Проект установки первичной переработки Дмитриевской нефти

Введение

В технологических схемах нефтеперерабатывающих заводов установки первичной переработки нефти являются головными, производящими товарную продукцию и ее компоненты или сырье для вторичных процессов,

иот показателей работы этих установок во многом зависят показатели работы завода в целом. Эффективность работы установок первичной переработки нефти определяется точностью проектных расчетов аппаратуры, ее конструктивным оформлением. От четкой надежной работы этих установок в значительной мере зависят показатели последующих процессов каталитического риформинга, адсорбционного выделения жидких парафинов

идр.

Современные установки первичной перегонки нефти бывают неглубокой перегонки - атмосферные трубчатые (АТ) установки и глубокой перегонки - атмосферно-вакуумные трубчатые (АВТ) установки. Дистилляция нефти, осуществляемая на установках АТ и АВТ, имеет принципиальные особенности, обусловленные природой сырья, ассортиментом получаемых нефтепродуктов и предъявляемыми к ним требованиями.

Установки АВТ (атмосферно-вакуумной трубчатки) предназначены для первичной переработки нефти методом многократного (двух- и трехкратного) испарения. При первичной переработке нефти используются физические процессы испарения и конденсации нефтяных фракций, в то время как вторичные процессы переработки базируются в основном на деструктивных методах (термический, каталитический крекинг, гидрокрекинг, каталитический риформинг, изомеризация и др.).

Переработка нефти на АВТ с многократным (чаще всего - трехкратным) испарением заключается в том, что сначала нефть нагревают до температуры, позволяющей отогнать из нее фракцию легкого бензина. Далее полуотбензиненную нефть нагревают до более высокой температуры и

отгоняют фракции тяжелого бензина, реактивного и дизельного топлива, выкипающие до температур 350-360 °С.

Остаток от перегонки (мазут) подвергается перегонке под вакуумом с получением масляных фракций или вакуумного газойля (сырье установок каталитического крекинга или гидрокрекинга). Установки АВТ, как правило, комбинируются с установками подготовки нефти к переработке (обезвоживание и обессоливание на ЭЛОУ). Кроме того, используются установки вторичной перегонки бензина для получения узких бензиновых фракций. Куйбышевская область - крупный нефтедобывающий район страны. Нефтяные залежи области связаны с отложениями пермского, каменноугольного и девонского возрастов. К самым крупным месторождениям области относится Дмитриевское. Основное количество нефти в области добывается из залежей каменноугольного возраста. Это сернистые, смолистые и парафиновые нефти; содержание светлых нефтепродуктов 15 - 28 % (фракции до 200°C) и 35 - 54 % (фракции до 350°C). Из всех нефтей области прямой перегонкой могут быть получены лишь компоненты автомобильных бензинов с низким октановым числом.

Это можно объяснить высоким содержанием парафиновых углеводородов (54 - 78 %) во фракции н.к.-200°C. Легкие керосиновые дистилляты из большинства нефтей области содержат незначительное количество серы, однако многие из них необходимо очищать от меркаптановой серы. Дизельные фракции большинства нефтей удовлетворяют требованиям ГОСТ на дизельные топлива летних и зимних марок, однако многие из них также нужно очищать от серы. Кроме того из большинства нефтей Куйбышевской области можно получать мазуты основных марок, отвечающие требованиям ГОСТ. Суммарный выход базовых масел с ИВ 85 составляет 16,4 - 28 % (на нефть) [1].

В данном курсовом проекте изложен технологический расчет установки АВТ для перегонки Дмитриевской нефти СIII, которая позволяет получить из нее бензины и дизельные топлива хорошего качества.

