3D проектирование установки вторичной деметанизации этан-этиленовой фракции Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Н. В. Абульханова, Р. Р. Мусин

3D ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ВТОРИЧНОЙ ДЕМЕТАНИЗАЦИИ ЭТАН-ЭТИЛЕНОВОЙ ФРАКЦИИ

Ключевые слова: метан, этан - этиленовая фракция, низкотемпературная ректификация, газоразделение, насадка.

В работе рассмотрена возможность модернизации колонны вторичной деметанизации в производстве этилена IV очереди на ОАО «Казаньоргсинтез». Спроектирована технологическая схема установки, система автоматизации и КИПиА, выполнены 3d модели металлоконструкций, оборудования и их обвязка трубопроводами с помощью современных программ: CADWorxP&D, CADWorxEquipment, CADWorxPlant, CADWorxSteel, MathCad, Hysys.

Keywords: methane, ethane - ethylene fraction, low-temperature rectification, gas separation, nozzle.

The upgradability of ethylene demethanization column is presented. Technological scheme of automatic control systems and equipment were designed. 3D models of metal construction, equipments and piping conduits were made by using the software packages CADWorxP&ID, CADWorxEquipment, CADWorxPlant, CADWorxSteel, MathCad, Hysys.

Разработка современных технологических процессов переработки природного углеводородного сырья и оптимальная эксплуатация действующих производств невозможна без применения моделирующих программ, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов.

Технология производства этилена основана на процессе разделения газов пиролиза методом ступенчатой низкотемпературной ректификации. Следует отметить, что ректификационные колонны данного производства характеризуются наличием больших нагрузок по паровой фазе. Цель работы заключалась в том, чтобы сохранить высокую разделяющую способность, снизить гидравлическое сопротивление колонн и уменьшить их габариты (высоту и диаметр). В связи с чем, контактное устройство колонны ректификации узла деметанизации этан - этиленовой фракции было заменено на более эффективное - насадку «Инжехим». Это позволило обеспечить производство следующими преимуществами: повышение качества продукции, производительности аппаратов, снижение удельного гидравлического сопротивления колонн, снижение энергетических затрат на проведение процесса ректификации. Также следует отметить, что новое контактное устройство изготавливается из листа с искусственной шероховатостью, что увеличивает механическую прочность элементов. Наличие шероховатости способствует большей турбулизации стекающей пленки жидкости, а это, в свою очередь, ведет к повышению коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе. В то же время это практически не сказывается на гидравлическом сопротивлении насадки. Достаточно несложная конструкция насадки позволяет изготавливать ее методом листовой штамповки, что снижает себестоимость ее изготовления.

В статье приведена исследуемая установка, которая представляет собой совокупность

взаимосвязанных аппаратов узла деметанизации этан - этиленовой фракции с материальными рециклами. Установка состоит из ректификационной насадочной колонны, предназначенной для полного отделения метана и водорода из этан - этиленовой фракции, а также ее обвязки теплообменным оборудованием. Моделирование данной установки проводилось с использованием программного пакета «Aspen HYSYS 3.2». Для расчета был использован пакет свойств Peng Robinson, так как это уравнение хорошо описывает равновесие пар - жидкость и плотность жидкости для углеводородных систем. При расчете насадочных колонн, особенно когда речь идет о новых типах насадки, для расчета гидравлического сопротивления и удержания жидкости используются проектные корреляции Роббинсона.

Была спроектирована технологическая схема данной установки в программе CAD Worx P&ID, в которой для каждого аппарата представлена краткая аннотация (рис.1). Система автоматизации и КИПиА

Рис. 1 - Технологическая схема CAD Worx P&D: Т-2 - кипятильник - испаритель; К-1 - колонна ректификации

спроектированы по международному стандарту ANSI/ISA. Объектом управления являются

ректификационная колонна и ее вспомогательное

оборудование. Уровень куба колонны регулируется путем изменения расхода отвода избытка кубовой жидкости насосом. Температура куба колонны регулируется путем изменения расхода теплоносителя в испаритель кубовой жидкости. Расход питания колонны регулируется перекрыванием потока управляющим клапаном на линии подачи сырья. Были проанализированы факторы и причины возникновения аварийных ситуаций и методы их ликвидации на данной установке.

Были спроектированы 3 Б модели оборудования, металлоконструкций с помощью программ CADWorxEquipment и CADWorx 81ее1. Компоновка и обвязка оборудования трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой проведена в программе CADWorxP1ant (рис.2).

Литература

1. Белов П. С. Основы технологии нефтехимического синтеза. 2-е изд., перераб. - М.: Химия, 1982 г. - 280 с.,ил

2. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 12-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. - М.: ООО «Альянс», 2005. - 753 с.

3. Управление параметрами куба ректификационной колонны / Долганов А. В., Елизаров В. В., Елизаров В. И. // Вестник Казан. технол. ун-та - 2011.-№ 19. с.180-188.

4. Фарахов М.И., Лаптев А.Г., Минеев Н.Г. Насадочные контактные устройства для массообменных колонн // Химическая техника. №2. 2009.

5. Ясавеев Х.Н., Лаптев А.Г., Фарахов М.И. Модернизация установок переработки углеводородных смесей. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2004. 307с.

Рис. 2 - 3Б модели основного оборудования

© Н. В. Абульханова - магистрант КНИТУ, [email protected]; Р. Р. Мусин - канд. хим. наук, доц. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ.