-5-138-142

Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Природа. Охрана природных ресурсов. Угрозы окружающей среде и защита от них \ Угрозы окружающей среде

Обеспечение экологической безопасности при первичной переработке нефти

Автор: Ермолаева В.А., Армашов Н.С.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

Рубрика: Химические науки

Статья в выпуске: 4-5 (91), 2024 года.

Бесплатный доступ

Дана характеристика процесса первичной переработки нефти путем ректификации. Представлено описание целевых продуктов - фракций углеводородов с различными точками кипения. Выполнен практический расчет материального и теплового баланса производства. Исследованы: контроль производства по переработке нефти, экологические проблемы при первичной переработке нефти и общие требования безопасности труда. Произведен конструктивный расчет трубчатой печи, как устройства, обеспечивающего внос энергии в систему и абсорбера, как устройства, обеспечивающего экологическую безопасность процесса.

Нефть, углеводороды, ректификация, трубчатая печь, абсорбер

Короткий адрес: https://sciup.org/170205007

IDR: 170205007 | DOI: 10.24412/2500-1000-2024-4-5-138-142

Ensuring environmental safety during primary oil refining

The characteristic of the process of primary oil refining by rectification is given. The description of the target products - fractions of hydrocarbons with different boiling points is presented. A practical calculation of the material and thermal balance of production has been performed. The following issues were investigated: control of oil refining production, environmental problems during primary oil refining and general occupational safety requirements. A constructive calculation of a tubular furnace as a device for introducing energy into the system and an absorber as a device for ensuring the environmental safety of the process has been carried out.

Текст научной статьи Обеспечение экологической безопасности при первичной переработке нефти

Нефть является важнейшим исходным сырьем для производства многих химических продуктов. В современной нефтеперегонной промышленности первичная перегонка нефти путем ректификации является одним из основных процессов. Она позволяет получить фракцию различных углеводородных соединений, которые в дальнейшем используются в производстве широкого спектра продуктов – от горючего до смазочных материалов.

Характеристика исходного сырья и целевых продуктов

Данная работа предназначена для исследования первичной переработки нефти и получения различных углеводородных фракций. Сырьем в данном технологическом процессе является пластовая нефть. Нефть – это сложная по составу смесь углеводородов и сернистых, кислородных и азотистых органических соединений, в которой также растворены твердые углеводороды и смолистые вещества, маслянистая, темная жидкость, в зависимости от присутствия в нефти тех или иных компонентов запах может быть разным, легче воды и смешиваемость с водой ничтожна мала. Исходным сырьем в процессе служат легкие бензиновые фракции (180 оС), керосиновые фракции (180-230 оС), дизель-

ные фракции (230-350 оС) и масляные фракции с точкой кипения выше 350 оС.

Характеристика технологического процесса

Описан основной технологический процесс и оборудования первичной переработки нефти путем ректификации. Пластовая нефть попадает в блок ЭЛОУ (Электрообессоливающих установок и теплообменников), где из нее удаляют воду и соли, после чего очищенная нефть попадает в блок атмосферное перегонки АТ. Обессоленная нефть попадает в отбензинивающую колонну, где выделяется легкая бензиновая фракция, которая поступает в рефлюксную емкость через воздушные холодильники из которой часть поступает назад в колонну в качестве орошения. Частично отбензиненная нефть с низа колонны поступает в трубчатую печь, в которой делится на два потока разогретых до 360 оС, один из которых возвращается в отбензинивающую колонну внося необходимое количество теплоты для ректификации, а второй поступает в атмосферную колонну. Для более полного выделения мазутной фракции из колонны в нее подается водяной пар. Мазут выводится с низа колонны через теплообменник в холодильник после, после чего выводится с установки. Так же с атмосферной колонны

Таблица 1. Характеристика продуктов перегонки нефти

№ Температура выкипания средняя, Твп Фракции % масс Молярная масса фракции, М Молярная доля, Х Летучесть фракций при температуре Те,А 1 44 2.16 65.39 0,057 4.4071 2 76.5 2.55 77.301 0,057 2.4844 3 101.5 2.47 87,901 0,048 1.5425 4 126 2.57 99,502 0,045 0.9375 5 152.5 2.7 113,4 0,041 0.5281 6 209.5 13.7 148,06 0,160 0.1347 7 309 14.02 224,13 0,108 0.0076 8 396 14.98 306,86 0,084 0.0003 9 474 7.95 54,925 0,250 0.0000105 10 Неотгоняемый остаток 36.3 415 0,151 0.00000281 выходят бензиновые фракции с концом кипения 180 оС, керосиновые фракции (180-230 оС) и дизельные (230-350 оС). Они поступают в отпарные колонны, в которых в присутствии водяного пара отделяют остаточные легкие фракции, за тем в теплообменники и холодильники и выводятся с установки, а пары легких фракций возвращаются назад в колонну.

