Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Совершенствование работы установок подготовки нефти
.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Казанский государственный технологический университет
Совершенствование работы установок
перегонки нефти
Учебное пособие
Казань
КГТУ
2008

УДК 665.048.37-403/405 + 665.637.048.5
ББК 48.723
Алевтина Анатольевна Гречухина, Антон Александрович Елпи-
динский, Анна Евгеньевна Пантелеева
Совершенствование работы установок подготовки нефти / А. А.
Гречухина, А.А. Елпидинский, А.Е. Пантелеева – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2008. –120 с.
ISBN 978-5-7882-0581-6
Представлены теоретические основы процесса перегонки нефти.
На основе патентов и научно-технической литературы систематизированы предлагаемые разработки процесса как по отдельным узлам установок, так и по совершенствованию работы оборудования.
Предназначено для студентов специальности 2404 при подготовке теоретического курса и проектировании установок перегонки
нефти.
Подготовлено на кафедре химической технологии переработки
нефти и газа.
Табл. 6. Ил. 39. Библиогр. 96 назв.
Печатается по решению методической комиссии
института нефти и нефтехимии
Рецензенты: высший научный сотрудник Института органиче-
ской и физической химии им. А.Е. Арбузова, членкорреспондент РАЕН, д-р хим. наук Петрова Л.М.
зав. лабораторией Всероссийского научноисследовательского института углеводородного
сырья, канд. тех. наук Нигматуллина Р.Ш.
ISBN 978-5-7882-0581-6
Гречухина А.А., Елпидинский А.А.,
Пантелеева А.Е., 2008
Казанский государственный
технологический университет, 2008
2

ВВЕДЕНИЕ
Первичная перегонка нефти является головным процессом в
нефтепереработке. От нее зависит эффективность последующих вторичных процессов – каталитических процессов, работа маслоблока и
других.
Единой схемы перегонки нефти не существует. Она зависит от
состава нефти, потребности в ассортименте нефтепродуктов в каждом
конкретном регионе.
На установках первичной перегонки нефти сосредоточено
большое количество оборудования: колонны, печи, различные теплообменники и емкости, аппараты воздушного охлаждения, насосы и
прочее.
Работа установок оценивается двумя показателями: отбором
фракций от потенциального содержания их в нефти (глубина извлечения) и качеством получаемых нефтепродуктов. Эти показатели зависят от технологического режима и эффективности работы оборудования.
При модернизации устаревшего оборудования, не отвечающего
современным требованиям, стремятся повысить эти два показателя,
усовершенствовать технологию процесса с заменой оснащения отдельных ее узлов.
В данной работе рассмотрены рекомендации по усовершенствованию работы установок первичной перегонки нефти по данным технической литературы и патентов.
3

1. ПЕРЕГОНКА НЕФТИ НА НПЗ
1.1. История развития нефтепереработки
Нефть – это вторая, после воды, наиболее распространенная
жидкость на земле, известная человеку уже несколько тысяч лет. Латинское название нефти – petroleum – означает буквально "масло камня". В действительности нефть представляет собой сложную смесь
углеводородов с содержанием небольшого количества других химических веществ, таких как соединения серы, азота и кислорода. Для того
чтобы можно было использовать различные компоненты этой смеси,
их необходимо отделить друг от друга. Данный процесс разделения
называется нефтеперегонкой.
Существуют данные, что люди использовали природные углеводороды и их производные на протяжении всей своей истории.
Нефть, которая просачивалась на поверхность земли, образовывала
при испарении битумы – смолообразные компоненты смеси углеводородов, входящих в состав нефти. Уже тысячи лет они используются
как водонепроницаемые материалы при сооружении водопроводов, в
судостроении, строительстве.
Есть ссылки на то, что битумы применялись для пропитки корзины, в которой был найден Моисей, и что Ноев ковчег изнутри и
снаружи был просмолен ими. Американские индейцы собирали нефть
для лекарственных целей. Первопоселенцы Америки обнаружили следы нефти, загрязнявшие источники воды, но научились собирать ее и
использовать как горючее для светильников.
Значительным источником энергии нефть стала в девятнадцатом
веке. Китобойная промышленность не могла обеспечить все страны
мира нужным количеством китового жира, применявшегося тогда для
освещения, был необходим новый источник энергии. Первая нефтяная
скважина, пробуренная в августе 1859 года Эдвином Дрейком (Edwin
Drake) в Пенсильвании, ознаменовала новую эру в истории человечества.
Диапазон способов использования нефти возрастал по мере обнаружения все новых ее запасов [1]. Первый нефтеперегонный завод в
России был построен в 1745 году на реке Ухта архангельским купцом
4