1. Теоретические основы процесса

1.1Индексация нефтей для выбора технологической схемы и варианта

еепереработки

1.1.1 Установки первичной перегонки нефти Установки первичной перегонки нефти у нас получили название

трубчатых (по-видимому, в период перехода от кубовых перегонных установок к установкам с нагревом нефти в змеевике печи). Соответственно, если установка рассчитана на перегонку нефти с отбором только светлых дистиллятов (бензин, керосин, дизельное топливо), кипящих до 350 °C, то ее именуют атмосферной трубчатой (АТ) установкой. Если установка рассчитана на перегонку только мазута под вакуумом, она называется вакуумной трубчатой (ВТ) установкой. В общем же случае, когда установка предназначена для полной, глубокой перегонки нефти, ее называют атмосферно-вакуумной трубчатой (АВТ) установкой.

При комбинировании ее с блоком глубокого обессоливания нефти установку называют ЭЛОУ-АВТ.

Нефть из резервуара 1 сырьевым насосом под давлением 1,5 - 1,8 МПа прокачивается через две группы теплообменников, в которых она нагревается за счет тепла готовых или циркулирующих нефтепродуктов. В первой группе теплообменников (до электродегидратора 2) нефть нагревается потоками керосина, ПЦО колонны 4, дизельного топлива, ВЦО колонны 5 и вакуумного газойля и с температурой 130 - 140 °C при давлении 0,8 - 1,2 МПа поступает в электродегидраторы блока ЭЛОУ. На рисунке условно показан один электродегидратор. За счет подачи деэмульгатора и промывной воды из нефти из нефти извлекаются минеральные соли (до 5 - 7 мг/л0, и с остаточным содержанием эмульгированной воды 0,1 - 0,2% (мас.) нефть поступает во вторую группу теплообменников. Здесь она нагревается потоками ПЦО колонны 5 и гудрона до 220 - 240 °C и с долей отгона 5 - 15% (мас.) поступает в отбензинивающую колонну 3.

Назначение этой колонны - извлечь из нефти остатки растворенного в ней газа (если нефть не прошла стабилизацию) и легкую бензиновую фракцию с температурой конца кипения 85 °C (или 120 °C).

Для повышения четкости выделения этой фракции из нефти при кратности орошения 1,5 - 2,0 в низ отбензинивающей колонны поводится поток тепла «горячей струей» (ГС).

Число тарелок в отбензинивающей колонне обычно 20 - 25, диаметр ее 3,6 - 4,0 м, температура паров наверху - 110 - 115 °C, внизу - 240-260 °C.

Из сепаратора этой колонны отбирается жирный углеводородный газ II с давлением, близким к давлению в отбензинивающей колонне (0,2 - 0,4 МПа). Этот газ обычно используют как топливо в печах этой же установки АВТ. Нестабильный бензин 28 - 85 °C (или 120 °C) VII из этого же сепаратора, имеющий температуру 25 - 30 °C, насосом частично возвращают в колонну как орошение, а остальную балансовую часть прокачивают через теплообменник, нагревают до 50 - 70 °C и подают в колонну стабилизации 7.

Колонна стабилизации (диаметр 1,2 - 1,4 и, число тарелок - 30-40) предназначена для отделения от нестабильной легкой бензиновой фракции углеводородов С1 - С4. Давление в этой колонне поэтому повышенное ( 0,8 - 1,0 МПа), а конденсацию паров сверху колонны осуществляют в конденсаторе водяного охлаждения. Для обеспечения в этой колонне необходимой кратности орошения (2 - 4) внизу ее подводится тепловой поток через ребойлер, обогреваемый водяным паром или другим теплоносителем.

Из сепаратора колонны стабилизации выводят углеводородный газ (С1 С3.) под указанным выше давлением и сжиженные углеводороды С3 - С4.(с примесью С5.) IV, часть которых возвращается в колонну как холодное орошение, а балансовое количество выводится с установки. Стабильный бензин снизу колонны 7 (из ребойлера) насосом откачивается в колонну вторичной перегонки бензина 8. В эту колонну поступает бензин, отбираемый сверху атмосферной колонны 4.

