Повышение эффективности работы колонны частичного отбензинивания нефти

Технико-экономические показатели нефтеперерабатывающего предприятия во многом определяются эффективностью работы установок первичной переработки нефти, в технологической схеме которых наиболее распространенным вариантом предусматривается предварительное

частичное выделение бензиновой фракции в отбензинивающей колонне с последующим фракционированием нефти в основной атмосферной и вакуумной колоннах [1]. Совершенствование технологической схемы и улучшение показателей работы тепло – массообменных аппаратов и оптимизация их конструкционных параметров,

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License а также вопросы энергосбережения рассматриваются в ряде работ [2, 3].

Цель работы – анализ работы функционирующего узла конденсации и оценка принципиальной возможности использования других способов регулирования параметров отбензинивающей колонны К-1 для достижения стабильной и экономически эффективной работы блока частичного отбензинивания нефти.

Методы

На рисунке 1 показана «типовая» колонна К-1 [4] с входящими и выходящими технологическими потоками. Сырьем установки является нефть различных месторождений или смесь нефти и газового конденсата. Анализ работы действующей колонны К-1 показал, что имеются заметные колебания режима работы аппарата в летний период и холодное время года (рисунок 2), как следствие наблюдалось изменение температуры верха колонны и ухудшение чёткости ректификации фракций. Вероятной причиной отмеченного могло быть отсутствие запаса по мощности конденсационной аппаратуры.

Дальнейшие исследования проводили с использованием моделирующей системы UniSim Design [5], в которой сформировали две модели аппаратов (рисунок 1 и рисунок 3) и в целом модель установки. В качестве математи- ческого пакета для расчета термодинамических свойств компонентов смеси использовали метод Peng-Robinson.

Рисунок 1. Модель колонны К-1 (вариант 1): с_нефть3 – поток сырой нефти на питание колонны; с_нефть_ор – орошение потоком нефти; гсК-1гор – горячая струя; газ3 – газовая фракция; бензин3 – бензиновая фракция; отб_нефть3 – фракция частично отбензиненной нефти; Condenser – парциальный конденсатор (распечатка в среде UniSim Design)

Figure 1. Column model K-1 (option 1)

Оценка адекватности модели выполня- лась по технологическим параметрам колонны и анализам фракционного состава сырья и продуктов сравнением расчетных и промышленных данных [6–10]. В состав газовой части сырья входили углеводороды метан, этан, пропан, i-бутан, n-бутан, нефтяная смесь представлена фракциями с температурой конца кипения от 40 до 1124 °C. На рисунке 4 приведен график ИТК разгонки нефти.

Рисунок 2. График изменения давления верха колонны К-1 (промышленные данные)

Figure 2. Graph of pressure change at the top of column K-1 (industrial data)

По первому варианту моделировали работу колонну К-1, в которой сырьё поступает на 19 тарелку, горячая струя подается в низ колонны на 24 тарелку, нефтяное орошение на 5 тарелку, используется острое орошение и парциальный конденсатор. Как отмечено выше, для данного варианта в промышленных условиях наблюдались нестабильные технологические режимы верха колонны. Для оценки принципиальной возможности изменения аппаратурного оформления колонны К-1 был выбран вариант (рисунок 3), в котором отсутствуют острое орошение и орошение нефтью, вместе с тем введено верхнее циркуляционное орошение (ВЦО1) с 5-ой на 1-ую тарелку с охлаждением потока и сохранена технологическая схема формирования и подачи горячей струи, показанная на рисунке 5. Схема горячей струи содержит отбор из колонны, насос, делитель потоков на поток горячей струи и балансовый остаток (отбензиненная нефть) и печь. Рецикловый поток сформирован в среде UniSim Design с помощью recycle logic.

Результаты и обсуждение

Для моделирования работы колонны К-1 в обоих вариантах использовали режимные технологические параметры промышленной установки: температура верха и низа колонны Тверх = 140.5 % и Тниз = 245 °C, давление верха и низа колонны Рверх = 3.28 кг/см2 и Рниз = 3.4 кг/см2, температура сырья Тпит = 250 °C, расход сырья Gпит ≈ 500 т/час, поток горячей струи Gгс ≈ 320 т/час. Сходимость расчетных процессов, выполняемых средой моделирования для колонны, получена по следующим активным спецификациям: температура конца кипения бензиновой фракции ИТК разгонки, выходящей с верха колонны, Tkk_TBP_100%vo1 = 180 °C и температура начала кипения уходящей с нижней части аппарата отбензиненной нефти Thk_TBP_0%vo1 = 38 °C Рассчитанные оценки температур потоков ВЦО1 с 5-ой на 1-ую тарелки составляют 159 и 99 °C соответственно, то есть обеспечивалось охлаждение потока примерно на 60 °C

Рисунок 3. Модель колонны К-1 (вариант 2): нефть4 – поток сырой нефти на питание колонны; гсК-1гор2 – горячая струя; верхК1 – газовая плюс бензиновая фракции верха колонны; отб_нефть3– 2 – фракция частично отбензиненной нефти; ВЦО1_Draw и ВЦО1_Return – потоки верхнего циркуляционного орошения; ВЦО1_Cooler – холодильник (распечатка в среде UniSim Design)

Figure 3. Column model K-1 (option 2)

Volume Percent (%)

Рисунок 4. ИТК разгонка нефти (распечатка в среде UniSim Design)

Figure 4. TBP oil distillation (printout in the UniSim Design environment)

Для сравнения достигаемых показателей процесса по исследуемым вариантам далее сопоставляли соответствующие полученные расчетные значения [11–20]. На рисунке 6 показан характерный для обоих вариантов температурный профиль по высоте колонны. Видно, что в исчерпывающей части колонны в обоих вариантах наблюдаются практически близкие

Рисунок 5. Технологическая обвязка колонны К-1 (вариант 2) (UniSim Design)

Figure 5. Technological piping of column K-1 (option 2) (UniSim Design)

температуры, в то время как в укрепляющей части оптимальные температурные профили по высоте аппарата заметно различаются, что связано с организацией в рассматриваемых вариантах различающихся орошений.

На рисунке 7 сравниваются фракционные составы потоков частично отбензиненной нефти, наблюдаются практически близкие расчетные оценки.

Temperature vs. Tray Position from Top

(a)

Рисунок 6. Профиль изменения температуры по высоте колонны К-1: (a) – для варианта 1; (b) – для варианта 2 (UniSim Design)

Figure 6. Temperature change profile for column height K-1: (a) - for option 1; (b) - for option 2 (UniSim Design)

Temperature vs. Tray Position from Top

(b)

Volume Percent (%)

(a)

Рисунок 7. ИТК разгонка отбензиненной нефти колонны К-1: (a) – для варианта 1; (b) – для варианта 2 (UniSim Design)

Figure 7. TBP distillation of topped oil from column К-1: (a) - for option 1; (b) - for option 2 (UniSim Design)

Volume Percent (%)

(b)

Заключение

Приведенные результаты показывают, что для организации стабильной работы колонны К-1 возможно использование верхнего циркуляционного орошения, что позволяет не только разгрузить верхнюю часть ректификационной колонны от тепловой нагрузки, но и использовать значительный тепловой поток (ВЦО1_Q-Cooler) для предварительного подогрева нефтяного сырья на блоке ЭЛОУ, что также позволит снизить потребление жидкого топлива для печей.