книги из ГПНТБ / Багиров, И. Т. Современные установки первичной переработки нефти

нужной температуры) при помощи системы орошения. В промыш­ ленных процессах переработки нефти применяют следующие, спо­ собы орошения колонн: при помощи парциального конденсатора (рис. 19,а), острое (рис. 19,6) и циркуляционное (рис. 19,в). Пар­ циальный конденсатор устанавливается наверху колонны. Он пред­ ставляет собой аппарат типа кожухотрубчатого теплообменника;

Рис. 19. Схемы орошения ректификационных колонн:

в межтрубное пространство аппарата с верхней тарелки колонны поступают пары. Часть паров в результате охлаждения водой, про­ текающей по трубному пространству, конденсируется, образуя флегму, стекающую обратно в колонну (орошение); остальные па­ ры направляются в конденсатор. Этот способ орошения колонн применялся на старых установках. Недостатки его — громоздкость конструкции, возможность попадания воды в колонну, дополнитель­ ные затраты энергии и др.

На современных установках АВТ парциальные конденсаторы не нашли широкого применения; они уступили место острому оро­ шению. При остром орошении пары, поднимающиеся с верхней тарелки колонны, целиком конденсируются в конденсаторе-холо­ дильнике. Некоторая часть конденсата возвращается на верхнюю тарелку в качестве орошения, остальная часть отводится как целе­ вой продукт. Подающаяся в этом случае на верх колонны в виде острого орошения холодная жидкость соответствует по составу рек­ тификату, получаемому с верха ректификационной колонны. На всех промышленных установках АВТ применяют острые орошения. Равномерное распределение острого орошения по всему сечению колонны обеспечивает правильный контакт между флегмой и па­ рами, что является необходимым условием для нормальной работы

40

циркуляционное орошение. При циркуляционной системе орошения с соответствующих тарелок отбирается жидкость, охлаждается в теплообменнике или холодильнике и снова возвращается в ко­ лонну. Число циркуляционных промежуточных орошений, опреде­ ленное расчетным путем (в зависимости от мощнонсти колонны и температурных показателей), может быть от одного до несколь­ ких. На современных укрупненных установках АВТ циркуляцион­ ное орошение применяют в нескольких сечениях колонны. На дей­ ствующих и строящихся установках АТ и АВТ мощностью 1, 1,5, 2, 3 и 6 млн. т/год нефти в атмосферной колонне осуществляют три промежуточных циркуляционных орошения. Работники Гипроазнефти, занимающей ведущее место в проектировании процессов первичной перегонки нефти, рекомендуют принимать число проме­ жуточных циркуляционных орошений равным числу отводимых из колонн боковых погонов.

Способ ректификации сложных смесей, предусматривающий применение нескольких промежуточных циркуляционных ороше­ ний, и схема работы сложной колонны, разработанные в Гипроазнефти, позволяют максимально использовать избыточное тепло ко­ лонны и уменьшить объем паров, проходящих через ее сечение. Сущность этого способа заключается в следующем. Острое ороше­ ние промежуточных секций или промежуточных колонн сложной

Рис. 20. Типовая схема циркуляционного орошения основной ректификационной колонны атмосферной части АВТ (А-12/9):

41

ректификационной колонны заменяется циркуляционным орошени­ ем; количество боковых циркуляционных орошений принимается равным количеству отводимых боковых погонов, а сложная ко­ лонна или система промежуточных колонн превращается в ряд самостоятельных колонн, связанных друг с другом только по парам.

Рис. 21. Типовая схема циркуляционного орошения вакуумной колонны на промышленной установке А-12/9:

1 — печь; 2 — насосы; 3 — теплообменники; 4 — холодильники; 5 — вакуумная колонна; 6 — ва­

На рис. 20 и 21 приводятся типовые схемы циркуляционного орошения основной ректификационной колонны атмосферной части и вакуумной колонны на АВТ типа А-12/9 производительностью 3 млн. т/год ромашкинской или туймазинской сернистой нефти. Эти установки введены в эксплуатацию в 1968 г. Показатели колонн обеих установок находятся на уровне технических требований. На отборочных колпачковых тарелках основной ректификационной колонны сливной карман выполнен глухим для того, чтобы флегма направлялась в отпарную секцию или в емкость и не попадала в виде острого орошения на лежащую ниже тарелку.

