5 Первичная переработка нефти - обессоливание, атмосферная и вакуумная ректификация
Нефть, поступающая с месторождений на нефтеперераба- тывающий завод, содержит в своем составе воду, которая распределена I) объеме углеводородов в виде очень мелких капелек — эмульсии. По- падая затем на установки ректификации, вода может вызвать техноло- гические проблемы, связанные с коррозией оборудования. А главное, растворенные в ней соли при испарении воды осаждаются на внут- ренних поверхностях аппаратов, ухудшая теплообмен, снижая проходимость трубопроводов, что в конечном счете может привести к выходу оборудования из строя или даже к серьезной аварии.
Чтобы избавиться от эмульгиропанной (т. е. находящейся в ви- де эмульсии) воды к нефти добавляют дополнительные количества промывочной воды, а также специальные вещества — деэмульгаторы, которые способствуют разрушению эмульсии. Нефть подогревают до 70-130°С для снижения ее вязкости. Все эти процедуры направлены на то, чтобы капельки эмульгированной воды укрупнялись,слипаясь с каплями промывочной воды и друг с другом, и под действием силы тяжести падали вниз и образовывали отдельную водную фазу, которую затем легко было бы отделить. В водной фазе в растворенном виде оказываются также все неорганические соли.
Однако, всех перечисленных выше усилий для требуемой степени обезвоживания нефти оказывается не достаточно и требуется применение специальных аппаратов — электродегидраторов. Они представляют собою сепараторы с размещенными внутри электродами. Между элек- тродами создается напряжение около 2000 В. В его переменном поле капли воды начинают интенсивно колебаться и за счет более частых со- ударений быстрее слипаются между собой. Уровень отстоявшейся воды поддерживается намного ниже электродов, чтобы избежать короткого замыкания. Распространенный старый дизайн электродегидраторов — форма шара. Современные электродегидраторы цилиндрического вида.
Установки обезвоживания и обессоливания нефти называют ЭЛОУ (электрообессоливающие установки). Часто в виде технологического блока они входят в состав установок ректификации нефти.
Установки ректификации нефти называются в России АВТ или AT. Первое означает атмосферно-вакуумная трубчатка (или атмосферно- вакуумная трубчатая). На такой установке происходит ректификация нефти сначала при близком к атмосферному давлении, затем — под ва- куумом. AT — атмосферная трубчатка, здесь все ограничивается толь- ко атмосферной ректификацией. Не совсем понятным остается термин «трубчатка». Он возник для того, чтобы обозначить большую роль труб- чатых печей в работе установки. Однако, трубчатые печи играют боль- шую роль и на других технологических установках, но не входят в их название. Возможно, более понятно было бы название «установка АВР» (атмосферной и вакуумной ректификации), но так уж сложилось, что термины АВТ и AT являются общепринятыми и повсеместно употреб- ляемыми и нам только остается смириться и принять их.
Прежде всего, необходимо четко уяснить, для чего нефть разго- няют на фракции, т. е. нефтепродукты, выкипающие в более узком, чем нефть интервале. Выделение фракций исходит из необходимости получать в дальнейшем товарные' продукты. Двигатели внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры) могут рабо- тать только на бензине (температура конца кипения, как правило, не выше 215°С), потому, что более высококипящие продукты либо будут обладать совсем уже никуда не годной детонационной стойкостью, либо быстро закоксуют свечи. Точно также автомобильные дизельные дви- гатели созданы для дизельной фракции нефти, умеренно склонной к самовоспламенению при сжатии в цилиндре двигателя. Промежуточная (между бензиновой и дизельной) керосиновая фракция является подхо- дящим топливом для реактивных двигателей самолетов. Она не засты- вает при температуре забортного воздуха (—50°С), не испаряется при пониженном давлении верхних слоев атмосферы. Выделяемые при ва- куумной перегонке дистилляты после соответствующей обработки ис- пользуются в качестве основы смазочных масел. Крайние фракции неф- ти — газы и тяжелые остатки атмосферной и вакуумной перегонок наименее ценны. Они используются в качестве топлива как внутри нефте- перерабатывающего завода, так и за его пределами на электростанциях и в котельных, но могут быть и переработаны в более ценные продукты.
Таблица
5.1.
