Разработка энергосберегающей технологии ректификации продуктов каталитического крекинга (1091139), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Экономическая оценка показала,что использование циркуляционного теплообменника нецелесообразно, посколькузатраты на пар и воду существенно выше и несоизмеримы с прибылью от продажидополнительного количества ППФ.Анализ работы газофракционирующих установок нефтехимических предприятийеще в 70-х годах прошлого века показал, что наиболее эффективным техническимрешением является применение ректификационных процессов разделения.
Вчастности, такие установки сейчас работают на Нижнекамском и Тобольском НХК. Сцелью минимизации капитальных затрат на реконструкцию АГФУ КуйбышевскогоНПЗ, нами рассмотрен вариант организации процесса за счет замены ФА наректификационную колонну с рабочим давлением2,4 МПа.Расчеты выполняли в проектно-поверочном варианте.
В качестве исходныхданных задавали количество, состав и температуру исходной смеси, эффективностьколонн, перепад давления в аппаратах, содержание основного компонента впродуктовых потоках, тарелку питания. В результате расчета получали флегмовоечисло (для ректификационной колонны), тепловые нагрузки на куб и дефлегматор,конструктивные параметры аппаратов.Оптимальную тарелку питания определяли так, чтобы нагрузки на кипятильник иконденсатор колонны были минимальными, при поддержании качества продуктовыхпотоков на заданном уровне(Табл. 1).8Таблица 1.
Оптимальные режимы работы аппаратов.НаименованиеаппаратаТарелкипитанияQкип,ГДж/часQдеф,ГДж/часИсходная схема с фракционирующим абсорберомФракционирующий абсорбер К140/347,31-Колонна стабилизации К23510,117,99Пропановая колонна К3444,162,48Бутановая колонна К4462,523,7624,0914,23ΣПредложенная схема с ректификационной колоннойРектификационная колонна К144/3610,130,23Колонна стабилизации К2245,048,96Пропановая колонна К3474,122,49Бутановая колонна К4452,283,5121,5715,19ΣПоскольку при этом температура на верхней тарелке составляет всего 14,9 оС, тотребуется применение захоложенной воды или рассола. Это может значительноудорожить процесс. Поэтому мы предложили использовать холод, получающийсяпри дросселировании самого сухого газа, поскольку в дальнейшем он используетсякак топливо при низком давлении (рис. 4).Рисунок 4.
Схема организации процесса дросселирования.1 – Ректификационная колонна, 2 – дроссель, 3– холодильник конденсатор, I –поток дистиллята, II – поток флегмы, III – поток дистиллята последросселирования.9При необходимом потоке флегмы 145,5 кг/час и общем потоке пара 1454,5 кг/час,за счет дросселирования 90 % потока удается получить температуру -6 оС иобеспечить необходимый отвод тепла конденсации.По данным теплового баланса и ценам на энергоносители были рассчитаныэнергетические затраты (рис. 5).Рисунок 5. Диаграмма энергетических затрат.Стоимости энергоносителей взяты за 2005 год.Видно, что использование ректификационной колонны для деэтанизации сырьяпозволит снизить затраты на разделение на 10 %.При наличии четырех продуктовых потоков в соответствии с известной формулойС.В. Львова имеются пять, а при трех продуктах – два варианта организацииректификации в простых двухсекционных колоннах.
Поскольку поливариантностьсхем в АГФУ развивается только за счет изменения порядка выделения на стадииректификации, а ФА всегда ей предшествует, то соответственно может бытьреализовано пять четырехколонных вариантов. Существующая схема представленана рис.1, остальные на рис.6.Дляопределенияварианта,имеющегоминимальныеэнергозатратынаразделение, нами проведен расчет каждой из схем с параметрической оптимизацией(рис.1, 6). Отметим, что энергозатраты пропорциональны финансовым затратам,поскольку на НПЗ обогрев кубов колонн печной, то стоимость энергоресурсов независит от их температуры.10Схема 1Схема 2Схема 3Схема 4Рис.
6. Варианты организации технологической схемы АГФУ.В соответствии с действующим технологическим регламентом установки, послевыделения, поток изопентановой фракции смешивается с потоком стабильногобензина. При таких продуктовых потоках целесообразно применять трехколоннуюсистему,котораяимеетдваварианта(рис.7).Уменьшениечислаколоннпредопределяет изменение режимов работы, поскольку абсорбент содержит, в томчисле и смесь пентанов.11Схема 6Схема 5Рис.
