2. Результативность научной и педагогической деятельности
Предложен и теоретически обоснован модульный принцип построения перекрестноточных насадочных колонн, на основе которого секционирование и организация взаимодействия потоков пара и жидкости становятся управляемыми для насадочных колонн. Конструктивно модуль с моно-, би- или полифункциональным назначением представлен единой совокупностью элемента насадки с распределителем жидкости.
На основе модульного принципа предложен новый тип высокопроизводительных насадочных колонн – многоканальные перекрестноточные секционированные насадочные колонны, характеризующиеся широким диапазоном устойчивой работы, малым перепадом давления по колонне, широкой возможностью секционирования жидкостных и паровых потоков, независимостью сечений для прохода пара и жидкости, простотой и надежностью в работе.
Впервые сформулирована и решена на холодных и горячих стендах задача по экспериментальному определению и обобщению гидродинамических и массообменных характеристик контактных модулей при перекрестноточном взаимодействие паровой и жидкой фаз в объеме насадки.
Разработаны научно-технические основы проектирования перекрестноточных насадочных ректификационных колонн:
- на базе экспериментальных данных разработан метод расчета низконапорных пленочных распределителей жидкости;
- разработан аналитический метод расчета геометрических размеров насадочных блоков, основанный на взаимосвязи удельных нагрузок модулей по пару и жидкости с общими нагрузками в колонне;
- теоретически обоснованы граничные (предельные) размеры насадочных блоков по ходу пара на основе полученного дифференциального уравнения для расчета угла отклонения жидкостных струй от вертикали.
Предложена, теоретически обоснована и освоена в промышленности на НПЗ страны технология конденсации паров вакуумной колонны дистиллятами атмосферной или вакуумной колонны в перекрестноточных насадочных барометрических конденсаторах, что позволило достичь отбора светлых от потенциала до 97-98 %.
Впервые в практике нефтепереработки введена в эксплуатацию вакуумная колонна мощностью до 1,5 млн. тонн мазута в год с перекрестноточными насадочными блоками.
В результате промышленного испытания вакуумной колонны по технологии «сухой» глубоковакуумной перегонки мазута доказана работоспособность и перспективность применения квадратно-кольцевых перекрестноточных насадочных блоков.
На пилотной установке непрерывного действия экспериментально установлены закономерности работы противоточного отбойно-ректификационного промывного насадочного слоя, что позволило разработать и реализовать в промышленных насадочных колоннах технологию «сухой» глубоковакуумной перегонки мазута с отбором вакуумного газойля на уровне 85 % от потенциального содержания фракций, выкипающих до температуры 540 о С.
Разработана, обоснована и реализована энергосберегающая технология вакуумной перегонки мазута в перекрёстноточных насадочных колоннах, обеспечивающая возможность регулирования разделительной способности секций за счёт смещения уровня вывода дистиллятов и изменения схемы организации теплосъема. Эта гибкая технология позволяет регулировать качество основ базовых масел и изменять их ассортимент.
Разработаны принципиальные основы конструкции перекрестноточной зоны питания, обладающей отбойно-ректификационными свойствами и исключающей соударение парожидкостных потоков за счет изменения направления подачи сырья.
Предложена и реализована новая энергосберегающая технология отбензинивания нефти в ректификационной колонне с двойным питанием по сырью и подачей водяного пара в низ колонны на базе перекрестноточных насадочных контактных модулей.
Для учета промышленных условий проведения процессов ректификации, характеризующихся постоянными изменениями входных параметров, предложена и расчетно-экспериментальным путем обоснована более совершенная математическая модель динамики процесса ректификации. Она основана на аналитических расчетах гидродинамических нагрузок по пару и жидкости методом релаксации с оценкой масштаба времени одной итерации с учетом траектории и времени движения потоков в различных сечениях контактных устройств и вспомогательного оборудования. Предложенная модель позволяет давать экспертные оценки действия оператора по управлению процессом ректификации в отдельной колонне или в системе ректификационных колонн.
На основе более совершенной модели динамики процесса ректификации в тарельчатых и насадочных колоннах числено оценена продолжительность переходных процессов. Показано значительное преимущество перекрестноточных насадочных контактных модулей перед тарелками по продолжительности переходных процессов. Так длительность переходных процессов в ректификационных колоннах с желобчатыми тарелками оказалась в два раза больше чем в перекрестноточной насадочной колонне, реализующей туже задачу при одинаковом возмущающем воздействии. Амплитуды отклонений технологических параметров в тарельчатых колоннах так же значительно больше насадочных. Предложен метод оценки коэффициентов пропорциональности регуляторов по минимизации амплитуды отклонения и времени переходного процесса с учетом управляющих воздействий.
Разработана технология физической стабилизации и последующего четкого разделения широких бензиновых фракций в системе ректификационных колонн с частично связанными потоками, позволяющая существенно увеличить производительность установок.
Для расширения диапазона устойчивой и эффективной работы колонн в условиях высоких жидкостных нагрузок предложена конструкция насадочных модулей с перекрестно-противоточным контактом и секционированием фаз в объеме регулярной насадки. На базе этих модулей разработана энергосберегающая технология стабилизации широкой бензиновой фракции с ее последующим разделением на узкие фракции в системе из двух или трех насадочных колонн.
На основе использования конструктивно-технологического подхода, предполагающего одновременную оптимизацию технологических и конструктивных параметров, разработана и внедрена ресурсо-энергосберегающая технология стабилизации гидроочищенного бензина каталитического риформинга, базирующаяся на применении перекрестноточных насадок.
Для установки ГФУ разработана и реализована в новой сложной перекрестноточной насадочной колонне выработки пропановой фракции высокой чистоты. Энергосбережение достигается за счет исключения стадии деэтанизации.
Разработаны и реализованы на промышленных установках ОАО «Саратовский НПЗ» и Оренбургского ГПЗ технологии абсорбционной очистки газов от сероводорода растворами аминов в перекрестноточных насадочных колоннах.
2.2. Реализация разработанных технологий в промышленности
При реализации разработанных технологий в ректификационных и абсорбционных колоннах выполнены следующие виды работ:
- промышленное обследование действующих колонн для подготовки исходных данных на проектирование;
- технологические расчеты и оптимизация режимов разделения при использовании в колоннах перекрестноточной насадки;
- разработка конструкции внутренних устройств колонн на базе модулей регулярной перекрестноточной насадки;
- изготовление внутренних устройств и их шеф-монтаж.
2.3. Материально-техническая база, имеющаяся в распоряжении ВНПШ
Лаборатория ректификационного оборудования, оснащенная 5 ПЭВМ типа Pentium III и Pentium IV, обеспечивающая выполнение следующих видов работ: