Процесс деасфальтизации нефтяных остатков легкими углеводородными растворителями является энергоемким процессом. Разработанная в 70-х годах технология регенерации растворителя в сверхкритических условиях (процесс ROSE) позволяет снизить расход энергоресурсов в целом по установке на 25–30%за счет использования излишков тепла высокотемпературного потока регенерированного растворителя для нагрева деасфальтизатного раствора.
В процессе регенерации растворителя в сверхкритических условиях основной поток регенерируемого растворителя имеет высокое сверхкритическое значение давления 4,5 – 5,0 МПа. ГУП ИНХП РБсовместно с ФГУП «НПП «Мотор» разработал технологию регенерации растворителя при сверхкритических условиях, в которой полезно используется не только избыток тепловой энергии сверхкритического потока, но напор данного потока для сжатия и компремирования газообразного растворителя, выводимого из системы низкого давления, путем включения в схему газоструйных компрессоров. Такая комплексная реконструкция узла регенерации растворителя, охватывающая систему регенерации растворителя как высокого, так и низкого давления, приводит к более значительному сокращению потребления энергоресурсов, уменьшению числа основных аппаратов и упрощению процесса.
На рис. 1 приводится принципиальная схема установки деасфальтизации нефтяных остатков, оснащенной газоструйной системой регенерации растворителя, разработанной ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ».
Растворитель, выводимый с верха разделителя, имеет высокую температуру, превышающую на 30-60°С температуру в экстракционной колонне, в то же время имеет высокие значения плотности и коэффициента теплопроводности. Все это позволяет осуществить эффективный теплообмен между потоком растворителя из разделителя и потоками деасфальтизатного и асфальтового растворов из экстрактора в теплообменниках 3, 6 и утилизировать таким образом основную часть тепла растворителя. Кроме того, коэффициент вязкости растворителя, находящегося в сверхкритических условиях, очень низок, он практически равен коэффициенту вязкости газообразного растворителя, поэтому потери давления в теплообменниках 3, 6 невелики.
В связи с этим открывается возможность использовать потенциальную энергию потока растворителя высокого давления для сжатия потока газообразного растворителя из отпарных колонн 12, 13 в струйном компрессоре 7 (см. рис. 1). Таким образом, в данной схеме полезно используется не только тепловая энергия потока растворителя из разделителя, работающего в безиспарительном режиме, но и его потенциальная энергия сжатия. Потоки растворителя системы низкого и высокого давления после струйного компрессора объединенным потоком при давлении до 18 ата проходят через холодильник 14, конденсируются и стекают в емкость жидкого растворителя 11.
Для регенерации растворителя из асфальтового раствора, выводимого с низа экстракционной колонны 1, поток нагревается сначала в теплообменнике 6 потоком растворителя из разделителя 5, затем в технологической печи 8, после которой поступает в испаритель 9. Газообразный растворитель с верха испарителя 9 охлаждается и конденсируется в холодильнике 10 и стекает в емкость 11. Асфальт, выводимый с низа испарителя 9, отпаривается водяным паром в отпарной колонне 13 и выводится с установки. Пары воды и растворителя с верха отпарных колонн направляются через конденсатор смешения в приемную камеру струйного компрессора. Следует отметить, что в данной схеме наличие конденсатора смешения не имеет такого принципиального значения, как это имеет место в обычной схеме компремирования газообразного растворителя с использованием поршневых компрессоров, для которых наличие паров воды в потоке на входе в аппарат представляют большую опасность. Газоструйные компрессоры будут работать и без предварительной конденсации паров воды в конденсаторе смешения, что значительно уменьшит объем сточных вод, сбрасываемых с установки в канализацию. Ясно, что производительность газоструйного компрессора должна быть рассчитана на суммарный поток паров воды и растворителя, выводимых из отпарных колонн. Кроме того, должен быть предусмотрен постоянный дренаж воды из емкости растворителя.
Растворитель из емкости 11 насосом 15 подается в экстракционную колонну на повторное использование. Таким образом, в данной схеме регенерации по сравнению с традиционной высвобождаются три испарителя растворителя, поршневой компрессор с сопутствующим оборудованием и конденсатор смешения.
Основная сложность внедрения струйных аппаратов заключается в отсутствии методов расчета таких аппаратов. В настоящее время в мировой литературе пока еще не существует методики расчета струйных аппаратов, работающих на сверхкритических потоках.
Исследователями института вместе со специалистами ФГУП «НПП «Мотор» впервые были проведены экспериментальные исследования работы струйных компрессоров с использованием пропана и пропан-бутановых смесей, находящихся в сверхкритическом состоянии. В ходе этих исследований был определен ряд эмпирических зависимостей между геометрическими параметрами струйного аппарата, параметрами сверхкритического потока (температура, давление) и коэффициентами инжекции.
