Полоцкий государственный университет
Кафедра ХТТ и УМ
Курсовой проект
Маслоблок нефтеперерабатывающего завода мощностью 400 тыс. т/год базовых масел из самотлорской нефти
Выполнил: студент гр. 99-ХТ-1
Садников М. С.
Проверил: к.т.н., доцент
Покровская С.В.
Новополоцк 2003
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития нефтеперерабатывающей промышленности смазочным маслам отводится отнюдь не самое последнее место. Это связано с тем, что масла играют важную роль в реализации ресурсосбережения и экологических программ. Благодаря своему большому значению для развития транспорта и промышленности, производство смазочных масел превратилось в объект большого бизнеса, к которому привлечено внимание крупных транснациональных компаний (ExxonMobil, Shell, British Petroleum и другие). Масляное производство, как ни одно другое в нефтепереработке находится в постоянной динамике, требующей огромных инвестиций.
В мире наблюдается тенденция постоянного улучшения качества масел. Несомненный прогресс в этой области специалисты связывают с широкомасштабным применением присадок, а также синтетических масел и масел растительного происхождения.
В настоящее время существует две схемы получения моторных масел: традиционная и схема с применением гидрогенизационных процессов.
Сокращение объёма добычи и снижение качества нефтей, пригодных для производства масел, затрудняют получение базовых масел оптимального состава традиционными методами.
Для получения масел, отвечающих современным требованиям, используются гидрокаталитические процессы. Один из таких процессов - гидрокрекинг вакуумных дистиллятов. Однако масла гидрокрекинга имеют невысокую стабильность. Поэтому для получения высококачественных масел все чаще используются комбинированные схемы их производства [1].
|
|
Условия эксплуатации и особенности конструирования техники предполагают формирование определённых требований к качеству масел, наиболее массовыми из которых являются моторные и трансмиссионные.
Среди требований к этим маслам: обеспечение запуска двигателя в широком диапазоне температур окружающего воздуха; энергосберегающая способность, обуславливающая экономный расход топлива; сохранение эксплуатационных свойств в условиях длительного хранения; сочетание рабочих и консервационных свойств; экологическая безопасность; возможность унификации их ассортимента.
Требуемый уровень качества товарной продукции достигается при использовании базового масла определённого химического состава и сбалансированной композиции присадок необходимого функционального действия. Химический состав основы зависит от природы сырья и технологических параметров процессов его переработки с учётом их возможной модернизации без снижения отбора целевого продукта. Высокая конкурентоспособность масел невозможна без улучшения качества масляных дистиллятов, выделяемых на установках АВТ: сужения фракционного состава и улучшения цветовых характеристик.
По ряду причин освоение промышленного производства высококачественных моторных и трансмиссионных масел, не уступающих по эксплуатационным свойствам зарубежным аналогам, сдерживается. Прежде всего это связано с отсутствием отечественного производства высокоэффективных функциональных присадок.
|
|
Другим сдерживающим фактором является отсутствие в достаточном количестве для современных и перспективных масел основ: синтетических - поли-a-олефинов.
В настоящее время все ведущие фирмы специализируются в основном на создании и производстве универсальных (т. е. пригодных для дизельных и карбюраторных двигателей) всесезонных загущённых моторных масел несмотря их относительную дороговизну. Эти масла, работающие в наиболее широком интервале температур и содержащие сложные строго сбалансированные многокомпонентные композиции присадок различного функционального назначения и химической природы, можно считать полноправными элементами конструкции двигателей.
Темой настоящего курсового проекта является получения базовых масел с применением процесса гидрокрекинга в сочетании с традиционной технологией. В схеме будет предусмотрено получение синтетических масел, пластичных смазок и битума.
1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ НЕФТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БАЗОВЫХ МАСЕЛ
Количество нефтей, из которых можно получать высококачественные масла постоянно снижается. Современный уровень развития технологий переработки нефти позволяет получать масла требуемого качества из любой нефти, независимо от её качества.
В данном курсовом проекте, ориентируясь на вышеизложенные тенденции и в соответствии с заданием, была выбрана самотлорская нефть Западной Сибири.
Самотлорская нефть, как и большинство нефтей Западной Сибири, является хорошим сырьем для получения дистиллятных и остаточных базовых масел. При переработке самотлорской нефти можно получить высокоиндексные масла с достаточно большим выходом. Показатели качества самотлорской нефти приведены в таблице 1.1.
|
|
Таблица 1.1 - Показатели качества самотлорской нефти
| Показатели | Единицы измерения | Значение показателя |
| Плотность нефти при 20°С | кг/м3 | 846,6 |
| Содержание в нефти: | ||
| парафина | % мас. | 2,4 |
| серы | % мас. | 0,92 |
| фракции до 200°С | % мас. | 30,0 |
| фракции до 350°С | % мас. | 60,2 |
| асфальтенов | % мас. | 1,67 |
| смол сернокислотных | % мас. | 16,0 |
| смол силикагелевых | % мас. | 10,2 |
| Вязкость нефти при 50°С | мм2/с | 3,75 |
| Плотность гудрона при 20°С (фр.>540°C) | кг/м3 | 995,2 |
| Потенциальное содержание базовых масел | % мас. | 17,9 |
| Индекс вязкости базовых масел | - |
Согласно ОСТ 38.01197-80 нефти присваивается шифр 2.1.3.3.2.
Недостатком самотлорской нефти является не очень высокий индекс вязкости. Следовательно, для получения базовых масел с индексом вязкости выше 95 необходимо использовать гидрогенизационные процессы.
2. ГРУПОВОЙ СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАСЛЯНЫХ ПОГОНОВ
Показатели качества масляных фракций составлены на основании справочных данных [2]. Характеристика дистиллятных и остаточных базовых масел самотлорской нефти представлена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Характеристика дистиллятных и остаточных базовых масел
| Пределы кипения, °С | Выход на, % мас. |  Вязкость, мм2/с
| ИВ | Т заст, °С | |||
| 50 °С | 100 °С | ||||||
| фр. | нефть | ||||||
| Фракция 360-420 Фракция 360-420 после деп. N-П УВ N-П и I гр. Аr УВ N-П, I и часть II гр. Аr УВ N-П, I и II гр. Аr УВ N-П, I, II и III гр. Аr УВ N-П, I, II, III, IV гр. Аr УВ I гр. Аr УВ II гр. Аr УВ III гр. Аr УВ IV гр. Аr УВ Смолистые вещества | 100.0 91.0 42.6 60.7 66.3 68.0 83.7 89.0 18,1 7,3 15,7 5,3 2,0 | 9,6 8,76 4,08 5,82 6,36 6,54 8,04 8,58 1,74 0,72 1,5 0,54 0,18 | 0,9035 0,9122 0,8539 0,8680 0,8740 0,8760 0,8950 0,9040 0,9176 0,9647 1,0118 - - | 20,51 21,12 12,31 13,78 14,38 14,45 16,78 19,30 21,06 38,25 60,79 - - | 4,75 4,87 3,70 3,90 3,98 4,00 4,30 4,64 4,91 6,71 7,50 - - | - 52 103 88 85 84 65 57 - - - - - | 21 -27 -20 -22 -22 -22 -24 -26 -32 - - - - |
| Фракция 420-540 Фракция 450-540 после деп. N-П УВ N-П, I гр. Аr УВ N-П, I и часть II гр. Аr УВ N-П, I и II гр. Аr УВ N-П, I, II и III гр. Аr УВ I гр. Аr УВ II гр. Аr УВ III гр. Аr УВ Часть IV гр. Аr УВ | 100,0 94,0 30,0 49,6 52,6 58,6 78,2 19,6 9,0 19,6 5,3 | 18,24 17,04 5,52 9,12 9,6 10,8 14,4 3,6 1,68 3,6 0,96 | 0,9280 0,9420 0,8723 0,8905 0,8935 0,9015 0,9250 0,9264 0,9621 1,0140 - | 70,01 97,00 42,20 47,45 48,50 52,41 74,93 63,94 159,6 407,7 - | 10,25 12,56 8,66 8,90 9,00 9,18 11,00 10,18 16,21 22,92 - | - 38 102 87 85 76 54 - - - - | 36 -22 -18 -21 -21 -21 -22 -22 - - - |
| Остаток >540 N-П УВ после деп. N-П, I гр. Аr УВ после деп. N-П, I и часть II гр. Аr УВ N-П, I и II гр. Аr УВ I гр. Аr УВ II гр. Аr УВ III гр. Аr УВ IV гр. Аr УВ смол. вещества Асфальтены | 100,0 5,9 18,3 20,4 29,2 12,4 10,9 13,7 15,2 21,8 17,1 | 9,72 0,6 1,8 1,98 2,88 1,2 1,08 1,38 1,37 2,13 1,67 | 0,9952 0,8800 0,9074 0,9120 0,9290 0,9138 0,9682 - - - - | - 148,7 234,1 255,8 410,6 280,6 - - - - - | - 22,70 27,74 29,0 38,25 32,14 68,10 - - - - | - 106 88 78 - - - - - - - | 37 -10 -14 -11 -17 - - - - - - |
Потенциальное содержание дистиллятных и остаточных базовых масел самотлорской нефти представлено в таблице 2.2. Выход гача из фракций самотлорской нефти представлен в таблице 2.3.
