Обеспечение экологической безопасности при первичной переработке нефти

Автор: Ермолаева В.А., Армашов Н.С.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

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

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.

Статья научная