Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Совершенствование работы установок подготовки нефти

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Казанский государственный технологический университет
Совершенствование работы установок
перегонки нефти
Учебное пособие
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]