7. Варианты организации трех аппаратной схемы АГФУ.Для всех аппаратов в технологических Схемах 5 и 6 были определены: основныетехнологические параметры при фиксированном качестве продуктовых фракций иоптимальные положения тарелок питания. Расчетные данные по этим схемампредставлены в таблицах 3 – 5, рис.8. Видно, что Схема 5 и Схема 6 имеютзначительные преимущества перед другими вариантами.Таблица 3.
Технологические параметры аппаратов исходной схемы АГФУКуйбышевского НПЗ.Название колонныФракционный абсорбер К1Температура,оСВерхНиз41120Q кип,Давление, ТарелкаГДж/часатм.питания11,5-12,440/347,31Колонна стабилизации К2701757,5-103510,11Пропановая колонна К34010615,6-17,1444,16Бутановая колонна К451965,4-6,6462,52Σ24,1Таблица 4. Технологические параметры аппаратов схемы 5.Температура,Q кип,Давление, ТарелкаоСГДж/часатм.питанияВерхНизФракционный абсорбер К14112011,5-12,440/347,31Название колонныПропановая колонна К26517414,0-16,0429,27Бутановая колонна К3301575,5-6,6406,16Σ1222,7Таблица 5.
Технологические параметры аппаратов схемы 6.Температура,Q кип,Давление, ТарелкаоСГДж/часатм.питанияВерхНизФракционный абсорбер К14112011,5-12,440/347,31Название колонныКолонна стабилизации К23718911,0-12,0413,54Пропановая колонна К34711016,2-17,03817,86Σ28,7Рис. 8. Диаграмма энергетических затрат на разделение.Расчет экономических затрат на энергоносители проведен в ценах 2005 года.Видно, что схема 5 является оптимальной по затратам на разделение, а схемакоторая эксплуатируется на заводе, находится на втором месте. Таким образом,переобвязка исходной схемы позволяет уменьшить общие затраты на разделениена 5,81%, при этом качество продуктов удовлетворяет требованиям завода.Для оценки капитальных затрат, с помощью программного комплекса PRO IIопределены и приведены в соответствии с российскими ГОСТами конструктивныепараметры аппаратов (Табл.6-8).13Таблица 6.
Конструктивные параметры исходной схемы АГФУКуйбышевского НПЗ.Диаметр колонны, мВысота,Название колоннымРасчетный По ГОСТуФракционный абсорбер К11,0671,2191,21,428,5813,74Числотеор.тарелок4520Колонна стабилизации К21,0671,5241,21,626,7519,084228Пропановая колонна К31,0671,243,7468Бутановая колонна К41,0671,240,6963Таблица 7. Конструктивные параметры схемы 5.Диаметр колонны, мФракционный абсорбер К11,0671,3721,21,428,5813,74Числотеор.тарелок4520Пропановая колонна К21,2191,3721,21,429,1911,914617Бутановая колонна К31,5241,3721,61,423,3519,843530Название колонныВысота,мРасчетный По ГОСТуТаблица 8.
Конструктивные параметры схемы 6.Диаметр колонны, мФракционный абсорбер К11,0671,2191,21,428,5813,74Числотеор.тарелок4520Колонна стабилизации К21,5241,8291,61,823,3525,113537Пропановая колонна К31,0671,240,6963Название колонныВысота,мРасчетный По ГОСТуПо данным таблиц 6 – 8 были оценены капитальные затраты для предложенныхвариантов технологических схем разделения.Оценочные капитальные затраты представлены в таблице 9. Исходя из срокаслужбы установки 30 лет, нами были определены ежегодные амортизационныеотчисления.14Таблица 9.
Капитальные затраты.ТехнологическаясхемаКапитальныезатраты, млн.руб.Амортизационныеотчисления, тыс.руб./годИсходная схема22,5730Схема 517,3560Схема 618,1600Ежегодные амортизационные отчисления графически представлены на рис. 9.Рис. 9. Диаграмма амортизационных отчислений.И по этому параметру оптимальным вариантом является Схема 5, при этомзаводская схема стоит на последнем месте, ее амортизационные отчисления икапитальные затраты выше на 23 %. Данные цифры являются оценочными,требующими дополнительных уточнений и поправок, однако они позволяют оценитьпреимущества предложенного варианта.На следующем этапе нами была рассмотрена возможность перехода оттехнологической схемы разделения, состоящей из простых двухсекционных колонн ксхемам,содержащимкомплексысчастичносвязаннымитепловымииматериальными потоками.Разработанные на кафедре ХТООС под руководством проф.
