тарелки с центробежными сепарационными элементами

Новые разработки
ОАО «НИПИгазпереработка» в
области технологии и оборудования
Докладчик: Литвиненко А.В.
Презентация для межотраслевого совещания
Сочи, 06.10.2010 г.
СОДЕРЖАНИЕ
 НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ
ФРАКЦИИ
 ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦИОННЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
 РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ
 БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ
СЕЧЕНИЕМ
2
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ ПРОПАН-МЕТАНОЛ-ВОДА
Цели:
Определение фазовой
диаграммы
3.2.0 - 2б
- определение параметров фазового равновесия
системы пропан-метанол-вода
- экспериментальная проверка полученных данных
на ректификационной колонке
- разработка математической модели системы
Инструменты:
- ректификационный аппарат КР-1
- набор сосудов под давлением
- термостат
- хроматограф
3.2.1 - 2б
3.2.1 - 3б
Выбор областей
дистилляции
1 СН4О
123
12
2
С3Н8
23
3
Н2О
Результат:
- параметры азеотропных точек (температуры,
давления, концентрации);
- коэффициенты распределения компонентов
- положение бинодали на фазовой диаграмме
- расчетная модель параметров системы для
программного комплекса HYSYS
ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СИСТЕМЫ
Классический
метод
1. промывка водой в колонне
2. последующая адсорбционная осушка
вариант 1 3. регенерация метанола
1. промывка водой в статическом смесителе
2. ректификация смеси в неполной колонне с
использованием тепла низкого потенциала, а
также теплового насоса или без него
вариант 2
3. регенерация метанола
Методы с
использованием
азеотропных
свойств системы
1. разделение в колонном аппарате с промывкой и
расслаиванием в рефлюксной емкости с
использованием теплового насоса или без
вариант 3
2. регенерация метанола
1. разделение в 4-х колонном комплексе с
варьированием давления и использованием
вариант 4
теплового насоса или без
1. разделение в полной колонне с промывкой
рефлюкса в статическом смесителе и расслоением
вариант 5 2. регенерация метанола
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ
Вариант
1
Вариант
2
Вариант
3
Вариант
4
Вариант
5
5000
50
5000
50
5000
50
5000
50
5000
50
Конечное содержание в пропане, ppm:
- метанола
- воды
50
1
50
1
50
1
50
1
50
1
Удельные энергозатраты, квт*ч/т:
- без теплового насоса
- с тепловым насосом
15
-
35
<5
40
< 10
50
< 25
32
<5
660
462
594
792
528
Наименование показателя
Начальное содержание в пропане, ppm:
- метанола
- воды
Стоимость строительства установки,
млн руб.
Выводы:
1. Наименьший CAPEX у варианта 2
2. Наименьшие OPEX у варианта 5
3. Применение теплового насоса существенно снижает энергопотребление установки
4. Для энергоснабжения установки возможно использование неутилизируемого тепла с
низким потенциалом, что повысит индекс энергоэффективности предприятия
ПРОЕКТ ТЕХНОЛОГИИ АЗЕОТРОПНОЙ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ
ФРАКЦИИ ОТ МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
Преимущества:
Пропан неочищенный и неосушенный:
метанол - 0,5%, вода - 50 ppm
• высокая степень очистки;
• простота технологической схемы;
• низкий CAPEX;
Вода из системы регенерации
• низкие OPEX;
метанола
• возможность использовать
неутилизируемое тепло предприятия (с
низким потенциалом)
Мероприятия по разработке технологии:
Т-2
Т-3
С-1
К-1
Водо-метанольная смесь
на разделение
• изучение фазового равновесия системы
пропан-метанол-вода;
• разработка технологической схемы на уровне
изобретения
Теплоноситель
Т-4
Т-1
Очищенный и осушенный пропан:
метанол – 50 ppm, вода - 1 ppm
Ожидаемый результат:
• уменьшение сроков проектирования и строительства;
• снижение капитальных затрат на строительство установки;
• высокая надежность и низкие затраты на обслуживание и ремонт;
• повышение энергоэффективности предприятия за счет использования
источников тепла с низким потенциалом;
• продажа лицензии
СОДЕРЖАНИЕ
 НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ
ФРАКЦИИ
 ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦИОННЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
 РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ
 БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ
СЕЧЕНИЕМ
7
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТАНА ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТЯНОГО ГАЗА
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
На большинстве производств не
выделяется из нефтяного газа
В ПЕРСПЕКТИВЕ
Выработка этановой фракции и ее
химическая переработка
На действующих заводах этановая фракция вырабатывается на
НТКР Минибаевского ГПЗ и НТК Нефтегорского ГПЗ
8
БЛОК-СХЕМА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
НЕФТЯНОГО ГАЗА
Узел охлаждения
нефтяного газа
Низкотемпературный
сепаратор
Турбодетандер
Узел деэтанизации
или выработки
этановой фракции
Деметанизатор
9
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ ФРАКЦИИ,
РАЗРАБОТАННЫЙ ОАО «НИПИГАЗПЕРЕРАБОТКА»
Известная схема узла
выработки этановой фракции
Этановая фракция
Схема узла выработки этановой
фракции, разработанная
ОАО «НИПИгазпереработка»
Этановая фракция
пропан
пропан
Х-1
Е-1
Температура
выше -30 С
Давление
2,7 МПа (изб.)
Т-2
Н-1
Фракция С2+выше
Х-1
Е-1
Температура
-30 С
Давление
1,2 МПа (изб.)
Н-1
К-1
Фракция С2+выше
Т-1
К-1
Т-1
теплоноситель
теплоноситель
ШФЛУ
ШФЛУ
10
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
УЗЛА ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ ФРАКЦИИ
Наименование показателя
Известная
схема
Предлагаемая
схема
Разница, %
Нагрузка на пропановый
испаритель, кВт
3 594
3 070
14,6
Нагрузка на рибойлер, кВт
3 287
2 127
35,3
2,6
1,2
-
на тарелках выше питания
67,4
36,6
45,7
на тарелках ниже питания
69,8
22,1
68,3
Давление в этановой колонне,
МПа (изб.)
Максимальный расход паров
в этановой колонне, м3/час:
11
КАПИТАЛЬНЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ ПРОЦЕССА
ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ ФРАКЦИИ
Известная схема
Предлагаемая схема
Ориентировочные капитальные затраты
53 470 тыс. руб
38 720 тыс. руб
меньше на 27,6 %
Ориентировочные эксплуатационные затраты
(на электроэнергию и топливный газ)
47 945 тыс.
руб/год
39 779 тыс. руб
/год
меньше на 17,0 %
12
РЕКОНСТРУКЦИЯ УЗЛА ВЫРАБОТКИ ЭТАНА ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ
ТРЕБУЕМОГО ДАВЛЕНИЯ ЭТАНОВОЙ ФРАКЦИИ
Известная схема
Предлагаемая схема
Замена всего оборудования узла
выработки этановой фракции
Этановая фракция
Замена
Этановая фракция
пропан
пропан
Т-2
Х-1
Е-1
Н-1
Фракция С2+выше
Х-1
Е-1
Н-1
К-1
Фракция С2+выше
Т-1
К-1
Дооборудование
Т-1
теплоноситель
теплоноситель
ШФЛУ
ШФЛУ
13
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРЕДЛАГАЕМОЙ СХЕМЫ
УЗЛА ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ ФРАКЦИИ
 Меньшие капитальные затраты
 Меньшие эксплуатационные затраты
 Меньшие затраты на реконструкцию узла при увеличении
требуемого давления этановой фракции
14
СОДЕРЖАНИЕ
 НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ
ФРАКЦИИ
 ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦИОННЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
 РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ
 БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ
СЕЧЕНИЕМ
15
ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦОИННЫМИ СТУПЕНЯМИ
- увеличение производительности по газу
деметанизаторов установок НТК
Няганьгазпереработка, Губкинского ГПК,
Южно-Балыкского ГПК и др. на 25…30%
- увеличение выработки ШФЛУ на 3…7%
CРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ
СЕПАРАЦОИННЫМИ СТУПЕНЯМИ
Наименование
показателя
Деметанизатор установки НТК с
турбодетандером
ситчато-клапанные
массообменные тарелки
Производительность
установки НТК, млрд.
