§ 3. Типы установок для перегонки нефти и мазута
Для перегонки нефти применяют следующие типы установок.
1. Атмосферные (AT), когда процесс осуществляется под действием атмосферного давления в ректификационной колонне. В данном случае из сырой нефти получают нефтепродукты — бензин, керосин, дизельное топливо. Остатком является мазут.
2. Вакуумные (ВТ), когда процесс осуществляется под вакуумом с целью получения высококипящих нефтяных фракций. В данном случае мазут подвергают вакуумной перегонке и получают масляные фракции. Остатком является гудрон.
3. Атмосферно-вакуумные (АВТ), когда атмосферные и вакуумные установки объединены в общую технологическую схему, что способствует более глубокой переработке нефти.
4. Комбинированные атмосферные (КАТ) и комбинированные атмосферно-вакуумные (КАВТ), когда установки электро-обессоливания и электрообезвоживания объединены с AT или с АВТ в единую технологическую схему.
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.
Рис. 127. Схемы теплообмена
Принципиальная схема АВТ следующая (рис. 128). Нефть перекачивается насосом 2 через теплообменник 3, электроде-гидрагоры 5 и через холодильник-конденсатор 10 поступает в теплообменники 12. Здесь она нагревается и через печь / атмосферной части поступает в ректификационную колонну 4. В колонне выделяются бензин, керосин, дизельное топливо. Верхний продукт ректификационной колонны 4 конденсируется в холодильнике-конденсаторе 6, а затем поступает в емкость 7.
Рис. 128. Принципиальная схема АВТ
Часть его из емкости 7 насосом 8 подается на орошение. В нижней части колонны 4 находится остаток, который насосом 14 через печь 9 вакуумной части поступает в вакуумную колонну 11.
В вакуумной колонне в результате ректификации из мазута получают дистилляты смазочных масел. На верхних тарелках колонны скапливаются дистилляты легких масел (фракция 350—400° С), под ними более тяжелых (фракция 350—420° С) и еще ниже самых тяжелых масел (фракция 420—500°С). Из нижней части вакуумной колонны 11 насосом 13 откачивается гудрон.
Гудрон для получения высоковязких остаточных масел (например, авиационных, дизельных) подвергается сложной очистке. Его также можно перерабатывать на битум путем окисления его на битумных установках или использовать как сырье для коксовых установок и для установок термического крекинга.
Дистилляты, полученные в результате прямой перегонки нефти на атмосферных и вакуумных установках, обычно нуждаются в дальнейшей переработке. Лишь дизельное топливо и авиакеросин получают после прямой перегонки.
§ 4. Термические процессы деструктивной переработки нефтяного сырья
При атмосферной и вакуумной перегонке нефтепродукты получают физическим разделением на фракции, которые отличаются температурой кипения.
Термические процессы переработки нефти — это химические процессы получения нефтепродуктов.
Различают следующие основные разновидности термических процессов переработки нефти:
1) термический крекинг нефтяного сырья под высоким давлением;
2) коксование или термический крекинг нефтяных остатков при низком давлении;
3) пиролиз или высокотемпературный термический крекинг под низким давлением жидкого и газообразного нефтяного сырья.
Эти разновидности термических процессов часто называют деструктивной переработкой нефти.
Термический крекинг под высоким давлением— это распад органических соединений нефти под влиянием высоких температур и давления (/ = 470—540° С; р — 4,0— 6,0 МПа). Сырьем в этом случае являются низкооктановый бензин первичной перегонки, керосиновая и дизельная дистиллятные фракции, мазуты первичной перегонки, масляные гуд-роны и др. В результате крекинга получают крекинг-бензин, крекинг-керосин, товарный топочный мазут и крекинг-газ.
Коксование — это термический крекинг тяжелых нефтяных остатков, проводимый с целью получения нефтяного кокса (при давлении р = 0,1—0,4 МПа и / = 450—550° С) или увеличения выхода светлых нефтепродуктов.