Контроль производства и охрана окружающей среды

Контроль производства требует быстрых и точных методов анализа, для контроля воздуха используется газовая хроматография, спектроскопия поглощения ИК-излучения, для мониторинга качества сточных вод измеряют биологическое потребление кислорода за 5 дней для измерения органического загрязнения, химическое потребление кислорода для измерения общего содержания органического и неорганического вещества и газовая хроматография-масс-спектрометрия для идентификации и количественной оценки кон-

кретных органических соединений, п для контроля загрязнения почвы используются гравиметрический анализ и рентгеновская дифракция.

При переработке нефти в атмосферу возможны выбросы различных газообразных углеводородов, которые являются токсичными для человека и окружающей среды. Максимальный выброс смеси происходит при запуске установки и при нарушении герметичности резервуаров и трубопровода. поэтому на производстве газовые смеси подвергаются очистке.

Расчет материальных и тепловых балансов

Произведен практический расчет материального баланса производства на основе следующих исходных данных производительность колонны Gк=4200, молярные доли 4х фракций Хе=0.207, степень извлечения 3ей фракции в дистилят φD4=0.85, степень извлечения 3ей фракции в остаток φW4=0.15, среднее давление в колонне Рср=4.5 атм.

Был рассчитан материальный баланс

1. По количеству вещества:
2. По массе:

228094,780 + 59528,695 = 286241,24 кмоль/ч

3749,52838 + 450,472 = 4200 тыс.т./год

Таблица 2. Материальный баланс

Фракция	Сырье
Фракция	% мольн	Кмоль/ч	%масс	Кг/ч	Тыс. т/г
28-60	5,697	3658,870	2.16	10647,887	90,72
60-93	5,689	3090,887	2.55	12570,423	107,1
93-110	4,846	2315,383	2.47	12176,056	103,74
110-142	4,454	1880,120	2.57	12669,014	107,94
142-163	4,106	1520,702	2.7	13309,859	113,4
163-256	15,957	4526,653	13.7	67535,211	575,4
256-344	10,788	2021,545	14.02	69112,676	588,84
344-448	8,419	1152,236	14.98	73845,070	629,16
448-500	24,961	19087,232	7.95	42147,887	359,1
>500	15,084	1526,604	36.3	178943,662	1524,6
∑	100	285850,1757	100	492957,7465	4200
Фракция	Дистиллят
Фракция	% мольн	Кмоль/ч	%масс	Кг/ч	Тыс т/г
28-60	34,615	20482,170	19,820	10479,422	89,285
60-93	23,630	13982,104	23,151	12240,557	104,29
93-110	18,888	11176,216	22,112	11691,366	99,61
110-142	16,500	9763,213	22,496	11894,269	101,34
142-163	3,520	2082,819	4,467	2361,942	20,124
163-256	1,800	1065,078	2,983	1576,925	13,44
256-344	0,800	473,368	2,007	1060,936	9,04
344-448	0,815	482,446	2,800	1480,445	12,61
448-500	0,015	9,140	0,068	36,004	0,31
>500	0,021	12,142	0,095	50,390	0,43
∑	100,605	59528,695	100,000	52872,256	450,5
Фракция	Остаток
Фракция	% мольн	Кмоль/ч	%масс	Кг/ч	Тыс т/г
28-60	0,113	257,632	0,038	168,465	1,44
60-93	0,187	426,727	0,075	329,865	2,81
93-110	0,242	551,403	0,110	484,690	4,13
110-142	0,341	778,623	0,176	774,745	6,6
142-163	10,400	23723,278	2,488	10947,917	93,28
163-256	15,830	36109,566	14,988	65958,286	562
256-344	19,543	44579,232	15,463	68051,740	580
344-448	23,532	53678,478	16,443	72364,626	616,55
448-500	5,586	12741,331	9,569	42111,883	358,8
>500	24,220	55248,510	40,650	178893,272	1524,17
∑	99,994	228094,780	100,000	440085,490	3749,53

Так же был произведен расчет теплово- потерь в окружающую среду и процессов, го баланса на основе вносимой теплоты в протекающих в установках.