м3/год
Разниц
а, %
массообменными
тарелками с
центробежными
сепарационными
ступенями
1,5
-
Диаметр, мм
2 000
1 600
25
Высота, мм
16 800
16 800
0
Масса, кг
21 000
12 600
40
СОДЕРЖАНИЕ
 НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ
ФРАКЦИИ
 ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦИОННЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
 РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ
 БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ
СЕЧЕНИЕМ
18
РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
-повышение производительности
массообменных аппаратов на 5…15 %
- снижение гидравлического
сопротивления на 10…45 %
- высокая эффективность
разделения
-простота конструкции
- изготовление методом
штамповки
СОДЕРЖАНИЕ
 НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ
ФРАКЦИИ
 ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦИОННЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
 РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ
 БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ
СЕЧЕНИЕМ
20
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Создан на основе:
• Моделирования гидродинамики движения двухфазного
потока в поле центробежных сил
• Моделирования пленочных течений и эффективного вывода
жидкости из сепарационного элемента
• Оптимизации технологических параметров работы для
достижения максимальной эффективности разделения
• Проверки и отработки решений в ходе стендовых
испытаний на лабораторной базе института
Основные преимущества:
Зависимость содержания капельной жидкости в газе от расхода
0,009
существующий центробежный
элемент
0,008
Количественное содержание г/м^3
• Повышенная эффективность за счет подавления
вторичных процессов
• Расширенный диапазон эффективной работы за счет
новых решений по отводу пленок жидкости
• Пониженное гидравлическое сопротивление
• Увеличение производительности и сокращение стоимости
проектируемых сепараторов
• Простота монтажа
• Стойкость к загрязнениям
• Не требует обслуживания
• При больших изменениях по производительности (в
меньшую сторону) возможен демонтаж части элементов в
сепараторе.
0,007
перспективная разработка
центробежного элемента
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0
100
150
200
250
300
Расход, м^3/ч
350
400
450
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗОСЕПАРАТОРА С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ
СЕПАРАЦИОННЫМ ЭЛЕМЕНТОМ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Сепаратор С-201 для КС-3 Нижневартовского ГПК
4 шт. газосепаратор
сетчатый по
ТУ 3683-031-00220322-04
DxH = 2000x6260
m = 4950 кг х 4 шт.= 19800 кг
с центробежным
сепарационным
элементом
по ТУ 3615-007-00142300-2003
DxH = 3000х7600
m = 10800 кг
с центробежным
сепарационным
элементом нового
поколения
DxH = 2400х7600
m = 7200 кг
СОДЕРЖАНИЕ
 НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПРОПАНОВОЙ ФРАКЦИИ ОТ
МЕТАНОЛА ДЛЯ ООО «ТОБОЛЬСК-НЕФТЕХИМ»
 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ЭТАНОВОЙ
ФРАКЦИИ
 ТАРЕЛКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ СЕПАРАЦИОННЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
 РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА И СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА
 ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ
 БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ
СЕЧЕНИЕМ
23
БЛОК ТОНКОСЛОЙНОГО ОТСТАИВАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ СЕЧЕНИЕМ
Исследования:
Гидродинамика
Структура многофазных потоков и взаимодействие фаз
Пленочные течения
Седиментация
Компоновочные решения
800
Гравитационное
отстаивание
3
Остаточное содержание "загрязнителя", г/м
1.
2.
3.
4.
5.
700
Предыдущие
разработки
600
500
Новый блок
переменного
сечения
400
300
200
100
0
0
2
4
6
8
10
12
14
3
Расход смеси, дм
/ч
Основное уравнение модели процесса
осаждения
 ост. ( х )  
d
  d 3  (1  Vос (d ) 
6
х
)
h 1  V0
 N(d)  dd
Преимущества:
1.
2.
3.
4.
5.
Более высокая эффективность
Больший диапазон эффективной работы
Значительное сокращение массогабаритных характеристик и
стоимости проектируемых сепараторов
Простота монтажа
Простота очистки
16
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!