авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Моделирование процесса экстракции для совершенствования установок селективной очистки масляных фракций

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Зиганшин Руслан Галимзянович

Моделирование процесса экстракции

для совершенствования установок селективной очистки масляных фракций

Специальность 05.17.08 – «Процессы и аппараты химических технологий»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук

УФА – 2008

Работа выполнена на кафедре нефтехимии и химической технологии
Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Самойлов Наум Александрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жирнов Борис Семенович;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Балаев Александр Всеволодович.

Ведущая организация Уральский государственный технический

университет.

Защита состоится «21» января 2009 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу:

450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан “20” декабря 2008 года.

Учёный секретарь совета Абдульминев К.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Одним из основных процессов производства нефтяных масел является их очистка избирательными растворителями для удаления из масляных дистиллятов и деасфальтизатов смолистых веществ и полициклических ароматических и нафтеноароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, а также серосодержащих и металлоорганических соединений с целью повышения индекса вязкости и снижения коксуемости масел.

В этом процессе формируются такие важнейшие эксплуатационные характеристики масел, как вязкостно-температурные свойства и стабильность против окисления. В качестве растворителей в основном используются N-метилпирролидон (N-МП), фенол и фурфурол. В настоящее время на значительном количестве промышленных установок селективной очистки масел в РФ используется в качестве растворителя N-метилпирролидон.

N-метилпирролидон имеет более высокую растворяющую способность по сравнению с фурфуролом и несколько меньшую по сравнению с фенолом. От фенола N-метилпирролидон отличается большей избирательностью к углеводородам ароматического ряда, нетоксичностью и более низкой температурой плавления.

Действующее зачастую устаревшее экстракционное оборудование не всегда обеспечивает необходимую эффективность протекания процесса. Поэтому возникает необходимость модернизации существующих экстракционных колонн и создания новых аппаратов с применением современного массообменного оборудования.

Вопросы математического моделирования экстракции сложных масляных смесей проработаны недостаточно. В частности, масляные фракции имеют сложный химический состав и включают в себя большое число компонентов, многие из которых не поддаются идентификации, что приводит к погрешностям моделирования.

Таким образом, совершенствование процесса селективной очистки масляных фракций N–метилпирролидоном и его моделирование является актуальной задачей.

Цель работы

Физическое и математическое моделирование процесса селективной очистки масел, математическое моделирование гидродинамической структуры потоков на насадке пленочного типа и на основе этого совершенствование процесса селективной очистки масел путем модернизации экстракционного оборудования и снижения энергозатрат на реализацию процесса.

Научная новизна

Впервые предложена искусственная смесь углеводородов, включающая соединения серы, применяемая для математического моделирования деасфальтизата.

Методом математического моделирования впервые проанализировано распределение двенадцати условных компонентов модельной сырьевой смеси между рафинатом и экстрактом в зависимости от вида растворителя и числа равновесных ступеней в аппарате.

Выполнено математическое моделирование гидродинамической структуры потоков в процессе экстракции масляного сырья N-метилпирролидоном для различных видов контактных устройств и показано, что в экстракционной колонне с контактными устройствами в виде пакетов сетчатой насадки с турбулизаторами формируется структура потоков с наиболее развитой поверхностью раздела сплошной и дисперсной фаз

Практическая ценность

На основе выполненных разработок и проведённой оценке эффективности существующего экстракционного оборудования оптимизирована конструкция внутренних устройств экстрактора 3К-307А секции селективной очистки С200 комплекса производства масел и парафинов КМ-2 ОАО «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез» и экстрактора К-1А установки селективной очистки А37/3 Завода масел ОАО «Ангарская нефтехимическая компания».

Модернизация экстракторов 3К-307А и К-1А, выполненная предприятием ООО «ИМПА Инжиниринг» при участии автора, позволила повысить эффективность экстракции и в результате снизить кратность растворителя и энергозатраты, повысить отбор и качество целевой продукции. Расчетный экономический эффект от модернизации колонны 3К-307А ОАО «Славнефть-Ярославнефте­оргсинтез» составил 8 991 тыс. руб. в год.

Апробация работы

Результаты работы докладывались:

  • на Международных конференциях: “Газ. Нефть. – 2002” (г. Уфа, 2002 г.), “Нефтепереработка и нефтехимия – 2003“ (г. Уфа, 2003 г.), “Нефтегазопереработка и нефтехимия – 2005“ (г. Уфа, 2005 г.), III Международной конференции “Экстракция органических соединений” ЭОС – 2005 (г. Воронеж, 2005 г.), “Нефтегазопереработка и нефтехимия – 2007“ (г. Уфа 2007 г.), “Нефтепереработка ­–2008” (г. Уфа, 2008 г.),
  • Всероссийской конференции “Теория и практика массообменных процессов химической технологии“ (Марушкинские чтения) (г. Уфа, 2006 г.).
  • конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ (г. Уфа, 2002 – 2008 гг.).
  • конкурсе научных работ студентов вузов РБ (г.Уфа, 2005 г.).