Таблица 2.2 - Потенциальное содержание дистиллятных и остаточных базовых масел.
| Фракция °С | Выход на нефть,% масс. | ИВ | Т заст, °С | Вязкость при 50°С, мм2/сВязкость при 100°С, мм2/сСодержание базового масла, % масс.
| ||||
| на дистил. фр. или остаток | на нефть | |||||||
| 360-420 | 9,60 | -22 | 0,8740 | 14,32 | 3,98 | 66,3 | 6,36 | |
| 420-540 | 18,24 | -21 | 0,8935 | 48,50 | 9,00 | 52,6 | 9,60 | |
| >540 | 9,72 | -14 | 0,9120 | 255,8 | 29,00 | 20,4 | 1,98 |
Таблица 2.3 - Выход гача
| Фракция, °С | Выход гача, % мас. | Температура плавления гача, °С | |
| на фракцию | на нефть | ||
| 360-420 | 9,0 | 0,86 | |
| 420-540 | 6,0 | 0,97 | |
| >540 | 3,0 | 0,28 | - |
Из таблицы видно, что для получения высококачественных товарных масел необходимо повысить индекс вязкости базовых масел.
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПОТОЧНОЙ СХЕМЫМАСЛОБЛОКА
На маслоблок поступает мазут самотлорской нефти. Головной установкой любого маслоблока является установка вакуумной трубчатки.
В связи с вышесказанным мазут поступает на установку ВТ, где разделяется на легкий вакуумный газойль (фракция <360°С, которая всегда остается в мазуте вследствие недостаточно четкой работы отгонной части атмосферной колонны), масляные фракции 360-420°С, 420-540°С, затемненный продукт 500-540°С и тяжелый гудрон >540°С.
Обоснование выбранных температур кипения продуктов, получаемых на установке:
в качестве предварительной очистки масляной фракции 360-420°С от низкоиндексных компонентов выбрана селективная очистка, а не гидрокрекинг, так как данная фракция самотлорской нефти имеет низкую вязкость и не может быть использована в качестве моторного топлива. Также при переработке такого сырья селективная очистка окажется гораздо дешевле гидрокрекинга. Так как выбрана селективная очистка, то на установке ВТ необходимо получить узкую масляную фракцию, чтобы с высокой селективностью и максимальной глубиной извлечь нежелательные компоненты из сырья [7].
получение широкой масляной фракции 420-540°С обусловлено тем, что для ее переработки выбран процесс гидрокрекинга, так как для использования данной фракции в качестве компонента моторного масла необходимо повысить индекс вязкости.
с установки выводится тяжелый гудрон >540°С. Это связано с тем, что получение такого гудрона позволяет резко снизить нагрузку на установку деасфальтизации, которая вносит существенную долю в себестоимость остаточных масел. При этом на установке деасфальтизации повышается селективность экстракции и глубина отбора наиболее тяжелых масляных компонентов, повышается качество асфальта, который предполагается использовать как сырьё для производства битумов [3].
затемненный продукт 500-540°С выводится из вакуумной колонны для повышения температуры начала кипения гудрона. Далее он смешивается с фракцией 420-540°С и смесь в виде фракции 420-540°С выводится с установки. Необходимость отдельного вывода затемненного продукта из вакуумной колонны обусловлена тем, что первым устанавливается специальный пакет насадки, которая обладает большей прочностью и служит для отбоя капель гудрона из паров, проходящих вверх колонны.
В качестве контактных устройств в вакуумной колонне рекомендуется применять пакеты регулярной насадки; наиболее распространенным и эффективным пакетом насадки является пакет Fleksipak фирмы Glitch [4]. Применение данной насадки позволит с высокой четкостью разделить масляные погоны (наложение фракций составляет не более 10°С), что очень важно при использовании масляных фракций в качестве сырья для производства масел, при равной нагрузке на вакуумсоздающую аппаратуру существенно понизить давление в кубе колонны и понизить температуру подачи сырья в колонну, а следовательно снизить тепловую нагрузку на печь и уменьшить расход топлива. Снижение температуры подачи сырья в колонну позволит уменьшить интенсивность реакций термодеструкции и коксообразования в кубе колонны и в змеевике печи.
