Характеристика технологічних установок перегонки нафти

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Технологічні установки перегонки нафти призначені для розділення нафти на фракції і подальшої переробки або використання їх як компоненти товарних нафтопродуктів. Вони складають основу усіх НПЗ. На них виробляються практично всі компоненти моторних палив, мастил, сировина для вторинних процесів і для нафтохімічних виробництв. Від їх роботи залежать асортимент і якість одержуваних компонентів і техніко-економічні показники наступних процесів переробки нафтової сировини.

Процеси перегонки нафти здійснюються на так званих атмосферних трубчатках (АТ) та вакуумних трубчатках (Вт) або атмосферно-вакуумних трубчатих (АВТ) установках.

Залежно від напрямку використання фракцій установки перегонки нафти прийнято іменувати паливними, масляними або паливно-олійними і відповідно до цього - варіанти переробки нафти.

На установках АТ здійснюють неглибоку перегонку нафти з отриманням паливних (бензинових, гасових, дизельних) фракцій і мазуту. Установки Вт призначені для перегонки мазуту.

Сучасні процеси перегонки нафти є комбінованими з процесами зневоднення та знесолення, вторинної перегонки та стабілізації бензинової фракції: ЕЛОУ - АТ, ЕЛОУ - АВТ, ЕЛОУ - АВТ - вторинна перегонка і т.д.

Діапазон потужностей вітчизняних установок перегонки нафти широкий - від 0,5 до 8 млн. т нафти в рік. Переваги установок великої одиничної потужності очевидні: висока продуктивність праці і низькі капітальні та експлуатаційні витрати в порівнянні з установками малої продуктивності.

Оскільки в експлуатації перебувають АТ та АВТ довоєнного і наступних поколінь, вітчизняні установки перегонки нафти характеризуються великою різноманітністю схем перегонки, широким асортиментом одержуваних фракцій. Навіть при однаковій продуктивності ректифікаційні колони мають різні розміри, неоднакове число і різні типи тарілок; по різному вирішені схеми теплообміну, холодного, гарячого та циркуляційного зрошення, а також вакуумсоздающей системи.

1. Аналітичний огляд методів виробництва

1.1 Принципи первинної переробки нафти

Нафта являє собою складну суміш парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводів, різних за молекулярному вазі і температурі кипіння. Крім того, в нафті містяться сірчисті, кисневі і азотисті органічні сполуки. Для виробництва численних продуктів різного призначення і зі специфічними властивостями застосовують методи розділення нафти на фракції і групи вуглеводнів, а також зміни її хімічного складу. Розрізняють первинні та вторинні методи переробки нафти:

- до первинних відносять процеси розділення нафти на фракції, коли використовуються її потенційні можливості по асортименту, кількості і якості одержуваних продуктів і напівпродуктів - перегонка нафти;

- до вторинних відносять процеси деструктивної переробки нафти і очищення нафтопродуктів, Призначені для зміни її хімічного складу шляхом термічного і каталітичного впливу. За допомогою цих методів вдається отримати нафтопродукти заданої якості і у великих кількостях ніж за прямої перегонки нафти.

Розрізняють перегонку з одноразовим, багаторазовим і поступовим випаровуванням. При перегоні з одноразовим випаровуванням нафту нагрівають до певної температури і відбирають всі фракції, що перейшли в парову фазу. Перегонка нафти з багаторазовим випаровуванням проводиться з поетапним нагріванням нафти, і відбирання на кожному етапі фракцій нафти з відповідною температурою переходу в парову фазу. Перегонки нафти з поступовим випаровуванням в основному застосовують в лабораторній практиці для одержання особливо точного поділу великої кількості фракцій. Відрізняється від інших методів перегонки нафти низькою продуктивністю. Утворилися в процесі перегонки нафти парова і рідка фази піддають ректифікації у колонах. Перегонка нафти з одноразовим, багаторазовим і поступовим випаровуванням.

При перегоні з одноразовим випаровуванням нафту нагрівають у змійовику якого-небудь підігрівача до заздалегідь заданої температури. У міру підвищення температури утворюється все більше пар, які знаходяться в рівновазі з рідкою фазою, і при заданій температурі парожидкістна суміш залишає підігрівач і надходить в Адіабатичний випарник.

Рис. 1. Криві ІТК для продуктів перегонки нафтової фракції

Останній являє собою порожнистий циліндр, в якому парова фаза відділяється від рідкої. Температура парової і рідкої фаз в цьому випадку одна й та сама. Чіткість розділення нафти на фракції при перегоні з одноразовим випаровуванням найгірша.

Перегонка з багаторазовим випаровуванням складається з двох або більше одноразових процесів перегонки з підвищенням робочої температури на кожному етапі.

Якщо при кожному одноразовому випаровуванні нафти відбувається нескінченно мале зміна її фазового стану, а кількість одноразових випарів нескінченно велика, то така перегонка є перегонкою з поступовим випаровуванням.

Чіткість розділення нафти на фракції за перегоні з одноразовим випаровуванням з одноразовим випаровуванням найгірша у порівнянні з перегонкою з багаторазовим і поступовим випаровуванням. Про поганий чіткості поділу при одноразовому випаровуванні нафти можна судити з рис.1, де зображені криві розгонки фракцій 40-285 ° С. На малюнку позначені лініями 1 - вихідна фракція (узагальнена); 2, 3 і 4 - легкі фракції парової фази; 5 і 6 - важкі фракції рідкої фази. З малюнка випливає, що температурні межі википання отриманих продуктів мало відрізняються один від одного.

Якщо для нафтової фракції побудувати криві розгонки з одноразовим і багаторазовим випаровуванням (мал. 2), то виявиться, що температура початку кипіння фракцій за одноразовому випаровуванні (лінія 2 на малюнку) вище, а кінця кипіння нижче, ніж при багаторазовому (лінія 1). Як випаровуванням високої чіткості поділу фракцій не потрібно, то метод одноразового випаровування економічніше. До того ж при максимально допустимій температурі нагрівання нафти 350 - 370 ° С (при більш високій температурі починається розкладання вуглеводнів) більше продуктів переходить в парову фазу в порівнянні з багаторазовим або поступовим випаровуванням. Для відбору з нафти фракцій, википають вище 350 - 370 ° С, застосовують вакуум або водяна пара.

Рис. 2. Криві ІТК для продуктів нафтової фракції з одноразовим і багаторазовим випаровуванням

Рис. 3.

Принципова схема для використання в промисловості установки промислової перегонки нафти принципу перегонки з однократним випаровуванням в поєднанні з ректифікації парової і рідкої фаз дозволяє досягати високої чіткоості розділення нафти на фракції, безперервності процесу і економного витрачання палива на нагрів сировини. Вихідна нафту прокачується насосом через теплообмінники 4, де нагрівається під дією тепла відхідних нафтових фракцій і вступає до вогневої підігрівач (трубчасту піч) 1. У трубчастою печі нафту нагрівається до заданої температури і входить до випарну частина (живильну секцію) ректифікаційної колони 2. У процесі нагріву частина нафти переходить в парову фазу, яка при проходженні трубчастою печі весь час знаходиться в стані рівноваги з рідиною. Як тільки нафту у вигляді парожідкостной суміші виходить з печі і входить в колону (де в результаті зниження тиску додатково випаровується частина сировини), парова фаза відділяється від рідкої і піднімається вгору по колоні, а рідка перетікає вниз. Парова фаза піддається ректифікації у верхній частині колони, рахуючи від місця введення сировини. У ректифікаційної колоні розміщені ректифікаційні тарілки, на яких здійснюється контакт піднімаються по колоні парів з стікає рідиною (флегмою). Флегма створюється в результаті того, що частина верхнього продукту, пройшовши конденсатор-холодильник 3, повертається в змозі на верхню тарілку і стікає на нижележащие, збагачуючи піднімаються пари низькокиплячі компонентами. Для ректифікації рідкої частини сировини в нижній частині ректифікаційної частини колони під нижню тарілку необхідно вводити тепло або який-небудь випаровуючий агент 5. У результаті легка частина нижнього продукту переходить в парову фазу і тим самим створюється водяне зрошення. Це зрошення, піднімаючись з самої нижньої тарілки і вступаючи в контакт зі стікає рідкою фазою, збагачує останню висококиплячі компонентами. У підсумку зверху колони безперервно відбирається низькокиплячі фракція, знизу-висококиплячі залишок.

1.2 Методи зрошення ректифікаційних колон

Нормальна робота ректифікаційних колон і необхідну якість продуктів перегонки забезпечуються шляхом регулювання теплового режиму - відведенням тепла в концентраційної і підведенням тепла в відгінний секціях колон, а також нагрівом сировини до оптимальної температури. У промислових процесах перегонки нафти, застосовують такі способи регулювання температурного режиму по висоті колони.

Відведення тепла в концентраційної секції шляхом:

а) використання парціального конденсатора;

б) організації випаровується (холодного) зрошення;

в) організації неіспаряющегося (циркуляційного) зрошення.

Гаряче зрошення подається за допомогою парціального конденсатора - трубчастого або змеевікового, його встановлюють над ректифікаційної колоною або всередині неї. Охолоджуючим агентом служить вода або інший холодоагент, рідше - сировина. Вступники до Міжтрубний простір пари частково конденсуються і повертаються на верхню тарілку у вигляді гарячого зрошення. Кількість утворюється гарячого зрошення gГ визначають з рівняння:

gГ = Q_D / l,

де l - теплота конденсації ректифікату, ккал / кг.

Рис. 4. Способи регулювання температурного режиму в ректифікаційної колоні: а) відведенням тепла - парціальним конденсатором; б) випаровується гострим (холодним) зрошенням; в) неіспаряющімся циркуляційним зрошенням

Через труднощі монтажу та ремонту парціального конденсатора цей метод створення зрошення отримав органічне застосування, головним чином на установках невеликий продуктивності при ректифікації неагресивного сировини.

Холодне зрошення організовують за схемою б. Пари виходять зверху колони і проходять через конденсатор-холодильник. Конденсат збирається в ємності, звідки частково насосом подається назад у ректифікаційної колони як холодного зрошення, а балансові кількість ректифікату приділяється як готовий продукт. Кількість повертається в колону холодного зрошення gх визначають за формулою:

gх = ,

де і - ентальпія відповідно парів ректифікату при температурі виходу з колони tD і холодного зрошення при tх , ккал / кг.

Кількість холодного зрошення тим менше, чим нижче температура його надходження в колону (tх). Зазвичай tх становить 30-40 ° С.

Циркуляційні неіспаряющееся зрошення в с перший або з другої тарілки прокачується через теплообмінник і холодильник на верхню тарілку. Тепловоспрінімающей середовищем у теплообміннику є вихідна сировина, що таким чином підігрівається. Кількість циркулюючого зрошення gц визначається за формулою:

gц = ,

де - ентальпія циркулюючого зрошення відповідно при температурах виходу його з колони t1 і ан вході в колону t0, ккал / кг.

Циркуляційні зрошення іноді комбінують з холодним випаровується. Кількість останнього в таких випадках обмежують і використовують головним чином для більш точного регулювання нагорі колони. На установках прямої перегонки нафти з використанням складних колон циркуляційні зрошення організують у двох - трьох проміжних перетинах. Проміжне циркуляційні зрошення дозволяє розвантажити ректифікаційної колони в вищерозташованих перетинах, а також посилити попередній підігрів сировини і знизити теплове навантаження печей.

Впровадження циркуляційного зрошення дозволило збільшити продуктивність установок по перегоні нафти. Для його здійснення необхідні більш потужні насоси для перекачування великої кількості рідини. Перекачування супроводжується дещо підвищеною витратою енергії, що, однак, з надлишком компенсується економією палива й води.

1.3 Сучасні методи збільшення продуктивності колон АТ, відбору світлих н / продуктів від потенціалу

З середини 90-х років перед вітчизняною нафтопереробкою гостро постало питання виробництва моторного палива європейської якості, Що вимагало застосування нових каталізаторів у процесах ріформірованія бензинів, депарафінізації і гідрообессеріванія дизельних дистилятів. У зв'язку з цим змінилися і вимоги, пропоновані до складу цільових фракцій, що виводяться з установок первинної перегонки нафти.

Первинна перегонка у ТОВ «КИНЕФ» представлена чотирма типовими установками: ЕЛОУ-АТ-1; ЕЛОУ-АВТ-2; ЕЛОУ-АТ-6 і ЕЛОУ-АВТ-6 потужністю 1,5; 2,8; 8,0; 8, 0 млн. т / рік відповідно, які були введені в експлуатацію з 1966 по 1971 рр.

Проведений аналіз показав, що у фракціях з блоків вторинної ректифікації бензинів (фр. НК-62 ° С; 62-85 ° С; 85-180 ° С) міститься велика кількість баластних компонентів, що знижують вихід високооктанових компонентів і скорочують межрегераціонний цикл роботи каталізатора риформінгу. В окремих випадках присутність цих компонентів робить неможливим застосування сучасних каталізаторів низькотемпературної ізомеризації. Характерно, що компоненти, які є баластними для однієї з зазначеної вище фракцій, виявляються цінними для інших фракцій.

Важкі дистиляти (фр. 280-360 ° С) є в основному компонентами котельного палива. Використання їх в якості сировини процесів гідроочищення і депарафінізації дизельних фракцій з причини низької якості (колір, вміст смол) було неможливо.

Зміст фракцій до 360 ° С становило в мазуті 7-8% об., А при максимальних завантаження установок по нафті збільшувалася до 10-12% об., Що призводило до втрат дизельних фракцій для вироблення моторних палив.

Незадовільна якість по фракційного складу - наслідок низької чіткості погоноразделенія колонних апаратів. Поліпшити їх роботу оптимізацією технологічного режиму (флегмового число, парове число, тиск, температура введення сировини і т.д.) не вдавалося.

Моделювання існуючих параметрів роботи колонного устаткування показало, що основна причина незадовільної роботи колонного обладнання - низький ККД контактних пристроїв (тарілок). Спочатку в проект закладали контактні пристрої з однаковим по всій висоті колони живим перетином, у відповідність з галузевими нормами, що діяли на той момент (60-70 рр.). Зміна складу сировини і продуктивності установок призвело до зміни величин рідинних і парових потоків усередині колон. Крім того, ці величини змінюються по висоті колон в дуже широких межах. Наприклад, паровий фактор (F = W v сn) в отпарной частини атмосферної колони в 10 разів менше, ніж в зонах циркуляційних зрошень і в 9 разів вище, ніж на тарілках, розташованих безпосередньо над введенням сировини в колону. Як наслідок, у деяких колонах або в їх окремих секціях тарілки виявлялися перевантаженими або недовантаженими по рідини або пару. При цьому тарілки працювали нестабільно і малоефективно. Усунути цей недолік у більшості випадків можливе тільки за рахунок оптимального перерозподілу площ для проходу пари і рідини всіх тарілок по висоті колонного апарату.

У деяких випадках зниження ефективності роботи тарілок пояснюється їх фізичним зносом внаслідок їх корозійного впливу агресивних середовищ.

Загальну ефективність роботи знижували також невдалі в більшості випадків конструкції вузлів вводу сировини, гарячої струменя, введення та виведення циркуляційних зрошень.

На підставі вихідних даних та вимог до якості продукції ЗАТ «Піро» виконало послідовний технологічний і гідравлічний розрахунок всіх колон для кожної технологічної установки, який показав:

- Використання в атмосферних колонах і колонах, що працюють під надлишковим тиском, високоефективних клапанних трапецієподібних тарілок з оптимально обраним живим перетином для проходу пари і рідини в кожному конкретному перерізі колони дозволить отримувати продукти необхідної якості.

Аналіз роботи установок первинної перегонки нафти після модернізації показав, що всі проектні показники, що стосуються продуктивності одержуваних продуктів, питомих енерговитрат, були досягнуті.

Економічна ефективність від зниження кількості баластних компонентів в цільових фракціях первинної переробки - сировини установок вторинних процесів, наведена нижче:

- Зниження витрат на процес газофракціювання внаслідок зменшення кількості С6 в ПБФ;

- Збільшення октанового числа ізомеризат на установці Л-35-11/300 (фр. НК-62 ° С) більш ніж на 13 пунктів і збільшення виходу каталізата на сировину до 98% (новий каталізатор СІ-2, температура процесу - 130 ° С) за відсутності в сировину високою компонентів (С7 - не більше 1%);

- Збільшення вироблення товарного бензолу на установці Л-35-8/300Б з 130 до 180 т на добу за рахунок максимального зменшення частки бензолообразующіх у фр. НК-62 і фр. 85-180 ° С з концентрування їх у фр. 62-85 ° С;

- Збільшення чіткості поділу бензольному фр. 62-85 ° С і широкої бензинової фр. 85-180 ° С і отже підвищення економічної ефективності бензинового риформінгу за рахунок збільшення межрегенераціонного циклу каталізатора до 2,5 років і зниження енерговитрат внаслідок зменшення в сировині риформінгу баластних фракцій, Википають до 80 ° С;

- Збільшення кількості прямогонного ДП за рахунок глибини відбору майже на 100 тис. т / рік;

- Збільшення вмісту н-С10-С13в цільової фр.200-300 ° С (сировина установок «Парекс») з 40 до 50% за рахунок модернізації внутрішніх пристроїв атмосферних колон поряд з оптимізацією режимів.

В останні роки при реконструкції тарельчатий ректифікаційних колон частіше всього тарілчасті контактні пристрої замінюються на більш досконалі насадок пристрої. Насадок колона забезпечує менший перепад тиску по висоті апарату, більш широкий діапазон роботи, більш високий ККД, і відповідно більш високу роздільну здатність. Насадок колони діляться на протівоточние і перекрестноточние.

Першою основною атмосферної колоною установки АВТ, реконструйованої в перекрестноточний насадок апарат, була колона К-2 установки АВТ ВАТ «Орскнефтеоргсінтез». У результаті реконструкції було отримано значне підвищення продуктивності, чіткості виділення одержуваних дистилятів, а також підвищення стабільності і надійності роботи колони на різних режимах.

Реалізація технології отбензініванія нафти в перекрестноточной насадок колоні з подвійним живленням по сировині і подачею водяної пари в низ колони показала перспективність такої технології з точки зору підвищення продуктивності з нафти, збільшення відбору бензину та підвищення його якості. Обстеження реконструйованої колони при роботі її на легких казахських нафтах дало можливість оцінити ККД контактних пристроїв. ККД насадок блоків, розташованих у верхній частині колони, опинився на рівні 0,75, а коефіцієнт корисної дії в середній частині на рівні 0,7. Ці значення ККД для таких типів колон досить високі.

На установках АТ ВАТ «Ангарська нафтохімічна компанія» підвищення відбору світлих нафтопродуктів було вирішено за рахунок підвищення витрат гострого перегрітого пара в куб колони К-2. До недавнього часу на установках мало користувалися такою можливістю, витрата пари в куб колони К-2 підтримувався на мінімальному рівні з метою економії енергоресурсів. З літератури відомо, що при перегоні з водяною парою, він грає двояку роль - теплоносія і агента, що знижує температуру кипіння. У присутності пара парціальний тиск компонентів нафти знижується, і вони переганяються при більш низьких температурах. Загальна витрата тепла при перегоні з водяною парою більше, ніж при простій перегоні.

Для уточнення технічної можливості підвищення виходу світлих нафтопродуктів за рахунок коректування подачі пари в колону К-2 на блоці АТ установки ГК-3 були проведені промислові випробування. Випробування проводилися на «літній» варіанті роботи з отриманням газу граничного, головки граничної, стабільного бензину, дистиляту палива ТС-1, дизельного палива і мазуту. Навантаження по знесоленої нафти становила в середньому 424 т / год. При поступовому збільшенні витрати пари в колону К-2 з 3,4 т / год (8,1 кг з розрахунку 1 т нафти) до 6,3 т / ч (14,9 кг / год) і підтримки температури низу колони на рівні 335 ° С за рахунок підвищення температури нагрівання сировини колони з 354 ° С до 359-361 ° С відбір суми світлих нафтопродуктів збільшився в порівнянні з базовим періодом в середньому на 1,5% мас. у розрахунку на знесолена нафту, в тому числі відбір бензину - на 0,55%, дистиляту ТС-1 - на 0,51%, ДТЛ - на 0,44%.

Збільшення витрати пари в колону К-2 більше 15 кг / т призводить до обводнення одержуваних нафтопродуктів.

Аналізуючи отримані продукти в період досвідченого пробігу були отримані наступні дані: Накладення фракційного складу річного компонента дизельного палива (ЛДТ - продукт стріппінг К-3 / 2) і важкого компонента (ТДТ - продукт К-3 / 1) зменшилася з 115 до 81 ° С, ТДТ і мазуту колони К-2 - з 129 до 86 ° С. В К-3 / 1 отриманий продукт більш легкого, ніж у базовий період, фракційного складу. Даний склад був кращий при роздільному використанні продуктів стріппінг К-3 / 2 і К-3 / 1. У той же час змінився якість мазуту колони К-2: температура початку кипіння підвищилася з 241 до 277 ° С, щільність при 20 ° С підвищилася з 932 кг/м3 до 941 кг/м3, вміст фракцій, википають до 360 ° С, знизилося на 2,4% об.

За результатами випробувань можна зробити наступні висновки:

- Виявлена технічна можливість експлуатації колони К-2 без обводнення продуктів ректифікації при подачі перегрітого водяної пари в куб колони до 15 кг до розрахунку на 1 т нафти;

- Оптимізація подачі водяної пари в колону К-2 дозволила збільшити відбір суми світлих нафтопродуктів у середньому на 1,5% мас. у розрахунку на знесолена нафту при одночасному збільшенні чіткості поділу фракцій у колоні.

2. Фізико-хімічні основи технологічного процесу

2.1 Опис технологічного процесу

Нафта являє собою складну суміш взаємно розчинних вуглеводнів. На установці АВТ проводиться розділення нафти на фракції, що розрізняються температурними межами перегонки, з паливно-масляного варіанту переробки нафти.

Технологічно розділення нафти на фракції проводиться за схемою:

- Попереднє отбензініваніе нафти і поділ частково отбензіненной нафти на паливні фракції і мазут;

- Стабілізація бензину;

- Вторинна перегонка стабілізованої бензину на вузькі фракції;

- Вакуумна розгонки мазуту на масляні фракції.

2.2 Сутність технологічного процесу

Для розділення нафти на фракції використовуються процеси випаровування, дистиляції та ректифікації.