Тимошенко А.В.алгоритмы синтеза схем с частично связанными тепловыми и материальнымипотоками основаны на объединении двух или нескольких колонн ректификационнойпоследовательности в единый комплекс.В рассматриваемом нами случае один из аппаратов является фракционирующимабсорбером. До настоящего времени возможности объединения фракционирующего15абсорбера и ректификационной колонны в один комплекс с частично связаннымитепловыми и материальными потоками не исследовалась.Поскольку мы показали, что наименьшим значением критерия оптимизацииобладает технологическая схема 5 (рис.
7), то именно этот вариант подвергалитрансформации. Исходя из ее структуры, можно получить несколько различныхкомплексов с частично связанными тепловыми и материальными потоками. Приэтом происходит интеграция К1 и К2 (рис.10), К2 и К3 (рис.12), или всех колонн(рис.11).Следует отметить, что при сохранении структуры потоков, полученные схемыможно преобразовать как в традиционном виде основной колонны и боковой секции(рис.
10а, 11а, 12а), так и в виде двух колонн или нескольких колонн, связанныхтепловыми и материальными потоками (рис. 10б, 11б, 12б).Расчет комплексов осуществлялся в проектно-поверочном варианте. Цельюявлялосьперераспределениепотоковтакимобразом,чтобынагрузканакипятильники К1 (рис.10), К1 и К2 (рис.12), или К2 (рис.11) была равна нулю сточностью 0,01%.баРисунок 10. Схема объединения аппаратов К1 и К2 (Схема 7).Для этого, изначально величина потока S2,1 возвращаемого в предыдущийаппарат, задавалась равной 0,0001 кг/час и затем с небольшим шагом ееувеличивали. При этом увеличивается количество тепла переданного из аппаратаК2 в аппарат К1, что приводит к снижению суммарной нагрузки на кипятильникпредшествующей колонны.16Таблица 10. Нагрузки на кипятильники колонн К1 и К2 схемы 7 в зависимостиот величины потока S2,1.Поток S2,1Нагрузка на куб, ГДж/часкг/часК1К2Общая010,078,0318,1Увеличение5910,048,04718,095859,378,1717,5428628,438,7417,1739617,789,0616,8450317,149,3916,5465856,149,9416,0880785,2610,5215,78104593,7911,5415,33149481,1713,5814,75171300,0114,5514,56172200,0014,5914,59потокафракционирующегоS2,1приводитабсорбера.кснижениюОдновременноснагрузокэтимнакипятильникнаблюдаетсяростэнергозатрат на кипятильник колонны К2.
При увеличении потока S2,1 до 17220кг/час, нагрузка на куб К1 снижается практически до нуля. При этом нагрузка на кубК2 увеличивается с 8,03 до 14,59 ГДж/час и обеспечивает необходимое количествотепла для осуществления разделения в обоих аппаратах.В схеме 5 суммарные тепловые нагрузки на кипятильники колонн К1 и К2составляли 18,1 ГДж/час, а в предложенной схеме совмещения – 14,59 ГДж/час.Таким образом, реализации Схемы 7 позволит сократить энергозатраты аппаратовК1 и К2 на 19,39 % по сравнению с аппаратами Схемы 5.Суммарные энергозатраты схемы 7 представлены в таблице 11.Таблица 11.
Суммарные энергозатраты схемы 7.Конденсатор, ГДж/часK1-K2-1,96K3-10,43Общие-12,39Кипятильник, ГДж/час014,596,3120,90Притом, что суммарные нагрузки на схему 5 составляли 22,74 ГДж/час,применение схемы 7 позволит снизить энергозатраты на 8,09%.На рисунке 12 представлена Схема 8, полученная путем преобразования Схемы5 за счет объединения колонн К1, К2 и К3 в один аппарат.17абРис. 12 Схема объединения аппаратов К1, К2 и К3 (Схема 8).Поскольку комплексы со связанными потоками работоспособны при обеспеченииодинакового давления во всех его колоннах, а исходная схема имеет различныедавления в колоннах, то перед расчетом Схем 7 – 9 давление в объединяемыхаппаратах повышали до выравнивания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
