Селективная очистка масляных дистиллятов. Учебное пособие

1)при очистке фенолом осуществляется введение фенольной воды в экстрактную фазу;

2)при очистке фенолом и фурфуролом в нижнюю часть экстрактора вводят часть охлажденного экстрактного раствора. Это приводит

кснижению температуры и растворяющей способности растворителя. Кроме того, повышается концентрация смол и ПАУ в этой части аппарата, это ведет к выделению из экстрактного раствора желательных компонентов масел, которые образуют рециркулят;

3)добавление второго растворителя, хорошо растворяющего высокоиндексные компоненты, но не смешивающегося с первым.

2.2.N-МЕТИЛПИРРОЛИДОН. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

N-метилпирролидон(1-метил-2-пирролидон, далее NМП), молярная масса 99,13; бесцветная жидкость; температура плавления -24 ° С, температура кипения 206 ° С; d2041,0328; nD201,4684; легкорастворим вво-

де,спиртах,ацетоне, бензоле,ксилоле.По химическим свойствам это типичный представитель N-алкилированных лактамов. В нейтральных средах лактамное кольцо устойчиво, в водных растворах NaOH или в концентрированной НСl гидролизуется в γ-(N-метил-амино) масляную кислоту. Обладает слабыми основными свойствами. Физи- ко-химические характеристики NМП приведены в приложении.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА

3.1. ОБЩАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ СЕЛЕКТИВНОЙОЧИСТКИ НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

Очистка нефтяного сырья избирательными растворителями включает: экстракцию компонентов сырья растворителем с образованием двух фаз в аппаратах непрерывного действия; непрерывную регенерацию растворителя из рафинатного и экстрактного растворов, осуществляемую нагревом рафинатного и экстрактногорастворов, отгонкой растворителя из растворов, обезвоживаниемрастворителя.

11

Исходное сырье(ри с. 3.1) обрабатывают растворителем вэкстракционной колонне 1. Ра финатный раствор нагревается впечи 2; в колонне 3 от рафината отгоняется основная масса безводного растворителя; остатки его в смеси с водой отгоняются от рафината в отпарной колонне 4.

Рис. 3.1. Принцип иальная схема установки селективной очистки:

1 – экстракционная кол онна; 2, 5 – печи для нагрева рафинатног о и экстрактного растворов; 3, 4 – колонны для отгона растворителей из рафинатного раствора; 6, 7 – колонны для отгона растворителя из экстрактного р аствора;

8 – колонна для отг она растворителяот воды; 9 – емкость для р астворителя. Линии: I – сырье; II – рафинат; III – экстракт; IV – сухой растворитель;

V – смесь вод ы и растворителя; VI – вода; VII – водяной пар

Экстрактный раствор нагревается в печи 5. Основная масса растворителя отгоняется от экстракта в испарительной колонне 6, оставшаяся часть– в отпа рной колонне 7, из которой отводится экстракт III. Безводный растворитель из верхней части колонн 3 и 6 поступает после конденсациив пр иемник 9, из которого вновь поступает в экстракционную колонну 1. В колоннах 4 и 7 растворитель полностью отпариваетсяот рафината и экстракта при помощи водяного пара. Выходящаясверху этих колонн смесь паров растворителя и воды поступаетв секцию обез воживания 8, где растворитель отделяется от воды.Сухой растворитель IV направляется в емкость 9, вода VI – вспецканализацию или в парообразователь для получения пара,снова поступающего в отпар ные колонны.

12

3.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ N-МЕТИЛПИРРОЛИДОНОМ

На рис. 3.2 приведена принципиальная технологическая схема установки селективной очистки NМП [9].

Из сырьевого парка сырье поступает на насосы Р-101А/В и прокачивается через фильтры G-101А/В для удаления частиц размером более 50 мкм. Отфильтрованное сырье направляется в корпус теплообменника Е-102, где нагревается примерно до температуры 86 ° С сырьем, выходящим из деаэратора К-1. После Е-102 сырье направляется в корпус подогревателя Е-103, где нагревается до температуры 116 ° С в результате теплообмена с экстрактом, откачиваемым из вакуумной колонны К-7. С целью предотвращения окисления растворителя и образования коррозионно-агрессивных побочных продуктов, сырье после Е-103 направляется в деаэратор К-1.