Колонна 8 (диаметр 2,4 - 3,2 м, число тарелок 30-35) предназначена для

разделения смеси бензина на две фракции - легкую головку н.к. - 85 °C (или н.к. - 62) и остаток 85 - 180 °C (или 62 - 180). Давление в этой колонне 0,3 - 0,4 МПа, кратность орошения - 2,0-2,5, дополнительное тепло подводится с низу также через ребойлер. Головка бензина V и тяжелый бензин VI отводятся с установки как балансовые продукты.

Отбензиненная нефть VIII снизу колонны 3 насосом прокачивается через трубчатую, атмосферную печь 9 , где нагревается до 340 - 360 °C. По тепловой мощности атмосферная печь наибольшая на установке (120 - 130 МВт), поэтому часто устанавливают две трубчатые печи по 60 - 65 МВт, работающие параллельно.

Нагретый до 340 - 360 °C поток отбензиненной нефти частично (15 - 20%) возвпащается в нижнюю часть отбензинивающей колонны (ГС) для создания в ней потока паров в отгонной секции, а балансовое качество в парожидком состоянии [доля отгона 45 - 60% (мас.)] поступает в секцию питания атмосферной колонны 4. Эта колонна (диаметр 6,4 - 7,0 м, число тарелок 40 - 45) предназначена для разделения предварительно отбензининой нефти на несколько светлых (топливных) фракций. Обычно эта стабильная бензиновая фракция IX, выкипающая до 160 - 180 °C, керосиновая фракция (140 - 230 °C) X и фракция дизельного топлива (200 - 350 °C) XI. Давление в этой колонне поддерживается близким к атмосферному (0,12 - 0,15 МПа в сепараторе бензина), а тепло подводится только потоком нагретого сырья изза невозможности повысить температуру внизу колонны без опасности термического разложения остатка. Поэтому для создания потока паров в отгонной части колонны 4 под нижнюю тарелку отгонной части подают перегретый до 380 - 400 °C водяной пар в количестве 1,2 - 2,0% (мас.) на сырье колонны. Количество укрепляющих тарелок по секциям атмосферной колонны обычно составляет: от верха колонны до вывода 1-го бокового погона (керосина) - 12-16, между выводами 1-го и 2-го боковых погонов - 1214, от вывода 2-го бокового погона до ввода сырья - 8-10 и ниже ввода сырья - 4-6. В стриппингах обычно по 4 тарелки, и под нижнюю из них вводят

также перегретый водяной пар в количестве 5 - 8% (мас.) в расчете на отводимый снизу стриппинга дистиллят.

Для создания потока орошения во всех укрепляющих секциях избыточное тепло отводят острым орошением наверху колонны (возвратом части бензина из сепаратора) и одним промежуточным орошением (ПЦО) под тарелкой вывода.

Сверху атмосферной колонны из сепаратора отбирают оставшуюся в отбензиненной нефти часть бензиновой фракции IX, которая в смеси со стабильным бензином (остаток колонны 7) поступает в колонну вторичной перегонки 8. Из того же сепаратора отбираются оставшиеся легкие углеводороды С4 - С5 II в газовой фазе, используемые как газовое топливо в печах. Боковые погоны (керосин X и дизельное топливо XI) выводят снизу стриппингов 6, прокачивают насосом через теплообменники для нагрева нефти, холодильники воздушного охлаждения и направляют в резервуарный парк. Температура паров бензина, уходящих сверху колонны, обычно составляет 115 - 125 °C, выхода керосина снизу стриппинга - 145 - 160 °C и дизельного топлива - 240 - 260 °C. ПЦО выходит из колонны с температурой 170 - 190 °C и возвращается охлажденным до 60 - 80 °C.

Подачей водяного пара в низ соответствующих стриппингов в них осуществляется отпарка легкокипящих фракций и регулируются точка начала кипения и температуры вспышки этих дистиллятов.

Изменения температуры конца кипения керосина или дизельного топлива производится за счет изменения количества флегмы, перетекающей из колонны в стриппинг (чем больше это количество, тем выше температура конца кипения).

Мазут XII снизу атмосферной колонны с температурой 300 - 310 °C насосом прокачивается через трубчатую вакуумную печь 10 мощностью 3040 МВт, где нагревается до 400 - 420 °C, и в парожидком состоянии (доля отгона 60 - 70%) поступает эвапорационное пространство вакуумной колонны 5 (диаметр 9 - 10 м, число тарелок 18 - 26). В зоне ввода сырья

давление в этой колонне составляет обычно 10 - 15 кПа (0,01 - 0,015 МПа), а наверху ее - 5 - 7 кПа (0,005 - 0,007 МПа). Такое давление поддерживается за счет откачки из системы «печь - колонна - коммуникации» атмосферного воздуха (подсасываемого через неплотности фланцевых соединений) и легких углеводородов (С1 - С7), образующихся за счет небольшой деструкции мазута при его нагреве в печи 10 [обычно их образуется не более 0,1%(мас.) от мазута].

Для откачки этой смеси несконденсированных газов используют пароэжекторные насосы 11 (2- или 3-ступенчатые с конденсацией паров между ступенями). В качестве эжектируемого агента применяют перегретый водяной пар давлением 1,0 - 1,5 МПа. Поток несконденсированного газа XIII направляется обычно в топку печи 10 для сжигания, чтобы не загрязнять атмосферу углеводородами и сероводородом.

Пароэжекторный насос 11 откачивает газы и пары из сепаратора, в который поступает сконденсированный поток паров сверху колонны. После разделения этого конденсата во втором сепараторе на легкую газойлевую фракцию (100 - 250 °C) и конденсат водяного пара они отдельными насосами выводятся из этого сепаратора (XIV и КВ).

На верху вакуумной колонны для отвода тепла на группе конденсационных тарелок циркулируют ВЦО, задачей которого является полная конденсация углеводородного парового потока. Однако достичь полной конденсации не удается, потому что при температуре входа ВЦО в колонну около 60 - 80 °C температура паров на верху колонны обычно не ниже 70 °C, а при этой температуре и давлении 5 кПа в смеси с водяным паром не конденсируется до 1 - 2 % на мазут легких углеводородных фракций (из-за их низкого парциального давления - около 1 - 3 кПа), и они выводятся из конденсационно-вакуумсоздающей системы XIV.

Часть циркулирующей наверху флегмы ВЦО выводится из колонны с температурой 220 - 260 °C как материальный поток легкого вакуумного газойля XV, выкипающего до 350 - 380 °C.

Основной дистиллят вакуумной колонны - вакуумный газойль 350 - 500 °C XVI, используемый обычно как сырье для каталитического крекинга. Между выводами этих боковых погонов XV и XVI обычно расположено 8 - 10 тарелок. С нижней из этих тарелок (сборной) балансовая часть потока выводится в стриппинг 6, в который подается водяной пар (4 - 6% на вакуумный газойль) и снизу которого откачивается через теплообменник нагрева нефти и воздушный холодильник вакуумный газойль, а другая часть насосом циркулирует (через холодильник) как ПЦО. Температура вывода вакуумного газойля из колонны - 320 - 340 °C.

Внизу отгонной части колонны вводится перегретый водяной пар в количестве 0,8 - 1,5 % (мас.) на сырье колонны. Остаток вакуумной перегонки - гудрон с температурой 360 - 380 °C - насосом через теплообменники и холодильник откачивается в парк.

В тех случаях, когда нефть пригодна для получения смазочных масел (1-я или 2-я группа нефтей по их индексации), в вакуумной колонне вместо вакуумного газойля XVI получают обычно 2 - 3 фракции масляных дистиллятов (350 - 420 °C, 400 - 500 °C), которые направляют на очистку и получение их масел.

Мощности действующих сейчас АВТ колеблются от 0,5 до 10 млн.

т/год.

На современном НПЗ установки АВТ являются головными во всей технологической цепи переработки нефти и определяют мощность завода в целом. Общее число дистиллятов, выделяемых из нефти на АВТ, колеблется от 7 до 10, и каждый из них направляется на дельнейшие технологические операции (очистка, облагораживание химического состава, каталитическая переработка).

Первичная переработка нефти - это тепловой процесс, и поэтому он связан с существенными затратами энергоресурсов (топливо, вода, воздух на охлаждение, электроэнергия на перекачки, водяной пар). Если перевести по соответствующим эквивалентам все энергоносители в топливный эквивалент,

то на первичную 1 т нефти в среднем затрачивается 50 - 60 кг топлива с теплотой сгорания, близкой к теплоте сгорания нефти (или 60 - 80 кг условного топлива).

Выбор технологической схемы и варианта ее переработки в связи с индексацией нефтей

Первичная перегонка нефти (ППН) - наиболее отработанный и устоявшийся процесс, в основе которого лежит ректификация нефти.

Исходной информацией для него является индексация нефти, т.е.: класс нефти (содержание серы 0,5; 0,51 - 2,0 и выше 2,0%):

соответственно класс нефти 1 (малосернистая, 2 (сернистая), 3 (высокосернистая).

тип нефти (содержание фракций до 350°C выше 55%, 54,9 45% и менее 45%): соответственно тип нефти 1 (легкая), 2 (средняя), 3 (тяжелая).

группа нефти (по содержанию базовых масел в % на нефть и мазут): 1 - в нефти > 25%, в мазуте > 45%, 2 - соответственно 15 - 24,9% и 45%, 3 - 15 - 24,9% и 30 - 44,9%, 4 - < 15% и < 30%.

подгруппа нефти (по индексу вязкости масел от 95 до 85 и ниже): 1 - индекс вязкости масел > 95, 2 - соответственно 90 - 95, 3 - 85 - 90 и 4 - индекс вязкости < 85.

вид нефти (по содержанию твердого парафина от 1,5 до 6% и выше): 1 малопарафинистая, содержание парафина (% масс.) ≤ 1,5, 2 - парафинистая (1,5 - 6,0 % масс), 3 - высокопарафинистая (> 6,0% масс).

В зависимости от индекса нефти выбирается схема ППН и последующей очистки дистиллятов. ППН осуществляют на атмосферновакуумных трубчатых (АВТ) установках. Установка АВТ на нефтеперерабатывающем заводе является головной, вариант ее работы в значительной мере определяет профиль завода в целом - топливный, топливно-масляный или топливно-масляно-нефтехимический.

Под вариантом первичной перегонки нефти понимают ассортимент

дистиллятов, который в дальнейшем обеспечит работу НПЗ по одному из указанных профилей.

Вариант перегонки нефти выбирают на основе шифра нефти и качества основных нефтепродуктов, получение которых из нее возможно. В связи с тем, что светлые фракции нефти (до 350 °C) во всех случаях используют как топлива, топливный или масляный профиль определяют по группе и подгруппе нефти.

Принципиальную технологическую схему АВТ выбирают после уточнения варианта перегонки. При этом исходят из следующих соображений.

В атмосферной части (рис. 2) схема перегонки может быть одноколонной - А-1 и двухколонной - А-2 (с предварительным отбензиниванием нефти). Выбор той или иной из них зависит в первую очередь от типа нефти и ее класса (особенно по содержанию меркаптановой серы) и от содержания в нефти растворенных газов. Каждая из этих схем имеет достоинства и недостатки.

Принципиальная схема вакуумной ступени АВТ может иметь варианты:

В-1 - одноколонная схема, где дистилляты могут быть как масляные, так и топливные;

В-2 - одноколонная схема с доиспарителем гудрона, от которого доотгоняется тяжелый дистиллят (тВГ) с температурой конца кипения до 540 560 °C. Такая схема обычно целесообразна для получения только топливных дистиллятов;

В-3 - двухколонная схема масляного профиля, где первая колонна служит для отделения фракции до 350 °C (лВГ) и получения широкой фракции (ШФ) 350 - 550 °C, которая после повторного нагрева разделяется на масляные дистилляты (лМД и сМД) во второй колонне.

Выбор той или иной схемы вакуумной ступени определяется вариантом переработки нефти, а также рядом других соображений (глубина