Разработан способ расчета характеристик газоструйных компрессоров, в основу которого положена известная методика расчета Соколова Е.Я. и Зингера Н.М., с учетом особенностей работы струйного аппарата в системе регенерации растворителя установок деасфальтизации. Проведенные расчеты показали, что ведение процесса компремирования растворителя в две ступени значительно снижает степень сжатия в газоструйных аппаратах, что обеспечивает более устойчивый и стабильный режим работы системы компремирования в целом, а также позволяет снизить давление в отпарных колоннах. На первой ступени сжатия в качестве рабочей жидкости в газоструйный компрессор подается поток паров растворителя, выводимых из испарителей асфальтового и деасфальтизатного растворов, а на второй ступени – высоконапорный поток растворителя, выводимый из сверхкритического разделителя.
Основываясь на полученных в ходе исследований результатах, в 2007г. были спроектированы и изготовлены 12 промышленных аппаратов струйных компрессоров, предназначенных для компремирования газообразной пропан-бутановой смеси на установке деасфальтизации гудрона 36/2 ОАО «Уфанефтехим».
Наша технология регенерации растворителя из деасфальтизатного раствора, дополненная применением инжекторной системы компремирования потока газообразного растворителя низкого давления, позволяет организовать абсорбционную очистку растворителя от сероводорода, который образуются при регенерации растворителя из асфальтового раствора за счет высокотемпературного нагрева потока в печи и концентрируется в регенерированных растворителях низкого и среднего давления.
На рис. 2 приводится предлагаемая нами двухступенчатая схема компремирования потоков газов с помощью струйных компрессоров и колонны аминной очистки растворителя от сероводорода.
Поток газообразного растворителя низкого давления (поток I, Р = 1,5-2,0 ата), содержащий до 0,5% сероводорода, сжимается струйным компрессором первой ступени СК-1, в котором рабочим телом служит поток газообразного растворителя среднего давления (поток II, Р = 18,0 – 20,0 ата), содержащий до 0,9% сероводорода. После струйного компрессора СК-1 суммарный поток растворителя, имеющий давление 5,5 – 6,0 ата охлаждается воздушным холодильником ВХ-1 и направляется в абсорбционную колонну К-1 на очистку. В качестве абсорбента в К-1 могут использоваться водные растворы моноэтаноламина (МЭА) или метилдиэтаноламина (МДЭА). С верха К-1 очищенный газ подается в приемную камеру струйного компрессора второй ступени сжатия СК-2, где в качестве рабочего тела используется поток растворителя высокого давления (поток III, Р = 42-44 ата).
После СК-2 суммарный поток очищенного растворителя при давлении 17 – 19 ата охлаждается, конденсируется и направляется на стадию экстракции для повторного использования. Содержание сероводорода в потоке растворителя после СК-2 не превышает допустимого уровня 0,001%. Врезультате использования струйных компрессоров для компремирования потока газообразного растворителя из состава установки деасфальтизации исключаются поршневой двухступенчатый компрессор и ряд других связанных с ним аппаратов. В 2006 – 2007 гг. по исходным данным, разработанным ГУП «Институт нефтехим переработки РБ», была спроектирована и осуществлена реконструкция установки деасфальтизации гудрона 36/2 ОАО «Уфанефтехим». При реконструкции установки были разработаны и реализованы следующие мероприятия:
— увеличениепроизводительностиустановкипогудронудо38м3/ч (исходная производительность 28 м3/ч); — использование в качестве растворителя пропан-бутановой смеси;
-осуществление регенерации растворителя из деасфальтизатного раствора при сверхкритических условиях; — замена поршневых компрессоров на струйные аппараты, изготовленные ФГУП «НПП «Мотор», для сжижения растворителя системы низкого давления;
— включение в схему установки дополнительного узла нагрева и циркуляции органического теплоносителяАМТ-300, используемого взамен водяного пара;
— включение в схему установки дополнительного узла аминной очистки растворителя от сероводорода. Внедрение струйных аппаратов на установках деасфальтизации гудрона для сжижения растворителя системы низкого давления в ОАО «Уфанефтехим» осуществлялось впервые не только в России, но и в мировой практике. Поэтому работы по пуску и отладке блока струйных компрессоров, также как и всей установки, проводились в несколько этапов при тесном сотрудничестве разработчиков, проектировщиков и производственников, занимающихся непосредственной эксплуатацией установки. Пуск в работу газо-газовых струйных аппаратов первой ступени СК-1 не вызвал особых проблем. Они, в основном, обеспечили расчетные характеристики как по производительности и коэффициенту инжекции, так и по давлению на линиях всаса и нагнетания. Как и ожидалось, основные трудности, связанные с пуском в работу и обеспечением требуемых параметров режима работы, возникли при пуске струйных компрессоров второй ступени СК-2. Входе пуско-наладочных работ установки 36/2 были выявлены недостатки, связанные с конструкцией этих аппаратов. В частности, были заменены первоначальные сопла, усовершенствована геометрическая конфигурация рабочего сопла.
