Способ получения топливных фракций

Изобретение относится к способу получения топливных фракций путем однократного испарения углеводородного сырья по одноколонной схеме.

Известен способ получения топливных фракций путем однократного испарения углеводородного сырья в одной ректификационной колонне (см. Багиров И.Т. Современные установки первичной переработки нефти. М.: Химия, 1974; см. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М.: Химия, 2001).

В известном способе отсутствует постановка задачи, обуславливающая оптимальный режим технологии перегонки углеводородной смеси.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения топливных фракций путем однократного испарения газового конденсата в одной ректификационной колонне (см. Майоров В.И., Павлова С.П., Пак Д.А. Установка получения дизельных топлив из газового конденсата Уренгойского месторождения. Серия "Подготовка и переработка газа и газового конденсата". ВНИИЭгазпром, №12, 1980, с.15-21; см. Глазов Г.И., Гараиев А.М., Тимерханов Р.В. Малотоннажные модульные установки. Химия и технология топлив и масел. №1-2, 2003 год, с.25-47).

Установка УПКМ-50 разработана институтом ВНИИгаз и введена в эксплуатацию на Крайнем Севере для переработки 50 тыс. тонн в год стабильного газового конденсата валанжинской залежи Уренгойского ГКМ. Пределы выкипания этого сырья 32 - 300÷340°С.

В известном способе газовый конденсат нагревается в трубчатой печи до 300°С и поступает на разделение в ректификационную колонну.

С верха ректификационной колонны выводится головной погон (пары бензиновой фракции), которые конденсируют и охлаждают, часть потока головного погона подают в качестве острого орошения верхней части ректификационной колонны, а избыток выводят с установки. Боковым погоном в отпарную колонну выводится фракция дизельного топлива, а с низа колонны выводится остаток - фракция котельного топлива. Паровой отгон отпарной колонны возвращается в ректификационную колонну. Тепловой баланс ректификационной колонны в связи с избытком поступающего в колонну тепла регулируется промежуточным циркулирующим орошением (ПЦО) путем его регенерации потоком холодного сырья.

В прототипе вопрос определения оптимальных параметров технологии перегонки газового конденсата не рассматривается.

Оптимальный расчет процесса ректификации в проектных разработках выполняется на основе анализа приведенных затрат. Вместе с тем на практике в связи с конъюнктурными условиями производства, изменением поставок сырья и ассортимента вырабатываемой продукции, а также в связи с модернизацией оборудования и реконструкцией технологической схемы все установки обычно работают на режиме, значительно отличающемся от проектного и оптимального. Это ухудшает конечные результаты производства, поэтому оптимизация технологическою режима в рабочей постановке задачи является наиболее актуальной.

Задачей изобретения является оптимизация технологии перегонки газового конденсата по одноколонной схеме.

Решение поставленной задачи и технический результат изобретения достигается тем, что в известном способе получения топливных фракций из газового конденсата, включающем разделение газового конденсата путем однократного испарения в одной ректификационной колонне, вывод топливных фракций и отвод избытка тепла ПЦО, отведение паров бензиновой фракции в верхней части ректификационной колонны, конденсацию и подачу части сконденсированных паров на орошение верхней части ректификационной колонны, а избытка бензиновой фракции на блок компаундирования - по методике авторов рассчитываются основные параметры технологии перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок N_м, N_т и N_опт.

Острое орошение подают на верх ректификационной колонны в количестве, рассчитанном по формуле:

где G_ор - количество острого орошения, кг/ч;

q_i - скрытая теплота испарения паров, кДж/кг;

G_n и q_n - количество и энтальпия паров ректификата, кг/ч и кДж/кг;

q_ж - энтальпия холодного орошения, кДж/кг;

R_опт - расчетное оптимальное флегмовое число,

и перераспределяют материальные и тепловые потоки топливных фракций и ПЦО в материальном балансе установки.

Заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия" и имеет все признаки новизны.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Для расчета оптимальных параметров перегонки газового конденсата необходимо располагать мольным составом ИТК ректификата Х_{i, D} и флегмы X_{i, W}. На практике отбор ректификата не представляет трудности, но для отбора флегмы необходимо дополнительное устройство на перетоке флегмы в отпарную колонну.

За исходную информацию для расчета наряду с массовым составом ИТК ректификата и флегмы принимают основные показатели технологического режима бензиновой секции колонны: температуры t_cp, t_F, Т_ср, Т_F, давления р_ср, р_F; флегмовые числа R_cp и R_F.

Для известного способа рассчитывают материальный и тепловой баланс установки (табл.1) и гидродинамическую характеристику работы ректификационной колонны (табл.2).

Затем рассчитывают основные параметры технологии перегонки газового конденсата (табл.3). Из приведенных в табл.3 данных следует, что расчетные оптимальные флегмовые числа R_опт и числа теоретических тарелок N_опт в известном способе отличаются от рабочих R и N. Последние меньше соответственно на 15,4 и 26,5% оптимальных показателей.

В предлагаемом изобретении это различие нивелируется путем изменения рабочих параметров R и N до пределов оптимальности в зависимости от количества флегмы, поступающей в качестве острого орошения данной секции, которое определяется по формуле (1).

На основании полученного материального потока флегмы, острого орошения перераспределяют все материальные и тепловые потоки в материальном балансе предлагаемого способа. Затем рассчитывают основные параметры перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок N_м, N_т и N_опт.

Сопоставительная оценка данных, приведенных в табл.1 для известного и предлагаемого способов, позволяет отметить следующее.

Количество потока острого орошения ректификационной колонны, рассчитанного по формуле (1), на 18,4% больше в предлагаемом способе по сравнению с известным способом. Вместе с тем, это позволило сократить расход потока ПЦО ректификационной колонны в предлагаемом способе на 32%; снизить затраты тепла на переработку газового конденсата на 0,423091 млн. кДж/ч и уменьшить расход топлива на 115,5 тонн в год по сравнению с известным способом.

В связи с перераспределением материальных и тепловых потоков топливных фракций изменяется их выход и качество. Бензиновая фракция по предлагаемому способу получается более высокого качества, ее детонационная стойкость составляет 68 пунктов по моторному методу (ММ).

Выход целевой фракции - фракции дизельного топлива - в предлагаемом способе увеличивается по сравнению с известным способом на 0,65% и по всем своим характеристикам отвечает требованиям ГОСТ. Ректификационная колонна в предлагаемом способе работает с максимальной нагрузкой по парам - 100% от допустимой.

Оптимальные условия перегонки газового конденсата оказывают значительное влияние на конструктивное оформление установки. По известному способу флегма целевой фракции арктического дизельного топлива отбирается из кармана 10-й тарелки, считая от верха колонны, а в предлагаемом способе из кармана 6-й тарелки при одинаковой четкости погоноразделения (η_т=26%). Следовательно, затраты на конструктивное оформление ректификационной колонны и системы теплообмена (ПЦО) в предлагаемом способе меньше по сравнению с известным способом.

Таким образом, по предлагаемому способу установка работает в оптимальном технологическом режиме по сравнению с известным способом. Об этом свидетельствуют и расчетные оптимальные флегмовые числа R_опт и числа теоретических тарелок N_опт, которые в предлагаемом способе практически одинаковы с рабочими R и N.

Ниже приводится методика расчета параметров многокомпонентной ректификации минимального R_м и оптимального R_опт флегмовых чисел и чисел теоретических тарелок N_м, N_т, и N_опт.

Для простоты и наглядности вместо программы и блок-схемы расчета на ЭВМ в таблице приведены основные уравнения алгоритма: их последовательность и условия расчета, не требующие дополнительных пояснений.

Расчетные уравнения для определения основных параметров ректификации при оптимизации технологии перегонки нефтяных и газоконденсатных смесей.
Последовательность выполнения работы	Уравнения	Назначения индекса уравнения и условия расчета
Доля отгона в дистиллят, ε		RF - флегмовое число для низа секции
Мольный состав парового питания секции, Yi, F		xi, D и хi, W - мольный состав ректификата и флегмы секции
Относительный коэффициент летучести lgαi, t		Δt - разность температур кипения смеси и компонента, °С.
		Т - температура кипения смеси, К
Р - парциальное давление нефтяных паров, кПа
Минимальное число теоретических тарелок, Nm		lgαi, j, t - рассчитываются при средней температуре кипения смеси tcp и парциальном давлении нефтяных паров Рср в секции
Корень уравнения Андервуда, θ		αi, F - рассчитывается при температуре tF и парциальном давлении РF для низа секции
Минимальное флегмовое число, Rm
Коэффициент распределения k-тых компонентов в ректификате и флегме, ψK		хK, D и хK, W - мольный состав k-тых компонентов в ректификате и флегме
Коэффициент распределения компонентов при рабочем орошении, n
Относительная летучесть начала разделения парового питания на ректификат и флегму	lgαHK(YK, F)	lgαHK(YK, F) - рассчитывается по уравнению (3) при средней температуре и давлении в секции
Δt - разность температур кипения смеси и начала разделения парового питания YK, F на ректификат хK, D и флегму хK, W
Число теоретических тарелок, NT	если n>1, то
Оптимальное флегмовое число, Rопт
Оптимальное число тарелок, Nопт
Коэффициент полезного действия тарелки, θ Rm		Nф - фактическое число тарелок в секции

Способ получения топливных фракций из газового конденсата, включающий разделение газового конденсата путем однократного испарения в одной ректификационной колонне, вывод топливных фракций и отвод избытка тепла промежуточным циркулирующим орошением, отведение паров бензиновой фракции в верхней части ректификационной колонны, конденсацию и подачу части сконденсированных паров на орошение верхней части ректификационной колонны, а избытка бензиновой фракции - на блок компаундирования, отличающийся тем, что по методике авторов рассчитывают основные параметры технологии перегонки газового конденсата: минимальное R_м и оптимальное R_опт флегмовые числа и числа теоретических тарелок N_м, N_т и N_опт, острое орошение подают на верх ректификационной колонны в количестве, рассчитанном по формуле

где G_op - количество острого орошения, кг/ч;

q_i - скрытая теплота испарения паров, кДж/кг;

G_n и q_n - количество и энтальпия паров ректификата, кг/ч и кДж/кг;

q_ж - энтальпия холодного орошения, кДж/кг;

R_опт - расчетное оптимальное флегмовое число,

и перераспределяют материальные и тепловые потоки топливных фракций и промежуточного циркулирующего орошения в материальном балансе установки, согласно оптимальных параметров перегонки R_опт и N_опт.