Краткие выводы по атмосферной перегонке нефти

    Атмосферная перегонка нефти осуществляется при атмосферном давлении и температуре кипения углеводородов до 350–360^оС.

В зависимости от технологической схемы перегонка может проводиться:

- на установках с однократным испарением;

- на установках с двукратным испарением;

- на установках с предварительным испарением.

    Выбор той или иной схемы будет зависит от физико-химического состава перегоняемой нефти. В основном предпочтительнее схема с двукратным испарением (последовательно в колоннах отбензинивания К-1 и атмосферной К-2).

    Разделение нефти на фракции осуществляется за счет процесса ректификации. Контакт между паровой и жидкой фазами происходит на ректификационных тарелках.

    Температуру и давление в колонне выбирают такими, чтобы можно было использовать доступные и дешевые хладагенты для конденсации паров ректификации. Давление в колонне сверху вниз увеличивается за счет гидравлического сопротивления тарелок (обычно давление в К-1 до 4 атм, в К-2 до 1,5 атм). 

    Температура в ректификационной колонне снижается от куба к самой последней, верхней, тарелке. Таким образом, достаточно сделать отводы на разной высоте, чтобы получать прямогонные фракции перегонки нефти, каждая из которых кипит в заданных температурных пределах. Фракция имеет свое конкретное назначение и в зависимости от него может быть широкой или узкой, то есть выкипать в установленном интервале температур.

    В атмосферной колонне важными точками регулирования являются температуры поступающего сырья и выводимых из колонны продуктов. Температура ввода зависит от фракционного состава сырья, от требуемой глубины отбора, от качества получаемых продуктов.

    Чтобы поддерживать температуру низа колонны и создать большую поверхность испарения (увеличить концентрацию высококипящих компонентов в остатке), в нижнюю ее часть вводят испаряющий агент, преимущественно водяной пар. Водяной пар подают и в стриппинг секции.

    От применения горячей струи (для поддержания температуры низа К-1) отказались ввиду множества ее недостатков.

    Температурный режим ректификационной колонны регулируется за счет:

- острого орошения (температура верха);

- циркуляционного орошения (температура вывода боковых фракций).

Качество же получаемых продуктов перегонки регулируется за счет:

- отпарных колонн (предотвращают попадание во фракцию более легких компонентов, т.е. температуру начала кипения);

- циркуляционного орошения (не допускают попадания во фракцию более тяжелых компонентов, т.е. температуру конца кипения);

а) КПД тарелок.

Тепло циркуляционных орошений используется для нагрева сырья.

Проблемы, возникающие при атмосферной перегонке нефти:

- на большинстве установок ректификация протекает нечетко, и в результате:

- продукты не соответствуют требуемому фракционному составу;

- часть светлых проваливается в мазут;

б) недостаточный подогрев сырья – в итоге не достигается требуемая доля отгона;

в) низкий КПД контактных устройств – это приводит к большему количеству ректификационных тарелок в колонне, увеличивается ее высота, возрастают капитальные вложения;

г) наблюдается обводненность продуктов при использовании водяного пара как испаряющего агента; возрастают энергозатраты в связи с его использованием.

Предлагаемые пути решения указанных проблем:

- необходимо правильно подбирать схемы отдельных узлов;

наиболее целесообразно использовать энергетические потоки, в том числе достигать необходимую температуру нагрева сырья перед колонной отбензинивания (она должна составлять не ниже 220–240 ^оС);

- подбирать эффективные контактные устройства;

- замена водяного пара как испаряющего агента.

 1.11  Перегонка нефти в вакууме

    Высокая температура нагрева сырья вызывает разложение углеводородов. Перегонка в вакууме основана на том, что при уменьшении внешнего давления над жидкостью понижается температура ее кипения. Практически это означает следующее: углеводороды, кипящие, например, при 500 ^оС при атмосферном давлении, можно перегонять при давлении в несколько миллиметров ртутного столба уже при 200–250 ^оС [2].

    На современных вакуумных установках применяют следующие технологические схемы перегонки мазута:

- однократное испарение всех отгоняемых фракций в одной вакуумной колонне;

- однократное испарение с применением отпарных колонн;

- двукратное испарение отгоняемых фракций в двух вакуумных колоннах (по остатку или дистилляту).

    Получаемые при вакуумной перегонке мазута-дистилляты могут быть использованы в качестве сырья каталитического крекинга (работа по топливной схеме) и в качестве фракций для производства масел (работа по масляной схеме). При работе по топливной схеме на установке получается одна широкая фракция, направляемая в качестве сырья (широкого вакуумного отгона) на установки каталитического крекинга. Если вакуумная перегонка ведется с целью получения масляных дистиллятов, то к качеству фракций предъявляются более жесткие требования [9].

    В вакуумной колонне применяют ограниченное количество тарелок (так как увеличение числа тарелок приводит к повышению давления в питательной секции и к снижению глубины отбора [3]) с низким гидравлическим сопротивлением или насадку; используют вакуум создающую систему (ВСС), обеспечивающую достаточно глубокий вакуум. Количество тарелок в отгонной секции ограничено (4–6), чтобы обеспечить малое время пребывания нагретого гудрона. С этой целью одновременно уменьшают диаметр куба колонн, чтобы он был в 1,5–2 раза меньше диаметра концентрационной части [10]. Из-за больших потоков паров, находящихся в глубоком вакууме, диаметр таких колонн значительно больше диаметра атмосферных и составляет 8–12 м. В результате этого распределение жидкости и барботаж в колонне неравномерны, что приводит к малой эффективности тарелок [8]. Чтобы снизить дополнительно температуру перегонки, вводят водяной пар.   

    Оптимальность работы вакуумного блока определяется следующими факторами:

- качеством мазута по содержанию светлых нефтепродуктов, выкипающих до 350 ^oС;

- технологическим режимом работы узлов подсистемы (температура нагрева сырья в печи);

- соответствием показателей (водяной пар, охлаждающая вода) технологическому проекту (их параметры);

- конструкцией контактных устройств [15];

- остаточным давлением в верхней части колонны (чем оно меньше, тем меньше нагрев сырья в печи, то есть меньше затрат);

- перепадом давления в колонне и трансферной линии, соединяющей колонну с нагревательной печью [16].

Перегонка мазута по масляному варианту

    Перегонка мазута масляного профиля – это выделение узких масляных фракций заданной вязкости, являющихся базовой основной для получения товарных масел путем последующей многоступенчатой очистки от нежелательных компонентов (смолистых, асфальтеновых соединений),    Для получения масел высокого качества рекомендуется получать узкие 50–градусные масляные фракции(350–400;400–450 и 450–500 ^оС) с минимальным налеганием температур кипения смежных дистиллятов (не более 30–60 ^оС) [10]. Для обеспечения требуемой четкости погоноразделения на ректификационных колоннах устанавливают большее число тарелок (до 8 на каждый дистиллят), применяют отпарные секции; наряду с одноколонными широко применяют двухколонные схемы перегонки (по остатку или по широкой масляной фракции) [10].

Плюсы и минусы технологических схем перегонки мазута по масляному варианту приведены в таблице 1.3

Таблица 1.3 – Технологические схемы перегонки мазута по масляному варианту

При перегонке мазута по схеме с однократным испарением требуются следующие условия:

- число тарелок должно быть 12–14, из них половина в отгонных секциях;

- эффективность тарелок должна быть не ниже 0,7–0,8; испарение сырья в зоне питания должно быть на несколько процентов больше суммы отбираемых дистиллятов;

- циркуляционное орошение целесообразно устанавливать на верхних тарелках (обычно на четырех);

- пары из отпарных секций в основную колонну следует подавать на одну тарелку выше отвода жидкости в боковую отпарную секцию;

- перепад давления по паровым линиям должен быть минимальным; температура нагрева не выше 420 ^оС [5].

    Температура нагрева при двукратном испарении по широкой масляной фракции следующая: на входе в первую колонну 400–420 ^оС, а второй ступени 350–360 ^оС [10].

    Схемы перегонки по масляному варианту представлены на рис. 1.4 и 1.5.

Мазут нагревается в вакуумных печах до максимально допустимой температуры и поступает на разделение в вакуумную колонну, с верха отбираются неконденсируемые газы и водяной пар. При одноколонной перегонке боковыми погонами отбираются маловязкий, средневязкий и высоковязкий дистилляты, а снизу выводится гудрон
(рис. 1.4а). При двухколонной схеме, связанной по широкой фракции, дистиллят из первой вакуумной колонны нагревается в печи и подается во вторую, где и происходит основное разделение на масляные дистилляты. Помимо них первым боковым погоном выводится легкий вакуумный газойль, снизу колонн – гудрон.

    При перегонке же в двух колоннах по остатку, происходит сужение фракционного состава дистиллятных фракций (рис. 1.5). В первой вакуумной колонне первым боковым погоном отбирается легкий вакуумный газойль, вторым и третьим – маловязкий и первый погон средневязкого дистиллята (то есть в первой колонне отбирают более легкие дистилляты). Полугудрон с низа первой колонны через печь поступает во вторую вакуумную колонну, из укрепляющей части которой в виде боковых выводов отводятся второй погон средневязкого дистиллята и вязкий дистиллят, а снизу – гудрон [17].     Перегретый водяной пар подается в низ вакуумной колонны и отпарных секций, острый в змеевики печей.

1 – колонна вакуумная; 2 – отпарные секции; 3 – вакуумная печь; 4 - теплообменник; I – мазут; II – неконденсируемые газы и водяной пар; III, IV, V – маловязкий, средневязкий и высоковязкий дистилляты соответственно; VI – гудрон; VII – водяной пар; VIII – легкий вакуумный газойль

Рисунок 1.4 – Схемы перегонки мазута по масляному варианту при однократном (а) и двукратном испарениипо широкой фракции (б)

1 – колонна вакуумная; 2 – отпарные секции; 3 – вакуумная печь; 4 – теплообменник; I – мазут; II – неконденсируемые газы и водяной пар; III – полугудрон; IV – легкий вакуумный газойль; V – маловязкий дистиллят; VI, VIII – средневязкий дистиллят; VII – водяной пар, IX – высоковязкий дистиллят; X – гудрон

Рисунок 1.5 – Схема перегонки мазута по масляному варианту двукратным испарением по остатку