Определение оптимального режима работы блока деэтанизации с точки зрения снижения энергозатрат

УДК 66.011

И. И. Минныразиев, С. В. Рачковский ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ БЛОКА ДЕЭТАНИЗАЦИИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ

Ключевые слова: оптимизация, технологические параметры.

В статье рассматривается вопрос оптимизации технологического режима работы блока деэтанизации газофракционирующий установки ГФУ-300. По результатам работы были предложены рекомендации по изменению параметров технологического регламента процесса.

Keywords: optimization, process parameters.

In article the question of optimization of a technological operating mode of the block of a deetanization gas-fractionation the installations GFI-300 is considered. By results of work recommendations about change ofparameters of production schedules of process have been offered.

Введение

Работа блока определяется режима технологических и конструктивных параметров.

В работе [1] решена задача оптимального проектирования газофракционирующей установки, при этом в качестве критерия оптимальности выбрана удельные приведенные затраты. Расчеты показали, что для достижения минимума данного критерия необходимо в колонне К-601 в укрепляющей части установить 11 тарелок, и исчерпывающей части 24 тарелок. Это потребует существующей реконструкции действующего оборудования связанные значительными затратами, и остановку производства, что представляется нецелесообразно. Поэтому в данной работе в качестве критерия оптимальности приняты показатели энергозатрат (тепловые нагрузки), а в качестве оптимизируемых параметров режима технологические характеристики процессов. Объектом исследования является блок деэтанизации который входит в состав установки ГФУ-300, находящийся в г. Альметьевске Управления «Татнефтегазопереработка».

Описание расчетной схемы

Блок деэтанизации (рис. 1) предназначен для извлечения этана из широкой фракции легких углеводородов. Основными элементами блока работающего под давлением является ректификационная колонна, конденсационный блок и испаритель с паровым пространством [2].

Сырье - смесь широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) с установок стабилизации и компрессионного бензина (КБ) из сырьевого парка поступает на установку и подогревается в теплообменнике Т-620 до 35 оС. потоком горячего (275 оС) теплоносителя (керосина) из печи П-601

Далее сырье делится на два потока: 90 % потока ШФЛУ подается в колонну К-601 на 17 тарелку (всего 40 тарелок), дополнительно подогревается до 66 оС в теплообменнике Т-601; 10% поток подается через холодильник Т-621 в шлеемовую трубу колонны К-601 на смешение с газом отпарки перед

совокупностью аппаратурно

конденсатором - холодильником Т-603. Холодильник Т-621 предусмотрен для поддержания температуры сырья в летний период 35-45 оС.

Рис. 1 - Принципиальная технологическая схема блока деэтанизации: К-601 - ректификационная колонна (деэтанизатор); Е-601 - рефлюксная емкость; Т-602 - испаритель; Т-601, Т-620, Т-621-теплообменник; конденсационный блок (Т-604 -теплообменник; Т-603 - аппарат воздушного охлаждения); НЦ-601 - насос орошения;

Режим работы колонны К-601:

давление верха (абс.) температура верха температура куба температура сырья

расход сырья

расход орошения

2,1-2,75 МПа; 25 -г- 58 оС; 95 - 115 оС; до 76 оС; 10000 - 48000 кг/ч; 3500 - 25000 кг/ч.

Подвод тепла в куб деэтанизатора К-601 осуществляется теплоносителем (керосином) с температурой 275 оС из печи П-601 через испаритель Т-602.

Пары углеводородов из К-601 с температурой 59 оС поступают в аппараты воздушного охлаждения Т-603, затем в концевой холодильник Т-604, частично конденсируются и охлаждаются. Далее смесь с температурой 35^45 оС поступает в

рефлюксную емкость Е-601 где разделяется на газовую и жидкую фазы. Газ из емкости Е-601 сбрасывается на прием компрессоров завода, а жидкость насосом НЦ-601 с температурой 35^45 оС подается на орошение в колонну К-601.

Жидкость из колонны К-601 с температурой 100^103 0С и давлением 2,05 МПа поступает в испаритель Т-602, подогревается до температуры 110 оС, где из нее отпариваются легкие компоненты. Пары углеводородов с температурой 110 оС возвращаются в куб колонны под нижнюю тарелку, а деэтанизированная жидкость из испарителя Т-602 самотеком поступает в колонну К-602.

Постановка и решение задачи

Описанный выше блок смоделирован в программном комплексе CHEMCAD версии 6.3 [3]. Расчетная схема модели представлена на (рис. 2).

взяты из режимных листов за период работы с 1 января до 30 июня 2016 года.

Таблица 1 - Технологические параметры

Независимые параметры По регламенту По результатам расчета

R 0,761 0,689

PB, МПа 2,03 2,126

Ткуб, 0С 110 104

Рпиг, МПа 2,85 2,568

Тпит, С 66 76

Найденный оптимальный режим работы блока позволяет сэкономить подвод тепла с питанием на 1,4 %, в испаритель на 18%. Энергозатраты в конденсаторе изменилось незначительно. При этом обеспечивается выполнение регламентных ограничений и имеется некоторый запас по качеству этановой фракции, отбираемой в виде дистиллята.

Таблица 2 - Тепловая нагрузка

Энергетические По регламенту Оптимизация

показатели

Опит, кВт 31965 31602

Оисп, кВт 2026,53 1658,77

Окон, кВт -278,71 -292,63

Рис. 2 - Расчетная схема блока деэтанизации

В качестве целевой функции принята тепловая нагрузка на испаритель QИcп, при этом независимыми параметрами выступали: флегмовое число R, давление верха РВ, температура куба ТКУБ, давление питания РПИТ, температура питания ТПИТ.

При расчете были наложены следующие ограничения, взятые из технологического регламента процесса содержание этана верхнем продукте (поток 1) не менее 0,35% масс., содержание пропана в нижнем продукте (поток 2) не менее 0,18 % масс.

Задача оптимизации решалось методом простых итераций с точность сходимости 10-8.

Результаты расчета представлены в таблицах 1 и 2. Данные приведённые по регламенту процесса

© И. И. Минныразиев - магистрант каф. «Машины и аппараты химических производств» КНИТУ, ilnur10x@mail.ru; С. В. Рачковский - канд. техн. наук, доцент той же кафедры.

По результатам работы можно предложить внести изменения в технологический регламент процесса: уменьшить расход флегмы подаваемое на орошение колонны на 10%, повысить температуру питания с 66 оС до 76 оС, поддерживать температуру в кубе колонны в пределах 104 оС, при этом давление верха должно составлять 2,126 МПа.

Литература

1. Зиятдинов Н.Н. Оптимальное проектирование газофракционирующей установки. /Н.Н Зиятдинов, Т.В. Лаптева, Н. Ю. Богула, Д. А. Рыжов //Вестник Казанского технологического университета. №12; 2012. - С. 156-158.

2. Технологический регламент газофракционирующей установки ГФУ-300 /ПАО «Татнефть» Управления «Татнефтегазопереработка» //Альметьевск, 2016. - 334 с.

3. Математическое моделирование химико-технологических систем с использованием программы ChemCad: Учебно-методическое пособие /Казан. гос. технол. ун-т. Сост.: Н.Н. Зиятдинов, Т.В. Лаптева, Д.А. Рыжов. -Казань, 2008. - 160 с.

© I. I. Minnyraziev - M.Sc. student of the deportment "Mechanical Engineering For Chemical Industry" ilnur10x@mail.ru; S. V. Rachkovskiy - Ph. D., Associate Professor the same department.

of KNRTU,