Судя по предварительным данным, полученным в результате эксплуатации установок АТ и АВТ на нескольких нефтеперераба­ тывающих заводах, при работе по описанной схеме ректификации с увеличеннным числом циркуляционных орошений достигается чет­ кость разделения фракций, практически более удовлетворительная, чем при одном циркуляционном орошении.

42

шения, поступающего в колонну при начальной температуре tx и выходящего

при конечной температуре t2-

Требуемое циркуляционное орошение определяется из следующего урав­ нения (в кг/ч):

° ^ 0 = qh - q h

где Q — тепло флегмы, отводимое из колонны в качестве циркулирующего оро­

при температуре входа в колонну /2,. ккал/кг.

Циркуляционное орошение для соответствующих сечений колонн рассчи­ тывается в соответствии с тепловым и материальным балансом. Например, для первого сечения тепло циркуляционного орошения будет равно (в ккал/ч):

Qi = Gl (q?l - q r ) + D 1

где Qi — тепло первого циркуляционного орошения, ккал/ч; Gt — циркуля­ ционное орошение, кг/ч; q" , q * — энтальпия при данном сечении колонны паро­

вой и жидкой фазы, ккал/кг; D x — компоненты, перешедшие в паровую фазу, кг/ч; tx — температура паров при данном парциальном давлении.

В тепловом и материальном балансе колонны Qi принимается как разница между поступающим и отводимым теплом:

Q i= Qn Qo

где Qn и Q0 — поступающее и отводимое тепло, ккал/ч.

Выбор схемы перегонки

От четкости разделения нефти на заданные углеводородные фракции зависит эффективность последующих процессов и каче­ ство товарных нефтепродуктов. Опыт эксплуатации ряда атмосфер­ ных и атмосферно-вакуумных трубчаток показал, что не на всех установках достигаетсяудовлетворительное фракционирование. Так, на установках АВТ, построенных в 1947—1955 гг., бензиновые фракции первой колонны получались утяжеленными, с к. к. до 200 °С, а отбензиненная нефть имела начало кипения 65—80 °С, т. е. в ней оставалось значительное количество легких компонен­ тов. Таким образом, налегание фракции составляло около 100 °С. На этих установках с верха второй колонны предусматривалось получение фракции 85—130 °С, а в качестве боковых погонов — фракций 130—240, 240—300 и 300—350 °С. Фактически с верха колонны отбиралась широкая фракция 40—220 °С и затем один боковой погон — дизельное топливо. В мазуте оставалось до 3% на нефть фракций дизельного топлива.

43

Основной причиной некачественного погоноразделения была плохая работа ректификационных колонн. На установках АВТ, работающих по схеме двухкратного испарения, количество тарелок в колоннах [в первой 14 тарелок, во второй (основной) 23]| не обеспечивало удовлетворительного фракционирования. В последую­ щих установках АВТ мощностью 1 и 2 млн. т/год нефти (проект

Рис. 22. Схема атмосферной части комбинированной установки ГК-3:

Гипроазнефти), также выполненных по схеме двухкратного испа­ рения, этот недостаток был устранен: в первой колонне устанавли­ валось 28' тарелок, а во второй (основной) 38. Увеличение числа тарелок привело к улучшению ректификации нефти. В атмосферной части комбинированной установки ГК-3 (рис. 22) производитель­ ностью 3 млн. т/год нефти (проект Гипрогрознефти) число тарелок еще больше — в первой колонне 31, во второй (основной) 55. Од­ нако следует учесть, что из основной ректификационной колонны отводится четыре боковых погона.

Наряду с числом тарелок и их конструкцией существенное влияние на фракционирующую способность колонны оказывает кратность орошения в отдельных ее секциях, а также схема пере­ гонки. Опыт эксплуатации показал, что применение схемы двух­ кратного испарения целесообразно при наличии в перерабатывае­ мой нефти больших количеств растворенных газов (порядка 1 — 3 вес. % на нефть и выше). При этом колонна предварительного испарения обеспечивает выделение из нефти смеси газа с легкими бензиновыми компонентами, и основная ректификационная колон­

44

на разгружается. При переработке стабильных нефтей, не содер­ жащих газ, наличие двух ректификационных колонн в атмосферной части установки необязательно. В этом случае предпочтительна схема с предварительным испарителем или однократного испаре­ ния. По схеме с предварительным испарителем работают уста­ новки типа «советская трубчатка», построенные в 30-х годах.

При сравнении двух схем перегонки в качестве основного кри­ терия нефти была принята глубина отбора целевых продуктов, ко­ торая контролировалась содержанием в мазуте фракций, выкипаю­ щих до 350 °С. Показатели работы установок АТ по разным схе­

Как видно из приведенных данных, на установках с двумя ректификационными колоннами расход топлива на 1 т перераба­ тываемой нефти выше на 30—35%, а расход электроэнергии — больше на 40%. В табл. 5 приведены показатели установок АВТ производительностью 3 млн. т/год нестабильной нефти, работаю­ щих по схемам однократного испарения (А-12/10В), двухкратного испарения (А-12/9В) и с предварительным испарителем (А-12/6).

Как видно из приведенных в табл. 5 данных, при одинаковой производительности атмосферной части перегонки нефти наимень­ ший расход металла наблюдается на установке А-12/6, работаю-

45

Т а б л и ц а 5. Показатели промышленных установок АВТ производительностью 3 млн. т/год нефти, работающих по разным схемам

* С оребреннымн трубками.

щей по одноколонной схеме с предварительным испарителем. Канественные показатели получаемых фракций во всех трех схемах

ш

Рис. 23. Схема однократного испарения нефти на современной промышленной установке А-12/10 (проект Гипроазнефти):

46

существенно не различаются. Большое число нефтяных теплооб­ менников на установке А-12/9 объясняется применением аппара­ тов малой поверхности. На установке А-12/10 в основном преду­ смотрены конденсаторы и холодильники воздушного охлаждения с оребренными трубками. Во вновь сооружаемых АВТ предпочте­ ние отдается установкам, работающим по одноколонной схеме ат­ мосферной перегонки нефти или по схеме однократного испарения

' (рис. 23). Такая схема приемлема при переработке нефтей с со­ держанием растворенного газа до 1—1,2%; при более высоком со­ держании газа рекомендуется двухколонная схема перегонки неф­

установленных на масляных АВТ некоторых отечественных заво­ дов. В вакуумных колоннах отечественных установок АВТ преду­ сматривалось 18 тарелок. В дальнейшем число тарелок было уве­ личено до 24 и 28.

* С применением соответственно одного, двух и трех циркулирующих орошений. В вариан­ тах II и III применены фракции 2 и 3 (считая сверху), используемые для производства масел.

47

Г л а л а III

РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА НА УСТАНОВКАХ АТ И АВТ

\

Ректификация в процессах первичной перегонки нефти

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фрак­ ции, которые различаются по температуре кипения. Физическая сущность ректификации, протекающей в процессе перегонки неф­ ти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между по­ токами пара и жидкости при высокой турбулизации контакти­ рующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость —высо- кокипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в ос­ новном из низкокипящих, и жидкость — из высококипящих компо­ нентов. Ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осу­ ществляется в противотоке пара и жидкости. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации части паро­ вого потока вверху колонны, а паровое орошение при ректифика­ ции жидкости — путем испарения части ее внизу колонны.

Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа кон­ такта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных ап­ паратов при движении жидкости от одной ступени контакта к дру­ гой под действием силы тяжести.

На установках первичной перегонки нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна — вер­ тикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны рас­ положены тарелки—одна над другой. На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее легкие компоненты жидкого орошения испаряются и вместе с па­ рами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паро­ вой фазы, конденсируясь, остаются в жидкости. В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденса­ ции и испарения.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации кон­ такт пара и жидкости может происходить в противотоке, в пере­ крестном токе и в прямотоке. Если ректификация идет непрерывно во всем объеме колонны, то контакт пара и жидкости при движе­ нии обеих фаз может происходить только в противотоке.