Ф.С. Прядуновым. Позже перегонные заводы возникли в Башкирии
возле города Сергиевск, но производство прекратилось со смертью
создателей Урзаметовых.
В 1823 году нефтеперегонный промысел возник на Северном
Кавказе возле города Моздок. Основателями были братья Дубинины.
Их производство просуществовало около четверти века, после чего
нефтеперегонное дело в России вновь было заброшено на некоторое
время [2]. На этих примитивных заводах из нефти отгоняли осветительный керосин, бензин, а мазут сжигали, так как он не находил применения.
Первоначально нефть перегоняли в кубах периодического дей-
ствия, затем, начиная с середины 80-х годов XIX века – на кубовых
батареях непрерывного действия [2], и они господствовали до 20-х
годов двадцатого столетия на всех нефтезаводах мира. Затем они, в
свою очередь, были вытеснены трубчатыми перегонными установ-
ками.
Первую трубчатую установку непрерывного действия разработали в 1890 году В.Г. Шухов и С.П. Гаврилов. Значительно позже появились американские трубчатые установки. Они состояли из огненного змеевикового нагревателя, испарителя, ректификационной колонны
и теплообменной аппаратуры [3].
Чуть раньше, в 1876 году, В.Г. Шухов изобрел форсунку, которая быстро вытеснила устройства для сжигания жидкого топлива. Мазут стали применять как ценное топливо в промышленности и судоходстве. В том же году Д.И. Менделеев показал возможность получения из мазута минеральных смазочных масел перегонкой в вакууме.
Нефтяные масла стали вытеснять животные [3].
Изобретение в последней четверти XIX века двигателя внутреннего сгорания способствовало новому скачку развития нефтяной промышленности. В дальнейшем появляется двигатель внутреннего сгорания «от сжатия» (дизель), появилась необходимость в дизельном
топливе, занимающем промежуточное положение между керосином и
мазутом. Увеличение скорости самолетов и необходимость преодоления звукового барьера выявили потребность в реактивном двигателе.
Для него требовалось новое топливо – реактивный, или авиационный,
керосин с повышенной химической стабильностью [4].
5

За последнее время изменилось отношение к процессам перегонки нефти. Если в начале основное внимание было нацелено на повышение производительности, то на сегодня главными задачами стали
принципиальные вопросы технологии – определение оптимальных
схем переработки, обеспечивающих повышение глубины отбора целевых компонентов, улучшение качества продуктов и снижение энергетических затрат на разделение [5].
1.2. Основное назначение и типы установок для перегонки
нефти
Как уже отмечалось выше, нефть представляет собой сложную
смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов,
различных по молекулярному весу и температуре кипения [3].
Существуют первичные и вторичные методы переработки
нефти [6]. Установки первичной перегонки нефти составляют основу
всех нефтеперерабатывающих заводов, от их работы зависят качество
и выходы получаемых компонентов топлив, а также сырья для вторичных и других процессов переработки нефти. Ко вторичным относят процессы деструктивной переработки (химической) путем термического и каталитического воздействия [3].
Нефть разделяют на фракции, различающиеся температурными
пределами выкипания. Это разделение проводят с применением подогрева, дистилляции, ректификации, конденсации и охлаждения.
Прямую перегонку осуществляют при атмосферном или несколько
повышенном давлении, а остатков – под вакуумом. Атмосферные и
вакуумные трубчатые установки (АТ и ВТ) строят отдельно друг от
друга или комбинируют в составе одной установки (АВТ) [7], в этом
есть ряд преимуществ:
• уменьшается число индивидуальных установок;
• уменьшается протяженность трубопроводов;
• уменьшается число промежуточных резервуаров;
• уменьшается расход электроэнергии, пара, воды на охлаждение;
• уменьшается расход металла;
•
уменьшается нагрев и перекачка промежуточных продуктов;
• уменьшается площадь занимаемого оборудования и численность
6

персонала;
• уменьшаются капитальные затраты.
Наиболее часто встречаемые комбинации – ЭЛОУ-АВТ, АВТвторичная перегонка бензинов, ЭЛОУ-АВТ-вторичная перегонка бензинов. Комбинирование объясняется близостью технологий проведения процессов [8].
1.3. Принципиальные схемы установок
Перегонка нефти на атмосферных установках подразделяется в
зависимости от технологической схемы на:
1) установки с однократным испарением в одной ректифика-
ционной колонне;
2) установки с двукратным испарением в двух последователь-
но расположенных колоннах;
3) установки с предварительным испарением легких фракций
в испарителе и последующей ректификацией [9].
Плюсы и минусы технологических схем приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Принципиальные схемы установок перегонки нефти
Однократная
перегонка
Многократная
перегонка
Перегонка
с предварительным
испарением
1 2 3
Положительные стороны:
1) простота и компактность конструкции
2) малая металлоемкость
1) переработка стабильных и нестабильных нефтей
2) переработка нефтей с большим содержанием светлых
фракций
1) снижается давление в трубчатой печи
2) не требуется дополнительное оборудование (как при
двухколонной схеме)
7

Окончание таблицы 1.1
1 2 3
3) меньшая темпера-
тура нагрева сырья в
печи [8]
3) гибкая технологическая схема переработки
3) снижаются энергетические затраты [9]
4) самые низкие
энергетические показатели [5]
4) защита второй колонны от коррозии [9]
4) снижается температура нагрева в печи
[8]
Отрицательные стороны:
1) если содержание
бензиновых фракций
более 10 % на нефть,
то возрастает нагрузка на печь, насосы и
колонну [9]
1) необходимы более
высокие температуры
нагрева в печи, чем
при однократной перегонке
1) только для стабильных нефтей, не
содержащих большое
количество свободных газов (не более
1,5% на нефть) [9]
2) повышенная коррозия, если серни-
2) большая металло-
емкость
2) колонна не защи-
щена от коррозии [8]
стая нефть [8]
3) наименьшая технологическая гибкость [5]
3) необходимо дополнительное оборудование (колонна,
насосы, теплообменники и т.д.) [8]
На установках всех типов предварительный подогрев нефти
производиться в теплообменниках. При этом используется запас тепла
нефтяных дистиллятов и остатков, полученных при перегонке. Дальнейшее направление потока нефти на установках разных типов осуществляется по-разному.
На установках с однократным испарением нефть прокачивают
через трубчатую печь, откуда она под давлением того же насоса поступает в ректификационную колонну, где отделяются все заданные
продукты перегонки [2], то есть нефть нагревается до заданной темпе-
8

ратуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно
отделяются от жидкой фазы–остатка [10]. После однократного испарения в системе остается все то, что в ней было до испарения; разница
лишь в том, что до испарения исходная смесь находилась в жидком
состоянии, после же – часть компонентов перешла в пар [6].
На установках с двукратным испарением нефть закачивается
непосредственно в первую ректификационную колонну, а после нее –
в трубчатую печь и затем – во вторую колонну. В первой колонне
нефть отбензинивается, а во второй – разделяется на фракции [2], то
есть происходит последовательное повторение процесса однократной
перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по
отношению к остатку предыдущего процесса [10].
На установках с предварительным испарением нефть сначала
закачивается в отдельный испаритель, а из него – в трубчатую печь и
затем – в ректификационную колонну. В этой схеме, как и в предыдущей, испарение происходит двукратно, но ректификация осуществляется так, как описано в первой схеме. Для этого пары легких фракций из испарителя направляются в ректификационную колонну [2].
1.4. Продукты первичной перегонки нефти
Технологические схемы установок первичной перегонки нефти
обычно применяются для определенного варианта переработки
нефти – топливного или топливно-масляного.
При неглубокой переработке нефти по топливному варианту перегонка ее осуществляется на установках АТ, а при глубокой – на
АВТ по масляному или топливному варианту [5]. В связи с этим состав получаемых продуктов может быть различным.
Возможные получаемые фракции представлены в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Получаемые фракции на установках АВТ
Наименование Длина углеродной
цепи
Диапазон кипения,
о
С
1 2 3
Нефтяные газы 1–4 Бензиновая фракция 5–11 около 40–180(200)
9

Окончание таблицы 1.2
1 2 3
Лигроиновая фракция 8–14 150–250
Керосиновая фракция 10–18 180–240(260);
120–315
Дизельная фракция 14–20 240(260) –340;
180–360
Широкая масляная
20–50 350(370) –460(600)
фракция
Мазут 20–70 выше 350
Остатки (гудрон) более 70 выше 500 [11]
В зависимости от варианта переработки нефти получение максимального выхода какого-либо одного вида топлива, пределы температур выкипания фракций могут также существенно меняться.
Выход топливных и масляных фракций зависит, в первую очередь, от состава нефти, то есть от потенциального содержания целевых фракций в нефти [5].
1.5. Ректификация в процессах первичной перегонки нефти
Ректификация – массообменный процесс, осуществляемый в
ректификационных колоннах, путем многократного противоточного
контактирования паров и жидкости.
Контактирование потоков может производиться:
1) непрерывно (в насадочных колоннах);
2) ступенчато (в тарельчатых колоннах) [10].
Упомянем ректификационные колонны, на конструкцию кото-
рых оказывают влияние технологические особенности: система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и
др. Так, для ректификации многокомпонентных смесей на установках
АТ и АВТ применяются сложные ректификационные колонны. В них
исходную смесь разделяют более чем на два продукта. Различают
сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых до-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