Публикации

Основное содержание работы изложено в 18 публикациях, включая 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, семи основных глав, выводов, списка использованных источников, включающего 161 наименование, и приложений; изложена на 178 страницах машинописного текста (без учета приложений), содержит 61 рисунок и 36 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность работы, ее научная и практическая значимость, сформулированы основные задачи исследований и положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе приведен обзор литературы по конструкциям, технологическим особенностям и моделированию экстракторов, приведены описание и классификация оборудования для жидкостной экстракции. Значительную долю занимают аппараты с механическим перемешиванием, но они не нашли широкого применения для процесса селективной очистки масляных фракций из-за возможного образования стойких эмульсий. Наиболее распространенным для этого процесса является применение экстракционных колонн гравитационного типа. Однако применяемые нерегулярные насадки отличаются низкой эффективностью, поэтому возникает необходимость в разработке новых контактных устройств, например контактных устройств пленочного типа. Представлены различные технологии экстрагирования. Рассмотрены вопросы моделирования экстракции. Применительно к процессу селективной очистки в большинстве случаев используется метод статистического планирования эксперимента. Мало работ, посвященных моделированию фазового равновесия сложных нефтяных смесей, таких как масляное сырье. Так же обоснованы задачи исследования.

Во второй главе рассмотрен метод имитации непрерывной многоступенчатой противоточной эк­стракции, приведена методика экспериментов для физического моделировании процесса жидкостной экстракции, реализуемой в термостатированном аппарате «смеситель – отстойник» (рисунок 1). Для эксперимента были отобраны деасфальтизат и N-метилпирролидон, используемые в колонне 3К-307А секции С-200 комплекса КМ-2 ОАО “Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез”, приведены их физические свойства.

1-делительная воронка; 2-термостат; 3-сливной кран; 4-мешалка внутренняя; 5-реостат; 6-штатив; 7-контактный термометр; 8-термореле; 9-мешалка внешняя; 10- ЛАТР; 11-контрольный термометр; 12-нагреватель.

Рисунок 1– Схема экспериментальной установки

По результатам физического моделирования процесса экстракции строится эталонная кривая, по которой определяется количество теоретических тарелок, соответствующее промышленному экстрактору. Результатом определения эффективности промышленного экстрактора является определение числа теоретических ступеней, высоты эквивалентной теоретической ступени, фактора эффективности.

Третья глава посвящена формированию модельного сырья. Детально рассматривается методика химического анализа масляных смесей, по результатам которой формируется модельная смесь, используемая при математическом моделировании процесса селективной очистки деасфальтизата

N-метилпирролидоном и фенолом.

Методика определения состава сложных многокомпонентных систем включает:

  1. определение группового химического состава каждой фракции методом градиентно-вытеснительной жидкостной хроматографии по четырем группам – парафино-нафтеновые, моноароматические, полициклические угле­водороды и смолы;
  2. препаративное выделение групп­ тем же методом;
  3. определение содержания нпараф­инов в парафино-нафтеновой фракции методом газовой хроматографии; нормальные парафины выделялись на молекулярных ситах, и в остатке определялось содержание изопарафинов и нафтенов;
  4. определение молекулярной массы для каждой выделяемой группы криоскопичес­ким методом и элементного состава по углероду и водороду;
  5. расчёт по полученным данным содержания каждой группы в сырье и усреднение химической брутто-формулы группы.

Выполнено моделирование состава деасфальтизата ОАО «АНХК». Каждый класс сырьевых углеводородов был представлен одним определяющим индивидуальным углеводородом, брутто-формула которого определялась исходя из экспериментальных данных о средней молекулярной массе соответствующей группы углеводородов. Модельная смесь состоит из 12 компонентов (таблица 1).

Таблица 1 –Модельная сырьевая смесь

Фракция Структурная формула модельного компонента
Н-парафины
Изопарафины
Парафино-нафтеновые углеводороды
Серосодержащие нафтеновые углеводороды
Моноароматические углеводороды
Серосодержащие моноароматические углеводороды
Биароматические углеводороды
Серосодержащие биароматические углеводороды
Триароматические углеводороды
Серосодержащие триароматические углеводороды
Смолы
Серосодержащие смолы

Сопоставление экспериментальных и расчетных кривых разгонок показали их приемлемую качественную и количественную сходимость. Анализ адекватности разработанной модельной смеси по критерию Фишера реальному деасфальтизату ОАО «АНХК» дал положительные результаты.