Деаэратор К-1 работает при температуре 116 ° С и давлении 0,11 кгс/см2. Сырье подается на верхнюю тарелку. В нижнюю часть деаэратора (под тарелки) с верхаколонны регенерации растворителя V-112 через маточник подаются пары метилпирролидоновой воды (МП-воды), содержащие небольшое количество растворителя. При прохождении сырья сверху вниз через ситчатые тарелки деаэратора, происходитотдув растворенного в сырье воздуха, а также абсорбция (поглощение) сырьем паров растворителя. Количество, абсорбируемое сырьем растворителя, ограничено – не более 1 %.Пары с верха деаэратора К-1, состоящие, в основном, из водяного пара и воздуха, с температурой 116 ° С поступают в конденсатор Е-101, откуда конденсат затем направляется в промканализацию, а воздух сбрасывается в атмосферу.

Деаэрированное сырье с низа деаэратора К-1 забирается насосом Р-102А/В, прокачивается через теплообменник Е-102, каскад из последовательно подключенных холодильников: Е-104С (аппарат воздушного охлаждения), Е-104D (холодильник погружного типа), Е- 104А, Е-104В (кожухотрубчатые холодильники – сырье поступает в корпус теплообменников, охлаждающая вода в трубное пространство), затем сырье направляется в экстракционную колонну К-2.

13

Температура сырья после холодильников Е-104/А, В, D (вход в экстракционную колонну К-2) должна поддерживаться в пределах:

–50 ° С (для масляного дистиллята II погона); –42–56 ° С (для масляного дистиллята III погона); –60–82 ° С (для деасфальтизата).

В экстракционную колонну сырье вводится через маточники. Предусмотрено два ввода сырья (на и под нижнюю тарелку) в за-

висимости от вида очищаемого сырья. Более тяжелое сырье подается через нижний ввод. Оба ввода одновременно не применяются.

Растворитель, с содержанием воды до 0,5 % масс., из колонны регенерации V-112 подается насосом Р-110А/В в верхнюю часть экстракционной колонны, на первую насадочную тарелку через маточник. Растворитель, подаваемый в экстракционную колонну, охлаждается предварительно в воздушном холодильнике Е-106, температура должна поддерживаться в пределах:

–50–55 ° С (при работе на масляном дистилляте II погона); –53–58 ° С (при работе на масляном дистилляте III погона);

–65–92 ° С (при работе на деасфальтизате).

В экстракционной колонне образуются две фазы. Поток рафината, отводимый с верха колонны К-2, содержит 10–20 % растворителя и направляется в систему регенерации растворителя из рафинатного раствора. Температура рафинатного раствора на выходе из колонны К-2 должна составлять:

–51–53 ° С (при работе на масляном дистилляте II погона);

–54–56 ° С (при работе на масляном дистилляте III погона);

–60–93 ° С (при работе на деасфальтизате).

Поток экстракта, содержащий большую часть растворителя, с низа колонны К-2 насосом Р-103А/В прокачивается через корпус водяного холодильника Е-105, и направляется в отстойник Е-1. Температура экстрактного раствора в кубе экстракционной колонны К-2 должна составлять:

–41–52 ° С (при работе на масляном дистилляте II погона);

–48–56 ° С (при работе на масляном дистилляте III погона);

–60–83 ° С (при работе на деасфальтизате).

14

15

Рис. 3.2. Принципиальная технологическая схема установки селективной очистки N-метилпирролидоном

15

Ввиду своей исключительной растворяющей способности N- метилпирролидон удаляет не только ароматические углеводороды с низким индексом вязкости, но и некоторые ценные компоненты масляных фракций. Для снижения растворяющей способности растворителя в линию экстрактного раствора на выкиде насоса Р-103 А/В предусматривается подача инжекционной воды (МП-воды) насосом Р- 111А/В.

Часть потока экстрактного раствора после холодильника Е-105 возвращается непосредственно в нижнюю часть экстракционной колонны К-2. Этот поток предназначен для снижения температуры низа экстракционной колонны и повышения температурного градиента по колонне.

Температура экстрактного раствора после холодильника Е-105 должна составлять 39–49 ° С. Экстрактный раствор поступает в отстойник Е-1, где имеется возможность отделения более легкого продукта, называемого псевдорафинатом, который может направляться обратно в колонну К-2, под третий насадочный слой. Таким образом, в экстракционной колонне создается внутреннее орошение, которое способствует улучшению работы экстракционной колонны и увеличению выхода рафината на 2-5 %.

Время пребывания сырья в экстракционной колонне зависит от величины поступающих потоков (сырья и растворителя), места ввода сырья в колонну и составляет около часа.

Основным контрольным параметром колонны является положение границы раздела фаз, которая должна находиться на 1200–1500 мм под касательной верхней части колонны (касательная между обечайкой и верхним днищем).

