Проект установки первичной переработки Дмитриевской нефти

заданных количествах в соответствующие стрппинги 3 и 4, куда подается в качестве отпаривающего агента водяной пар, и снизу которых выводятся соответствующие боковые дистилляты (керосин и дизельное топливо). Такая сложная (составная) колонна обычно называется атмосферной колонной для перегонки нефти, так как процесс в ней ведется при давлении, близком к атмосферному (0,15 - 0,2 МПа).

Для того чтобы отобрать из нефти дистилляты, кипящие выше 350 ºС, используют перегонку под вакуумом.

Мазут снизу атмосферной колонны 1, в этом случае без охлаждения, догревается ( от 300 - 320 ºС до 400 - 410 ºС) в печи 3 и в парожидком состоянии доля отгона 40 - 70% (мас.) поступает в эвапорационное пространство вакуумной колонны 2. Пониженное давление (5 - 10 кПа) в колонне поддерживается за счет откачки из системы насосом смеси неконденсируемых газов VI (подсасываемый через неплотности воздух и легкие неконденсируемые углеводороды, образующиеся при незначительном термическом разложении мазута при нагреве в печи). В остальном процесс ректификации в вакуумной колонне аналогичен сложной атмосферной колонны.

Очень важным элементом технологии ректификации нефти на фракции являются подвод и отвод тепла в колонны, поскольку ректификация - это термодинамический процесс с непрерывным подводом и отводом тепла, что позволяет формировать температурный профиль по высоте колонны и соответственно движущую силу процесса ректификации.

Чем больший тепловой поток подводится в ректификационную колонну (и соответственно - отводится), тем больше будет в колонне кратность орошения (отношение количества флегмы на тарелках к количеству отбираемого ректификата) и тем выше будет в итоге четкость ректификации. Одновременно растут и удельные энергозатраты на процесс, т.е. ухудшаются экономические показатели.

Повод тепла в ректификационные колонны осуществляется в двух

сечениях - ниже укрепляющей части, потоком нагретого во внешнем нагревателе сырья, и внизу отгонной части.

Возможности нагрева теплового потока с сырьем обычно ограничены. Так, нефть при давлениях, близких к атмосферному, можно нагревать в печи без заметного термического разложения до 350 - 360 °C, а мазут - при пониженных давлениях - до 400 - 410 °C.

Если учитывать указанное ограничение по верхнему температурному пределу нагрева нефти и мазута в ректификационных колоннах для их разделения на фракции, поток сырья является единственным источником тепла, определяющим параметры ректификации. Подвести тепловой поток внизу этих колонн также не представляется возможным из-за температурных ограничений, поэтому для создания потока паров в их отгонной части вводится перегретый водяной пар, понижающий парциальное давление углеводородных паров.

В отдельных случаях, когда от нефти отбирается только бензиновая фракция и температура внизу колонны не превышает 200 - 250 °C, возможны подвод тепла циркуляцией «остатка» колонны через печь и подача нагретого до 300 - 350 °C потока в отгонную часть («горячая струя»). Такой прием получил широкое применение для низкотемпературных нефте-перегонных колонн.

Если в колоннах подвергаются ректификации более легкие нефтепродукты (например, стабилизируется бензин или он разделяется на более узкие фракции), температуры термической деструкции которых выше, чем у нефти (450 °C и более), а температура испарения значительно ниже, то внизу таких колонн дополнительный тепловой поток можно подвести с помощью кипятильников, обогреваемых водяным паром или другим теплоносителем. При этом отличие вариантов в и г состоит в том, что в первом случае из кипятильника в колонну направляется только поток образовавшихся в нем паров П и остаток R выводится не из колонны, а из кипятильника. Во втором случае кипятильник является термосифоном, и весь

нагретый в нем поток в парожидком состоянии (ПЖ) возвращается в колонну, а остаток R выводится поэтому снизу последней.

Отвод тепла осуществляется только в укрепляющей части колонны и служит для создания жидкого потока внутреннего орошения тарелок. В простых колоннах, не имеющих отбора боковых дистиллятов, тепло отводится всегда в одном сечении - наверху колонн. В сложных колоннах, где кроме верхнего дистиллята выводятся через стриппинги боковые дистилляты, тепло может отводиться как в одном сечении (наверху), так и в нескольких сечениях по высоте колонны.

Из сепарационной емкости верхний дистиллят колонны (ректификат) откачивается как готовый продукт I , а остальная часть II возвращается в колонну в качестве орошения. Попадая вновь в колонну, этот поток нагревается, испаряется полностью и в виде паров вновь конденсируется в конденсаторе 4, затем поступает в сепаратор. Таким образом, сверху колонны в конденсатор непрерывно поступает количество паров, равное сумме (I + II), из которых поток II циркулирует (испаряясь и конденсируясь), а поток I отводится как балансовый.

Если ректификат может быть сконденсирован достаточно полно при температуре 40 - 45 °C (например, бензин), применяют конденсатор воздушного охлаждения. Если верхним продуктом являются более низкокипящие углеводороды (например, С3 - С5), для конденсации используют аппарат водяного охлаждения (вместо 4) или искусственное охлаждение.

Другой способ отвода тепла - неиспаряющееся циркуляционное орошение.

В этом случае часть флегмы, стекающей с одной из тарелок (2-й - 4-й сверху) забирается насосом, прокачивается через аппараты для отвода тепла (теплообменники и холодильник) и охлажденной возвращается на верхнюю тарелку колонны. Такое орошение называют верхним циркуляционным орошением (ВЦО). Циркулирующий поток жидкости в этом случае не

испаряется, а за счет разности температур на выходе его из колонны и входе

внее (обычно Δt = 50 ÷ 100 °C) конденсирует часть потока паров, поднимающихся в колонне, за счет этого создается орошающий лежащие ниже тарелки поток флегмы. В конденсатор 4 в этом случае поступает такое количество паров, которое равно выводимому балансовому потоку ректификата I. Таким образом, ВЦО выполняет в этом случае роль парциального конденсатора смешения.

Внекоторых случаях используют комбинированное верхнее орошение колонны, сочетая ВЦО и острое испаряющееся орошение.

При отводе тепла в сложной колонне только в верхнем сечении (ВЦО или острым орошением) должно быть отведено такое количество тепла, которое необходимо для создания орошающего потока жидкости по всей высоте колонны от верха до эвапорационного пространства. В этом случае в верхней укрепляющей части колонны (до выхода первого бокового погона) количество стекающей по тарелкам жидкости будет максимальным и по мере отвода боковых погонов будет уменьшаться книзу. Чтобы сделать этот поток равномернее, по секциям сложной колонны можно отводить тепло отдельно наверху каждой укрепляющей секции. Для этого на одной-двух верхних тарелках соответствующей секции циркулирует часть флегмы, охлаждаемой

втеплообменниках. Такое неиспаряющееся орошение называют промежуточным циркуляционным орошением (ПЦО). Число ПЦО обычно бывает не более 2-х (по числу укрепляющих секций в сложной колонне). Сочетание острого орошения (или ВЦО) в верхней секции с ПЦО позволяет создать более равномерный поток флегмы по высоте колонны и сократить за счет этого ее диаметр.

1.3 Аппаратурное оформление установок АВТ

Ректификационные колонны

Всреднюю часть колонны поступает подлежащее ректификации сырье, нагретое до температуры tF. Сырье может подаваться в колонну в виде жидкости, паров или смеси паров и жидкости. При входе сырья в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образуются пары GF состава yF* и жидкость gF состава xF*, находящиеся в равновесии.

Для обеспечения ректификации необходимо в верхней части колонны навстречу парам организовать поток жидкости (флегмы, орошения). Для этого наверху колонны тем или иным способом отнимается тепло Qd (тепло парциального конденсатора). За счет этого часть паров, поднимающихся с верхней тарелки, конденсируется, образуя необходимый нисходящий поток жидкости.

Внижней части колонны нужно обеспечить восходящий поток паров. Для этого в низ колонны тем или иным способом подводится тепло QB (тепло кипятильника). При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки, испаряется, образуя поток паров.

При таком режиме самая низкая температура tD будет в верху колонны,

асамая высокая tW - в низу колонны. Отбираемый с верху колонны продукт D, обогащенный НКК, называется ректификатом (или дистиллятом), - а снизу колонны W, обогащенный ВКК - остатком (или нижним продуктом).

Та часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания, или эвапорационным пространством, часть ректификационной колонны, находящаяся выше ввода сырья - верхней, концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода сырья - нижней, отгонной или исчерпывающей. В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс ректификации.

Взависимости от назначения колонны могут быть полными, т.е. иметь концентрационную и отгонную части, или неполными, имеющими одну из

названных частей. Укрепляющая колонна имеет только верхнюю часть, и сырье подается в низ колонны. Отгонная колонна имеет только нижнюю часть, и сырье вводится на верхнюю тарелку (рис ).

Рис. Схемы простых (I) и сложных (II) колонн: а - полная; б - укрепляющая; в - отгонная; г - с отбором дополнительных продуктов (Д1 и W1) из основной колонны; д - с отбором дополнительного продукта Д1 из отпарной колонны

Неполные колонны применяются в тех случаях, когда к чистоте нижнего продукта укрепляющей колонны или верхнего продукта отгонной колонны не предъявляются высокие требования. Наличие конденсатора и кипятильника в таких колоннах позволяет обеспечить необходимые жидкостные и паровые нагрузки.

Наряду с простыми колоннами, которые делят смесь на два продукта, различают также сложные колонны, в которых число отбираемых продуктов больше двух. Эти продукты могут выводиться из основной или из отпарных колонн в виде дополнительных боковых погонов.

Контактные устройства Контактными называются внутренние устройства колонны, на которых

происходит контакт паровой и жидкой фаз, в результате которого реализуется процесс тепло- и массообмена и в итоге процесс ректификационного разделения сложной смеси.

В зависимости от способа организации этого контакта устройства

делятся на две большие группы - насадки и тарелки.

Насадки представляют собой ячейки (элементы), заполняющие объем колонны на определенной высоте и имеющие развитую внешнюю поверхность в единице объема колонны (100-800 м2/м3). За счет такой развитой поверхности создается соответствующая поверхность пленки, стекающей по насадке жидкости, и интенсифицируются в единице объема колонны тепло- и массообмен.

В зависимости от того, как располагаются ячейки насадки в объеме колонны, насадки бывают нерегулярные и регулярные. Нерегулярными считаются насадки, элементы которых засыпаются в колонну на определенную высоту и располагаются в ней хаотично. Наиболее распространены насадки кольцевого типа. К регулярным относятся насадки, расположение элементов которых в объеме колонны подчинено определенному геометрическому порядку, создающему упорядоченные каналы для прохода паров. По основным параметрам регулярные насадки существенно превосходят нерегулярные. Любая насадка эффективно работает тогда, когда по всей ее поверхности равномерно распределяется поток жидкости. Для достижения этого используют устройства, распределяющие жидкость по насадке по всему сечению колонны.

Одним из существенных недостатков насадок (особенно нерегулярных) является то, что даже при строго равномерном распределении жидкости наверху слоя насадки по мере ее стекания по насадке вниз эта равномерность заметно нарушается. Потоком движущегося снизу вверх пара жидкость оттесняется от центра колонны к ее стенкам, и это ведет к снижению эффективности массообмена, т.е. снижается разделительный эффект колонны. Такое оттеснение жидкости тем заметнее, чем больше диаметр колонны.

Тарелки представляют собой такой тип контактного устройства, на котором контакт (и соответственно тепло- и массообмен) пара и жидкости осуществляется в барботажном струйном или вихревом режиме. Эти режимы

контакта определяются конструктивным устройством тарелки. В отличие от насадок, где контакт пара и пленки жидкости непрерывен вдоль всей высоты слоя насадки (противотоком), в тарельчатой колонне этот контакт дискретно осуществляется на каждой тарелке, после чего обе фазы разделяются и вступают в новый контакт на смежных тарелках - пар на вышележащей, а жидкость - на нижележащей.

Клапанные тарелки по принципу устройства ближе к дырчатым, но в отличие от них позволяют регулировать проходное сечение отверстий для паров. Для этого над каждым отверстием (диаметром от 30 до 50 мм) имеется устройство (клапан), который в зависимости от количества паров под их напором приподнимается (или поворачивается) над отверстием, изменяя таким образом проходное сечение для паров. Существует множество разных конструкций клапанных тарелок, различающихся устройством клапанов. Клапанные тарелки сочетают в себе ряд преимуществ (малая металлоемкость, простота сборки, равномерный барботаж в широком интервале нагрузок по пару и жидкости и др.), которые позволили им стать самым распространенным видом тарелки, начиная с 1970-х годов и до настоящего времени. Эти тарелки применяют практически во всех типах колонн нефтепереработки - от газоразделительных до вакуумных.

Гидравлическое сопротивление тарелки определяет область ее применения: в колоннах с повышенным давлением 200-800 кПа могут применяться тарелки с гидравлическим сопротивлением (при средних нагрузках по пару и жидкости) порядка 0,6-1 кПа (5-7 мм рт.ст.). В вакуумных колоннах, где абсолютное давление составляет всего 5-10 кПа, тарелка должна иметь гидравлическое сопротивление 0,15-0,3 кПа, но не более 0,5 кПа (3,5 мм рт.ст.).

Равномерность барботажа по площади тарелки - один из важнейших факторов, определяющих эффективность ее работы (к.п.д.). Средний к.п.д. тарелки выражает степень эффективности е работы по отношению к идеальному (теоретическому) однократному контакту паров и жидкости,

когда в результате контакта пары и жидкость покидают этот контакт в состоянии равновесия.

Трубчатые печи Трубчатые печи на АВТ установках служат для нагрева нефти

(отбензиненной нефти), мазута и бензина, они обеспечивают основной поток тепла, вносимого в ректификационные колонны, и соответственно энергетический потенциал их разделительной способности.

Основные типы печей АВТ установок и их характеристики Используемые на современных АВТ установках основные типы

узкокамерных трубчатых печей схематично показаны на рис.

Рис. Схемы узкокамерных трубчатых печей с верхним и нижним отводами дымовых газов: 1,2 - радиационный и конвективный змеевики; 3 - горелки; 4 - подача дополнительного горячего воздуха; 5 - огнеупорный рассекатель

Эти типы печей имеют следующие основные особенности.

Печи серии Г - узкокамерные, с верхним отводом дымовых газов и горизонтальными трубами змеевика:

ГС-1 - с однорядным настенным экраном и свободным вертикальным факелом (форсунки подовые);

ГН-2 - двухкамерная, с однорядными настенными экранами и с объемно-настильным пламенем (форсунки внизу сбоку, под углом);

ГД-2 - двухкамерная, с двухрядным центральным экраном, с настильным вертикальным факелом и позонным подводом воздуха по высоте топки (форсунки подовые).

Печи серии Б - узкокамерные, с нижним отводом дымовых газов и горизонтальными трубами:

ББ-2 - двухкамерная, с однорядными настенными экранами на