В качестве вакуумсоздающей аппаратуры предполагается использование жидкоструйных эжекторов, в которых в качестве рабочего тела используется прямогонная дизельная фракция. Применение такой системы позволяет понизить давление в верхней части вакуумной колонны до 5-7 мм.рт.ст., сократить затраты на получение вакуума и исключить образование экологически опасных сероводородных сточных вод, которые имеют место при использовании пароструйных эжекторов.
Фракция 360-420°С.
Как видно из таблицы 2.1 фракция 360-420°С имеет низкую вязкость. Поэтому данная фракция не может быть использована в качестве компонента моторного топлива. В связи с этим принято решение получать из этой фракции трансформаторное или гидравлическое масло. Для выделения тяжелых ароматических и смолистых соединений, имеющих низкий ИВ, повышенную коксуемость и т.д. фракция 360-420°С направляется на установку селективной очистки избирательными растворителями. В качестве растворителя на данной установке применяется N-метилпирролидон (NМП). На данной установке из фракции удаляются средние и тяжелые ароматические углеводороды, смолы. Рафинат, получаемый на установке селективной очистки, отвечает всем требованиям, предъявляемым к трансформаторным маслам, помимо температуры застывания. Для понижения температуры застывания, а также для получения парафинов для производства синтетических масел рафинат направляется на установку сольвентной депарафинизации, на которой происходит отделение парафиновых углеводородов, обладающих высокой температурой застывания. Для получения требуемой температуры застывания масла используем депарафинизацию DILCHILL. В качестве растворителя используем метилизобутил кетон [5]. Данный процесс позволяет получать масла с температурой застывания -45°С. Важной характеристикой трансформаторных масел является стабильность против окисления. Поэтому для удаления сернистых соединений, непредельных углеводородов фракцию 360-420°С необходимо направить на установку гидродоочистки.
На установке селективной очистки получается большое количество экстракта. Поэтому для увеличения выхода масла на маслоблоке принято решение направлять его на установку гидрокрекинга фракции 420-540°С.
Гач с установки сольвентной депарафинизации направляется на установку дегидрирования для получения a-олефинов, в результате полимеризации которых получаются синтетические масла.
На основании вышесказанного составляем схему переработки фракции 360-420°С. Выходы продуктов и их показатели качества принимаем на основании опытных данных и таблицы 2.1. При расчете выходов было принято:
Рафинат селективной очистки содержит нафтено-парафиновые углеводороды. Гач содержит 1% масла [8]. На гидроочистке выход масла составляет 97%, индекс вязкости повышается на 2 пункта [9].
Полученная схема представлена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Схема переработки фракции 360-420°С
Фракция 420-540°С.
Как видно из таблицы 2.1 фракция 420-540°С имеет низкий индекс вязкости, поэтому принято решение направлять её на установку гидрокрекинга [6]. Сырьем установки гидрокрекинга будет являться также экстракт установки селективной очистки фракции 360-420°С. Индекс вязкости получаемых на установке гидрокрекинга масел поднимается до значений 100-120. На установке гидрокрекинга получаем три масляные фракции: 350-420°С, 420-480С, 480-540°С. Масла гидрокрекинга содержат большое количество парафиновых углеводородов и поэтому имеют высокую температуру застывания. Для снижения температуры застывания масляные фракции 420-480С и 480-540°С направляются на установку депарафинизации. Наиболее прогрессивным на сегодняшний день способом понижения температуры застывания базовых масел является каталитическая изодепарафинизация масел.
Каталитическая изодепарафинизация по сравению с сольвентной депарафинизацией потребляет меньше энергии, позволяет увеличить выход депмасла, получать масла с более высокой температурой застывания, повысить индекс вязкости на 5-10 пунктов. В результате принятых процессов получается ряд продуктов, таких как газы, бензин, ДТ. Их количество рассчитаем в материальном балансе этих процессов. Фракция 360-420°С направляется на установку получения пластичных смазок..
На основании вышесказанного составляем схему переработки фракции 420-540°С. Выходы продуктов и их показатели качества принимаем на основании опытных данных и таблицы 2.1. При расчете выходов было принято:
Выход масла на установке гидрокрекинга составляет 65% [9]. Индекс вязкости масел после гидрокрекинга равен 120 пунктов. Выход масла на установке каталитической гидроизомеризации составляет 80%. Индекс вязкости после гидроизомеризации равен 140 пунктов.
