книги / Технология глубокой переработки нефти и газа
..pdfпачковые fc круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образ ными, желобчатыми колпачками (рис. 5.10, а-д);
2) тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинирован ные колпачково-клапанные (например, S-образные и ситчатые с кла паном) (см. рис. 5.10, с-к) и др.
Р и с . 5 .1 0 . Типы некоторых колпачков и клапанов:
колпачки: а - круглый; б - шестигранный; в - прямоугольный; г - желобчатый; A -S -образный; клапаны: е-прямоугольный; ж -круглы й с нижним ограничителем; з - то же с верхним ограничителем; и - балластный; к - дисковый эжекционный перекрестноточный; л - пластинчатый перекрестно-прямоточный; м - S-образный колпачок с клапаном; 1 - диск тарелки; 2 - клапан; 3 - ограничитель; 4 - балласт
211
Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исклю чением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, по скольку время пребывания жидкости на них наибольшее] по сравне нию с другими типами тарелок. К недостаткам колпачковых таре лок следует отнести низкую удельную производительность, относи тельно высокое гидравлическое сопротивление, большую металло емкость, сложность и высокую стоимость изготовления.
Ситчатые тарелки с отбойниками имеют относительно низкое гидравлическое сопротивление, повышенную производительность, но более узкий рабочий диапазон по сравнению с колпачковыми та релками. Применяются преимущественно в вакуумных колоннах.
Клапанные и балластные тапелки получают за последнее время все более широкое распространение, особенно для работы в услови ях значительно меняющихся скоростей газа, и постепенно вытесня ют старые конструкции контактных устройств. Принцип действия клапанных тарелок состоит в том, что свободно лежащий над отвер стием в тарелке клапан различной формы автоматически регулиру ет величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки в зависимости от газопаровой нагрузки и тем самым поддерживает постоянной (в пределах высоты подъема клапана) скорость газа и, следовательно, гидравлическое сопротивление тарелки в целом. Высота подъема клапана ограничивается высотой ограничителя (кронштейна, ножки).
Балластные тарелки отличаются по устройству от клапанных тем, что в них между легким клапаном и ограничителем установлен более тяжелый, чем клапан, балласт. Клапан начинает приподни маться при небольших скоростях газа или пара. С дальнейшим уве личением скорости газа клапан упирается в балласт и затем подни мается вместе с ним. В результате балластная тарелка, по сравне нию с чисто клапанной, значительно раньше вступает в работу, име ет более широкий рабочий диапазон, более высокую (на 15-20%) эффективность разделения и пониженное (на 10-15 %) гидравличес кое сопротивление.
Более прогрессивны и эффективны, по сравнению с колпачко выми, комбинированные колпачково-клапанные тарелки. Так, S-об разная тарелка с клапаном работает следующим образом: при низ ких скоростях газ (пар) барботирует преимущественно через проре зи S-образных элементов и при достижении некоторой скорости газа включается в работу клапан. Такая двухстадийная работа тарелки
212
позволяет повысить производительность ректификационной колон ны на 25|30% и сохранить высокую эффективность разделения в широком диапазоне рабочих нагрузок.
Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от перекрестно точных тем, что в них энергия газа (пара) используется для органи зации направленного движения жидкости по тарелке, тем самым устраняется поперечная неравномерность и обратное перемешива ние жидкости на тарелке и в результате повышается производитель ность колонны. Однако эффективность контакта в них несколько меньше, чем в перекрестноточных тарелках.
Среди клапанных тарелок нового поколения можно отметить дисковые эжекционные (перекрестноточные) и пластинчатые пере крестно-прямоточные тарелки, внедрение которых на ряде НПЗ стра ны позволило улучшить технико-экономические показатели уста новок перегонки нефти (см. рис. 5.10, к,л)*.
Эжекционная клапанная тарелка представляет собой полотно с отверстиями ( 0 90 мм) и переливными устройствами. В отверстия полотна тарелок устанавливаются клапаны, представляющие собой вогнутый диск (0 110 мм) с просечными отверстиями (каналами) для эжекции жидкости, имеющий распределительный выступ для рав номерного стока жидкости в эжекционные каналы. Клапаны имеют 4 ограничительные ножки и 12 эжекционных каналов. Они изготав ливаются штамповкой из нержавеющей стали толщиной 0,8- 1,0 мм. Масса одного клапана составляет всего 80-90 г (а капсульного с па ровым пространством - 5-6 кг).