В верхней части экстракционной колонны К-2 поддерживается давление 0,41–0,43 МПа.

Температура верха экстракционной колонны зависит в основном от тепла, вносимого в колонну растворителем, поэтому ее регулируют охлаждением растворителя в холодильнике Е-106. Температура середины колонны зависит от тепла, вносимого сырьем. Температурный градиент в колонне поддерживается 12 ° С (допустимо 5-7 ° С).

16

Рафинатный раствор с верха колонны К-2 под давлением 0,41- 0,43 МПа проходит теплообменники Е-116/1,2, где нагревается отводимым с колонны V-110 рафинатом до температуры 179 ° С. Далее направляется в нагревательную печь F-102, в которой последовательно проходит конвекционный, а затем радиантный змеевики и нагревается до температуры 270–276 ° С. Для испарения растворителя поток направляется из печи в вакуумную колоннуV-109, из которой перетекает через подогреватель Е-123 (сырье отпарной колонны в корпусе, экстрактный раствор после печи F-101 в трубном пучке) в отпарную колонну V-110.

Часть потока (около 22 %) из экстракционной колонны К-2, отводится перед Е-116/1,2 и используется в качестве флегмы для ороше-

ния колонн V-109 и V-110.

Нагрев в печи F-102 до (270–276) ° С рафинатного раствора при давлении 0,35 кгс/см2, подаваемого в зону испарения вакуумной колонны V-109 обеспечивает отгонку 17 % растворителя. Колонна V- 109 имеет 6 тарелок над зоной испарения и отбойник для удаления содержащегося в парах нефтепродукта.

Пары растворителя, выходящие с температурой (135–170) ° С с верха колонны V-109, направляются через конденсатор Е-122, где охлаждаются до 80 ° С и далее в накопитель сухого растворителя V-111. Конденсация паров происходит за счет разницы температур между парами и экстрактным раствором после V-118.

Флегмой в отпарной колонне V-109 служит холодный рафинатный раствор. Остаточное давление в колонне V-109, равное 0,012– 0,040 МПа, поддерживается вакуумным компрессором U-101.

С низа колонны V-109 рафинат с температурой (246–255) ° С и небольшим содержанием растворителя перетекает через гидрозатвор и через подогреватель Е-123 поступает в отпарную колонну V-110. В подогревателе Е-123, рафинат нагревается до температуры 246÷255 ° С за счет тепла экстрактного раствора. Рафинат вводится в

отпарную колонну V-110 над 8 тарелкой. В отпарной колонне V-110 осуществляется окончательное удаление растворителя. Для отпарки остатков растворителя от рафината в нижнюю часть отпарной колон-

17

ны V-110 через маточник подается пар низкого давления. Температура низа колонны V-110 должна составлять:

–229-245 ° С (при работе на масляном дистилляте II погона);

–235–245 ° С (при работе на масляном дистилляте III погона);

–230–245 ° С (при работе на деасфальтизате).

На орошение колонны V-110 подается рафинатный раствор из колонны К-2. Пары с верха колонны (смесь воды с растворителем) направляются через конденсатор Е-114 в накопитель влажного растворителя V-108. Остаточное давление в колонне 0,012-0,040 МП поддерживается вакуумным компрессором U-101.

Рафинат с низа колонны V-110 с содержанием растворителя не более 20 млн-1 откачивается насосом Р-108А/В через теплообменник Е-116/1,2, где охлаждается до температуры 148 ° С, водяной холодильник Е-117 (рафинат в корпусе теплообменника) и с температурой (65-105) ° С направляется в резервуары товарного парка.

Экстрактный раствор поступает на регенерацию из отстойника Е- 1, и содержит до 80 % растворителя, это обуславливает его регенерацию в несколько ступеней.

Оптимальная регенерациярастворителя достигается при испарении и отпарке в пяти колоннах:

–колонне низкого давления К-4;

–колонне среднего давления К-5;

–колонне высокого давления К-3;

–вакуумной колонне К-6;

–отпарной вакуумной колонне К-7.

Перед подачей в первую из колонн экстрактный раствор, выходящий из отстойника Е-1, последовательно проходит ряд теплообменных аппаратов, где происходит нагрев экстрактного раствора.

После этого поток поступает в зону испарения колонны низкого давления К-4 (колонна имеет 5 клапанных тарелок над зоной испарения).

