Разработка принципиальной схемы переработки нефти Мамонтовского месторождения с производительностью по установке производства битума 200 тыс. тонн в год

Введение 5
1 Технико-экономическое обоснование 7
2 Технологическая часть 7
2.1 Характеристика исходной нефти 7
2.2 Выбор схемы переработки нефти и его обоснование 9
2.3 Характеристика установок, предназначенных для переработки нефти 10
2.3.1 Электрообессоливающая установка 10
2.3.2 Установка АВТ (атмосферно-вакуумной трубчатки) 10
2.3.3 Установка риформинга 12
2.3.4 Установка гидроочистки бензина коксования 13
2.3.5 Установка гидроочистки 13
2.3.6 Установка каталитической депарафинизации дизельного топлива 14
2.3.7 Установка производства битумов 14
2.3.8 Установка газофракционирования 14
2.3.9 Установка производства серы 15
2.3.10 Установка производства водорода 15
2.3.11 Установка коксования 16
2.3.12 Установка получения топлив методом изомеризации 16
3 Материальный баланс предприятия 17
4 Теоретические основы процесса 22
4.1 Общие сведения 22
4.2 Классификация битумов по методу получения 23
4.3 Физико-химическая основа метода 24
4.4 Параметры реакции 25
4.5 Описание производственного процесса 26
4.5.1 Вакуумная дистилляция мазута 26
4.5.2 Реакция окисления гудрона 27
4.5.3 Розлив и хранение изготовленных битумов 27
4.6 Технологическая схема производства 28
5 Технологические расчеты 29
5.1 Расчёт работы колонны окисления 29
5.1.1 Материальный баланс окислительной колонны 29
5.1.2 Тепловой баланс колонны окисления битумов 33
5.1.3 Геометрические размеры колонны 37
5.2 Расчет насосов 38
6 Строительные решения 40
6.1 Обоснование района строительства 40
6.2 Объемно-планировочные решения 41
6.3 Конструктивные решения при проектировании сооружений и зданий 41
6.4 Размещение основных установок и агрегатов 42
7 Генеральный план 44
7.1 Характеристика района и промышленной площадки предприятия 44
7.2 Генеральный план проектируемого цеха 45
7.3 Присоединение цеха к коммуникациям и инженерным сетям 46
7.4 Обеспечение водоснабжения 47
7.5 Обеспечение транспортной доступности 49
7.6 Обеспечение озеленения и благоустройства промышленной зоны 50
8 Безопасность и экологичность проекта 51
8.1 Безопасность проекта 51
8.1.1 Вредные и опасные факторы производства на проектируемом заводе 51
8.1.2 Меры безопасности при складировании и хранении продукции, отборе проб 53
8.1.3 Основные требования пожарной безопасности 54
8.1.4 Электробезопасность 54
8.1.5 Производственное освещение 54
8.1.6 Индивидуальные и коллективные средства защиты 54
8.2 Экологичность проекта 54
8.2.1 Твердые и жидкие отходы производства 54
8.2.2 Сточные воды 55
8.2.3 Выбросы в атмосферу 56
Заключение 57
Список сокращений 58
Список использованных источников 59

Весь текст будет доступен после покупки

Битум – это, с исторической точки зрения, первый нефепродукт, который начал использоваться человеком – так, битум применялся в качестве строительного материала более 5000 лет назад. Битум, производимый на месторождениях нефти, может применяться в качестве гидроизоляционного материала при постройке водоканалов, тоннелей, зданий и т.д.
С ростом и развитием нефтепромышленности количество и качество производимого битума непрерывно увеличивалось. На сегодняшний день битум широко используется в различных отраслях промышленности. Битум широко применяется в дорожно-строительной сфере, строительстве и ремонте автодорог, сельском хозяйстве, производстве струйной техники, и т.д. В 2014 году производство нефтяного битума достигло более 111,5 миллионов тонн, причём Россия занимает второе место в мире по потенциалу производства нефтяных битумов, уступая лишь Соединенным Штатам Америки, но, в то же время, опережая Канаду, занимающую третье место и владеющую 7,0 % мировых производственных мощностей.
Относительно мощностей первичной переработки нефти, потенциал производства нефтяных битумов в России составляет 3,7 %, что близко к уровню США, превышает показатели Франции, Италии и Японии, но значительно уступает потенциальным возможностям Канады и Германии.
Качество битума в России регулируется государственными стандартами, которые периодически обновляются. Ассортимент выпускаемых битумов включает:
- строительные битумы, соответствующие ГОСТ 6617-76;
- дорожные битумы, соответствующие ГОСТ 22245-90
- кровельные битумы, соответствующие ГОСТ 9548-74;
- изоляционные битумы, соответствующие ГОСТ 9812-74;
- специальные битумы для лакокрасочных продуктов, соответствующие ГОСТ 21822-87.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Технико-экономическое обоснование

