Маленьких Владислав Сергеевич. Повышение энергоэффективности установок изомеризации за счет подготовки сырья и рационального разделения продуктов

brief description

Маленьких Владислав Сергеевич. Повышение энергоэффективности установок изомеризации за счет подготовки сырья и рационального разделения продуктов: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.17.07 / Маленьких Владислав Сергеевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет], 2017

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МАЛЕНЬКИХ ВЛАДИСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
УСТАНОВОК ИЗОМЕРИЗАЦИИ ЗА СЧЕТ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ
И РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ
05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор С. В. Корнеев
Омск - 2016
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Существующие способы повышения энерго- и ресурсосбережения на
технологических установках 10
1.1.1. Повышение энергоэффективности теплотехнического оборудования .. 10
1.1.2. Увеличение эффективности теплообменных процессов и сжигания
топлива в нагревательных печах 11
1.1.3. Применение современных теплообменных аппаратов 11
1.1.4. Совершенствование системы рекуперации в процессах переработки
нефти 12
1.1.5. Применение устройств плавного пуска на приводах технологического и
вспомогательного оборудования 14
1.1.6. Замена рабочих колес АВО с металлическими лопастями на колеса,
выполненные из композитных материалов 14
1.1.7. Использование энергии редуцируемого пара путем внедрения паровых
турбин с противодавлением и компенсация реактивной мощности .... 16
1.2. Математическое моделирование технологических процессов 18
1.3. Характеристика процесса, влияние технологических параметров на качество и
выход продуктов, описание технологической схемы 20
1.4. Влияние технологических параметров на качество и выход продуктов 23
1.4.1. Состав сырья 23
1.4.2. Объемная скорость подачи сырья 24
1.4.3. Температура процесса 24
1.4.4. Давление 25
1.4.5. Мольное отношение «водород : сырье» и кратность циркуляции ВСГ . 25
1.5. Описание технологической схемы установки 26
1.5.1. Секция гидроочистки 26
1.5.2. Секция деизопентанизации 29
1.5.3. Реакторный блок изомеризации 31
1.5.4. Секция стабилизации изомеризата 33
1.5.5. Блок разделения изомеризата 34
1.6. Общий анализ пинч-технологии 37
1.7. Постановка задачи исследованияи, пути ее решения 39
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСТАНОВКИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ
ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПАРАМЕТРОВ ЕЕ РАБОТЫ 41
2.1. Постановка задачи рационализации энергоемкого процесса изомеризации 41
2.2. Моделирование термодинамических и физических свойств углеводородов 43
2.3. Моделирование в программной среде Aspen HYSYS
2.3.1. Расчет свойств 49
2.3.2. Уравнения состояния 49
2.3.3. Расчет технологических схем 50
2.4. Разработка и построение имитационной модели установки изомеризации в
программной среде Aspen HYSYS 51
2.4.1. Технологические параметры, влияющие на процесс 52
2.4.2. Построение модели 53
2.5. Оценка адекватности построенной имитационной модели 55
3. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ УСТАНОВКИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПИНЧ-АНАЛИЗА 57
3.1. Выполнение пинч-анализа установки изомеризации 57
3.1.1. Извлечение данных 57
3.1.2. Целевые показатели энергопотребления 59
3.1.3. Определение целевых показателей по колоннам 68
3.1.4. Анализ загрязнения теплообменников 70
3.2. Анализ работы блока оборотного водоснабжения установки изомеризации .... 72
3.2.1. Качество подпиточной и оборотной воды 72
3.2.2. Скорость коррозии 76
3.2.3. Анализ работы градирни 77
4. НАПРАВЛЕНИЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК
ИЗОМЕРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПИНЧ-АНАЛИЗА 82
4.1. Дополнительный подогрев сырья ГО отходящим потоком 82
4.2. Модернизация схемы подготовки сырья установки изомеризации 83
4.3. Замена двух паровых ребойлеров на технологическую печь 91
4.4. Подогрев потока топливного газа технологическим потоком 92
4.5. Дополнительный подогрев сырьевого потока колонны К-3 за счет тепла
кубового потока колонны К-2 96
4.6. Методика определения оптимального места ввода сырья для снижения
энергопотребления колонны-деизопентанизатора 98
4.7. Модернизация системы фильтрации установки изомеризации 104
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ... 108
5.1. Расчет экономического эффекта от внедрения узла подготовки сырья и
монтажа теплообменника Т-1/6 109
5.2. Расчет экономической эффективности мероприятия по замене двух ребойлеров
на технологическую печь 111
5.3. Расчет экономической эффективности мероприятия по подогреву потока
топливного газа технологическим потоком 113
5.4. Расчет экономической эффективности мероприятия по дополнительному
подогреву сырьевого потока колонны К-3 за счет тепла кубового потока колонны К-2 114
энергопотребления колонны-деизопентанизатора 115
5.6. Расчет экономической эффективности мероприятия по модернизации системы
водоподготовки установки изомеризации 117
5.7. Расчет общей экономической эффективности по всем предлагаемым
мероприятиям 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 124
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 125
ПРИЛОЖЕНИЯ 133
1. Параметры технологического режима 134
2. Имитационная модель установки в среде Aspen HYSYS 140
3. Схема Изомалк-2 после реализации предложения по дополнительномуподогреву
сырьевого потока колонны 141
4. Тепловая схема установки изомеризации после переобвязки теплообменника Т-10 с
пара на продуктовый поток 142
5. Тепловая схема установки изомеризации после внедрения дополнительного
подогрева сырьевого потока колонны К-3 за счет тепла кубового потока колонны К-2 143

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результатом проделанной работы является следующее.
1. Произведен анализ функционирования установки изомеризации легких бензиновых фракций с построением модели в программной среде As¬pen HYSYS;
2. На основе построенной модели колонны деизопентанизатора разра¬ботана универсальная методика, позволяющая определять место ввода сырья в ректификационную колонну для минимизации потребления энергоресурсов на стадии ее проектирования;
3. Установлено, что причиной образования твердых частиц кокса в межтрубном пространстве сырьевых теплообменников, приводящей к росту перепада давления в оборудовании и выходу его из строя, является присут¬ствие в сырье растворенного кислорода в концентрации от 4 ppm. Найден и доказан эффективный способ решения проблемы закоксовывания теплооб¬менников, позволяющий избежать возникновения данной проблемы, как при проектировании новых технологических установок, так и на действующих установках. Он основан на введении ВСГ в сырье перед буферной емкостью и изменении режимных параметров работы самой емкости, что позволяет сдувать из нее газ, насыщенный кислородом в топливную сеть установки и исключает образование отложений в межтрубном пространстве сырьевых теплообменников.
4. Разработана схема подготовки оборотного водоснабжения для уста¬новки изомеризации, с помощью которой можно добиться необходимого ка¬чества охлаждающей воды, и тем самым увеличить межремонтный пробег установки до четырех лет, увеличить теплосъем в водяных холодильниках до 11 % и снизить потребление реагентов для водоподготовки до 56 %.
5. На основе проведенного комплексного обследования установки изомеризации даны рекомендации по повышению энергоэффективности и ресурсосбережения, которые в совокупности позволяют добиться экономии энергресурсов до 20 % .
6. Ожидаемый экономический эффект от снижения затрат на энерго¬ресурсы и сокращение безвозвратных потерь углеводородов составляет
млн руб. в год при затратах в 333,1 млн руб. на реализацию предло¬женных рекомендаций. Срок окупаемости капитальных затрат составит не более 1,5 лет.