Полученная схема представлена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Схема переработки фракции 420-540°С
Фракция >540°С
Гудрон >540°С поступает на установку деасфальтизации с целью выделения масляных углеводородов и получения после последующей очистки наиболее высоковязких базовых масел. Выделить эти углеводороды из гудрона полностью с помощью глубокой вакуумной перегонки невозможно, и, поэтому, установка деасфальтизации обязательно должна входить в структуру маслоблока. При производстве современных моторных масел остаточный компонент является дефицитным, в то время как дистиллятных базовых масел имеется относительный избыток. Эта ситуация характерна для производства минеральных масел во всем мире и решение проблемы недостаточно высокой вязкости зачастую решается введением в товарные масла больших количеств загущающих присадок. Возможна также подача фракции >540°С на битумную установку.
В схеме маслоблока предусмотрено производство компаундированнх битумов. Часть гудрона с установки ВТ направляется на окисление, а часть на усановку деасфальтизации. Асфальт с установки деасфальтизации может направляться как на окисление, так и на компаундирование. Такой подход позволяет получить битумы более высокого качества, чем при обычном окислении гудрона, так как снижается суммарная кислотность товарного битума, следствием чего является повышение его пластичности, теплостойкости и морозостойкости.
Деасфальтизат с установки деасфальтизации направляем на установку гидрооблагораживания сырья перед установкой селективной очистки. На установке гидрооблагораживания происходит удаления сернистых, азотистых и непредельных углеводородов, благодаря чему улучшаются условия селективной очистки. Кроме того, повышается индекс вязкости деасфальтизата на 2-4 пункта. Далее гидроочищенный деасфальтизат поступает на установку селективной очистки. Экстракт селективной очистки отправляем на окисление для получения битума. Рафинат селективной очистки должен быть очищен от парафиновых углеводородов для понижения температуры застывания. Рафинат направляем на установку сольвентной депарафинизации, которая дает возможность получить церезин для получения пластичных смазок. Для получения требуемой температуры застывания масла используем депарафинизацию DILCHILL. В качестве растворителя используем метилизобутил кетон [5].
На основании вышесказанного составляем схему переработки фракции >540°С. Выходы продуктов и их показатели качества принимаем на основании опытных данных и таблицы 2.1. При расчете выходов было принято:
На установке деасфальтизации удаляются IV группа ароматических углеводородов и смолисто-асфальтеновые вещества. На установке гидроочистки выход масла составляет 97%, индекс вязкости повышается на 2 пункта. Рафинат селективной очистки содержит нафтено-парафиновые углеводороды и первую группу ароматических углеводородов. Гач содержит 1% масла [8]. Выход битума на битумной установке составляет 97%. Полученная схема представлена на рисунке 3.3.
По первой схеме получаем масла с ИВ=105, которые могут быть использованы для получения трансформаторных или гидравлических масел, а также как компонент моторных масел (в небольшом количестве). Недостаток этого масла - его малая вязкость - 3,7мм2/с при 100°С. Количество данных масел 41,9% на фракцию 360-420°С или 0,419*9,6=4,02% на нефть. Также по первой схеме получаются синтетичесние масла на базе 
-олефинов в количестве на фракцию 360-420°С или 0,08*9,6=0,77% на нефть.
По второй схеме получаем базовые масла I, II и III с ИВ=140, которые могут быть использованы для получения высококачественных моторных масел. Количество данных масел: фракции 360-420°С 11,8% на фракцию 420-540°С и экстракт или 0,118*(18,24+4,65)=2,70% на нефть, фракции 420-480°С 20% на фракцию 420-540°С и экстракт или 0,20*(18,24+4,65)=4,58% на нефть, фракции 480-540°С 20% на фракцию 420-540°С и экстракт или 0,20*(18,24+4,65)=4,58% на нефть.
По третей схеме получаем базовое масло IV с ИВ=90 с вязкостью при 100°С равной 27,74мм2/с. Данные масла имеют высокую стоимость и могут использоваться в качестве загущающего компонента при производстве моторных масел. Количество данных масел 18,3% на фракцию >540°С или 0,183*9,72=1,78% на нефть. Также по третей схеме производится битум в количестве 76,2% на фракцию >540°С или 0,762*9,72=7,41% на нефть. Также по третей схеме производятся пластичные смазки в количестве 3,4% на фракцию >540°С или 0,034*9,72=0,33% на нефть.