систему и выходящей из нее в результате

Таблица 3. Тепловой баланс

Поток \	t, ^oC \	Энтальпия, кДж/кг \	Расход, кг/ч \	Количества тепла, кВт
Приход:
С сырьем
Паровая фаза	220	814.38	42058.8	9514.41
Жидкая фаза	220	496,88	693235,3	95681,86
Вниз колонны				39959,94
Итого				145156,21
РАСХОД:
С дистиллятом	35,0	74,51	45815,54	948,26
С остатком	253,2	582,25	689478,58	111513,58
В конденсаторе				25436,56
Потери				7257,81

Итого 145156,21

Конструкционный расчет трубчатой печи и абсорбера

Был произведен конструкционный расчет трубчатой печи. Температуру процесса

горения продуктов, покидающих топку находили используя уравнение:

Q — G[eq T ₂ + ( 1 - ^e) q ® - ^ nJ

Число радиальных труб:

N_p —

Н р nd_Hl_Tp

79.37

3,14-0,114-6

— 46.95 — 46

Линейная скорость нагреваемого продукта:

^ 3600p453nd2m

4-24000

3600-700-3,14-0,0642 -2

1,48 м/с

Рассмотрен вопрос о применении абсорбера для очистки печных газов в данном технологическом процессе изучены основы очистки производственных печей.

Устройство было полностью описано произведен технологический расчет в данных условиях.

Таблица 4. Материальный баланс абсорбционной колонны моноэтаноламиновой очистки от кислых газов

Приход
	кг/час	т/сут	т/год	%масс
1. Загрязненный газ, в т.ч.:	109,79	2,63	856,36	14,80
1.1 NO 2	33,62	0,81	262,24	4,53
1.2 NO	25,20	0,60	196,56	3,40
1.3 SO 2	19,20	0,46	149,76	2,59
1.4 CO 2	28,80	0,69	224,64	3,88
1.5.Прочие газы	2,97	0,07	23,17	0,40
3.Раствор МЭА 20%, в т.ч.:	632,00	15,17	4929,60	85,20
3.1 МЭА	124,60	2,99	971,88	16,80
3.2 вода	507,40	12,18	3957,72	68,40
Итого:	741,79	17,80	5785,96	100,00
Расход
	кг/час	т/сут	т/год	%масс
1. Очищенный газ	44,78	1,07	349,28	6,04
1.1 NO 2	2,72	0,07	21,22	0,37
1.2 NO	2,02	0,05	15,76	0,27
1.3 SO 2	6,72	0,16	52,42	0,91
1.4 CO 2	8,36	0,20	65,21	1,13
1.5 Прочие газы	24,96	0,60	194,69	3,36
2.Отработанный р-р МЭА	697,01	16,73	5436,68	93,96
2.1 МЭА	123,97	2,98	966,97	16,71
2.2 вода	507,40	12,18	3957,72	68,40
2.3 СО 2	65,64	1,58	511,99	8,85
Итого:	741,79	17,80	5785,96	100,00

Заключение большое значение. Расчеты материального и теплового баланса позволяют оценить необходимое количество ресурсов, которые необходимы для обеспечения данной производительности и эффективности

процесса. Так же произведен расчет ос новного аппарата процесса ректификаци онной колонны и была определена эффек тивность абсорбера для обеспечения эко логической безопасности процесса.

Список литературы Обеспечение экологической безопасности при первичной переработке нефти

Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива: Учебное пособие. - СПб.: Недра, 2007. - 312 с. EDN: QNEHQX
Потехин В.И., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. - СПб.: Химиздат, 2005. - 912 с.
Ермолаева В.А. Алгоритмы расчета и расчетные характеристики химикотехнологических процессов, Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2018. - № 5. - С. 28-33.