При минимальных нагрузках по парам клапаны работают в ди намическом режиме. При увеличении нагрузки клапаны приподни маются в пределе до упора ограничителей и начинается эжекция жидкости над клапанами, что способствует более интенсивному пе ремешиванию жидкости в надклапанном пространстве. Распредели тельный выступ на клапане при остановке колонны способствует полному стоку жидкости с тарелки.
Опытно-промышленные испытания показали высокие эксплуа тационные их достоинства: устойчивость и равномерность работы в широком диапазоне нагрузок без уноса жидкости; исключительно высокий КПД (= 80-100 %), высокая производительность, превыша ющая на =20 % производительность колпачковых тарелок, и т.д.
•Разработаны и внедрены на Ново-Уфимском НПЗ.
213
Сравнение эффективности некоторых конструкций тарельчатых контактных устройств приведено на рис. 5.11. Видно, что лучшими показателями по гидравлическому сопротивлению обладают тарел* ки ситчатые и S-образные с клапанами, а по КПД - клапанная бал ластная и S-образная с клапаном.
Следует отметить, что универсальных конструкций тарелок, эф фективно работающих «всегда и везде», не существует. При выборе конкретного типа тарелок из множества альтернативных вариантов следует отдать предпочтение той конструкции, основные (не обяза тельно все) показатели эффективности которой в наибольшей степе ни удовлетворяют требованиям, предъявляемым исходя из функцио нального назначения ректификационных колонн. Так, в вакуумных колоннах предпочтительно применение контактных устройств, име ющих как можно меньше гидравлическое сопротивление.
Насадочные колонны применяются преимущественно в малотон нажных производствах и при необходимости проведения массообмен ных процессов с малым
перепадом давления.
К насадкам предъяв ляются следующие ос новные требования:
1) большая удельная поверхность; 2) хорошая смачиваемость жидко стью; 3 )малое гидравли ческое сопротивление; 4) равномерность рас пределения жидких и га зовых (паровых) пото ков; 5) высокие химичес кая стойкость и механи ческая прочность и 6) низкая стоимость.
Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, посколь ку некоторые из требова ний противоречивы, на-
214
пример, пункты 1 и 3. При нормальной эксплуатации насадочных ко лонн массообмен происходит в основном в пленочном режиме на смо ченной жидкостью поверхности насадок. Естественно, чем больше удельная поверхность насадки, тем эффективнее массообменный про цесс. Однако насадки с высокой удельной поверхностью характери зуются повышенным гидравлическим сопротивлением. В химической промышленности и нефтегазопереработке применяют разнообразные по форме и размерам насадки, изготавливаемые из различных мате риалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.) (рис.5.12).
Рис. 5.12. Типы насадок:
кольца: а- Рашига; б- Лессинга; в - Палля; седла: г - Берля; д —«Инталлокс»; сетчатые и из перфорированного металлического листа: е - «Спрейпак»; ж - Зульцер; з - Гудлоу; и - складчатый кубик; к - Перформ-Грид
215
Основной недостаток нерегулярных (насыпных) насадок, огра ничивающий их применение в крупнотоннажных производствах, - неравномерность распределения контактирующих потоков по сече нию аппарата. Регулярные насадки, изготавливаемые из сетки, пер форированного металлического листа, многослойных сеток и т.д., обеспечивают более однородное, по сравнению с традиционными насадками из колец и седел, распределение жидкости и пара (газа) в колоннах. Кроме того, они обладают исключительно важным досто инством, таким,как низкое гидравлическое сопротивление - в пре деле до 1-2 мм рт.ст. (130-260 Па) на 1 теоретическую тарелку. По этому показателю они значительно превосходят любой из извест ных типов тарельчатых контактных устройств. В этой связи в после дние годы за рубежом и в нашей стране начаты широкие научноисследовательские работы по разработке самых эффективных и пер спективных конструкций регулярных насадок и широкому приме нению их в крупнотоннажных производствах, в том числе в таких процессах нефтепереработки, как вакуумная и глубоковакуумная перегонка мазутов. На НПЗ ряда развитых капиталистических стран вакуумные колонны установок перегонки нефти в настоящее время оснащены регулярными насадками, что позволяет обеспечить глу бокий вакуум в колоннах и существенно увеличить отбор вакуумно го газойля и достичь температуры конца кипения до 600 °С.