Рассчитаем расход нефти, необходимый для получения базовых масел 400 тыс. тонн в год. Выход базовых масел на маслоблоке составляет 2,70+4,58+4,58+1,78=13,64% на нефть. Тогда количество нефти необходимой для производства 400 тыс. т. в год базовых масел равно:
тыс. т./год.
Принимаем мощность маслоблока 3 млн. т. нефти в год.
Рисунок 3.3 - Схема переработки фракции >540°С
4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫУСТАНОВКИ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ МАСЕЛ
Наиболее распространёнными избирательными растворителями для очистки масляного сырья являются фенол, фурфурол и N-метилпирролидон.
К преимуществам фенола как растворителя относятся: высокая термическая устойчивость; средняя термоокислительная стабильность, высокая температура экстракции, что позволяет быстро достигнуть равновесного состава фаз; взрывобезопасность; высокая растворяющая способность относительно серосодержащих соединений и полициклических ароматических углеводородов. К недостаткам фенола относятся: высокая токсичность (ПДК=0,5г/м3); высокая температура кристаллизациии (41°С); хорошо растворяется в воде и образует с ней азеотроп; плохо растворяет смолы и совсем не растворяет асфальтены; необходима подача антирастворителя для снижения растворяющей способности. Вцелом фенол имеет высокую растворяющую способность, но низкую избирательность.
Фурфурольная очистка масляных фракций имеет следующие особенности: вследствие того, что фурфурол активно окисляется в присутствии воздуха, обязательным является блок деаэрации сырья; из-за низкой эмульгирующей способности фурфурола возможна замена экстракционной колонны на роторно-дисковый экстрактор; большая кратность фурфурола к сырью по сравнению с фенолом; по сравнению с фенолом, выход рафината увеличивается на 2% [10]; меньшая растворяющая способность по сравнению с фенолом, позволяет обойтись без антирастворителя.
Наибольшее распространение среди растворителей в настоящее время получил N-метилпирролидон. По сравнению с фенолом N-метилпирролидон (N-МП) не образует азеотропных смесей с водой, малотоксичен, обладает при высокой растворяющей способности большей селективностью, меньшей вязкостью и лучшими деэмульгирующими свойствами.
По сравнению с фурфуролом N-МП обладает более высокой растворяющей способностью, но меньшей селективностью. Применение N-МП по сравнению с фурфуролом позволит увеличить выход рафината до 6 % мас., уменьшить расход растворителя в 1.6 раза, снизить температуру в экстракционных колоннах. Полученный рафинат характеризуется более высоким индексом вязкости и пониженным содержанием серы.
Сравнительная характеристика фенола, фурфурола и N-МП приведена в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Сравнение фенола, фурфурола и N-МП
| Показатели | Растворитель | ||
| МП | Фурфурол | Фенол | |
| Относительная стоимость | 1,50 | 1,00 | 0,36 |
| Плотность при 25°С | 1,03 | 1,15 | 1,07 |
| Температура кипения, °С | |||
| Температура плавления, °С | -24,4 | -36,7 | 41,1 |
| Селективность | очень хорошая | отличная | хорошая |
| Растворяющая способность | отличная | хорошая | очень хорошая |
| Стабильность | отличная | хорошая | очень хорошая |
| Токсичность | низкая | умеренная | высокая |
| Эмульгируемость | умеренная | низкая | высокая |
| Расход растворителя | очень низкий | умеренный | низкий |
| Температура процесса | низкая | умеренная | промежуточная |
| Коррозионная агрессивность | умеренная | промежуточная | умеренная |
| Эксплуатационные расходы | низкие | промежуточные | умеренные |
В качестве экстрагента предлагается использовать N-МП.
Этот растворитель обладает одновременно и высокой растворяющей способностью и высокой селективностью, то есть оптимально подходит для очистки такого различного по фракционному и химическому составу сырья, которое поступает на установку. Помимо этого N-МП обладает дополнительным рядом свойств, которые делают его использование предпочтительнее, чем фенола и фурфурола (невысокая токсичность, снижение энергозатрат на установке, повышение выхода базовых масел при том же значении ИВ и т.д.). Недостатками этого растворителя являются высокая цена и низкая термостабильность.
В связи с вышесказанным, принято решение в качестве растворителя использовать N-метилпирролидон.
В данном курсовом проекте за основу была принята технологическая схема очистки масел N-метилпирролидоном фирмы «ТЕКСАКО ДИВЕЛОПМЕНТ». Схема установки селективной очистки масел N-метилпирролидоном приведена на рисунке 4.1.
