Выбор и расчет основного аппарата для процесса гидроочистки бензиновой фракции в БНПЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА: «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА»

ДИССЕРТАЦИОННАЯ

работа на соискание ученой степени магистра

по специальности

5А 522503-Процессы аппараты переработки нефти и газа

«ВЫБОР И РАСЧЁТ ОСНОВНОГО АППАРАТА ДЛЯ ПРОЦЕССА ГИДРООЧИСТКИ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ В БНПЗ»

МАТЯКУБОВ ХУРСАНД БАТИРОВИЧ

ТАШКЕНТ-2013

Введение

Актуальность работы. С целью активного претворения в жизнь антикризных мер, предусмотренных в книге Президента Республики Узбекистан И.А. Каримова «Мировой финансово - экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана» необходимо принять новые подходы к разработке современных технологий и их модернизации для получения различных нефтепродуктов высокого качества, отвечающих мировым стандартам, импортзамещению и конкурентоспособных на внешнем рынке [1].

Современные требования, предъявляемые к ассортименту и уровню качества нефтепродуктов, оказали решающее влияние на технический прогресс в области производства нефтепродуктов, на создание более совершенных технологических установок и производных комплексов. Дальнейшее углубление переработки нефтяного сырья требует усиления внимания, в частности, к следующим процессам: каталитическому крекингу, гидроочистке, гидрокрекингу, коксованию остатков и отборного тяжелого дистиллятного сырья, депарафинизации и обезмасливанию по современным схемам.

Для получения нефтепродуктов улучшенного качества дальнейшее развитие получат процессы каталитического риформинга прямогонных бензиновых фракций, изомеризации, разделения керосиновых дистиллятов с помощью цеолитов, процессы производства пластичных смазок, присадок к топливам и смазочным материалам.

Для современной нефтепереработки характерна многоступенчатость при производстве продуктов высокого качества. Во многих случаях наряду с основными процессами проводят и подготовительные, а также завершающее процессы. К подготовительным технологическим процессам относятся: обессоливание нефтей перед их переработкой, выделение узких по пределам выкипания фракций из дистиллятов широкого фракционного состава; гидроочистка бензиновых фракций перед их каталитическим риформингом; гидрообессерование газойлевого сырья, направляемого на каталитический крекинг; деасфальтизация гудронов; гидроочистка керосинового дистиллята перед его абсорбционным разделением и др.

На современных нефтеперерабатывающих заводах можно высокоэффективно перерабатывать нефтяное сырье различного состава и получать широкую гамму продуктов заданного качества. Постоянный рост числа схем и модифицирование установок нефтеперерабатывающих заводов требуют их систематизации. Особую роль играет то, что это позволяет уяснить основы технологических процессов, лучше обосновать подбор основных аппаратов для различных процессов и сделать их аппаратурное оформление.

В этом плане настоящая магистерская диссертация, посвященная улучшению процесса гидроочистки нефтяных фракций, является актуальной.

Цель работы - выбор основных аппаратов процесса гидроочистки бензиновых фракций, их характеристика, а также характеристика современного нефтяного сырья, которое, в основном, является тяжелым и сернистым.

В связи с этим были поставлены и решены следующие задачи:

- характеристика современных нефтей и особенности их переработки;

- характеристика установок перегонки нефти, их принципиальные технологические схемы и эксплуатация этих установок;

- краткая характеристика подготовительных технологических процессов;

- основные аппараты процесса гидроочистки бензиновых фракций;

- характеристика гидрогенизационных процессов: гидроочистки и гидрообессеривания;

- расчет процесса гидроочистки бензиновых фракций.

Научная новизна. Показаны пределы выкипания бензиновых фракций в зависимости от дальнейшей их переработки:

- из фракций 85 - 180 и 105 - 180^оС путем платформинга получают высококачественные бензины;

- из фракций 60 - 85, 85 - 105, 105 - 140, 130 - 165^оС концентраты бензола, толуола и ксилолов.

Основной продукт гидроочистки бензиновых фракций - стабильный гидрогенизат с выходом 90 - 99% масс; содержание серы 0,002% масс.

Практическая ценность. Сделан выбор основных аппаратов процесса гидроочистки бензиновых фракций, а также сделан расчет мощности выбранных механизмов и составлен материальный баланс и технико - экономические показатели в расчете на 1 тонну сырья. Это может быть исходными данными для проведения процесса в крупнотоннажном варианте.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения (основные выводы), списка использованной литературы. Работа изложена на 80 страницах компьютерного текста, включает 15 рисунков и 7 таблиц. Список использованной литературы состоит из 61 наименований.

Глава 1. Первичная перегонка нефти и бензиновой фракции

1.1 Основные принципы перегонки нефти

Перегонка нефти осуществляется нагревом ее до кипения с переводом части содержащихся в ней углеводородов в парообразное состояние, последующей их конденсацией и охлаждением. В результате перегонки получается отгон - дистилляты и остаток [2 - 5].

Сущность процесса перегонки заключается в следующем: смесь, состоящую из двух компонентов (бинарная смесь), различающихся по температуре кипения (t₁ и t₂), нагревают до температуры t, при которой более легкокипящий продукт улетучивается, пары его выводятся из системы и конденсируются. Отогнанный и сконденсированный продукт (дистиллят) отделяют от более тяжелого (остатка).

Но такое разделение смеси считается неполным, так как при нагревании смеси растворимых друг в друге веществ в паровую фазу переходят не только молекулы более легколетучего компонента, но и часть молекул более тяжелого компонента. И наоборот, часть молекул легколетучего компонента остается растворенной в остатке.

Для получения чистых дистиллятов и остатков перегонку нужно повторить несколько раз. С этой целью применяют процесс ректификации.

В основе процессов перегонки и ректификации лежит ряд простых законов [6].

Закон Дальтона. Допустим, в объеме V находится газ или пар под давлением P₁. Если вводить в этот объем какой - нибудь другой газ, то последний распространится по всему сосуду так, как если бы первого компонента в нем не было. Давление введенного газа в сосуде обозначим через Р₂. Тогда общее давление системы для двух компонентов выражается уравнением

Р = Р₁ + Р₂ (1.1.1)

Если смесь состоит из нескольких компонентов, уравнение принимает вид:

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃+...Р_i (1.1.2)

В общем виде уравнения (1) и (2) записываются как

(1.1.3)

Уравнение (1.1.3) выражает закон Дальтона, который формулируется следующим образом: общее давление Р смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме тех индивидуальных давлений, которыми обладал бы каждый из этих газов, если бы при той же температуре он один находился в объеме V, занимаемом всей смесью.

Закон Дальтона применим к смеси веществ, взаимно растворимых во всех отношениях.

Закон Амага. По закону Амага общий объем V смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равен сумме тех индивидуальных объемов Vi, которые занимал бы каждый из этих газов, взятый при той же температуре и под тем же давлением, что и газовая смесь. Закон Амага выражается уравнением

(1.1.4)

Закон Рауля. Закон Рауля учитывает влияние на общее давление смеси давление каждого компонента, взятого в различных концентрациях.

Закон формулируется так: индивидуальные (парциальные) давления паров или газов P_i, находящихся в смеси, определяются как произведения молярной доли Y_i данного газа на общее давление в системе Р:

P_i = PY_i (1.1.5)

В случае, когда рассматривается не смесь газов, а смесь паров, находящихся в равновесии с жидкой фазой, закон Рауля выражается так: парциальное давление растворенного вещества определяется как произведение давления его паров при заданной температуре (Q_i) на молярную концентрацию данного вещества в растворе X_i.

P_i = Q_iX_i (1.1.6)

Из уравнений (1.1.5) и (1.1.6) видно, что концентрации каждого компонента в паровой и жидкой фазе связаны между собой:

Q_iX_i = PY_i (1.1.7)

(1.1.8)

В практике нефтепереработки [7] часто приходится работать в условиях, когда поведение реальных газов значительно отличается от идеальных. И в этих случаях можно воспользоваться уравнениями (1.1.3) -- (1.1.7), однако вместо величины давлений компонентов нужно подставлять величины их фугитивностей.



Рис. 1. График определения состава паровой и жидкой фаз бинарной смеси

Фугитивность F является величиной, полученной путем термодинамических расчетов, и выражается формулой

F = Pг (1.1.9)

где Р - давление паров компонента; г - коэффициент активности. Значение коэффициента активности выбирается в зависимотивности выбирается в зависимости от давления и температуры, при которых находится компонент, по специальным графикам.

Состав паровой и жидкой фаз можно рассчитать, используя рассмотренные выше законы.

Так, например, для бинарной смеси, сочетая уравнения (1.1.3) и (1.1.6), получим:

P=Q_iX_i + Q₂ (1 - X₁) (1.1.10)

Из уравнения (1.1.10) можно определить концентрацию компонента в жидкой фазе:

(1.1.11)

Концентрация компонента в газовой фазе определяется по уравнению (1.1.8)

(1.1.12)

Зная зависимость давления паров компонентов от температуры, для каждой температуры можно рассчитать состав газовой и жидкой фаз.

Обычно для этого задаются постоянным давлением и в интервале температур от t₁ (температура кипения легкого компонента) до t₂ (температура кипения тяжелого компонента) рассчитывают состав газовой и жидкой фаз для выбранных промежуточных температур.

По результатам расчета строят график изобар, который позволяет определить состав паровой (y₁, y₂, y₃) и жидкой (x₁, x₂, x₃) фаз для любой температуры бинарной смеси (рис. 1.1.1).

Процессы однократного, многократного и постепенного испарения

Процесс перегонки может осуществляться однократным, многократным и постепенным испарением [8].

При однократном испарении нагрев ведется до заданной температуры и пары не выводятся из системы, а находятся в смеси с жидкой фазой.

При многократном испарении однократный процесс испарения повторяется определенное число раз и образующиеся пары каждый раз выводятся из системы.

При постепенном испарении нагрев системы осуществляется постепенно и образующиеся пары удаляются в момент их образования.

Рис. 2. Кривые состава паровой и жидкой фаз бинарной смеси

Перегонка однократным испарением получила наиболее широкое распространение в процессе переработки нефти на атмосферно - трубчатых установках.

Метод (двукратного) многократного испарения также нашел широкое применение в нефтеперерабатывающеи промышленности, метод постепенного испарения, как таковой, почти неприменим. Примером постепенного испарения может служить периодическая перегонка нефти.

На рис. 2. приведены кривые, характеризующие состав паровой и жидких фаз в процессе однократного испарения. Допустим, что содержание легкокипящего компонента в сырье составляет х₀, температура кипения t₁ и концентрация легкокипящих компонентов в паровой фазе у₀. Поднимем температуру смеси до t. Проведя горизонтальную прямую от точки t, найдем состав жидкой х и паровой у фаз (точки а и с на рис. 2).

При температуре t' смесь полностью переходит в паровую фазу, состав паров у' = х₀; оставшаяся часть испаряющейся жидкости будет иметь состав х. Как видно из графика, при однократном испарении температура начала кипения смеси t₁ выше температуры кипения низкокипящего компонента t_A, а температура конца кипения t' ниже температуры кипения t высококипящего компонента t_B.

Нагревая смесь продуктов до температуры t, лежащей в интервале между t₁ и t', получим систему, состоящую из жидкой и паровой фаз. Если удалить образовавшиеся пары, то оставшуюся жидкую фазу можно рассматривать как сырье для повторной перегонки, в котором содержание легкокипящего компонента х ниже, чем в исходной смеси х₀. Для того чтобы подвергнуть полученное сырье полному испарению, нужна более высокая температура, чем t'.

Если отделять в процессе перегонки паровую фазу несколько раз (многократное испарение), то температура, необходимая для полного испарения смеси продуктов поднимается. При выводе паров из системы по мере их образования максимальная температура перегонки становится равной температуре кипения высококипящего компонента.

Перегонка с водяным паром. При нагревании двух несмешивающихся жидкостей давление паров каждой из них будет оставаться таким же, как и при нагревании каждого компонента в отдельности, а давление паров смеси будет равно сумме парциальных давлений отдельных компонентов.

Если взять частный случай перегонки несмешивающихся жидкостей, а именно перегонку с водяным паром, то смесь закипает тогда, когда сумма давлений паров обоих компонентов смеси достигает внешнего давления. При этом температура кипения смеси будет ниже, чем температура кипения каждого из компонентов в отдельности. Например, давление паров бензола при температуре 69,2°С достигает 535 мм рт. ст. При этой же температуре давление водяного пара равно 225 мм рт. ст. Таким образом, давление смеси бензола с водой при 69,2°С равно 760 мм рт. ст., т.е. при этой температуре смесь закипает, в то время как температура кипения бензола составляет 80,2°С а воды 100°С.

Понижение температуры кипения путем перегонки с водяным паром применяется в практике нефтеперерабатывающей промышленности в тех случаях, когда перегоняются тяжелые нефтяные фракции, например мазут, гудрон и пр.

Перегонка может проводиться также и с инертными газами (СО₂, N₂ и др.), действие которых аналогично действию водяного пара.

В промышленной практике переработки нефти инертные газы не находят применения, так как их присутствие значительно затрудняет процесс конденсации нефтяных фракций.

Перегонка в вакууме. Перегонка в вакууме находит широкое применение в тех случаях, когда необходимо снизить температуру во избежание разложения перегоняемых фракций.

Как указывалось, выше, жидкость начинает кипеть тогда, когда давление паров ее становится равным внешнему давлению. При создании в системе пониженного давления (вакуум, разрежение) нагреваемый продукт кипит при более низкой температуре; так, температура кипения масляных фракций нефти, превышающая при атмосферном давлении 500°С, при разрежении 700 мм рт. ст. понижается более чем на 100°С. Снижение температуры кипения не прямо пропорционально разрежению в системе. При небольшом разрежении снижение давления незначительно влияет на изменение температур кипения. При более глубоком разрежении это изменение весьма существенно.

Комбинированное применение вакуума и водяного пара обеспечивает еще большее снижение температур кипения перегоняемых фракций и позволяет осуществлять перегонку в более мягких условиях.

На заводах, при перегонке нефтяных остатков с получением масляных фракций, используют комбинированный метод, т.е. перегонку осуществляют в вакууме с применением водяного пара.

Ректификация. Обычная перегонка смеси двух или нескольких компонентов не может обеспечить четкого разделения фракций, в которых наряду с выделяемыми компонентами не присутствовали бы и другие.

Для разделения этих фракций применяется метод ректификации, заключающийся в разделении двух или нескольких компонентов путем многократного контактирования противоточно-движущихся паровой и жидкой фаз с обогащением паровой фазы низкокипящим компонентом, а жидкой - высококипящим. Процесс ректификации осуществляется в ректификационных колоннах, представляющих собой вертикальные цилиндрические аппараты, снабженные по всей высоте специальными ректификационными тарелками, по которым пары, поднимающиеся по колонне, пробулькивают через слой отекающей сверху жидкости, интенсивно с ней перемешиваясь.

В ректификационную колонну подается сырье, подогретое до необходимой температуры и представляющее собой смесь паров и жидкости. Пары поднимаются вверх по колонне, а жидкость стекает вниз. На верхнюю часть ректификационной колонны подается орошение, представляющее собой продукт, полученный после конденсации паров, отходящих с верхней ее части. Встречаясь с поднимающимися горячими парами, орошающая колонну жидкость нагревается и постепенно испаряется. При этом она отнимает тепло у паров, в результате чего некоторое количество их конденсируется и стекает в виде флегмы в нижнюю часть колонны. Этот процесс испарения и конденсации повторяется по всей высоте колонны на каждой тарелке.

Фракционный состав флегмы и паров по высоте колонны непрерывно меняется: стекающая вниз флегма все более обогащается тяжелыми фракциями, поднимающиеся пары становятся более легкокипящими. Поток паров, поднимающихся вверх, создается испарением подаваемого в колонну сырья и частично испарением остатка нижней части колонны; поток жидкости, стекающей вниз, образуется в верхней части колонны за счет орошения. Температура внутри колонны изменяется по высоте в соответствии с температурами кипения разделяемых компонентов: в верхней части колонны она близка к температуре кипения легкокипящего компонента.

Необходимые условия процесса ректификации: наличие восходящего потока паров и нисходящего потока флегмы по всей высоте колонны; наличие разницы в температурах паров и флегмы (пары должны иметь температуру более высокую, чем соприкасающаяся с ними флегма); конструкция колонны должна обеспечивать тесный контакт между парами и жидкостью.

Та часть колонны, которая расположена над вводом смеси, подлежащей ректификации, называется концентрационной, или обогащающей, так как в ней осуществляется концентрация легкокипящего компонента в парах. Часть колонны, расположенная под вводом смеси, называется отгонной, так как в ней осуществляется отгон из стекающей жидкости низкокипящего компонента.

Продукт, отобранный с верхней части ректификационной колонны, называется дистиллятом, продукт, отобранный снизу, - остатком.

При разделении смеси на две фракции применяются описанные выше колонны, имеющие концентрационную и отгонную части. Такие колонны называются простыми.

При необходимости разделения смеси на большее число фракций (порядка 4 - 5) ректификация осуществляется в более сложных колоннах, представляющих собою несколько простых колонн, поставленных одна на другую. В этом случае отгонные секции обычно выносятся в отдельную колонну, работа которой связана с основной колонной. Для создания контакта между парами и жидкостью в ректификационных колоннах устанавливаются специальные устройства - тарелки, на которых происходит контакт флегмы с парами и обмен низко - и высококипящими компонентами. Для того чтобы обмен был эффективным, необходимы, достаточное время и интенсивность контакта.

Считается, что контакт, необходимый для достижения равновесия между жидкой и паровой фазами, должен происходить на теоретической тарелке. Практически это условие не может быть создано и равновесие в системе не устанавливается. Поэтому в парах над тарелкой содержится больше высококипящего компонента, а в жидкости на тарелке больше низкокипящего компонента, чем это было бы при идеальных условиях равновесия. Учитывая это, вводят отношение степени изменения состава фаз на практической тарелке к изменению состава фаз на теоретической тарелке, которое называют коэффициентом полезного действия тарелки. Обычно коэффициент полезного действия тарелки составляет 0,6 - 0,8. Число необходимых теоретических тарелок в колонне может быть определено специальным расчетом. Зная коэффициент полезного действия тарелки выбираемой конструкции, находят практически необходимое число тарелок.

1.2 Принципиальные технологические схемы установок перегонки нефти и мазута

Перегонка нефти для получения светлых нефтепродуктов: бензина, керосина, дизельного топлива - осуществляется на установках, работающих под атмосферным давлением. Такие установки называются атмосферными (AT).

Для получения фракций с более высокими температурами кипения остаток, полученный на атмосферной установке (мазут), перегоняют на установках, работающих в вакууме. Такие установки называются вакуумными.

Атмосферные и вакуумные установки могут эксплуатироваться совершенно раздельно друг от друга и могут быть объединены в общие схемы, что способствует более глубокой переработке нефти. Такие комбинированные установки называются атмосферно - вакуумными (АВТ). Применение комбинированных атмосферно-вакуумных установок имеет большие преимущества перед атмосферными и трубчатыми установками.

Комбинированные атмосферно-вакуумные установки занимают меньшую территорию, имеют значительно лучшие показатели регенерации тепла (пониженный расход топлива, электроэнергии и пр.). Поэтому на современных заводах сооружаются в основном атмосферно - вакуумные установки, причем в большинстве случаев в комбинации с установками электрообессоливания [13].

Атмосферные трубчатые установки могут быть следующих типов:

с однократным испарением всех отгоняемых фракций в одной колонне;

с предварительным испарением легких бензиновых фракций;

с двукратным испарением в двух колоннах.

Рис. 3. Схема перегонки нефти с однократным испарением

Схема перегонки нефти, основанная на принципе однократного испарения, приведена на рис. 3

Нефть насосом 4 прокачивается через теплообменники 1 в водогрязеотделитель 2 и далее под давлением, создаваемым тем же насосом, поступает в трубчатую печь 5, а затем в ректификационную колонну 5.

Достоинством этой схемы, как указывалось выше, является возможность применения сравнительно низких конечных температур подогрева нефти, поскольку наличие легких фракций способствует испарению тяжелых. Недостатком схемы, особенно в условиях переработки нефтей, богатых легкими фракциями, является высокое давление в печи и колонне, вызванное образованием большого количества паров, что ведет к повышению давления на насосе и теплообменниках и необходимости, исходя из этого, утяжеления конструкции аппаратов (теплообменников).

Схема перегонки нефти, основанная на принципе двукратного испарения, приведена на рис. 4.

По этой схеме нефть, подаваемая насосом 1, подогревается в первой группе теплообменников 2 и, отделенная от воды и грязи в водогрязеотделителе 3, проходит группу теплообменников 4, подается в первую ректификационную колонну 7, где из нее отбирается бензин. Отбензиненная нефть насосом 5 прокачивается через печь 6 во вторую ректификационную колонну 8, где разделяется на целевые фракции: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут.

Рис. 4. Схема перегонки нефти с двукратным испарением

Положительной стороной этой схемы является небольшое давление на сырьевом насосе и в теплообменной аппаратуре, что упрощает их конструкцию. Печь и вторая колонна не перегружаются бензиновыми фракциями. Установка успешно применяется для переработки сернистой нефти. Недостатком этой установки является необходимость применения более высоких температур нагрева в печи, чем при однократном испарении, вследствие раздельного испарения части легких фракций. Кроме того, несколько усложняется и схема установки.

Схема перегонки нефти, основанная на принципе предварительного испарения легких фракций, показана на рис. 1.2.3.

По этой схеме нефть насосом 1 подается через систему регенерации тепла (теплообменники 2) и после отделения от воды и грязи в водогрязеотделителе 3, пройдя теплообменник 4, поступает в испаритель 7, где из нефти отделяются легкие фракции. Из испарителя 7 нефть горячим насосом 5 подается через трубчатую печь 6 в ректификационную колонну 8. Легкие фракции из испарителя поступают в основную колонну и ректифицируются вместе с более тяжелыми фракциями. В описанной схеме испарение осуществляется двукратно, но ректификация паров производится совместно.

Достоинством приведенной схемы является отсутствие повышенных давлений в системе насос - теплообменники - дегидраторы - печь (при работе на стабилизированных нефтях) и вследствие этого облегчение конструкции теплообменников [14].

Совместная ректификация легких и тяжелых паров в колонне позволяет применять более низкие конечные температуры подогрева. При работе на нефтях нестабилизированных, содержащих 2,5--3% растворенных газов, на установках такого типа создается повышенное давление, в связи с чем в этом случае применяют установки с двукратным испарением. Недостаток схемы установки с испарителем заключается в некотором усложнении и утяжелении конструкции основной колонны. На нефтеперерабатывающих заводах применяются установки всех указанных типов [15].



Рис. 5. Схема перегонки нефти с предварительным испарением.

Принципиальная схема типовой атмосферной установки (AT) приведена на рис.6.

Рис. 6. Типовая атмосферная установка AT:

1, 2 - теплообменники; 3 - дегидратор; 4 - первая ректификационная колонна; 5 - печь; 6 - вторая ректификационная колонна;

7 - отпарная колонна; 8, 11 - конденсаторы-холодильники;

9 - газосепараторы; 10 - выщелачивающие колонны; 12 - отстойники;

13 - инжекторы

Большая часть вакуумных установок работает по схеме однократного испарения мазута, с применением одной колонны.

Схема ректификации на типичной установке показана на рис. 7 и может быть рекомендована для получения широкой масляной фракции (вакуумный отгон сырья для каталитического крекинга).

Чтобы получить хорошо ректифицированные узкие фракции, используемые при производстве масел, увеличивают число тарелок в ректификационной колонне и устанавливают для каждой выводимой дистиллятной фракции отпарные колонны по схеме, применяемой на нефтеперегонных установках [16].

Рис. 7. Схема ректификации на вакуумной установке с однократным испарением: 1, 2, 3 - боковые погоны

Такая схема имеет серьезный недостаток, поскольку увеличение числа тарелок сопряжено со снижением вакуума, что отрицательно влияет на глубину отбора целевых фракций, а также на качество получаемых дистиллятов.

Другим путем улучшения фракционного состава дистиллятов является перегонка с двукратным испарением, которая может осуществляться по двум схемам [17]:

1) отгон легких фракций проводится в первой колонне. Остаток, полученный в первой колонне (полугудрон), подвергается дополнительному нагреву, остальные дистилляты фракции отбираются во второй колонне;

2) в первой колонне осуществляется отбор широкой масляной фракции, которая во второй колонне разделяется на фракции с более узким пределом выкипания.

Оба варианта схем двухступенчатой перегонки связаны с дополнительным расходом топлива, но позволяют улучшить фракционный состав масляных дистиллятов, что имеет большое значение для эффективного ведения процессов их очистки.

При общности принципиальных схем атмосферной и вакуумной перегонки последняя имеет и свои особенности, основной из которых является наличие в системе разрежения, создаваемого барометрическими конденсаторами, эжекторами и вакуумными насосами.

Для увеличения скорости движения мазута в трубах печи и предотвращения разложения в змеевик радиантной части печи подается перегретый пар. Конструкция вакуумной колонны отличается от конструкции атмосферной колонны более суженной отгонной частью. Такое уменьшение диаметра способствует сокращению времени пребывания остатка в колонне во избежание его разложения под влиянием высоких температур [18].

На атмосферно - вакуумных установках осуществляется полная перегонка нефти с получением светлых дистиллятов и масляных фракций.

Нефть поступает через теплообменники атмосферной части в дегидраторы, где освобождается от воды и грязи, затем в теплообменники вакуумной части, в которых нагревается за счет тепла масляных дистиллятов и гудрона. Подогретая таким образом нефть поступает через печь атмосферной установки в ректификационную колонну. В атмосферной колонне выделяются светлые нефтепродукты: бензин, керосин, дизельное топливо (иногда соляр). Остаток снизу атмосферной колонны поступает через трубчатую печь вакуумной части в вакуумную колонну, где фракционируется на масляные дистилляты и остаток.

В последние годы на новых заводах установку для перегонки нефти комбинируют с установками других процессов [19]. Так, атмосферная перегонная установка обычно комбинируется с вакуумной и с установками для выщелачивания светлых нефтепродуктов. Кроме того, в комплекс установок иногда включается установка электрообессоливания, стабилизации, вторичной перегонки бензина и др.

В ряде случаев процесс первичной перегонки комбинируют с процессом каталитического крекинга и коксования.

Выбор схемы комбинирования осуществляют в зависимости от качества сырья и требований, предъявляемых к ассортименту вырабатываемых продуктов.

Строительство комбинированных установок экономичней, чем сооружение отдельно расположенных установок.

Преимуществами комбинированных установок являются: сокращение промежуточных резервуарных парков для полупродуктов, снижение протяженности трубопроводов, уменьшение необходимой площадки для самой установки. В процессе эксплуатации комбинированные установки также более экономичны, так как в данном случае более рационально используется тепло отходящих потоков и в силу этого сокращается расход топлива, воды, электроэнергии, уменьшаются эксплуатационные расходы.

На рис. 8 приведена схема комбинированной установки для атмосферной перегонки с предварительным испарением, вакуумной перегонки, стабилизации бензиновой фракции (начало кипения 180°С), выщелачивания светлых нефтепродуктов, вторичной перегонки бензинов с получением узкой фракции. По этой схеме обессоленная нефть прокачивается через ряд теплообменников и поступает в колонну предварительного испарения 1. В теплообменниках используется тепло циркуляционного орошения колонны 2, трех погонов вакуумной колонны 3, дизельного топлива, циркуляционного орошения колонны 1 и гудрона.

Для подогрева нефти до необходимой температуры используется также часть потолочного экрана печи 4.

Нефть с температурой 200°С поступает в колонну 1. С верха колонны 1 выводятся газ и пары бензина через конденсатор - холодильник в емкость. Часть бензина подается в верхнюю зону колонны в виде острого орошения. Температура внизу колонны поддерживается горячей струей, подаваемой из печи 5. Отбензиненная нефть с нижней части колонны 1 насосом прокачивается через печь 5, где нагревается до 375°С, и поступает в колонну 2. Боковые погоны, получаемые в колонне 2, выводятся в отпарную колонну 6, где получаются готовые дистилляты керосина и дизельного топлива.

Выводимые с верхней части колонны 2 пары бензина и воды поступают в конденсатор-холодильник и далее в виде конденсата в водоотделитель. Часть бензина возвращается в колонну 2 в качестве острого орошения. Избыточное тепло из колонн 1 и 2 отводится циркуляционным орошением. Мазут с низа колонны 2 с температурой 330°С прокачивается через печь 4 в вакуумную колонну 3, из которой выводятся три вакуумных дистиллята. Вакуум в колонне создается барометрическим конденсатором 9 и эжектором.

Гудрон с низа колонны 3 с температурой 300°С прокачивается насосом через теплообменники и холодильники в мерники. Бензин, полученный из первой колонны, подается для стабилизации в стабилизатор 10. Температура в нижней части стабилизатора (140°С) поддерживается паровым подогревателем.

С верхней части стабилизатора 10 отводится бутановая фракция, с нижней части - стабильный бензин.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Схема комбинированной установки АВТ

Стабилизированный бензин вместе с бензином, полученным из колонны 2, подаются на вторичную перегонку в колонну 7, температура которой поддерживается паровым подогревателем. Колонна вторичной перегонки 7 связана с отпарной колонной 8, с нижней части которой отводится узкая фракция бензина. Газы из газосепараторов колонн 1, 2 и 6 после отделения от конденсата направляются на дальнейшую переработку или используются как топливо. Полученный при атмосферной, перегонке бензин подвергается перед стабилизацией выщелачиванию.

В связи со значительным развитием процессов нефтехимического синтеза систематически возрастает потребность в низкокипящих ароматических углеводородах: бензоле, толуоле, м -, о - и n - ксилолах. Получение этих продуктов осуществляется при каталитическом риформинге узких фракций бензина [20]. С целью получения узких фракций бензинов в комплекс установок АВТ включают также и установки для вторичной перегонки бензина, поскольку эксплуатация одной колонны, как это имеет место в приведенной схеме, не дает удовлетворительных результатов.

Более совершенная схема вторичной перегонки бензинов приведена на рис. 9.

По этой схеме выщелоченный стабилизированный бензин, выкипающий до 180°С, через теплообменник 1 поступает в первую колонну 2, в которой отгоняется фракция о начало кипения до 62°С. Остаток с низа первой колонны подогревается в рибойлере 3 и подается в колонну 4, с верхней части которой отбирается фракция, выкипающая в пределах 62 - 85°С. Остаток с низа второй колонны, по аналогичной схеме, подается в колонну 5, с верха которой отбирается фракция, выкипающая в пределах 85 - 120°С.

Боковой погон из колонны 5 перетекает в отпарную колонну 6, откуда отбирается фракция, выкипающая в пределах 120 - 140°С. Легкие фракции из колонны 6 возвращаются в колонну 5. Остаток, получаемый в нижней части колонны 5 (фракция, выкипающая в пределах 140 - 180°С), прокачивается через теплообменник, где отдает свое тепло сырью - бензину, и выводится с установки. Колонны 2, 4, 5 орошаются верхним продуктом этих колонн, прошедшим конденсаторы-холодильники 7 в связи с выпадением кристаллов льда.

Рис. 9. Схема узла вторичной перегонки на современных АВТ

Нагрев продукта в подогревателях - рибойлерах 3 осуществляется за счет циркуляции теплоносителя (фракция, выкипающая в пределах 350-420° С) через печь 8.

Температурный режим работы колонн приведен на рис. 9.

Основные требования к бензинам и оценка их свойств

Авиационные бензины. Основными качественными показателями авиационных топлив для поршневых двигателей являются: фракционный состав, антидетонационные свойства, химическая стабильность, давление насыщенных паров.

Фракционный состав характеризует полноту испарения топлив, что весьма важно для нормальной работы двигателя. Топливо должно сгорать в двигателе в течение 0,002 - 0,004 сек. Это сгорание произойдет только в том случае, если топливо полностью испарено и смешано с воздухом в определенном соотношении.

При наличии в рабочей смеси неиспаренного топлива сгорание задерживается, двигатель перегревается и его мощность и экономичность уменьшаются.

В авиационных бензинах определяют температуру начала кипения и температуры, при которых перегоняется 10, 40, 50, 90, 97 или 97,5% топлива. Температура выкипания 10% характеризует пусковые свойства бензинов, надежность запуска двигателя в различных условиях и, в частности, при низкой температуре окружающего воздуха. Эта точка нормируется в пределах 75 - 88°С. Температура выкипания 50% характеризует скорость прогрева мотора при запуске и плавность перехода двигателя от одного режима работы к другому, а также устойчивость его работы. Выкипание 50%-ной фракции нормируется при температуре не больше 105°С.

Выкипаемость 90 и 97% топлива определяет однородность рабочей смеси (полноту сгорания топлива в двигателе), а следовательно, и отсутствие разжижения смазочного масла. Для выкипания 90% бензина установлена норма не выше 145°С, а для 97,5% - не выше 180°С.

Антидетонационные свойства являются важнейшим показателем, по которому оцениваются эксплуатационные качества бензинов. Они характеризуют способность, топлива к бездетонационному сгоранию в двигателях. Склонность топлива к детонации оценивается, как указывалось выше, на бедных смесях октановыми числами, а на богатых - сортностью, определяемыми на специальных одноцилиндровых двигателях.

Химическая стабильность характеризует постоянство состава топлива при хранении и эксплуатации. Авиационное топливо не должно содержать соединений, окисляющихся и полимеризующихся под влиянием различных факторов (температура, воздействие кислорода воздуха и пр.) с образованием смолистых веществ и кислот. О наличии в бензине подобных соединений судят по величине его йодного числа, которое не должно превышать 10 - 12 г/100 г бензина. Кроме того, определяют также содержание фактических (растворенных) смол - их содержание должно быть меньше 2 мг/100 мл бензина.

Давление насыщенных паров определяет содержание в топливе легких фракций, способных создать в системе газовые пробки, которые в условиях полета могут привести к перебоям в подаче топлива и прекращению работы двигателя. Высокая упругость паров вызывает также увеличение потерь при хранении и использовании топлив. Применение бензинов с очень, низким давлением насыщенных паров может вызвать затруднения в запуске двигателя. В ГОСТ на авиационный бензин нормируется и нижний и верхний пределы давления паров. Для авиационных бензинов нижний предел составляет 220 - 240 мм рт. ст., верхний - 360 мм. рт. ст.

Низкотемпературные свойства. Авиационные бензины не должны выделять кристаллов парафинов при низких температурах. Температура кристаллизации авиационных бензинов по действующим ГОСТ должна быть не выше - 60°С.

Антикоррозионные свойства. Авиационные бензины должны быть химически нейтральными, не корродировать металлы. Поэтому содержание серы в них не должно превышать 0,05%; предусматривается отсутствие активных сернистых соединений (отрицательная проба на медную пластинку).

Авиационные бензины изготовляют компаундированием бензинов, получаемых прямой перегонкой специально подобранных нефтей, или путем каталитического крекинга, с высокооктановыми добавками: алкилбензином, алкилбензолом ароматическими углеводородами. В авиационных бензинах содержание ароматических углеводородов ограничено, поскольку они повышают гигроскопичность бензинов, что при эксплуатации в зимних условиях вызывает осложнения в связи с выпадением кристаллов льда.

Автомобильные бензины. Основные требования к автомобильным бензинам аналогичны требованиям, предъявляемым к бензинам авиационным: они должны иметь определенный фракционный состав, хорошие антидетонационные свойства, обладать химической стабильностью и антикоррозионными свойствами.

Однако в связи с различиями в конструкции и условиях работы двигателей требования, предъявляемые к автомобильным бензинам, менее жестки, нежели к авиационным, а именно: фракционный состав шире, октановые числа ниже, допустимое давление паров более высокое.

В настоящее время выпускаются автомобильные бензины следующих марок: АИ-80, АИ-93. (Цифры в наименовании марок показывают октановые числа бензинов по исследовательскому методу.) Основным показателем для автомобильных бензинов, так же как для авиационных, является антидетонационная стойкость. Новые, более экономичные типы двигателей, имеют высокие степени сжатия и могут эксплуатироваться только на бензинах с повышенными октановыми числами. В ближайшее время ассортимент автомобильных бензинов намечается пересмотреть в направлении организации производства бензинов с более высокими октановыми числами.

Автомобильные бензины отличаются от авиационных по составу компонентов. В автомобильные бензины вовлекаются фракции, выкипающие в соответствующих температурных интервалах, полученные прямой перегонкой нефтей, бензины термического крекинга и термического риформинга, газовые бензины; пентан-амиленовые фракции крекинг-газа, мотоалкилат, пиробензол, бензины каталитического крекинга, каталитического риформинга и ряд других.

Автомобильные бензины ингибируются, т.е. к ним добавляются антиокислители - стабилизаторы, замедляющие процессы окисления и смолообразования.

Поскольку присутствие смол в бензине нарушает нормальную работу двигателя, техническими условиями предусматривается также и определение содержания смол. Химическая стабильность бензина контролируется определением индукционного периода.

Индукционным периодом называется время, в течение которого в определенных жестких условиях бензин не. Поглощает кислорода (индукционный период автомобильных бензинов должен быть не меньше 360 мин).

При переработке сернистых нефтей [24,25] получаются бензины, содержащие сернистые соединения, наличие которых снижает антидетонационную стойкость топлива, вызывает коррозию двигателей; в связи с этим содержание сернистых соединений ограничивается существующим ГОСТом.

Глава 2. Эксплуатация установок первичной перегонки нефти

2.1 Технологический режим работы установок

Технологический режим работы перегонных установок разрабатывается с учетом особенностей процесса, качестве перерабатываемого сырья и заданного ассортимента вырабатываемых продуктов. Параметры процесса фиксируются и регламентируются в технологической карте, составляемой и ежегодно пересматриваемой для каждой установки.

Персонал, обслуживающий перегонную установку, должен руководствоваться производственной инструкцией, где подробно излагаются правила пуска установки, вывода ее на заданный режим, регулировки работы установки для получения кондиционной продукции, предупреждения аварий и способы их ликвидации, а также нормальной и аварийной остановки установки. Кроме технологической карты и производственной инструкции на каждой установке имеются также инструкции по технике безопасности и противопожарной профилактике [26].

Регулировка работы установки осуществляется оператором с помощью контрольно - измерительных приборов, которыми оснащена установка, а также на основе данных лабораторных анализов о качестве сырья и получаемых продуктов. Важным фактором для нормального проведения процесса перегонки нефти является стабильность сырья и его тщательная подготовка к переработке, так как изменение качества сырья обычно вызывает отклонения в технологическом режиме. Большое внимание уделяется работе теплообменных аппаратов, так как они обеспечивают предварительный подогрев нефти, установленный технологической картой. При загрязнении теплообменников температура подогрева нефти снижается, соответственно возрастает давление в сырьевом насосе. Очистка теплообменников осуществляется по заранее составленному графику в порядке планово-предупредительного ремонта, без остановки всей установки в целом, путем промывки горячей водой или продувки паром без разборки аппаратов. Кроме того, применяется и механическая очистка аппаратов, для чего необходима их разборка.

Дегидраторы, или водогрязеотделители, на установках должны обеспечьнать очистку нефти от остаточных воды и грязи, не отделенных на нефтепромыслах и в сырьевых резервуарах. Очистка воды и грязи в этих аппаратах осуществляется автоматически или вручную.

Для хорошего регулирования процесса горения в трубчатых печах необходимо качественное жидкое топливо, обезвоженное и подогретое для обеспечения нужной вязкости. Подачу пара в форсунки осуществляют так, чтобы обеспечивалось хорошее распыление топлива; подачу воздуха (через поддувала) регулируют таким образом, чтобы количество воздуха было достаточным для полного сгорания топлива, но не создавалось избытка воздуха. При регулировке работы печи необходимо поддерживать определенную температуру на перевале. Увеличение температуры на перевале сверх нормируемой величины может привести к прогоранию трубы, а понижение - к уменьшению производительности установки вследствие недостаточной подачи тепла конвекционным трубам. Необходимо наблюдать за состоянием труб в печи, гак как появление темных, пятен на поверхности труб свидетельствует об их закоксовывании.

От нормальной работы ректификационной колонны на нефтеперегонных установках зависит качество вырабатываемой продукции.

Фракционный состав бензина [27] определяется температурой верхней части колонны, которую регулируют подачей орошения. Эта регулировка обычно осуществляется автоматически. Фракционный состав остальных дистиллятов, отбираемых в виде жидкостных потоков, регулируется перетоком из основной колонны в отпарные. Для упрощения фракционного состава продукта уменьшают поступление его по перетоку, тогда количество флегмы, перетекающей на нижние тарелки, увеличивается, температура понижается и фракционный состав продуктов облегчается. Для утяжеления фракционного состава необходимо произвести обратную операцию: увеличить переток в отпарную колонну.

Если температура начала кипения продуктов оказывается ниже нормируемой величины, что указывает на концентрирование более легких фракций, необходимо увеличить подачу пара в соответствующую отпарную секцию. При удовлетворительной работе колонны содержание и мазуте легкокипящих фракций, выкипающих при разгонке до 350оС, составляет не более 2 - 3%.

Колпачковые ректификационные колонны современных атмосферных установок работают практически с удовлетворительном четкостью погоноразделения: обычно «налегание» фракций, т.е. разница между концом кипения более низкокипящей фракции и началом кипения высококипящей, составляет не более 10 С. В вакуумных колоннах наблюдается более значительное «налегание» фракций, доходящее иногда до 100°С.

Нормальная работа конденсаторов и холодильников обеспечивается достаточным поступлением охлаждающей воды, что контролируется по температуре воды, выходящей из холодильника. Повышение температуры воды в холодильниках может вызвать образование накипи на их поверхности, а снижение температуры - перерасход воды и электроэнергии.

Температуры охлаждения дистиллятов нормируются в технологических каргах и устанавливаются в зависимости от климатических условий и аппаратуры установки.

В обслуживании аппаратуры вакуумно-перегонной установки имеется ряд особенностей, связанных с ее технологией. Так, работа печи должна вестись в особо мягких условиях, чтобы предотвратить разложение масляных дистиллятов. Для этого в радиантные трубы печи вводится водяной пар, тщательно контролируется температура на выходе из печи, устанавливаемая в зависимости от качества сырья в пределах 420 - 435°С. Работа вакуумной колонны в значительной степени зависит от глубины создаваемого вакуума. Для обеспечения, эффективной работы барометрического конденсатора необходимо следить за температурой воды на выходе из него, так как повышение температуры значительно снижает вакуум.

Нормальная работа вакуум - эжектора обеспечивается постоянством давления поступающего в него пара.

Величина вакуума в аппаратах вакуумной части АВТ [28] не одинакова Наибольший вакуум создается в вакуум-эжекторе и барометрическом конденсаторе; в верхней части колонны величина вакуума несколько ниже, что объясняется потерей напора в шлемовых трубах. По высоте колонны вакуум постепенно уменьшается в связи с гидравлическим сопротивлением па тарелках колонны и составляет 3 - 5 мм рт. ст. на каждую тарелку, в силу чего в эвапорационной части остаточное давление составляет 140 мм рт. ст. при остаточном давлении в верхней части колонны 70 - 80 мм рт. ст.

Показатели режима атмосферной установки по переработке нефти таковы:

Таблица 1

Температура, оС
предварительно подогрева нефти…......................................	180 - 200
на выходе из печи…………………………………………….	330 - 340
газов
на перевале……………………………………………………	не более 900
у основания дымовой трубы………………………………...	400 - 450
отходящей воды из конденсаторов и холодильников……..	не более 45
Давление в нагнетательной линии сырьевого насоса, от….	не более 20

Таблица 2. Показатели режима вакуумной перегонной установки следующие

Температура, оС
предварительно подогрева………….....................................	не ниже 260
мазута на выходе из печи……………………………………	430
дымовых газов над перевалом………………………………	не более 900
перегрева водяного пара.……………………………………	450
Остаточное давление, мм рт. ст.
верхней части ректификационной колонны….…………...	не выше 70
эвапорационной части колонны……………………..……..	не выше 130
Давление пара на эжекторах, ат…………………………….	не менее 10

Указанные данные меняются в зависимости от технологической схемы установки и качества перерабатываемого сырья.

Современные нефтеперерабатывающие установки оснащены большим количеством приборов, регистрирующих параметры технологического процесса (температуры, давления, уровня жидкости в аппаратах) и обеспечивающих их регулировку по отдельным технологическим узлам.

Так, например, в трубчатых печах автоматически регулируется температура на выходе из печи путем изменения количества сжигаемого топлива. В некоторых случаях в эту схему регулировки включают также и корректировку температуры на выходе из печи в соответствии с температурой дымовых газов над перевалом. Для поддержания нормального режима горения осуществляют автоматическое регулирование соотношения количества газа и воздуха, подаваемых и печь на сжигание, корректируя его по анализу дымовых газов. В ректификационных колоннах температура верха регулируется автоматически путем изменения подачи орошения; уровень жидкости регулируется путем изменения количества откачиваемого продукта и т.д.

Большое значение имеет автоматизация очистки воды из дегидраторов, так как при ручной очистке этот узел является источником значительных потерь нефти. На современных нефтеперегонных установках очистка воды из дегидраторов автоматизирована. Автоматизировано также регулирование уровни раздела нефтепродукт - вода в скрубберах и водоотделителях.

Лабораторный контроль работы перегонных установок: Работу перегонных установок контролируют на основании результатов анализов заводской лаборатории о качестве перерабатываемого сырья и получаемых нефтепродуктов. Как правило, каждая нефтеперерабатывающая и мазутоперерабатывающая установка вырабатывает не товарные продукты, а полуфабрикаты и компоненты. Для вырабатываемых компонентов и полуфабрикатов устанавливаются межцеховые технические нормы, которым они должны удовлетворять и которые разрабатываются с учетом качества перерабатываемого сырья, принятой схемы производства и технических возможностей установки. Лабораторному контролю подвергается и поступающее на переработку сырье; на атмосферных установках - нефть, на вакуумных установках - мазут.

Большое значение для повышения производительности труда имеет автоматизация контроля качества вырабатываемой продукции, поскольку этой работой в настоящее время занят большой штат лабораторных работников. Кроме того, определение отдельных показателей качества в лабораторных условиях всегда отстает во времени от ведения процесса на установке, в результате чего оператор узнает о результатах работы установки спустя 2 ч после отбора пробы, когда режим установки уже мог бы быть изменен.

...