Мамонтовское – крупное нефтяное месторождение в России.
Месторождение Мамонтовское административно расположено в Нефтеюганском районе Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. Оно занимает территорию на левом берегу реки Оби, между Большим Юганом и Большим Салымом, в части бассейна реки Большой Балык, которая находится на Среднеобской низменности.
Население этой местности состоит преимущественно из хантов, манси и русских. Они, преимущественно, занимаются охотой, рыболовством, звероводством и сельским хозяйством.
Ближайшими крупными населенными пунктами являются города Нефтеюганск и Пыть-Ях. Пыть-Ях расположен в центральной части территории месторождения и находится в 50 километрах от города Нефтеюганска. Через месторождение проходит железная дорога Тюмень — Сургут, и Пыть-Ях является крупной железнодорожной станцией. В непосредственной близости от месторождения находится п.г.т. Мамонтово. Дороги на месторождении имеют асфальтобетонное покрытие, но из-за высокой заболоченности территории дорожная сеть развита недостаточно. Перевозка грузов осуществляется железнодорожным и автомобильным транспортом.
Характер климата характеризуется суровой продолжительной зимой, относительно коротким, но теплым летом, а также короткими переходными сезонами весной и осенью. Температура может сильно колебаться как в течение года, так и в течение месяца и даже в течение суток.
Следовательно, одной из ключевых задач для решения проблемы развития в этом районе является усиление транспортной инфраструктуры. Это может быть достигнуто путем строительства новых автомагистралей и развития морских коммуникаций. Среди других проблем, препятствующих социальному и экономическому развитию, следует отметить высокий расход топлива и энергии на производственные и социальные нужды из-за суровых природных и климатических условий.
Из всего этого следует, что Мамонтовскую нефть экономически целесообразно перерабатывать с получением достаточного для потребления регионом количества автобензина, дизельного топлива и керосина. Стоит уделить большое внимание для производства строительного и дорожного битума, чтобы способствовать развитию инфраструктуры.

2 Технологическая часть

2.1 Характеристика исходной нефти

Показатели, характеризующие Мамонтовскую нефть и её фракции, представлены в виде таблиц:
- общая физико-химическая характеристика нефти (Таблица 1);
- потенциальное содержание (в % массы) различных фракций в Мамонтовской нефти (Таблице 2).

Таблица 1 – Общая физико-химическая характеристика Мамонтовской нефти
Наименование показателей Значение
877,7
Кинематическая вязкость (сСт)
- при температуре, равной 20 оС
- при температуре, равной 50 оС
29,35
9,13
Температура застывания
- после термообработки (оС)
- отсутствие термообработки (°C)
-20
-11
Содержание (вес. %)
- асфальтенов
- серы всего
- азота всего
- сернокислотных смол
- смол силикагелевых
4,98
1,52
0,2
32
17,75
Молярная масса, г/моль 257
Концентрация парафинов (%) 2,31
Коксуемость (вес. %) 4,98
Кислотное число (мг КОН/г нефти) 0,01
Шифр нефти (ГОСТ 912-66 – Технологическая классификация)
- сернистая нефть – 1,52 %
- выход фракций, % масс. до 350 оС – 42,8 %
- содержание парафинов ¬ 2,31 %
II
T2
П1
Вязкость при 20 оС – 29,3 И1