5.3. Современные промышленные установки перегонки нефти и газов
5.3.1. Типы промышленных установок
Технологические установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фракции и последующей переработки или ис пользования их как компоненты товарных нефтепродуктов. Они со ставляют основу всех НПЗ. На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырье для вто ричных процессов и для нефтехимических производств. От их рабо ты зависят ассортимент и качество получаемых компонентов и тех нико-экономические показатели последующих процессов переработ ки нефтяного сырья.
216
Процессы перегонки нефти осуществляют на так называемых атмосферных трубчатых (АТ) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферновакуумных трубчатых (АВТ) установках.
В зависимости от направления использования фракций установ ки перегонки нефти принято именовать топливными, масляными или топливно-масляными и соответственно этому - варианты переработ ки нефти.
На установках АТ осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фрак ций и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые, масляные фракции и гудрон исполь зуют в качестве сырья процессов последующей (вторичной) перера ботки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и других нефтепродуктов.
Современные процессы перегонки нефти являются комбиниро ванными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛ ОУ - АТ, ЭЛОУ - АВТ, ЭЛОУ-АВТ-вторичная перегонка и т.д.
Диапазон мощностей отечественных установок перегонки нефти широк - от 0,5 до 8 млн т нефти в год. До 1950 г. максимальная мощ ность наиболее распространенных установок АТ и АВТ составляла 500-600 тыс.т/год. В 1950-60-х гг. проектировались и строились ус тановки мощностью 1; 1,5; 2 и 3 млн т/год нефти. В 1967 г. ввели в
эксплуатацию высокопроизводительную установку АВТ мощностью 6 млн т/год. Преимущества установок большой единичной мощнос ти очевидны: высокая производительность труда и низкие капиталь ные и эксплуатационные затраты по сравнению с установками ма лой производительности.
Еще более существенные экономические преимущества дости гаются при комбинировании АТ и АВТ (или ЭЛОУ - АТ и ЭЛОУ - АВТ) с другими технологическими процессами, такими, как газофракционирование, гидроочистка топливных и газойлевых фрак ций, каталитический риформинг, каталитический крекинг, очистка масляных фракций и т.д.
Надо отметить, что старые установки малой мощности подверг лись модернизации с увеличением их мощности в 2 - 2,5 раза и более по сравнению с проектной.
Поскольку в эксплуатации находятся АТ и АВТ довоенного и последующих поколений, отечественные установки перегонки не
217
фти характеризуются большим разнообразием схем перегонки, ши роким ассортиментом получаемых фракций. Даже при одинаковой производительности ректификационные колонны имеют разные раз меры, неодинаковое число и разные типы тарелок; по разному реше ны схемы теплообмена, холодного, горячего и циркуляционного оро шения, а также вакуумсоздающей системы. В этой связи ниже будут представлены лишь принципиальные технологические схемы отдель ных блоков (секций), входящих в состав высокопроизводительных современных типовых установок перегонки нефти.
5.3.2. Блок атмосферной перегонки нефти установки ЭЛ О У -АВТ-6
При выборе технологической схемы и режима атмосферной пере гонки нефти руководствуются главным образом ее фракционным составом и, прежде всего, содержанием в ней газов и бензиновых фракций.
Перегонку стабилизированных нефтей постоянного состава с небольшим количеством растворенных газов (до 1,2 % по С4 вклю чительно), относительно невысоким содержанием бензина (12-15 %) и выходом фракций до 350 °С не более 45 % энергетически наиболее выгодно осуществлять на установках (блоках) АТ по схеме с одно кратным испарением, то есть с одной сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями. Установки такого типа широко применяются на зарубежных НПЗ. Они просты и компакт ны, благодаря осуществлению совместного испарения легких и тя желых фракций требуют минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона, характеризуются низкими энергетическими затратами и металлоемкостью. Основной их недо статок - меньшая технологическая гибкость и пониженный (на 2,5 - 3,0 %) отбор светлых, по сравнению с двухколонной схемой, требу ют более качественной подготовки нефти.