Дистиляцією або перегонкою називається процес розділення суміші взаємно розчинних рідин на фракції, які відрізняються по температурах кипіння як один від одного, так і від вихідної суміші. При перегоні суміш нагрівається до температури, при якій компоненти з більш низькою температурою кипіння переходять в пари, а компоненти з високою температурою кипіння залишаються в рідині. Пари після конденсації утворюють дистилят, невипарувався рідина - залишок. Це процес простий перегонки. При цьому в дистилят захоплюється значна кількість із високою компонентів, а в залишку накопичуються і легкокіпящіе компоненти.

Для чіткого розділення нафти на фракції застосовують перегонку з ректифікації. Ректифікація - це тепло-і масообмінних процес розділення рідин, що розрізняються по температурах кипіння, за рахунок протівоточного, багаторазового контактування пари і рідини. Процес ректифікації проводиться в ректифікаційних колонах на спеціальних пристроях - тарілках або насадках.

У працює ректифікаційної колоні через кожну тарілку або заміщає її пристрій проходять чотири потоки:

- Рідина - флегма, що стікає з вищерозміщених тарілки;

- Пари, що надходять з нижележащий тарілки;

- Рідина - флегма, що йде на нижележащую тарілку;

- Пари, що піднімаються на вищерозміщених тарілку.

Пари і рідина, що надходять на тарілку, не перебувають у стані рівноваги, однак, вступаючи у зіткнення, прагнуть до цього. Рідкий потік з вищерозміщених тарілки надходить у зону більш високої температури і тому з нього випаровується деяку кількість низькокиплячі компонента, в результаті чого концентрація останнього в рідині зменшується. З іншого боку, паровий потік, який надходить з нижележащий тарілки, потрапляючи в зону більш низької температури, конденсується, і частина висококиплячі продукту з цього потоку переходить на рідину.

Концентрація висококиплячі компонента в парах, таким чином, знижується, а низькокиплячі - підвищується. Фракційний склад пари і рідини по висоті колони безперервно змінюється.

В колону на певному рівні по висоті колони подається попередньо нагріте до заданої температури сировину у вигляді паро-рідинної суміші. Ця зона називається евапораціонной і розділяє колону на дві зони - концентраційну і відгінний.

У евапораціонной зоні відбувається евапорація - однократне випаровування сировини і попереднє розділення його на паровий і рідинну фази.

Частина ректифікаційної колони, яка розташована вище введення сировини, називається концентраційної, а розташована нижче введення - відгінний. В обох частинах колони відбувається один і той же процес ректифікації.

З верху концентраційної частини в парової фазі виводиться цільовий продукт необхідної чистоти - ректифікат, а з низу - рідина, все ще в достатній мірі збагачена низькокиплячі компонентом. У відгінний частини з цієї рідини остаточно випаровується низькокиплячі компонент і у вигляді рідини з дна цієї частини колони виводиться залишок.

Для нормальної роботи ректифікаційної колони необхідно, щоб з тарілки на тарілку безперервно стікала зрошуються рідина - флегма. Тому частина готового продукту (ректифікату) після конденсації повертається на верхню тарілку у вигляді зрошення. За допомогою що подається на верх колони холодного (гострого) зрошення регулюється температура верху колони. Тим самим визначається якість ректифікату за температурою кінця кипіння, за вмістом у ньому високою компонентів. З іншого боку, для нормальної роботи колони необхідно, щоб з низу колони вгору безперервно піднімалися пари. Для створення висхідного потоку пари, а також максимального витягу з рідкого залишку більше легкокіпящіх фракцій, в відгінний частина колони підводиться тепло (за допомогою кип'ятильника з паровим простором, подачі гарячої струменя, введення гострого водяної пари і т.д.).

Залежно від числа одержуваних продуктів при поділі багатокомпонентних сумішей розрізняють простих і складних ректифікаційні колони.

У першому при ректифікації отримують два продукти, наприклад, легкий бензин і полуотбензіненную нафту. Другі призначені для отримання трьох і більше продуктів. Вони являють собою послідовно з'єднані прості колони, кожна з яких розділяє що надходить в неї суміш на два компоненти.

У складних колонах, як правило, гострого зрошення буває недостатньо для створення флегми по всій висоті колони, тому використовують циркуляційні зрошення.

Флегма з певною тарілки забирають насосом, прокачують через теплообмінник й охолоджену повертають у колону на що лежить вище тарілку. Відгони частини складних колон виділяють в самостійні апарати - отпарние колони (стріппінг).

Основним показником ефективності роботи ректифікаційних колон є чіткість погоноразделенія. Вона виражається концентрацією цільового компонента в продукті. Як непрямий показник чіткості (чистоти) поділу на практиці часто використовують таку характеристику, як налеганіе температур кипіння сусідніх фракцій у продукті. У нафтопереробці як критерій високої роздільної здатності колон перегонки нафти на паливні фракції вважається налеганіе температур кипіння сусідніх фракцій у межах від 10 є С до 30 є С.

Встановлено, що на роздільну здатність ректифікаційних колон значний вплив надають кількість контактних ступенів і співвідношення потоків рідкої і парової фаз. Для одержання продуктів, що відповідають заданим вимогам, необхідно, поряд з іншими параметрами ректифікаційної колони (тиск, температура, місце введення сировини тощо), мати достатнє число тарілок (або висоту насадки) і відповідне флегмового та парове числа.

Флегмового число характеризує співвідношення рідкого і парового потоків у концентраційної частини колони і розраховується як співвідношення кількості флегми і ректифікату.

Парове число характеризує співвідношення контактують потоків пари і рідини в відгінний секції колони і розраховується як співвідношення кількості пари і кубового продукту.

Атмосферної перегонки нафти проводять при температурі не вище 370С (при більш високій температурі починається крекінг).

Для запобігання крекінгування при отриманні високою фракцій нафти перегонку мазуту ведуть у вакуумі. Перегонка під вакуумом дозволяє без помітного розкладання здійснити відбір фракцій, википають при температурах, що перевищують температуру нагрівання сировини на 100-150 є С.

Висококиплячі і залишкові фракції нафти містять значну кількість гетероорганіческіх смолисто-асфальтенових з'єднань і металів, попадання яких при перегоні в дистиляти різко погіршує їх експлуатаційні характеристики і значно ускладнює подальшу переробку. Це обумовлює необхідність організації чіткої сепарації фаз в секції харчування атмосферних. Ефективність сепарації в секції харчування колон досягається встановленням спеціальних відбійних тарілок або насадок, що уловлюють найдрібніші краплі кубовою рідини, а також промиванням потоку пари стікає рідиною. Для підвищення роздільної здатності нижніх тарілок сепараційні секції колони необхідно забезпечити деякий надлишок зрошення шляхом незначного перегріву сировини, але не вище гранично допустимої величини. Частка відгону при одноразовому випаровуванні в секції харчування колони повинна бути на 2-5% більше виходу продуктів, що відбираються у вигляді дистиляту і бічних погонів.

При прийнятих значеннях флегмового числа, числа і типу тарілок (насадки) на економічні показники процесів перегонки найбільший вплив чинять тиск і температурний режим у колоні. Ці параметри тісно взаємопов'язані: не можна оптимізувати тільки тиск без урахування необхідного температурного режиму і навпаки.

Температура сировини на вході в колону залежить від природи сировини, заданої глибини відбору, тиску і відносного витрати водяної пари. Чим легше по фракційного складу сировину і чим менша глибина відбору дистилятів, тим нижча, за інших рівних умов, може бути температура сировини на вході в колону.

Температура верху колон та місць відборів бічних погонів у складних ректифікаційних колонах регулюється за рахунок зміни кількості гострого та циркуляційних зрошень.

Збільшення температури низу колони або відповідної секції складної колони призводить до зменшення вмісту легкокіпящіх компонентів в залишку і збільшення відбору фракції від сировини або в даній секції. Підвищення температури верху колони або відповідної секції колони дозволяє здійснювати відбір ректифікату або бокового продукту із заданою температурою кінця кипіння і підвищити температуру початку кипіння фракції, відбираємо в наступній секції колони. Крім того, збільшення кількості циркуляційних зрошень дає можливість розвантажити верхню частину колони по парам, зменшити подачу гострого зрошення і підвищити температуру попереднього нагрівання сировини, тим самим, збільшивши глибину відбору.

Тиск у ректифікаційної колоні залежить від ряду факторів.

Для забезпечення максимального відбору дистилятів від сировини тиск повинен бути якомога нижче і в той же час забезпечувати конденсації парів дистиляту за допомогою найбільш дешевого та доступного хладагента, подолання опору при русі парів по тракту після виходу з колони.

Збільшення тиску в колоні викликає також підвищення температури кипіння вуглеводнів, а, отже, і підвищення температури процесу ректифікації, призводить до збільшення тепловтрат. У вакуумних колонах оптимальним є тиск, що відповідає максимально допустимої температури вводиться сировини.

Для підведення тепла в низ атмосферної та вакуумних колон промислових установок перегонки нафти такі способи, як кип'ятильник з паровим простором або гаряча струмінь, неприйнятні, через низьку термостабільності кубових залишків - мазуту і гудрону. Для створення необхідного парового зрошення в відгінний секціях цих колон, а також випаровування (відпарювання) низькокиплячі фракцій нафти, що потрапляють в залишок в умовах одноразового випаровування в секції харчування, застосовують перегонку з подачею водяної пари.

При введенні водяної пари в відгінний секцію парціальний тиск пари знижується і створюються умови, за яких рідина виявляється як би перегрітої, що викликає її випаровування, тобто дія водяної пари аналогічно вакууму. При цьому теплота, необхідна для відпарювання парів, віднімається від самої рідини, у зв'язку з чим вона охолоджується. Випаровування рідини, викликане водяною парою, припиняється, коли пружність парів рідини при зниженні температури знизиться настільки, що стане рівним парціальному тиску. Таким чином, на кожній теоретичної ступені контакту встановиться який відповідає цим умовам рівновагу фаз.

Водяний пар, що подається в низ колон, піднімається вгору разом з парами, які утворюються при випаровуванні рідини (кубового залишку або бокового погона), вступаючи на вищерозташованих тарілці в контакт зі стікає рідиною. У результаті тепло - і масообміну в рідини, що стікає з тарілки на тарілку, концентрація низькокиплячі компонентів зменшується в напрямку зверху вниз. У цьому ж напрямку зменшується і температура на тарілках внаслідок випаровування рідини. При перегоні з водяною парою температура кубового залишку зазвичай на 20-30 є С нижче температури нагрівання сировини, а фракцій, що йдуть з отпарних колон, на 10-15 є С нижче температури, що надходить на відпарювання рідини. Причому, чим більше кількість що подається пара і нижче його параметри (температура і тиск), тим до більш низької температури остудиться кубів рідина. Таким чином, ефект ректифікації і випаровується дія водяної пари будуть знижуватися на кожній наступній тарілці. Отже, збільшувати число отпарних тарілок і витрата водяної пари доцільно до певних меж. Найбільший ефект випаровується впливу перегрітого водяної пари виявляється при його витраті, що дорівнює від 1,5% до 2,0% за масою від переганяємо сировини.

Необхідно вказати на такі недоліки застосування водяної пари як випаровуючого агента:

- Збільшення витрат енергії (тепла, холоду) на перегонку і конденсацію;

- Підвищення навантаження колон по парах, Що призводить до збільшення діаметра апаратів і забирає рідини між тарілками;

- Погіршення умов регенерації тепла в теплообмінниках;

- Збільшення опору і підвищення тиску в колоні та інших апаратах;

- Обводнювання нафтопродуктів і необхідність їх подальшої сушки;

- Посилення доррозіі обладнання та утворення великої кількості забруднених стічних вод.

У ректифікаційних колонах застосовують контактні пристрої різної конструкції, що істотно розрізняються за своїми характеристиками і техніко-економічними показниками.

При виборі типу контактних пристроїв керуються такими основними показниками:

- Продуктивність;

- Гідравлічний опір;

- Коефіцієнт корисної дії;

- Діапазон робочих навантажень;

- Можливість роботи в середовищі, схильної до освіти та інших смолистих відкладень;

- Матеріаломісткість;

- Простота конструкції, зручність виготовлення, монтажу та ремонту.

У колонах даної установки в якості контактних пристроїв використовуються тарілки клапанні трапеціїдальной і жолобчасті.

3. Вибір і обґрунтування схеми переробки заданої нафти

нафтопереробка ректифікаційний баластний фракція

Для розгонки заданої нафти на фракції:

1) п.к. - 140 - легка бензинова фракція;

2) 140 - 180 - важка бензинова фракція;

3) 180 - 240 - легка дизельна фракція;

4) 240 - 350 - важка дизельна фракція;

5) >350 - мазут.

Найдоцільніше буде скористатись схемою з двократним випаровуванням сировини, що складається з відбензинюючої колони й основної атмосферної колони. У схемі також передбачена відпарна колона, у якій з бокових продуктів основної колони водяною парою відпаруються легші фракції, що дозволяє отримати відповідні дистиляти, які відповідають вимогам стандартів по температурах спалаху, початку кипіння, в'язкості тощо.

Схема переробки нафти з двократним випаровуванням використовується у тому випадку, коли нафта містить досить велику кількість легких фракцій. Тоді нафту, нагріту у теплообмінниках, спершу подають у відбензинюючу колону, а потім відбензинену нафту нагрівають у печі і подають на розділення у атмосферну колону. Це дозволяє знизити тиск в трубах печі, що у свою чергу дозволяє зменшити товщину труб печі.

Оскільки в даній нафті є значна кількість світлих (фракція п.к. - 200 - 30,8% мас, фракція п.к. - 350 - 57,2% мас), щоб не створювати в атмосферній колоні великого парового навантаження і щоб не перевищувати тиск у трубах печі, для розгонки даної нафти скористаємось схемою АТ з двократним випаровуванням (з відбензинюючою колоною).

3.1 Теоретичні основи процесу перегонки нафти

Нафта представляє собою складну суміш алканових, циклоалканових і аренових вуглеводнів, які відрізняються молекулярною масою й температурою кипіння. Крім цього в нафті міститься сірчисті, кисневі і азотні органічні сполуки. Для виробництва великої кількості продуктів різного призначення і з специфічними властивостями використовують методи розділення нафти на фракції та групи вуглеводнів, а також зміна їх хімічного складу. Розрізняють первинні й вторинні методи переробки нафти. До первинних відносяться процеси розділення нафти на фракції, коли використовується її потенціальні можливості по асортименту, кількості і якості отримуваних продуктів і напівпродуктів. До вторинних методів відносяться процеси деструктивної переробки нафти й очистки нафтопродуктів. Процеси деструктивної переробки нафти призначені для зміни її хімічного складу завдяки термічним і каталітичним процесам. При допомозі цих методів удається отримувати нафтопродукти заданої якості і в більших кількостях, при прямій перегонці нафти. На сучасних нафтопереробних заводах основним первинним процесом служить розділення нафти на фракції, тобто перегонка. Розрізняють перегонку з однократним, багатократним і поступовим випаровуванням.

В основі промислових процесів, що здійснюються на установках безперервної дії, використовується перегонка з однократним випаровуванням нафту нагрівають до відповідної температури і відбирають всі фракції, що перейшли в парову фазу. Перегонка нафти з багатократним випаровуванням, наприклад із трьохкратним, базується на тому, що нафту нагрівають до температури, яка дозволяє відігнати з неї фракцію легкого бензину. Потім відбензинену нафту нагрівають до більш високої температури і відганяють фракції, що википають, приблизно, до 350С (фракції важкого бензину, реактивного і дизельного палива). В залишку від перегонки залишається мазут, із якого в подальшому під вакуумом відганяють оливні фракції і в залишку отримуємо гудрон. Іншими словами нафту поступово нагрівають три рази, кожен раз, відділяючи парову фазу від рідкої. Утворені парову й рідку фазу піддають ректифікації у колонах. Таким чином, промислові процеси перегонки нафти основані на поєднані перегонки з одно- чи багатократним випаровуванням і подальшою ректифікацією парової і рідкої фаз.

Перегонку нафти з поступовим випаровуванням в основному використовують у лабораторіях на апаратах періодичної дії з низькою продуктивністю.

При перегонці з однократним випаровуванням нафту нагрівають у змійовику будь-якого підігрівача до попередньо заданої температури. По мірі підвищення температури утворюється все більше парів, які знаходяться в рівновазі з рідкою фазою і при певній температурі паро-рідинна суміш залишає нагрівник і поступає в адіабатичний випарник. Останній представляє собою пустотілий циліндр, в якому парова фаза відділяється від рідкої і виводиться зверху. Пари проходять конденсатор-холодильник, де конденсуються, а утворений конденсат охолоджується й стікає в приймач. Рідка фаза виводиться знизу випарника, охолоджується в холодильнику і направляється у відповідний приймач.

Таким чином, при перегонці нафти з однократним випаровуванням утворена парова фаза знаходиться в стані рівноваги з рідкою фазою і лише при відповідній температурі їх розділяють. Зрозуміло, що температура рідкої і парової фаз у цьому випадку однакова. Чіткість розділення нафти на фракції при перегонці з однократним випаровуванням найгірша у порівнянні з перегонкою з багатократним і поступовим випаровуванням.

Перегонка з багатократним випаровуванням складається з двох або більше однократних процесів зміни фазового стану нафти, тобто однократних випаровувань. При кожному з них утворені пари відділяються від рідкого залишку, який знову піддається нагріву й утворені пари знову відділяються (нафту нагрівають задану кількість раз).

Якщо при кожному однократному випаровуванні нафти проходить нескінченно мала зміна її фазового стану (пари, які утворюються, безперервно відділяються від рідини), а число однократних випаровувань нескінченно велике, тоді така перегонка називається перегонкою з поступовим випаровуванням. Іноді її називають простою перегонкою.

3.2 Опис технологічної схеми

Нафта насосом Н-1 подається у трубний простір теплообмінників Т-1 і Т-2 першого й другого циркуляційних зрошень атмосферної колони К-2, нагрівається в них до відповідної температури і прокачується через трубний простір теплообмінників Т-3, Т-4 і Т-5, в яких нагрівається теплом гарячих продуктів, і подається у живильну частину відбензинюючої колони К-1. Зверху колони виводяться пари легкого бензину, що конденсуються й охолоджуються в конденсаторі-холодильнику КХ-1 і далі конденсат охолоджується у водяному холодильнику ВХ-1 і подається в газосепаратор С-1. З нього виводяться несконденсовані гази й бензин. Частина бензину насосом Н-3 повертається колону К-1 у якості холодного зрошення, а балансова кількість виводиться з установки.

Знизу колони К-1 виводиться відбензинена нафта й насосом Н-2 подається у змійовик трубчастої печі П-1. Нагріта з печі нафта в паро-рідинному стані подається у живильну частину атмосферної колони К-2. Частина нафти після печі повертається в якості гарячого зрошення на нижню тарілку колони К-1. У атмосферній колоні К-2 відбувається розділення відбензиненої нафти на три дистилятні та одну залишкову фракції.

Верхнім продуктом колони К-2 є бензинова фракція, більш важка у порівнянні з бензиновою фракцією колони К-1. На виході з колони К-2 пари бензину, а також водяна пара, що подається в колону, конденсуються і охолоджуються в апараті повітряного охолодження (конденсаторі - холодильнику) КХ-2 та додатково охолоджуються у водяному холодильнику ВХ-2. Після охолодження суміш поступає в сепаратор С-2, де розділяються водяний і бензиновий конденсати. Вода із сепаратора направляється у промислову каналізацію. Бензинова фракція насосом Н-7 виводиться з установки. Частина бензину при цьому повертається в колону К-2 (на верхню тарілку) у якості холодного зрошення.

Фракції легкого й важкого дизельного палива виводяться з відпарних колон К-3/1 і К-3/2 відповідно, прокачуються насосами Н-8 і Н-9 і охолоджуються в послідовно з'єднаних апаратах. Легка дизельна фракція спочатку охолоджується в теплообміннику Т-3, де своїм теплом нагріває вихідну сировину, потім охолоджується в апараті повітряного охолодження (холодильнику) Х-1 і додатково охолоджується у водяному холодильнику ВХ-3. Після охолодження продукт виводиться з установки. Важка дизельна фракція спочатку охолоджується в теплообміннику Т-4, де своїм теплом нагріває вихідну сировину, потім охолоджується в апараті повітряного охолодження (холодильнику) Х-2 і додатково охолоджується у водяному холодильнику ВХ-4. Після охолодження продукт виводиться з установки. Для підвищення якості бокових продуктів у секції відпарної колони К-3 під нижню тарілку подається перегріта водяна пара.

Важкий залишок, що не випарувався, в суміші з рідиною, що стікає з нижньої тарілки концентраційної частини колони К-2, проходячи нижні шість тарілок колони, продуваються перегрітою водяною парою. Мазут, що практично не містить легко киплячих фракцій, знизу колони К-2 насосом Н-6 направляється спочатку у теплообмінник Т-5, де охолоджується, нагріваючи при цьому вихідну сировину, потім охолоджується апараті повітряного охолодження (холодильнику) Х-3 і додатково охолоджується у водяному холодильнику ВХ-5, після чого виводиться з установки. У колоні К-2 передбачено два циркуляційні зрошення, тепло яких віддається вихідній нафті у теплообмінниках Т-1 і Т-2.

Нафта у всі теплообмінники подається у трубний простір, а продукти переробки - у міжтрубний простір.

Література

1. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти. - Уфа.: «Гилем», 2002. - 671с.

2. Нефти СССР, том 3, Нефти Кавказа и Западных районов европейской части СССР. - Москва.: «Химия», 1972. - 616с.

3. Эмирджанов Р.Т. Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов. - Баку: Азербайджанское Государственное издательство нефтяной и научно-технической литературы, 1956. - 424с.

4. Сарданашвили А.Г. Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. - М.: «Химия», 1980. - 254с.

5. Рудин М.Г. Сомов В.Е. Фмин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика. - М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим», 2004. - 334с.

6. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа, под редакцией Бондаренко Б.И., М.: «Химия», 1983. - 128с.

7. Сомов В.Е. Залищевский Г.Д. Гоев М.М. Сергиенко Н.Д. Модернизация ректификационных колонн установок первичной перегонки ООО «КИНЕФ». // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2006.

8. Узлова М.Ю. Микишев В.А. Казачков А.И. Кондаков А.В. Повышение отбора светлых нефтепродуктов на блоке АТ за счет корректировки подачи перегретого пара в куб колонны К-2. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2008.

Размещено на Allbest.ru

...