Сырье поступает в деаэратор К-1, где из него удаляется растворенные газы. Далее деаэрированное сырье направляется вниз экстракционной колонны К-2. Вверх К-2 поступает сухой N-метилпирролидон. Снизу экстракционной колонны выходит экстрактный раствор, который содержит основную часть растворителя, и направляется в трехсекционный испаритель К-3. Давление в К-3 увеличивается сверху вниз. Сверху всех секций удаляется растворитель. Далее экстрактный раствор направляется в двухсекционную вакуумную отпарную колонну К-4. В верхней секции поддерживается вакуум. В нижней части колонны происходит отпарка растворителя из экстрактного раствора водяным паром. Рафинатный раствор из экстракционной колонны поступает в двухсекционную вакуумную отпарную колонну К-5. В верхней секции поддерживается вакуум. В нижней части колонны происходит отпарка растворителя из рафинатного раствора водяным паром. Обводненный N-метилпирролидон из колонн К-4 и К-5 поступает в отгонную вакуумную колонну К-6, где из растворителя удаляется вода. Сухой N-метилпирролидон выходит снизу колонны и направляется в экстракционную колонну К-2.
С целью интенсификации процесса очистки N-метилпирролидоном рекомендуется проводить процесс экстракции в присутствии поверхностно-активных веществ [11]. В качестве ПАВ решено использовать четвертичную соль аммония и алкилимидазолина общей формулы (NN+RR’R’’)X-, где R-R’’ гидроксильные и алкильные радикалы; X- - галоген-ион. Оптимальная концентрация ПАВ в сырье составляет 0,001% масс. Данное ПАВ, добавленное в систему в оптимальной концентрации, позволяет вести экстракцию при сниженном соотношении растворитель: сырье и получать рафинат с высоким индексом вязкости [11].
5 ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОТОЧНОЙ СХЕМЫМАСЛОБЛОКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫУСТАНОВКИ
Поточная схема маслоблока составлена в соответствии с заданием на курсовое проектирование. При составлении схемы внимание было обращено на снижение энергоемкости процессов, снижение воздействия на окружающую среду, уменьшение стоимости продукции при сохранении ее высокого качества. При разработке схемы маслоблока было принято решение получать масла по комбинированной схеме, то есть с использованием как экстракционный, так и гидрогенизационных процессов производства масел. Это было обусловлено тем, что в настоящее время невозможно получать высококачественные масла без применения таких процессов как гидрокрекинг, гидроизомеризация, гидроочистка. Применение же одних гидрогенизационных процессов не целесеобразно, так как масла, получаемые таким образом, имеют низкую стабильность и темнеют на свету.
Для повышения индекса вязкости масел предусмотрена установка гидрокрекинга. Для уменьшения температуры застывания использована установка гидроизомеризации, которая имеет меньшую энергоемкость по сравнению с установкой сольвентной депарафинизации. Там, где нужна получить гач используются установки сольвентной депарафинизации. Но в качестве растворителя на этих установках используется метилизобутилкетон. Благодаря чему значительно снижаются энергозатраты.
Маслоблок имеет в своем составе две установки селективной очистки. Растворителем на этих установках является N-метилпирролидон, что также имеет свои преимущества (см. пункт 4).
Разработанная в курсовом проекте схема маслоблока позволяет получать компаундированный битум, который имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным окисленным битумом.
В результате переработки фракции >540°С получается высоковязкое масло. Данное масло имеет вязкость при 100°С равную 27,74мм2/с, благодаря чему имеет высокую стоимость.
Особенностью технологической схемы установки селективной очистки фирмы «Тексако» является то, что благодаря использованию в качестве растворителя N-метилпиролидона процесс является практически экологически безвредным, имеет низкую энергоемкость.
N-МП не токсичен; нет оснований опасаться каких-либо проблем, связанных с влиянием растворителя на здоровье людей.
Единственным видом отходов с установки является сточная вода из осушительной колонны. В ней содержаться лишь следы N-МП, которые легко поддаются биологическому разложению.
Благодаря высокой растворяющей способности N-МП расход растворителя в процессе, разработанном фирмой «Тексако», ниже, чем в других процессах очистки масел селективными растворителями. При использовании N-МП снижается расход растворителя по сравнению с фенолом на 30-50%; снижается расход энергии по сравнению с процессом фенольной очистки на 20-40%; снижение расхода растворителя по сравнению с фурфуролом на 25-40%; снижение расхода энергии по сравнению с процессом фурфурольной очистки на 20-40% [15].