Сырьем для коксования являются тяжелые нефтяные остатки: мазуты и гудроны первичной перегонки нефти, крекинг-остатки, асфальты установок очистки масляного производства, смолы пиролиза и др. От состава сырья, его качества и условий проведения процесса зависят выход и качество получаемых продуктов. В результате коксования получают товарный нефтяной кокс, газ, бензин и керосино-газойлевые фракции (дистилляты коксования). Наивысший выход кокса получают при условии содержания в исходном сырье наибольшего количества асфальто-смолистых соединений.
Различают следующие способы коксования: периодический, полунепрерывный и непрерывный.
Периодический способ коксования заключается в том, что процесс ведется в специальных аппаратах, называемых кубами.
Схема коксования приведена на рис. 129. Сырье загружается в куб и одновременно зажигается форсунка. После наполнения куба интенсивной шуровки при 380—400° С начинается выделение дистиллятов, количество которого увеличивается до определенной температуры, после чего подъем температуры замедляется. Затем температура в кубе поднимается до 450—500° С, причем скорость выделения отгона уменьшается. После прекращения выделения отгона образовавшийся
Рис. 129. Схема коксования в кубах:
/ — куб; 2 — разгрузочный люк; 3 — шламовая труба; 4 — конденсатор-холодильник; 5 — газоотделитель; 6 — приемник дистиллята коксования; 7 — бачок для хвостовых погонов; S — аварийный бачок
кокс прокаливают, повышая температуру днища куба до 700— 720° С. Затем куб пропаривается и охлаждается водяным паром.
К недостаткам процесса коксования в кубах относятся: небольшая производительность, значительный расход топлива (до 8%) и металла (быстрый износ куба), трудоемкий и тяжелый способ выгрузки кокса. Кроме того, кубовые батареи громоздки и занимают большую площадь.
Полунепрерывный способ коксования иначе называют замедленным коксованием. Процесс этот проводится в специальных аппаратах, называемых коксовыми камерами, которые представляют собой пустотелые цилиндры, рассчитанные на невысокое давление (до 0,4 МПа). Сущность способа: сырье коксования нагревают в печи до 500° С и направляют в коксовую камеру. Здесь сырье находится длительное время и за счет тепла, полученного в печи, коксуется. Из верхней части коксовой камеры уходят легкие дистилляты, в нижней части образуется кокс. После того как камера заполнится на 30—90% коксом, сырье из печи направляется в другую камеру, а из первой выгружается кокс. Таким образом, при данном способе коксования происходит непрерывная подача сырья, выгрузка кокса — периодическая.
Непрерывный способ коксования заключается в следующем: нагретое сырье вступает в контакт с подвижным теплоносителем и коксуется на его поверхности. Образовавшийся кокс вместе с теплоносителем выводится из зоны реакции в регенератор, где часть кокса выжигается. За счет тепла выжигания теплоноситель (кокс) подогревается и возвращается в зону реакции. Кокс может быть крупногранулированным или порошкообразным. Если кокс порошкообразный, коксование происходит в кипящем слое теплоносителя. Здесь выход кокса происходит в меньших количествах.
Наиболее распространен способ замедленного коксования.
Пиролиз — термический крекинг, проводимый при температуре 750—900° С и давлении, близком к атмосферному, с целью получения сырья для химической промышленности.
Сырье для пиролиза: легкие углеводороды, содержащиеся в газах (природных, нефтяных из стабилизационных установок), бензины первичной перегонки, лигроиновая фракция, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция в т. п.
Пиролизу может подвергаться жидкое и газообразное нефтяное сырье. При пиролизе газообразных углеводородов температура процесса выше, чем при пиролизе жидкого сырья. Выбор сырья определяется целевым продуктом пиролиза.
В результате пиролиза получают пиролизный газ и смолы (жидкие продукты). Состав газа зависит от условий пиролиза (температуры, времени контакта, качества сырья). Пиролиз может проводиться для получения этилена, пропилена, бутадиена или ацетилена. Этилен — ценное сырье для производства этилового спирта, каучука и других химических соединений.
Из смол при этом процессе получают бензол, толуол, ксилол, нафталин и другие ароматические углеводороды. Наибольший выход этилена имеем при пиролизе парафинистого сырья, наименьший — нафтенового, но при пиролизе нафтенового сырья получают максимальный выход ароматики.