Russian Federation
The work is devoted to the study of the possibility of using the technology of propane regeneration in supercritical conditions within the framework of the existing production – at the installation of deasphaltization of tar with propane. Special attention is paid to the issues of changing the hardware design of the technological process
Energy-saving regeneration technology, propane regeneration under supercritical conditions
Установка деасфальтизации гудрона пропаном предназначена для удаления асфальтосмолистых веществ и части полициклических ароматических углеводородов с целью подготовки сырья к дальнейшей очистке и депарафинизации. Продукцией установки являются деасфальтизат, используемый для выработки остаточных масел и асфальт, служащий сырьем для производства битумов, процесса коксования или компонентом котельного топлива.
Установка деасфальтизации включает три основных блока: блок деасфальтизации (экстракции) и блоки регенерации пропана из раствора деасфальтизата и асфальта [1]. Процесс деасфальтизации протекает в экстракционной колонне. С верха колонны выходит целевой продукт – деасфальтизат, который поступает в испарители для выделения растворителя. Температура процесса поддерживается в диапазоне 70–120 °C, а давление 15–30 кгс/см². Дальнейшее выделение растворителя ведется путем понижения давления и увеличения температуры в колоннах отпаривания. С низа экстракционной колонны выходит асфальт. Его регенерация ведется посредством нагрева в печи и далее в колоннах отпаривания. Пропан возвращается в процесс путем его захолаживания в аппаратах воздушного охлаждения и в кожухотрубчатых теплообменниках и дальнейшим компримированием.
Основными недостатками традиционной технологии процесса деасфальтизации являются:
1. Высокая энергоемкость. Технология пропановой деасфальтизации гудрона, внедренная в 1950-1960-х годах, на протяжении десятилетий не подвергалась существенным модернизациям. Ключевой проблемой данного процесса является его высокая энергоемкость: показатели удельных энергозатрат на отечественных установках значительно выше, чем на зарубежных аналогах.
2. Неполная регенерация растворителя. Недостатком существующей технологии регенерации пропана является повышенное содержание продукта в растворителе, что негативно влияет на процесс деасфальтизации и работу некоторых аппаратов, в частности аппаратов воздушного охлаждения.
С целью модернизации установки деасфальтизации гудрона пропаном 36/2М Ангарской нефтехимической компании предлагается внедрение новой энергоэффективной технологии, состоящей в регенерации пропана из раствора деасфальтизата в сверхкритических условиях [1]. В модернизируемой технологической схеме (рисунок 1) отводимый с верхней части экстракционных колонн (на схеме не показаны) деасфальтизатный раствор с помощью бустерного насоса поз. Н-21 подается в теплообменные аппараты поз. Т-25 и Т-21, а затем поступает в сепаратор поз. Р-1, работающий в сверхкритическом режиме. В сепараторе происходит процесс разделения смеси на верхнюю - пропановую и нижнюю - деасфальтизатную фазы.
Рисунок 1 – Схема узла фазоразделения
Экспериментальные исследования процесса фазоразделения раствора деасфальтизата с пропаном позволили выявить основные закономерности влияния параметров режима проведения процесса, характеристик деасфальтизата и растворителя на степень разделения. В таблице 1 приведены экспериментальные данные.
Таблица 1 – Составы фаз (в % масс.), полученные в результате экспериментов
|
Номер опыта |
Условия |
Верхняя фаза |
Нижняя фаза |
|||
|
температура, °С |
давление, МПа |
пропан |
деасфаль-тизат |
пропан |
деасфаль-тизат |
|
|
1 |
105 |
4,7 |
99,81 |
0,19 |
5,5 |
94,5 |
|
2 |
112 |
5,1 |
99,65 |
0,35 |
6,7 |
93,3 |
|
3 |
117 |
6,0 |
99,58 |
0,42 |
6,1 |
93,9 |
|
4 |
122 |
6,8 |
99,71 |
0,29 |
5,8 |
94,2 |
|
5 |
125 |
7,2 |
99,62 |
0,38 |
6,2 |
93,8 |
|
6 |
137 |
7,9 |
99,76 |
0,24 |
6,0 |
94,0 |
|
7 |
86 |
4,4 |
96,68 |
1,32 |
22,0 |
78,0 |
|
8 |
91 |
4,5 |
98,68 |
1,34 |
18,4 |
81,6 |
|
9 |
117 |
4,7 |
99,63 |
0,37 |
4,7 |
95,3 |
|
10 |
117 |
5,0 |
99,83 |
0,17 |
5,3 |
94,7 |
|
11 |
106 |
5,2 |
97,96 |
2,04 |
10,3 |
89,7 |
|
12 |
118 |
5,5 |
99,79 |
0,21 |
6,0 |
94,0 |
|
13 |
127 |
5,9 |
99,68 |
0,32 |
5,9 |
94,1 |
|
14 |
100 |
6,2 |
87,50 |
12,50 |
17,2 |
82,8 |
|
15 |
139 |
7,1 |
99,78 |
0,22 |
6,3 |
93,7 |
По данным таблицы 1 построена диаграмма фазового состояния деасфальтизатного раствора (рисунок 2).
Рисунок 2 – Диаграмма фазового состояния деасфальтизатного раствора
Линия ОК соответствует линии фазового равновесия жидкость-пар для чистого пропана; линия АК проведена по экспериментальным точкам 1–6, в которых визуально фиксируется полное обесцвечивание верхней пропановой фазы в разделителе. Слева от линии АК деасфальтизатный раствор при более низких температурах (до 85 °С) представляет собой однородную темно-красную жидкость, по мере продвижения к кривой АК эта жидкость постепенно расслаивается. При этом верхний слой постепенно изменяет окраску от темно-красного до желтого, светло-желтого цвета и затем становится бесцветным. Одновременно снижается объем нижней фазы и далее он сохраняется на достигнутом уровне после момента обесцвечивания верхнего слоя жидкости.
По представленным данным в таблице 1 можно сделать вывод, что для пропанового растворителя оптимальный режим сверхкритической регенерации находится в области температур около 120 °С и давления 5,0 МПа.
Переход на новую технологию потребует, в частности, дооборудование технологической схемы узлом фазоразделения. Для узла фазоразделения установки 36/2М подобрано новое оборудование характеристики, которого представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Новое оборудование узла фазоразделения и его характеристики
|
Наименование |
Рабочие условия |
Характеристики |
|
|
Р, МПа |
Т, °С |
||
|
Сепаратор, поз. Р-1 |
5,0 |
120 |
Д=2м; L=9,2м; V=28 м³ |
|
Подогреватель деасфальтизатно-пропанового раствора, поз. Т-21 |
5,0 |
120 |
Д=1200; L=4000; F=426м² |
|
Подогреватель деасфальтизатно-пропанового раствора, поз. Т-25 |
5,0 |
250 |
Д=1200; L=6000; F=609,7м² |
|
Бустерный насос центробежного типа для деасфальтизатного раствора, поз. Н-21 |
5,5 |
90 |
Q=200м³/ч; H=370 м. ст. ж; W=200кВт; НПС-65/35-500 |
Таким образом, модернизация установки деасфальтизации гудрона пропаном и применение метода сверхкритической регенерации растворителя позволит повысить селективность процесса на стадии сепарации пропана, сократить количество ступеней сепарации, а следовательно, и снизить энергоемкость процесса деасфальтизации.
1. Zamkovoy, N.P. Povyshenie effektivnosti raboty ustanovki deasfal'tizacii gudrona propanom / N.P. Zamkovoy, E.V. Podoplelov, A.I. Dement'ev // Vestnik Angarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. – 2019. – № 13. – S. 40–44.