Достоинства схемы:
Предусмотрена максимальная утилизация тепла отходящего растворителя
Оптимальное число ступеней отгона N-метилпирролидона и система утилизации позволили снизить энергозатраты на регенерацию растворителя.
Вакуум на последних ступенях регенерации растворителя снижает температуру отгонки, благодаря чему исключается термическое разложение растворителя.
Основной недостаток N-МП - это его сравнительно высокая стоимость. Однако первоначальная стоимость растворителя компенсируется более низкими потерями растворителя [15].
6. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ АППАРАТОВ
Расчет основных аппаратов проводится в соответствии с методикой расчета и рекомендациями представленными в [9,12,13].
6.1 Расчет экстракционной колоны
Схема работы экстракционной колонны представлена на рисунке 6.1
Рисунок 6.1 - Схема работы экстракционной колонны
Материальный баланс экстракционной колонны.
Составим материальный баланс экстракционной колонны [9]. При составлении материального баланса было принято:
Кратность растворитель: сырье равна 2:1 [14]; рафинатный раствор содержит 15% растворителя; установка работает 340 дней в году.
Материальный баланс представлен в таблице 6.1.
нефть поточный экстрактный маслоблок
Таблица 6.1 - Материальный баланс экстракционной колонны
Тепловой баланс экстракционной колонны.
Принимаем следующий температурный режим экстракционной колонны, согласно данным [14,15]:
температура верха 85 С°
температура низа 75 С°
температура ввода сырья 73 С°
температура подачи N-МП 88 С°
Составим уравнение теплового баланса экстракционной колонны.
Qсырья+QN-МП - Qрец. =Qраф. раств.+Qэкстр. раств.
Количество теплоты, вводимое с сырьем:
Qсырья=GсырьяНж73=28713,24∙137,1=3936585,20 кДж/ч
Примем плотность сырья 
=0,94; тогда энтальпия сырья при 73°С равна [13]:
Нж73= 
, кДж/кг
Нж73= 
=137,1 кДж/кг
Количество теплоты, вводимое с N-МП
QN-МП=GN-МПНN-МП88=57426,47∙162,56=9335246,96 кДж/ч
По программе Pro II для ЭВМ рассчитываем энтальпию N-МП при 88°С:
НN-МП88=162,56 кДж/кг.
Количество теплоты, выводимое с рафинатным раствором:
раф.раств.=Gраф. Нраф.85+ GN-МП∙НN-МП85
где GN-МП - расход N-МП, уходящего с рафинатом, НN-МП85 - энтальпия N-МП при 85°С, НN-МП85=156,20 кДж/кг - определена по программе Pro II, Gраф. - расход рафината, Нраф.85 - энтальпия рафината. По данным таблицы 2.1 принимаем плотность рафината 
=0,88; тогда:
Нраф.85= 
=165,2 кДж/кграф.раств.=7609,01∙165,2+1342,77∙156,2=1466749,13 кДж/ч
Количество теплоты, выводимое с экстрактным раствором:
Qэкстр. раств.=Gэкстр.∙Нэкстр.75+ GN-МП∙НN-МП75
где GN-МП - расход N-МП, уходящего с экстрактом, НN-МП75 - энтальпия N-МП при 75°С, НN-МП75=135,2 кДж/кг - определена по программе Pro II, Gэкстр. - расход экстракта, Нэкстр.75 - энтальпия экстракта. Принимаем плотность экстракта =0,96; тогда:
Нэкстр.75= 
=138,2 кДж/кг
Qэкстр. раств.=21104,23∙138,2+56083,70∙135,2=10499120,83 кДж/ч.
Определим количество теплоты, отнимаемое рециркулятом:
Qрец.= Qсырья+QN-МП - (Qраф. раств.+Qэкстр. раств.)
Qрец.= 3936585,20 + 9335246,96 - 1466749,13 - 10499120,83= 1305962,2 кДж/ч.
Считаем, что рециркулят имеет температуру на входе в колонну 73°С. Энтальпия экстракта при 73°С равна:
Нэкстр.73= 
=134,2 кДж/кг
Энтальпия N-МП при 73°С равна НN-МП73=131,1 кДж/кг
Определим расход рециркулята:
Qрец.= X(Gэкстр.∙Нэкстр.73+ GN-МП∙НN-МП73)
,2=X∙(21104,23∙134.2+56083,70∙131.1)