Оптимизация технологического узла газификации широкой фракции легких углеводородов

2. Сравнение современных пакетов моделирующих программ, доступных на отечественном рынке, показало их незначительное отличие, набор модулей практически одинаковый.

3. Установлено, что наиболее удобной для расчётнотехнологического проектирования химических производств является моделирующая программа CHEMCAD.

Библиографические ссылки:

1. Литовка Ю. В. Получение оптимальных проектных решений и их анализ с использованием математических моделей. Тамбов. ТГТУ. 2006. 98 с.

2. Гартман Т. Н, Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2008. 415 с.

3. Островский Г. М., Волин Ю. М. Три этапа компьютерного моделирования химико-технологических систем // Теоретические основы химической технологии. Т. 40, № 3. 2006 г. с. 302-312.

4. Вержичинская С. В., Дигуров Н. Г. Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа. М. 2009. 400 с.

5. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К. Разработка компьютерной модели многостадийного производства метанола из природного газа. // Химическая промышленность сегодня № 3. 2012. Стр. 45-53.

6. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химикотехнологических систем. М.: Химия, 1991. 432 С.

7. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К., Сеннер С. А. Синтез интегрированной химико-технологической системы получения синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа с применением проблемноориентированного комплекса программ СНЕМСАБ// Химическая техника. №9.2011 г. С. 41-44.

УДК 519.673:620.9.97 М.И. Третьяков

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, г. Москва, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЗЛА ГАЗИФИКАЦИИ ШИРОКОЙ ФРАКЦИИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ.

Разработана компьютерная модель узла газификации широкой фракции легких углеводородов. Определены оптимальные параметры функционирования предложенной технологической схемы. Оценена возможность повышения производительности установки.

The computer model for process system of gasification of light hydrocarbons wide fraction is developed. Optimum parameters of the offered process system functioning are defined. Possibility of productivity increase for the technological line is estimated.

С развитием химической промышленности, энергетики, транспорта особое значение приобрели добыча и переработка нефти и газа с целью получения многих веществ, необходимых в народном хозяйстве [1]. Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), наряду с прямогонным бензином

нефтехимики используют ее как сырье. ШФЛУ - широкая фракция легких углеводородов, включает в основном смесь легких углеводородов этановой (С2) и гексановой (С6) фракций. В целом типичный состав ШФЛУ выглядит следующим образом: этан от 2 до 5%; сжиженный газ фракций С4-С5 4085%; гексановая фракция С6 от 15 до 30%, на пентановую фракцию приходится остаток. [1-2]. Производство ШФЛУ осуществляется за счет следующих трех основных источников:

• предприятия нефтедобычи - получение сжиженного углеродного газа (СУГ) и ШФЛУ происходит во время добычи сырой нефти при переработке попутного (связанного) газа и стабилизации сырой нефти;

• предприятия газодобычи - получение СУГ и ШФЛУ происходит при первичной переработке скважинного газа или несвязанного газа и стабилизации конденсата;

• нефтеперегонные установки - получение сжиженного газа и аналогичных ШФЛУ происходит при переработке сырой нефти на НПЗ. В данной категории ШФЛУ состоит из смеси бутан-гексановых фракций (С4-С6) с небольшим количеством этана и пропана.:

Переработка ШФЛУ, а именно, процесс конверсии ШФЛУ [3], осуществляется в две стадии:

На первой стадии проводится паровая каталитическая конверсия углеводородов на специальном М-содержащем катализаторе под давлением ~3,0 МПа и температуре 400 - 500 0С с образованием конвертированного газа, содержащего метан, водород, оксиды углерода и воду.

На второй стадии реформинга осуществляется конверсия избыточного водорода и оксидов углерода на никельсодержащем катализаторе с образованием дополнительного метана. Температурный интервал процесса составляет 290 - 420 оС.

Решение вышеуказанных задач не представляется возможным без применения современных проблемно-ориентированных комплексов программ, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов [4-5].

Актуальность работы связана с ее практической значимостью. Она представляет интерес для практиков промышленного производства, поскольку целью данной работы является получение максимального содержания метана в выходном потоке. Работа включает в себя и оценку возможности снижение затрат на расход греющего пара.

При этом критерий оптимальности - максимальный выход метана, ресурсы оптимизации - расход водяного пара, а также режимные параметры основных и вспомогательных технологических аппаратов.

Для достижения поставленных целей проводились многократные вычислительные эксперименты на компьютерной модели технологической схемы с применением комплекса программ CHEMCAD. Также проводились исследования возможности повышения производительности установки.