Основные нефтяные фракции |
Пределы |
Выход фрак- |
Характеристика и пути дальнейшего |
фракции |
выкипания |
ции на нефть |
использования |
1 (ефтяные |
Ниже 0°С |
1,5-5% вес. |
Метан, этан, пропан, бутаны с при- |
газы |
|
|
месью более высококипящих угле- водородов, сероводорода и непре- дельных газов. Используются как топливо, сырье для производства водорода, бутаны могут быть вы- делены и направлены на установку алкилирования |
Бензин |
27-205°С (чаще не выше 180°С) |
18-26% вес. |
Делится на более узкие фракции, которые напрямую используются в качестве компонентов автомобиль- ных бензинов и сырья для химиче- ской промышленности, но в основ- ном, после гидроочистки направ- ляются на установки каталитиче- ского риформинга и изомеризации |
Керосин |
140-260°С |
10-22% вес. |
Либо напрямую, либо после гидро- очистки используется в качестве основы для приготовления реактив- ного топлива, а также как компо- нент дизельного топлива, особен- но его низкозастывающих «аркти- ческих» сортов, более узкая фрак- ция 155-200 °С — популярный про- мышленный растворитель уайт- спирит |
Дизельная |
180-360°С |
25-32% вес. |
Другие названия фракции «газойль» |
фракция |
|
|
или «атмосферный газойль», а так- же «соляровое масло» — в насто- ящее время менее употребляемы. После гидроочистки используется в качестве основного компонента дизельного топлива |
Мазут |
Более 300°С |
40-60% вес. |
Остаток атмосферной перегонки. Направляется на вакуумную пере- гонку, может быть использован в качестве котельного топлива |
Таблица
5.1.
Основные нефтяные фракции |
Пределы |
Выход фрак- |
Характеристика и пути дальнейшего |
фракции |
выкипания |
ции на нефть |
использования |
1 (ефтяные |
Ниже 0°С |
1,5-5% вес. |
Метан, этан, пропан, бутаны с при- |
газы |
|
|
месью более высококипящих угле- водородов, сероводорода и непре- дельных газов. Используются как топливо, сырье для производства водорода, бутаны могут быть вы- делены и направлены на установку алкилирования |
Бензин |
27-205°С (чаще не выше 180°С) |
18-26% вес. |
Делится на более узкие фракции, которые напрямую используются в качестве компонентов автомобиль- ных бензинов и сырья для химиче- ской промышленности, но в основ- ном, после гидроочистки направ- ляются на установки каталитиче- ского риформинга и изомеризации |
Керосин |
140-260°С |
10-22% вес. |
Либо напрямую, либо после гидро- очистки используется в качестве основы для приготовления реактив- ного топлива, а также как компо- нент дизельного топлива, особен- но его низкозастывающих «аркти- ческих» сортов, более узкая фрак- ция 155-200 °С — популярный про- мышленный растворитель уайт- спирит |
Дизельная |
180-360°С |
25-32% вес. |
Другие названия фракции «газойль» |
фракция |
|
|
или «атмосферный газойль», а так- же «соляровое масло» — в насто- ящее время менее употребляемы. После гидроочистки используется в качестве основного компонента дизельного топлива |
Мазут |
Более 300°С |
40-60% вес. |
Остаток атмосферной перегонки. Направляется на вакуумную пере- гонку, может быть использован в качестве котельного топлива |
Таблица
5.1.
Основные нефтяные фракции |
Пределы |
Выход фрак- |
Характеристика и пути дальнейшего |
фракции |
выкипания |
ции на нефть |
использования |
1 (ефтяные |
Ниже 0°С |
1,5-5% вес. |
Метан, этан, пропан, бутаны с при- |
газы |
|
|
месью более высококипящих угле- водородов, сероводорода и непре- дельных газов. Используются как топливо, сырье для производства водорода, бутаны могут быть вы- делены и направлены на установку алкилирования |
Бензин |
27-205°С (чаще не выше 180°С) |
18-26% вес. |
Делится на более узкие фракции, которые напрямую используются в качестве компонентов автомобиль- ных бензинов и сырья для химиче- ской промышленности, но в основ- ном, после гидроочистки направ- ляются на установки каталитиче- ского риформинга и изомеризации |
Керосин |
140-260°С |
10-22% вес. |
Либо напрямую, либо после гидро- очистки используется в качестве основы для приготовления реактив- ного топлива, а также как компо- нент дизельного топлива, особен- но его низкозастывающих «аркти- ческих» сортов, более узкая фрак- ция 155-200 °С — популярный про- мышленный растворитель уайт- спирит |
Дизельная |
180-360°С |
25-32% вес. |
Другие названия фракции «газойль» |
фракция |
|
|
или «атмосферный газойль», а так- же «соляровое масло» — в насто- ящее время менее употребляемы. После гидроочистки используется в качестве основного компонента дизельного топлива |
Мазут |
Более 300°С |
40-60% вес. |
Остаток атмосферной перегонки. Направляется на вакуумную пере- гонку, может быть использован в качестве котельного топлива |
Таблица 5.1. Основные нефтяные фракции
Таблица 5.1. Основные нефтяные фракции
Название |
Пределы |
Выход фрак- |
Характеристика и пути дальнейшего |
фракции |
выкипания |
ции на нефть |
использования |
1 (ефтяные |
Ниже 0°С |
1,5-5% вес. |
Метан, этан, пропан, бутаны с при- |
газы |
|
|
месью более высококипящих угле- водородов, сероводорода и непре- дельных газов. Используются как топливо, сырье для производства водорода, бутаны могут быть вы- делены и направлены на установку алкилирования |
Бензин |
27-205°С (чаще не выше 180°С) |
18-26% вес. |
Делится на более узкие фракции, которые напрямую используются в качестве компонентов автомобиль- ных бензинов и сырья для химиче- ской промышленности, но в основ- ном, после гидроочистки направ- ляются на установки каталитиче- ского риформинга и изомеризации |
Керосин |
140-260°С |
10-22% вес. |
Либо напрямую, либо после гидро- очистки используется в качестве основы для приготовления реактив- ного топлива, а также как компо- нент дизельного топлива, особен- но его низкозастывающих «аркти- ческих» сортов, более узкая фрак- ция 155-200 °С — популярный про- мышленный растворитель уайт- спирит |
Дизельная |
180-360°С |
25-32% вес. |
Другие названия фракции «газойль» |
фракция |
|
|
или «атмосферный газойль», а так- же «соляровое масло» — в насто- ящее время менее употребляемы. После гидроочистки используется в качестве основного компонента дизельного топлива |
Мазут |
Более 300°С |
40-60% вес. |
Остаток атмосферной перегонки. Направляется на вакуумную пере- гонку, может быть использован в качестве котельного топлива |
Название |
Пределы |
Выход фрак- |
Характеристика и пути дальнейшего |
фракции |
выкипания |
ции на нефть |
использования |
1 (ефтяные |
Ниже 0°С |
1,5-5% вес. |
Метан, этан, пропан, бутаны с при- |
газы |
|
|
месью более высококипящих угле- водородов, сероводорода и непре- дельных газов. Используются как топливо, сырье для производства водорода, бутаны могут быть вы- делены и направлены на установку алкилирования |
Бензин |
27-205°С (чаще не выше 180°С) |
18-26% вес. |
Делится на более узкие фракции, которые напрямую используются в качестве компонентов автомобиль- ных бензинов и сырья для химиче- ской промышленности, но в основ- ном, после гидроочистки направ- ляются на установки каталитиче- ского риформинга и изомеризации |
Керосин |
140-260°С |
10-22% вес. |
Либо напрямую, либо после гидро- очистки используется в качестве основы для приготовления реактив- ного топлива, а также как компо- нент дизельного топлива, особен- но его низкозастывающих «аркти- ческих» сортов, более узкая фрак- ция 155-200 °С — популярный про- мышленный растворитель уайт- спирит |
Дизельная |
180-360°С |
25-32% вес. |
Другие названия фракции «газойль» |
фракция |
|
|
или «атмосферный газойль», а так- же «соляровое масло» — в насто- ящее время менее употребляемы. После гидроочистки используется в качестве основного компонента дизельного топлива |
Мазут |
Более 300°С |
40-60% вес. |
Остаток атмосферной перегонки. Направляется на вакуумную пере- гонку, может быть использован в качестве котельного топлива |
Таблица 5.1. (Продолжение)
\ |
Пределы |
Выход фрак- |
Характеристика и пути дальнейшего |
фракции |
выкипания |
ции на нефть |
использования |
Вакуумные |
340-550°С |
25-35% вес. |
При схеме, направленной на произ- |
дистилляты |
|
|
водство смазочных масел, выделя- |
(вакуумный |
|
|
ют средневязкий и вязкий дистил- |
газойль) |
|
|
ляты, которые, перерабатывая по отдельным схемам, используют при компаундировании (смешении) то- варных масел. При работе по топ- ливному варианту вакуумный га- зойль направляется в качестве сы- рья на установки гидрокрекинга и каталитического крекинга (воз- можно, после гидроочистки) |
Гудрон |
Более 550° С |
15-25% масс. |
Направляется на установки произ- водства кокса и битума, после деас- фальтизации и последующего обла- гораживания используется в каче- стве компонента смазочных масел (остаточный компонент), использует- ся как компонент котельного топ- лива (топочного мазута) |
Рассмотрим технологическую схему установки АВТ. Предваритель- но нефть нагревается продуктами перегонки в системе теплообмена, которая включает в себя несколько десятков теплообменников и поэто- му представлена на рис. 5.2 весьма упрощенно. После теплообменников нефть поступает в колонну предварительного отбензинивания К-1, где в процессе ректификации из сепаратора Е-1 выделяются газовые ком- поненты нефти и часть бензиновой фракции. Колонна предваритель- ного отбензинивания не является обязательным элементом установки АВТ, необходимость ее присутствия в технологической схеме связана с потенциальным содержанием газовых и бензиновых компонентов в перерабатываемой нефти. Если оно достаточно высоко, то целесооб- разно использовать двухколонную схему, чтобы снизить нагрузку на основную фракционирующую колонну К-2, иначе это потребует значи- тельного увеличения ее диаметра и, в конечном счете, более высоких капитальных затрат.
После нагрева в печи до ~ 360°С отбензиненная нефть поступает в основную фракционирующую колонну К-2. В куб колонны для облегче- ния испарения углеводородов подается водяной пар. В отличие от рас- сматриваемых нами ранее простых ректификационных колонн колонна
К-2 сложная. Это означает, что деление исходной смеси происходит в пей не на два, а на несколько продуктов. Из емкости орошения колон- ны (Е-2) выводится бензин, неиспарившаяся часть — остаток атмосфер- ной ректификации мазут выводится с куба, а в средней части колонны расположены еще по крайней мере два вывода продуктов — дизель- ной фракции и керосина. Эти, так называемые средние дистилляты, собираются в колонне на специальных тарелках, оборудованных карма- нами для отстоя жидкости и приборами контроля ее уровня. Границы и четкость деления фракций регулируются расходом циркуляционных орошений (ЦО). Верхнее орошение называется острым, а боковые — циркуляционными. Они задают температурный профиль колонны и на- грузки на тарелки. Средние дистилляты, выводимые из колонны, со- держат в своем составе более легкие, нежелательные в данном случае компоненты. Они удаляются в небольших вспомогательных колоннах — стрипингах К-3 и К-4 при помощи водяного пара. Пары из К-3 и К-4 направляются обратно в основную колонну К-2.
Мазут далее, после нагрева в печи поступает в колонну вакуумной ректификации. На схеме она не показана. Температуры, при которых ведется процесс в вакуумной колонне практически такие же, как в К-2, по за счет более низкого давления достигается извлечение фракций выкипающих при атмосферном давлении выше 360°С. В К-5 из ма- зута выделяется так называемое вакуумное дизельное топливо (часть дизельной фракции, которая не удалось испарить в К-2) и вакуум- ные дистилляты. Принципиальная схема обвязки вакуумной колонны напоминает таковую для атмосферной колонны К-2, за исключением наличия вакуум создающей системы.
Создание вакуума в колонне достигается одним из трех способов с использованием следующих аппаратов:
вакуумный насос;
паровой эжектор;
барометрический конденсатора.
В последнем случае вакуум создается за счет абсорбции (поглоще- ния) паров с верха колонны холодным дизельным топливом.
В состав установок АВТ также часто входит блок вторичной ректи- фикации широкой бензиновой фракции (объединенного бензина колонн К-1 и К-2). Вопрос ректификации бензина будет рассмотрен позднее, в конце гл. 7, посвященной каталитическому риформингу и изомеризации.