Для перегонки легких нефтей с высоким содержанием раствори мых газов (1,5 - 2,2 %) и бензиновых фракций (до 20 - 30 %) и фрак ций до 350 °С (50 - 60 %) целесообразно применять атмосферную перегонку двухкратного испарения, то есть установки с предвари тельной отбензинивающей колонной и сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями для разделения частич
218
но отбензиненной нефти на топливные фракции и мазут. Двухко лонные установки атмосферной перегонки нефти получили в отече ственной нефтепереработке наибольшее распространение. Они об ладают достаточной технологической гибкостью, универсальнос тью и способностью перерабатывать нефти различного фракцион ного состава, так как первая колонна, в которой отбирается 50 - 60 % бензина от потенциала, выполняет функции стабилизатора, сглажи вает колебания в фракционном составе нефти и обеспечивает ста бильную работу основной ректификационной колонны. Применение отбензинивающей колонны позволяет также снизить давление на сы рьевом насосе, предохранить частично сложную колонну от корро зии, разгрузить печь от легких фракций, тем самым несколько умень шить требуемую тепловую ее мощность.
Недостатками двухколонной АТ является более высокая темпе ратура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что требуют ся затраты дополнительной энергии. Кроме того, установка обору
дована дополнитель |
|
|
||
ной аппаратурой: ко |
|
|
||
лонной, насосами, кон |
|
|
||
д е н с а т о р а м и -х о л о - |
|
|
||
дильниками и т.д. |
|
|
|
|
Блок атмосферной |
|
|
||
перегонки нефти высо |
|
|
||
копроизводительной, |
|
|
||
наиболее распростра |
|
|
||
ненной в нашей стране |
|
|
||
установки ЭЛО У |
- |
|
|
|
АВТ - 6 функциониру |
|
|
||
ет по схеме двухкратно |
|
|
||
го испарения и двух |
|
|
||
кратной ректификации |
|
|
||
(рис.5.13). |
|
Р ис.5.13. Принципиальная схемаблокаатмосфер |
||
О безвоженная |
и |
|||
ной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6: 1- |
||||
обессоленная на ЭЛОУ |
отбензиниваклцая |
колонна: 2 - атмосферная ко |
||
нефть дополнительно |
лонна; 3—отпарные колонны; 4—атмосферная печь; |
|||
подогревается в теплооб |
I - нефть с |
ЭЛОУ; II -легкий бензин; |
||
Ш - тяжелый бензин; IV - фракция 180-220 °С; |
||||
менниках и поступает на |
||||
V - фракция 220-280 °С; VI - фракция 280-350 °С; |
||||
разделение в колонну |
VII - мазут; VHI - газ; IXводяной пар |
219
частичного отбензинивания 1. Уходящие с верха этой колонны угле водородный газ и легкий бензин конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного и водяного охлаждения и поступают в емкость орошения. Часть конденсата возвращается на верх колонны 1 в ка честве острого орошения. Отбензиненная нефть с низа колонны 1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой темпера туры и поступает в атмосферную колонну 2. Часть отбензиненной нефти из печи 4 возвращается в низ колонны 1 в качестве горячей струи. С верха колонны 2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные колонны 3 выводятся топливные фракции 180-220(230), 220(230)-280 и 280-350°С. Атмосферная колонна, кроме острого оро шения, имеет 2 циркуляционных орошения, которыми отводится теп ло ниже тарелок отбора фракций 180-220 и 220-280 °С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водя ной пар для отпарки легко кипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуум ной перегонки. Ниже приведены материальный баланс, технологи ческий режим и характеристика ректификационных колонн блока атмосферной перегонки нефти (типа самотлорской)*.
Материальный баланс блока АТ |
|
|
Поступило, % |
|
|
Нефть |
100 |
|
Получено, % на нефть |
|
|
Газ и нестабильный бензин (н.к.-180 °С) - 19,1 |
||
Фракции: |
180-220 °С - 7,4 |
|
|
220-280 °С - |
11,0 |
|
280-350 °С - |
10,5 |
Мазут |
- 52,0 |
|
Технологический режим работы блока АТ |
|
|
Колонна частичного отбензинивания нефти |
|
|
Температура, °С |
|
|
питания |
- 205 |
|
верха |
—155 |
|
низа |
-2 4 0 |
|
в емкости орошения - 70 Давление, МПа - 0,5
*В зависимости от типа перегоняемой нефти и структуры выпуска товарных нефтепродуктов на разных НПЗ получают фракции, несколько отличающиеся по температурным пределам выкипания.
220