Описание технологической схемы:

Поток ШФЛУ, поступающей с установки стабилизации нефти, подается насосом Н-1 под давлением 3.2 МПа в кубовую часть испарителя Т-1, где происходит нагрев и испарение всей углеводородной фракции (рис. 1). Поток газообразного ШФЛУ проходит теплообменник Т-2, где нагревается примерно до 350 оС, и направляется в реактор сероочистки Р-1, заполненный поглотителем сернистых соединений - окисью цинка.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема газификации ШФЛУ

В смесителе См-1 очищенная от серы смесь углеводородов смешивается с перегретым паром и далее поступает в рекуперативный теплообменник (поз. Т-4) , где нагревается до температуры начала реакции конвертированным газом после реактора Р-2. Необходимый для проведения реакции конверсии перегретый пар (Р=3.2 МПа, Т=350 оС) подается в смеситель из котельной.

Конвертированный газ, выходящий из реактора Р-2, делится на два потока:

• первый поток направляется в теплообменник Т-2, где охлаждается, нагревая поток газообразных углеводородов, поступающий в реактор сероочистки Р-1. Далее конвертированный газ поступает в испаритель Т-1, где нагревает и испаряет исходный поток ШФЛУ.

• второй поток проходит рекуперативный теплообменник Т-4, нагревая поток исходной парогазовой смеси углеводородов, поступающих в реактор конверсии Р-2. Выходящий из теплообменника Т-4 конвертированный газ проходит подогреватель питательной деаэрированной воды Т-3, после которого два потока конвертированного газа смешиваются и направляются на утилизацию тепла в теплообменник Т-6. (В зависимости от конкретных условий площадки это может быть кипятильник регенератора установки регенерации ВМР или другие аппараты).

Окончательно поток конвертированного газа охлаждается в воздушном холодильнике ВХ-1, поступает в сепаратор С-1, где из потока выделяется сконденсированный газовый конденсат, далее проходит рекуперативный теплообменник Т-5, где нагревается потоком газа, выходящего из реактора Р-3, и направляется на вторую ступень конверсии в реактор метаниро-вания Р-3.

Выходящий из реактора Р-3 метансодержащий газ проходит рекуперативный теплообменник Т-5. Далее этот поток газа направляется на утилизацию тепла в теплообменник Т-6а. Затем газ доохлаждается в воздушном холодильнике ВХ-2, проходит сепаратор С-2 и поступает на всас компрессора К-1, в котором дожимается с 2.5 до 7.0 МПа. Полученный продукционный метансодержащий газ направляется на УКПГ для смешения с природным газом.

Потоки газового конденсата из сепараторов направляются в деаэратор котельной для получения деаэрированной воды, используемой в производстве технологического пара.

Описание процесса моделирования

Реактор сероочистки Р 1 моделируется с использованием трёх модулей: модуля смесителя, модуля стехиометрического реактора и модуля сепаратора компонентов (конверсия базового реагента - сероводорода равна 1). Тепловой режим изотермический. Температура в реакторе - 350 0С, а давление 32 бар. Для модуля сепаратора компонентов заданы мольные доли продуктов, отбираемых снизу колонны.

Реактор паровой конверсии ШФЛУ Р-2 моделируется модулем реактора Гиббса. Используется метод минимизации энергии Гиббса [6]. Тепловой режим адиабатический.

Реактор метанирования Р-3 моделируется модулем равновесного реактора. Рассчитывается процесс исходя из условия равновесия [7-9]. При этом заданы коэффициенты уравнений температурных зависимостей констант равновесия реакции метанирования и конвесии СО. Тепловой режим адиабатический.

Сепаратор С-1 моделируется модулем фазового сепаратора (№ 15). Используется алгоритм расчёта фазового сепаратора [10-11]. Режим работы - использовать входные температуру и давление (расчёт доли пара и жидкости и теплоты процесса).

Сепаратор С-2 моделируется модулем фазового сепаратора (№ 21). Режим работы - задать температуру и давление (расчёт доли пара и жидкости и теплоты процесса).

Деаэратор моделируется модулем фазового сепаратора (№ 15). Режим работы - задать долю пара и давление (расчёт температуры и теплоты процесса).

Результаты расчёта установки приведены в таблице 1. Там же приведены экспериментальные данные.

Табл.1. Сравнение параметров рассчитанного выходного потока технологического узла газификации ШФЛУ с экспериментальными данными

Свойство потока Расчётные данные Экспериментальные данные

Температура; 0С 40 50

Давление; бар 70 70

Общий объёмный расход; м3/ч 15368 15680

Объёмная доля компонента; % об.

