Расчет сепаратора реакторного блока изомеризации

вукеМинистерство образования и науки Российской Федерации

 ФГБОУ ВПО “САРАТОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО”

 

Кафедра нефтехимии и техногенной  безопасности

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Химическая  технология топлив и углеродных материалов»

 

Расчет сепаратора реакторного блока изомеризации

 

 

Студента 4 курса Института  химии

 

Маркушина Станислава Евгеньевича

 

 

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель   

доцент, к.х.н.                           ______________________ Т.В. Аниськова

 

Зав. кафедрой   

д.х.н., профессор                   ______________________  Р.И. Кузьмина

 

 

 

 

                                                       Саратов 2012

 

 

Содержание работы

Введение

1. Сепараторы, их типы, конструкция и работа.                                              2

1.1. Преимущества и недостатки различных сепараторов                              7

2. Изомеризация                                                                                                  8

2.1 Термодинамические и кинетические закономерности процесса изомеризации                                                                                                 9

2.2 Технологии процесса изомеризации на различных катализаторах          11

3. Расчет сепаратора реакторного блока изомеризации                                  15

3.1 Материальный баланс сепаратора                                                               17

3.2 Основные размеры сепаратора высокого давления                                   25

Список литературы                                                                                              27 
1. СЕПАРАТОРЫ, ИХ ТИПЫ, КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА

Сепараторы, условно подразделяют на следующие категории:

1) по назначению – замерно-сепарирующие и сепарирующие;

2) по геометрической форме  и положению в пространстве  – цилиндрические, сферические,  вертикальные, горизонтальные и  наклонные;

3) по типу обслуживаемых  скважин – фонтанные, компрессорные и насосные;

4) по характеру проявления  основных сил – гравитационные, инерционные (жалюзийные) и центробежные (гидроциклонные);

5) по рабочему давлению  – высокого (6,4 МПа), среднего (2,5 МПа), низкого (0,6 МПа) давления и  вакуумные;

6) по числу обслуживаемых  скважин – индивидуальные и групповые;

7) по числу ступеней  сепарации – первой, второй, третьей  и т.д.;

8) по разделению фаз  – двухфазный (нефть + газ), трехфазный (нефть + газ + вода).

В сепараторах любого типа различают четыре секции, которые  наглядней всего можно показать в сепараторе вертикального типа (рис.1)

Осадительная секция (рис. 1, II), в которой происходит дополнительное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарационной секции. Для более интенсивного выделения окклюдированных пузырьков газа и нефти последнюю направляют тонким слоем по наклонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути движения нефти, т.е. эффективность ее сепарации. Наклонные плоскости рекомендуется изготовлять с небольшим порогом, способствующим выделению газа из нефти.

Секция сбора  нефти (рис. 1, III), занимающая самое нижнее положение в сепараторе и предназначенная как для сбора, так и для вывода нефти из сепаратора. Нефть может находиться здесь или в однофазном состоянии, или в смеси с газом – в зависимости от эффективности работы сепарационной и осадительной секции и времени пребывания нефти в сепараторе.

Каплеуловительная секция (рис. 1, IV), расположенная в верхней части сепаратора, служит для улавливания мельчайших капелек жидкости, уносимых потоком газа.

Работа сепаратора любого типа, устанавливаемого на нефтяном месторождении, характеризуется двумя основными  показателями: количеством капильной жидкости, уносимой потоком газа из каплеуловительной секции IV, и количеством пузырьков газа, уносимых потоком нефти из секции сбора нефти III. Чем меньше эти показатели, тем лучше работает сепаратор.

Для оценки эффективности  работы сепаратора и его технического совершенства, дадим определение  эффективности сепаратора, характеризующей  степень убывания (усадки) в сепараторе смеси за счет разгазирования и соответствующее увеличение в нем газа. Эффективность эта будет выражаться следующим образом:

 

 

 

– G_МН и G_МК – соответственно массовые расходы смеси до и после сепаратора (начальные – н и конечные – к);

– G_МГК и G_МГН – соответственно массовые расходы газа после сепаратора и до него;

– V_К и V_Н – соответственно объемные расходы газа после сепаратора и до него.

Таким образом, в каждой ступени  сепарационной установки за счет снижения давления количество смеси уменьшается и соответственно возрастает количество газа, что может характеризовать работу этой установки в целом.

При любых условиях для  герметизированной системы сбора  количества смеси и газа G_Н + G_Г = const.

К показателям эффективности  работы любого сепаратора относятся так же удельный унос капельной жидкости К_Ж потоком газа и удельный унос свободного газа К _Г потоком смеси.

 

 

 

– q_Ж и q_Г – объемные расходы капельной жидкости и свободного газа, уносимые из сепаратора при рабочих условиях, м³/ч;

– G_Н и G_Г – объемные расходы газа и смеси при рабочих условиях в сепараторе, м³/ч.

Однако одни и те же значения К_Ж и К_Г можно получить, как известно, в сепараторах различных конструкций (например, в сепараторах большого объема без специальных отбойных приспособлений и в сепараторах, скажем гидроциклонных, а значит, и с различными технико-экономическими показателями.

Поэтому, пользуясь только показателями К_Ж и К_Г, не учитывая расход металла на изготовление сепараторов, их конструкцию, невозможно сделать окончательный вывод о техническом совершенстве того или иного сепаратора. Технически совершенным будет тот сепаратор, который при прочих равных условиях обеспечивает более высокую степень очистки газ и жидкости и, кроме того, имеет большую производительность при минимуме затрат металла на его изготовление. Эффективное отделение газа от жидкости осуществляется в таких сепараторах, как правило, при больших скоростях движения газа и жидкости по сечению сепаратора, т.е., иными словами при большей производительности. Таким образом, для оценки эффективности работы сепаратора наряду с показателями К_Ж и К_Г необходимо учитывать и степень технического совершенства.

Степень технического совершенства сепаратора характеризуется:

1) минимальным диаметром  капель жидкости, задерживаемых  в сепараторе;

2) максимально допустимой  средней скоростью газового потока  в свободном сечении сепаратора, а также в каплеуловительной секции;

3) временем пребывания  жидкости (нефти или нефти и  воды) в сепараторе, за которое  происходит максимальное отделение  свободного газа от жидкости.

Допустимое значение удельного  уноса капельной жидкости К_Ж не должно превышать 50 см³ на 1000 м³ газа, в то время как удельный унос свободного газа потоком жидкости при условиях в сепараторе рекомендуется принимать равным К _Г ≤ 20∙10 см³ на 1 м³ жидкости.

Величина К_Г зависит от многих факторов, главными из которых являются вязкость и плотность нефти, а также способность смеси к вспениванию.

Для невспенивающихся и маловязких смесей время пребывания их в сепараторе рекомендуется принимать от 2 до 3 мин, для вспенивающихся и вязких – от 5 до 20 мин. Маловязкими считаются смеси с вязкостью до 5∙10-3 Па∙с, а вязкими – с вязкостью более 1,5∙10-2 Па∙с.

Эффективность работы сепараторов, устанавливаемых на площадях газовых  и газоконденсатных месторождений, оценивается обычно только первым показателем, т.е. количеством капельной взвеси, уносимой газом за пределы сепаратора. Поэтому требования, предъявляемые  к сепараторам, должны быть разными.

Сепаратор с жалюзийной насадкой (см. рис. 1) работает следующим образом. Нефтегазовая смесь под давлением поступает через патрубок 1 к раздаточному коллектору 2, имеющему по всей длине щель для выхода смеси. Из щели нефтегазовая смесь попадает на наклонные плоскости 6, увеличивающие путь движения нефти и способствующие тем самым выделению окклюдированных пузырьков газа. В верхней части сепаратора установлена каплеуловительная насадка 4 жалюзийного типа, сечение которой показано на том же рисунке. Капельки нефти, отбиваемые в жалюзийной насадке 4, стекают в поддон и по дренажной трубе 13 направляются в нижнюю часть сепаратора.