Таблица 2 – Потенциальное содержание (в вес. %) фракций Мамонтовской нефти
Отгоняется до температуры, оС Содержание фракций, % вес. Отгоняется до температуры, оС Содержание фракций, % вес.
До 28 (Газ до С4) 0,3 260 27
60 2,4 270 28,7
62 2,9 280 30,2
70 3,8 290 32
80 4,8 300 33,6
85 5,2 310 35,2
90 5,9 320 37,2
95 6,3 330 39
100 6,8 340 40,8
105 7,6 350 42,8
110 8 360 44,2
120 9,2 370 46
122 9,4 380 47,6
130 10,2 390 49,2
140 11,6 400 51
145 12 410 52,8
150 12,8 420 54,4
160 14 430 55,8
170 15,2 440 57,6
180 16,4 450 59,2
190 17,6 460 60,7
Окончание таблицы 2
200 18,6 470 62,5
210 20,2 480 64
220 21,6 490 65,6
230 22,8 500 67,5
240 24,2 остаток 32,5
250 25,6

2.2 Выбор схемы переработки нефти и его обоснование

Выбор направления переработки нефти и ассортимента производимых нефтепродуктов зависит от физико-химических свойств нефти, уровня технологической оснащенности нефтеперерабатывающего завода и текущих потребностей хозяйственных секторов в нефтепродуктах. Существуют следующие основные варианты схемы переработки нефти:
- топливный вариант переработки нефти;
- топливно-масляный;
- топливно-нефтехимический.
По топливному варианту основной упор делается на производство моторных и котельных топлив. Этот вариант переработки характеризуется наименьшим количеством технологических установок и низкими капиталовложениями. Он может включать как неглубокую, так и глубокую топливную переработку. При неглубокой переработке нефти светлые нефтепродукты составляют до 40-45 % от исходной нефти, а выработка котельного топлива достигает 50-55 %. В случае варианта схемы с глубокой переработкой максимизируется количество производимых высококачественных реактивных и моторных топлив при минимизации количества сырья, превращающегося в котельные сорта топлива.
Топливно-масляная схема предусматривает одновременное производство ряда товарных топлив и совокупности минеральных и синтетических масел. Такую схему целесообразнее выбрать в случае наличия нефти с большой долей масляных фракций. Кроме того, в этом варианте могут производиться парафины, церезин, битумная продукция и нефтяной кокс из асфальтов и экстрактов, полученных в процессе очистки масел.
Топливно-нефтехимический вариант переработки нефти предусматривает производство широкого спектра топлива и, одновременно с этим, большого ассортимента продуктов нефтехимических процессов. В такой схеме промежуточные продукты, полученные в процессах производства топлив, далее используются в нефтехимических процессах для производства этилена и полиэтилена, дивинила и изопрена, бутиловых спиртов и ксилолов, фенола и ацетона, стирола и полимерных смол.
При проектировании нефтеперерабатывающего завода, который будет осуществлять переработку нефти, наиболее перспективной и востребованной вариантом в нашем случае будет топливная схема с глубокой переработкой нефти, так как она обеспечивает наибольший выход светлых нефтепродуктов.
2.3 Характеристика установок, предназначенных для переработки нефти