В четвертой главе методом математического моделирования было исследовано влияние эффективности массообмена фаз в экстракторе на содержание сероорганических соединений в рафинате и технологические показатели процесса. В качестве растворителей использовались фенол и N-метилпирролидон. Число теоретических ступеней варьировалось от двух до шести. Для описания фазового равновесия была использована модель NRTL:

где Тij=(gji–gii)/RT;

Gji=exp(–jiTji);

ij=ji;

gij=gji;

ij –параметр, характризующий неоднородность смешения;

n-число компонентов;

gij- параметр бинарного взаимодействия;

Хi- мольная доля;

R-универсальная газовая постоянная;

T-температура.

Для описания состава была использована модельная смесь (таблица 1).

Методом математического моделирования проанализировано распределение двенадцати условных компонентов между рафинатом и экстрактом в зависимости от вида растворителя и числа равновесных ступеней в аппарате, показано, что при увеличении числа теоретических ступеней с 2 до 6 содержание общей серы в рафинате при очистке фенолом снижается в 1,5 раза и в 2 раза при очистке N-метилпирролидоном (рисунок 2).

Результаты моделирования экстракции деасфальтизата фенолом и Nметил­пирролидоном при равных расходах и температурах потоков с изменением числа степеней экстракции от 2 до 6 показали улучшение химического состава рафината, то есть увеличение содержания целевых компонентов

(н-парафинов, изопарафинов, парафино-нафтеновых углеводородов, серосодержащих нафтеновых углеводородов, моноароматических углеводородов, серосодержащих моноароматических углеводородов) от 93,7% масс до 99,1 для N-метилпирролидона и от 87,55% масс. до 95,92% масс. для фенола.

Получены эмпирические уравнения зависимости содержания целевых компонентов в рафинате и содержания серы в рафинате от числа теоретических ступеней при очистке деасфальтизата фенолом и N-метилпирролидоном (рисунок 2). На рисунке 3 показана зависимость покомпонентного содержания нежелательных компонентов в рафинате при экстракции деасфальтизата фенолом.

С помощью математического моделирования проведено сравнение основных показателей процесса экстракции деасфальтизата фенолом, фурфуролом и N-метилпирролидоном. По результатам моделирования можно сделать вывод, что N-метилпирролидон по сравнению с фурфуролом обеспечивает практически одинаковый выход рафината при существенно меньшей его кратности к сырью в 2,3 раза. По сравнению с фенолом N-метилпирролидон обеспечивает в 1,4 меньшую кратность растворителя к сырью и несколько больший выход рафината (74% масс. и 73,4% масс. соответственно для N-метилпирролидона и фенола).

Таким образом, с помощью математического моделирования продемонстрировано существенное снижение кратности растворителя к сырью для N-МП по сравнению с фенолом и фурфуролом.

В пятой главе приведены результаты физического моделирования процесса селективной очистки деасфальтизата N-метилпирролидоном.

Анализ работы промышленного экстрактора 3К-307А ОАО «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез» показал, что его эффективность, определённая по построенной эталонной кривой зависимости качества рафината от числа теоретических ступеней в экстракторе, заполненном насадкой «Зюльцер мелапак» составляет от 2 до 3 теоретических ступеней (рисунок 4). Высота, эквивалентная теоретической ступени, составляет 8,8 – 10,8 м для существующей насадки, а фактор эффективности W находится в диапазоне от 0,67 до 0,82, что свидетельствует о низкой эффективности насадки “Зюльцер мелапак“. Увеличение числа теоретических ступеней очистки с 2,5 до 5 позволяет снизить массовую кратность растворителя к сырью на 12,4% при одинаковом качестве рафината (таблица 2).

 Зависимость содержания общей-14

Рисунок 2 –Зависимость содержания общей серы в рафинате от числа теоретических ступеней очистки при экстракции деасфальтизата фенолом

и N-метилпирролидоном

 Рисунок 3– Зависимость покомпонентного-15

Рисунок 3– Зависимость покомпонентного содержания нежелательных компонентов в рафинате при экстракции деасфальтизата фенолом

Таблица 2– Снижение кратности растворителя при повышении эффективности экстрактора

Параметр Показатель преломления рафината при 50 °С
1,4806-1,4808 1,4814
Количество ступеней в экстракционной части 3 6 2,5 5
Кратность растворителя к сырью 2,25 2,1 2,25 1,97
Снижение кратности, % 6,7 12,4
Выход рафината, % 70,4 70,2 70,9 70,9


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.