В сечении жалюзи условно  показаны две капли смеси: большая а, которая, пройдя две гофры, прилипает к стенке жалюзи и стекает по стенке вниз, и мелкая б, пролетевшая с потоком газа все гофры, не прилипнув ни к одной из них.

Каплеулавливающая насадка 4 может быть различной конструкции. Работа ее должна основываться на следующих принципах: столкновении потока газа с различного рода перегородками; изменении направления и скорости потока; использовании центробежной силы; использовании коалесцирующей набивки (различного рода металлических сеток).

Перегородки 10 в сепараторе служат для успокоения уровня при пульсирующей подаче продукции скважин, а датчик регулятора уровня поплавкового типа 7 с исполнительным механизмом 8 – для циклического вывода нефти из корпуса сепаратора. Через патрубок 9 с установленной на нем задвижкой сбрасывается скопившаяся грязь. В верхней части сепаратора располагается предохранительный клапан 5, рассчитанный на сбрасывание газа при достижении в сепараторе давления выше нормы, предусмотренной технологическими процессами. На газовом патрубке сепаратора имеется также регулятор давления "до себя" 3, поддерживающий необходимое давление в корпусе сепаратора. В нижней части корпуса сепаратора устанавливается водомерное стекло 11 с отключающимися краниками 12, предназначенное для измерения количества подаваемой жидкости.

    I – основная сепарационная секция; II – осадительная секция; III – секция сбора нефти; IV – секция каплеуловительная;

1 – ввод продукции; 2 – раздаточный коллектор; 3- регулятор уровня «до себя»; 4 – каплеуловительная насадка; 5 - предохранительный клапан; 6 – наклонные плоскости; 7 – датчик регулятора уровня поплавкового типа; 8 – исполнительный механизм; 9 – патрубок; 10 - предохранительный клапан; 11 – водомерное стекло; 12 – отключающие краники; Gy – масса газовых пузырьков, уносимых с продуктом из сепаратора; 13 – дренажная трубка.

Рисунок 1. Общий вид вертикального  сепаратора

 

1.1 ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ РАЗЛИЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ

Часто перед проектировщиками встает такой вопрос, сепаратор какого типа запроектировать к установке.

Вертикальные имеют то преимущество, что они позволяют  достоверно определить объем жидкости, что обуславливает применение более  простых средств для регулирования его работы. Процесс очистки таких сепараторов прост, поэтому их рекомендуют использовать тогда, когда в продукции скважин содержится песок.

В горизонтальном сепараторе такого же объема, что и вертикальный, производительность по газу больше, поскольку  площадь его в диаметральном  сечении в несколько раз превышает  площадь вертикального сепаратора. Поверхность раздела фаз газ - жидкость в горизонтальном сепараторе велика, поэтому требуется меньше времени для всплытия пузырьков газа в жидкости. Горизонтальные сепараторы монтировать и обслуживать намного проще, чем вертикальные, но они требуют большей площади, что является существенным недостаткам, когда месторождение расположено в море или на болоте (Самотлор).

У сферических сепараторов  первоначальные капитальные вложения на единицу пропускной способности  по газу наименьшие, что является основным их преимуществом. Однако существенный их недостаток – трудность в изготовлении, связанная с необходимостью штамповки  отдельных заготовок (лепестков), а  затем их сварки.

В таблице 1 проведено сравнение  основных преимуществ и недостатков  сепараторов различных типов. Меньшая  цифра показывает большие преимущества.

Таблица 1. Преимущества и  недостатки различных типов сепараторов.

Сепаратор	К/VГ *	Экономичность при высокой  производительности по газу, VГ	Экономичность при высоком  давлении газа	Содержание грязи, песка	Содержание пенистой нефти	Высокая вязкость и большая  температура застывания	Пульсация потока	Регулирование уровня жидкости	Компактность	Изготовление	Монтаж	A/VГ **
Вертикальный	3	2	3	1	4	2	2	1	3	2	2	1
Горизонтальный: одноемкостной	1	1	1	3	1	1	3	4	2	2	1	4
двухемкостный	2	1	1	3	1	3	1	2	2	2	1	3
Сферический	2	3	2	1	3	4	4	3	1	4	3	2