2.3.1 Электрообессоливающая установка

Электрообессоливающая установка (ЭЛОУ) разработана для эффективного удаления солей и влаги из нефти перед ее переработкой. При поступлении на установку нефть содержит небольшое количество воды, в которой растворены соли, в основном хлориды. Присутствие этих солей вызывает серьезную коррозию оборудования и снижает качество получаемых топлив. Поэтому целью ЭЛОУ является удаление солей и воды из нефти, чтобы предотвратить коррозию оборудования и обеспечить высокое качество производимых топлив. Коррозия происходит в результате воздействия на металл соляной кислоты, образующейся при гидролизе хлоридов.
Для эффективного удаления солей из нефти применяется процесс обессоливания. В этом процессе нефть тщательно перемешивается с пресной водой в специальных смесителях, что приводит к разрушению и разделению образовавшейся эмульсии нефти и воды в электрическом поле, создаваемом высоковольтными электродегидраторами.
Некоторое количество воды в поступающей на нефтеперерабатывающий завод нефти присутствует в виде эмульсии, где она образует капельки воды. На поверхности этих капелек собираются смолистые вещества, асфальтены, органические кислоты и их соли, которые растворимы в нефти. С течением времени образовавшаяся адсорбционная пленка становится все более толстой и прочной, что приводит к старению эмульсии. Для предотвращения этого явления на многих нефтедобывающих месторождениях используют деэмульгаторы. Однако наиболее стойкие и мелкодисперсные нефтяные эмульсии разрушаются с помощью электрического тока.
При воздействии электрического поля на капельки воды, находящиеся в неполярной жидкости, происходит их поляризация и вытягивание в форму эллипсов с противоположно заряженными концами. Эти капельки притягиваются друг к другу, и при достаточном сближении силы притяжения становятся настолько сильными, что разделяющая их пленка сжимается и разрывается. Для проведения этого процесса на практике применяется переменный электрический ток и напряжением от 25 до 35 киловольт с частотой 50 Гц.
Электрический метод обезвоживания и обессоливания, принятый на заводе, является весьма эффективным и позволяет удалить до 95 % (масс.) и более солей, то есть содержание солей снижается от 40-3000 мг/л до 3-20 мг/л, а остаточное содержание воды в нефти не превышает 0,1 % (масс.).

2.3.2 Установка АВТ (атмосферно-вакуумной трубчатки)

Первичная переработка нефти выполняется с целью получения нефтяных фракций, которые могут быть использованы как сырье для последующей переработки или в качестве компонентов конечной продукции. Этот процесс осуществляется на атмосферных трубчатых (АТ) и атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках.
Атмосферная перегонка направлена на извлечение легких нефтяных фракций, таких как бензин, керосин и дизельное топливо, которые выкипают при температуре до 360 оС. Ожидаемый выход этих фракций составляет от 45 % до 60 % от объема нефти. Остаток после атмосферной перегонки – мазут. Процесс заключается в разделении предварительно нагретой нефти в ректификационной колонне – вертикальном цилиндрическом аппарате, внутри которого расположены контактные устройства (тарелки). Пары движутся вверх, а жидкость – вниз. Тепло подводится в нижнюю часть колонны, а тепло снимается сверху. Поэтому температура в аппарате плавно снижается от нижней части к верхней. Как результат, бензиновая фракция выводится в виде паров сверху колонны, а пары керосина и дизельных фракций конденсируются в соответствующих частях колонны и выводятся, а мазут остается в жидком состоянии и сливается снизу колонны.
Полученная бензиновая фракция на атмосферном блоке содержит газы (главным образом пропан и бутан) в объеме, превышающем требования качества, и не может быть использована в качестве компонента автомобильного бензина или товарного бензина. Кроме того, процессы нефтепереработки, направленные на повышение октанового числа бензина и производство ароматических углеводородов, требуют использования узких бензиновых фракций. Поэтому в технологической схеме переработки нефти включены процессы стабилизации и вторичной перегонки бензина, которые позволяют отделить сжиженные газы от бензиновой фракции и разделить ее на несколько (2-5) узких фракций с помощью соответствующего количества колонн.
Вакуумная перегонка предназначена для отделения масляных дистиллятов от мазута на нефтеперерабатывающих заводах с профилем производства топлива и масла, или для получения широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на заводах с профилем производства топлива. Остаток после вакуумной перегонки – гудрон. Необходимость проведения перегонки масляных фракций в вакууме связана с тем, что при температуре выше 380 оС начинается термическое разложение углеводородов (крекинг), а вакуумный газойль кипит при температуре 520 оС и выше. Поэтому вакуумная перегонка осуществляется при остаточном давлении 40-60 мм рт. ст., что позволяет снизить максимальную температуру в аппарате до 360-380 оС. Для создания разрежения в колонне используется соответствующее оборудование, основными аппаратами являются паровые или жидкостные эжекторы.
Продукты первичной переработки нефти охлаждаются в теплообменниках, которые передают тепло поступающему холодному сырью, что позволяет экономить технологическое топливо. Затем продукты охлаждаются в водяных и воздушных холодильниках и выводятся из производства.
На нефтеперерабатывающих заводах устанавливаются несколько установок первичной переработки, чтобы предотвратить полную остановку завода в случае ремонта одной из установок.
Перегонка нефти выполняется двукратным испарением с использованием двухколонной схемы. Первая колонна служит для выделения газа и самых легких фракций, в то время как вторая является основной атмосферной колонной.
В атмосферной колонне, помимо верхнего и нижнего продукта (бензина и мазута), получаются три боковых погона фракций 140-230 оС, 180-320 оС и 230-360 оС. Каждый боковой погон направляется в отдельную отгонную колонну, где происходит отделение легких фракций. Таким образом, атмосферная колонна фактически представляет собой несколько простых колонн, объединенных в одну. К верху сложной колонны подается острое орошение.
Во II-й и III-й секциях созданы независимые циркуляционные орошения, что позволяет улучшить энергетические показатели процесса за счет использования тепла этих потоков.
Бензиновая фракция с верхней части колонн подается на стабилизацию.
Нестабильная головка с верхней части стабилизационной колонны направляется на газофракционирующую установку (ГФУ), а стабильный бензин (фракция 85-180 оС) служит сырьем для риформинга.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Берлинов, М.В. Основания и фундаменты: учебник для вузов/ М.В. Берилинов. 3-е изд. Москва: Высшая школа, 1999. - 319 с.
2 Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. В 3-х томах / Под ред. Н.В. Лазарева, Э.Н. Левиной - Т. 1-2. - Изд. 7-е, пер. и доп. - Л.: Химия, 1976. - 1216 с.
3 Гунн, Р.Б. Нефтяные битумы / Р.Б. Гунн. – М.: Химия, 1973. - 432 с.
4 ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. Издание апрель 2007 г. с Изменениями № 1, 2. Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 10.03.76 № 579. Москва: Стандартинформ, 2007. - 44с.
5 Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов: учебник для вузов / И.Б. Грудников. - Москва: АСВ, 1983. - 234 с.
6 Гун Р.Б. Битумы и битумные композиции: учебник для вузов / Р.Б. Гун. - Москва: Стройиздат, 1989. - 432 с.
7 Зингель, Т.Г. Системы управления химико-технологическими процессами: метод.указания к выполнению курсовых работ и разделов в дипломных проектах для студентов химико-технологических специальностей всех форм обучения/Т.Г. Зингель. – Красноярск: СибГТУ., 2006. - 40 с.
8 Каминский, Э.Ф. Глубокая переработка нефти. Технологические и экологические аспекты: учеб.пособие для вузов/ Э.Ф. Каминский, В.А. Хавкин. - Москва: Техника, 2001. - 384 с.
9 Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов/А.Г. Касаткин- 11-е изд., стереотипное идораб., перепеч.- Москва: ООО ТИД «Альянс»,2005 . - 753 с.
10 Кузнецов, А. А. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие/ А.А. Кузнецов,Е.Н. Судаков. - Москва: Химия, 1983. - 224 с.
11 Макаревич, В.А. Строительное проектирование химических предприятий: учебник / В.А. Макаревич. - М.: Высшая школа, 1977. - 208 с.
12 Мановян, А.К. Технология переработки природных энергоносителей: учебное пособие /А.К. Мановян.- Москва: Химия, КолосС,2004. - 456с.
13 Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Ю. И. Дытнерский[и др.]; под ред. Ю.И. Дытнерского - 3-е изд., стереотипное.- Москва: ООО ИД «Альянс»,2008. - 469 с.
14 Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб.пособие для вузов/ К.Ф. Павлов,П.Г. Романков, А.А. Носков. - Москва: ООО ИД «Альянс»,2006 . - 576 с.
15 Печёный Б. Г. Битумы и битумные композиции: учебник для вузов / Б.Г. Печёный. - Москва: Стройиздат, 1990. - 257 с.

Весь текст будет доступен после покупки