Водород 0.35 0.02

Монооксид углерода 0.03 0.46

Диоксид углерода 17.53 14.36

Метан 81.94 79.95

Водяной пар 0.09 0.02

Оптимизация работы установки газификации ШФЛУ

Посредством многократных вычислительных экспериментов установлено:

1. Для проведения процесса конверсии ШФЛУ в метансодержищий газ подавать 13 т/ч технологического пара (в исходной схеме, в которой подавалось 21 т/ч), что не сказывается на содержание метана в выходном потоке установки газификации ШФЛУ.

2. Возможно снизить во втором сепараторе С-2 давление до 20 бар ( в исходной схеме, в данном сепараторе 32 бар), что также не сказывается на содержание метана в выходном потоке установки газификации ШФЛУ.

3. Отделение воды от метансодержащего возможно в двух фазовых сепараторах (в исходной схеме из 3, сепаратор С-3 является лишним), что также не сказывается на содержание метана в выходном потоке установки газификации ШФЛУ.

Выводы:

1. Проведено исследование влияния технологического пара, подаваемого для проведения паровой конверсии широкой фракции лёгких углеводородов на содержание метана в выходном потоке.

2. Снижен расход технологического пара.

3. Оценена возможность повышения производительности установки

Библиографические ссылки

1. Чуракаев А.М. Переработка нефтяных газов. Учебник для рабочих. М., Недра, 1983, 279 с.

2. Бард В.А., Кузин А.В. Предупреждение аварий в нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах. М.: Химия, 1989 - 356 с.

3. Популярная нефтехимия ОАО «Сибур» М.: «Эксмо». 2011 - 96 с.

4. Гартман Т. Н., Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М: «Академкнига», 2008. 415 с.

5. Вержичинская С. В., Дигуров Н. Г. Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа. М. 2009. 400 с.

6. Деревич И. В., Ермолаев В. С., Крылова А. Ю., Перхушков В. А.. Расчёт конверсии нефтяного газа на основе метода минимизации энергии Гиббса // Теоретические основы химической технологии. Т. № 40, № 2. 2006. с. 199-205.

7. Gmehling J., Kolbe B. Thermodynamik. Stuttgart, New York. Thieme, 1988.

8. Thermodynamik der Mischphasen II. Lempe D. (federfuhrender Autor). Leipzig. VEB Deutscher Verlag fur Grunstoffindustrie, 1986.

9. E. B. Nauman. Chemical Reactor Design, Optimization, and Scaleup. Wiley & Sons. 2008 y.

10. Проектирование и расчёт аппаратов основного органического и нефтехимического синтеза. Под. ред. Лебедева Н. Н. М. «Химия», 1995. 256 с.

11. Коваль П.И. Физико-химический анализ и оптимизация технологии крупнотоннажного производства метанола. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Томск: ТПУ, 1997.

УДК 62-784.222:667.6.013 О.А.Фоменко, Е.Д.Быков

Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ ПО ВНЕДРЕНИЮ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННОГО ВОЗДУХА НА ПРЕДПРИЯТИИ ПО ПРОМЫШЛЕННОЙ ОКРАСКЕ.

В работе рассматривается управление проектом по внедрению системы очистки отработанного воздуха на предприятии. Обосновывается необходимость внедрения системы очистки. Выделены основные этапы управления проектом. Дана технологическая характеристика системы очистки. Рассчитаны экономические показатели эффективности внедрения системы очистки на предприятии.

The paper deals with project management to implement the system on the exhaust air purification plant. The necessity of introducing the cleaning system is described. The basic stages of project management is determined. Given the technological characteristics of the cleaning system. Economic performance indicators for introducing cleaning systems at the enterprise are calculated.

Экологические исследования, проведенные в последние десятилетия во многих странах мира, показали, что всё возрастающее разрушительное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду привело ее на грань кризиса. Среди различных составляющих экологического кризиса (истощение сырьевых ресурсов, нехватка чистой пресной воды, возможные климатические катастрофы) наиболее угрожающий характер приняла проблема незаменимых природных ресурсов - воздуха, воды и почвы - отходами промышленности и транспорта.

Многие процессы в промышленности сопровождаются выбросом в атмосферу технологических газов и загрязненного воздуха, содержащих вредные вещества. Вопросы обезвреживания выбросов становятся решающими при размещении новых и расширении действующих предприятий. При современных масштабах производства, когда вместе с отработанным воздухом в атмо-