Пары с верха колонны К-4 выходят с температурой 199 ° С (при работе на II погоне с температурой (187–215) ° С, на III погоне с температурой (197–215) ° С, на деасфальтизате с температурой (207–

18

217) ° С) и конденсируются в конденсаторе Е-108, из которого далее направляются в колонну регенерации растворителя V-112. Давление в колонне К-4 составляет 0,03-0,09 МПа.

Экстрактный раствор с низа колонны V-104 с температурой 202 ° С насосом Р-104А/В направляется через конденсатор Е-110А (в котором происходит конденсация паров высокого давления из колонны К-3 и нагрев экстрактного раствора с К-4) в колонну среднего давления К-5.

Часть экстрактного раствора (~25 %) от насоса Р-104А/В после охлаждения до 56 ° С в водяном холодильнике Е-121 (экстрактный раствор в корпусе холодильника) направляется на орошение всех колонн системы регенерации растворителя К-3, К-4, К-5, К-6, К-7.

Пары с верха колонны К-5 с температурой 241 ° С (при работе на II погоне с температурой 235–242 ° С, при работе на III погоне с температурой 235–245 ° С, при работе на деасфальтизате с температурой 238–248 ° С) охлаждаются в конденсаторе Е-109 и направляются в колонну регенерации растворителя V-112. Колонна К-5 имеет шесть клапанных тарелок над зоной испарения. Давление в колонне К-5 составляет 0,14–0,17 МПа.

Экстрактный раствор из колонны К-5 с температурой 246 ° С откачивается насосом Р-105А/В в печь F-101.

Нагревательная печь F-101 предназначена для:

–перегрева пара для отпарных колонн К-7, V-110;

–нагрева экстрактного раствора (теплоносителя) для подогревателей Е-112, Е-123, рибойлера Е-124;– нагрева экстрактного раствор, поступающего в колонну высокого давления К-3.

После насоса Р-105А/В часть экстрактного раствора (~43 %) прокачивается через конвекционную камеру печи F-101, нагревается до (280–293) ° С и используется в качестве теплоносителя в подогревателях Е-112, Е-123, рибойлере Е-124, возвращаясь далее в колонну К-5. Экстрактный раствор прокачивается через трубные пучки теплообменников.

Другая (основная) часть экстрактного раствора от насоса Р- 105А/В, разделенная на четыре потока, поступает в радиантные змее-

19

вики печи F-101. После печи потоки объединяются. Температура экстрактного раствора на выходе составляет 280–293 ° С. Экстрактный раствор из печи F-101 под давлением 0,237 МПа при 78 % испарении поступает в зону испарения колонны К-3. Колонна имеет 8 тарелок над зоной испарения и отбойник для удаления капель уносимых с парами нефтепродукта. Выходящие с температурой 259 ° С (при работе на II погоне с температурой (256–285) ° С, при работе на III погоне с температурой (257–285) ° С, при работе на деасфальтизате с температурой (268–288) ° С) пары растворителя из колонны К-3 делятся на два потока. Часть паров направляется в колонну регенерации растворителя V-112. Остальная часть паров конденсируется в конденсаторе высокого давления Е-110А/1,2 (пары растворителя в корпусе, экстрактный раствор в трубном пучке) и доохлаждается в Е-110В/1,2 (пары растворителя в корпусе, экстрактный раствор в трубном пучке), после чего поступает на 18 тарелку колонны V-112.

Давление в колонне К-3 поддерживается на уровне 0,190–0,225 МПа. В колонну К-3 подается орошение от насоса Р-104А/В. Экстрактный раствор с низа колонны К-3 с температурой 278 ° Снаправляется непосредственно в зону испарения вакуумной колонны К-6. В вакуумной колонне К-6 при остаточном давлении 0,012–0,030 МПа происходит окончательное испарение растворителя из экстракта (~14 %). Пары с температурой 135–180 ° С с верха колонны К-6 направляются через корпус конденсатора Е-122 в емкость сухого растворителя V-111. Несконденсированные пары из V-111 направляются через корпус конденсатора Е-114 в емкость влажного растворителя V-108. Колонна К-6 орошается экстрактным раствором из колонны К-4. Остаточное давление в К-6 поддерживается вакуумным компрессором U-101.

Экстракт с низа колонны К-6 с температурой 239 ° С перетекает через петлевой гидрозатвор, далее через подогреватель Е-112 с температурой (247–255) ° С поступает в отпарную колонну К-7 на 8-ю тарелку.

Окончательное разделение растворителя и экстракта (до содержания растворителя в экстракте не более 50 млн-1) происходит в отпарной колонне К-7. Колонна К-7 оснащена 23 клапанными тарелка-

20