Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Совершенствование работы установок подготовки нефти
.pdf
стриппинг-секцию. Результаты показывают изменение материального
баланса в сторону отбора «светлых», выкипающих до 360 оC, с понижением их содержания в мазуте и утяжеления вакуумных дистиллятов
[83].
Вариант десятый. Способ перегонки нефти путем подачи ее в
атмосферную колонну К-2 и отбора сверху бензиновой фракции, вывода боковых фракций из отпарных секций при дросселировании (до
давления 0,05–0,12 МПа) дизельной фракции с последующим использованием ее паров в качестве испаряющего агента в нижней части вакуумной колонны, а жидкой части – в качестве готового продукта.
Технический результат – увеличение качества конечных продуктов
[84].
Вариант одиннадцатый применим в территориально отдален-
ных районах для получения бензина и моторных топлив на малогабаритной установке. Способ заключается в том, что нагретую в печи
нефть разделяют на три потока. Первый поток подают в зону питания
основной колонны, которая связана с двумя стриппинг-колоннами.
Два других потока нефти используют для подачи тепла с помощью
косвенного теплообмена в низ стриппинг-колонн; после рекуперации
тепла каждый из потоков нефти направляют на разделение в основную колонну [85].
2.9.2. Увеличение выхода дистиллятов за счет воздействия
на коллоидно-дисперсное состояние нефти
Этот способ интенсификации процесса прямой перегонки нефти
заключается в принципе регулирования коллоидно-дисперсного состояния сырья и фазовых переходов путем соответствующего воздействия на сырье – нефть, мазут, которые представляют собой не молекулярные растворы, а дисперсные системы. К таким воздействиям относятся введение в сырье активирующих добавок (концентраты ароматических углеводородов, отходов химической и нефтехимической
промышленности), ПАВ, применение ультразвука, магнитного
поля [29]. В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра
и толщина адсорбционно-сольватной оболочки элементов нефтяной
дисперсной системы. Это позволяет увеличить выход целевых про-
101
дуктов, улучшить их качество, снизить энергозатраты.
Кавитационное воздействие – физическое воздействие полей с
помощью ультразвуковых кавитационных установок. Они представляют собой участок трубопровода с фланцами, с наружной стороны
которого установлены ультразвуковые излучатели. Такая установка не
вносит дополнительного сопротивления в систему, надежно функционирует при любой скорости течения жидкости и степени ее агрессивности, проста в обслуживании и обладает возможностью тонкой электронной регулировки интенсивности кавитационной обработки.
Воздействия колебаний при прохождении через ультразвуковой
кавитатор нефти показали следующие результаты:
• снижается примерно на 10 % температура начала кипения
нефтяных фракций;
• увеличивается выход фракций при одинаковой температуре
отгона.
Отсюда можно сделать вывод, что ультразвуковые колебания
ускоряют диффузию нефти в полости парафина, разрушают связи между отдельными частями молекул. Растворение парафина идет за счет
интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и
действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина. В ультразвуковом поле уменьшается выход карбидов, а
при увеличении выхода бензина уменьшается количество непредельных углеводородов в бензиновых фракциях. Однако после прекращения облучения молекулы парафина и смол медленно восстанавливают
первоначальную систему.
Таким образом, уменьшение размеров дисперсных частиц
вследствие физического воздействия позволяет увеличить выход целевых продуктов [86].
Воздействие постоянного магнитного поля перед началом ваку-
умной перегонки позволяет увеличить выход дистиллятов на 3 %
масс [87]. Линии напряженности постоянного магнитного поля при
этом направлены перпендикулярно вектору потока жидкости. Образующиеся пары выводят из зоны кипения параллельно зеркалу испарения, затем их охлаждают и конденсируют [88].
Гидродинамическое дробление может применяться как способ
вакуумной перегонки. Суть заключается в предварительном нагреве
102
жидкости, а затем ее дроблении в диспергаторе при постоянном выводе получаемых продуктов [89].
Комплексная гидродинамическая и акустическая обработка
нефти в роторно-пульсационном аппарате перед атмосферной перегонкой позволяет перераспределить углеводороды по фракциям, и, как
следствие, увеличить отбор «светлых» на 30–70 % масс по сравнению
с традиционными способами получения нефтепродуктов [90].
Перечисленные способы являются сложными и дорогостоящи-
ми, но наиболее доступным считается воздействие магнитного поля.
В качестве активирующих добавок предлагают:
• отработанные минеральные масла, взятые в количестве 0,3 –
5 % масс в расчете на мазут; их вводят в поток мазута перед подачей
его в вакуумную колонну. Технический результат – увеличение выхода «светлых» не менее чем на 2 % масс [91];
• кубовые остатки синтетических жирных кислот, взятые в
количестве 0,00001–5 % от массы сырья [92];
• ПАВ (блоксополимеры оксидов этилена и пропилена), взя-
тые в количестве 5⋅10-2–5⋅10-5 % масс.в расчете на нефть [93].
На базе исследований атмосферно-вакуумной перегонки было
установлено, что смешение нефтей различной вязкости позволяет повысить степень дисперсности системы и при этом обеспечить повышение выхода светлых фракций. Смешение проводят непосредственно
перед подачей нефти в вакуумный блок [94].
Стабилизация давления в атмосферной колонне также позволяет
интенсифицировать процесс перегонки нефти, повысить качество и
глубину отбираемых нефтепродуктов, уменьшить энергозатраты.
Сущность изобретения заключается в том, что пары из рефлюксной
емкости подаются на эжекцию, где в качестве сжимающего агента используется жидкая фаза из той же рефлюксной емкости. Полученный
конденсат может выводиться как готовый продукт или подаваться обратно в колонну в качестве флегмы. Это позволяет поддерживать давление на уровне 0.07 – 0.3 МПа (схема приведена на рис. 2.31) [95].
103
Рис. 2.31. Принципиальная схема поддержания давления в
атмосферной колонне:
1 – атмосферная колонна; 2 – теплообменник; 3 – рефлюксная емкость; 5 – насос; I – нефть; II – пары легкого
бензина; III – несконденсированные пары из рефлюксной
емкости; IV – легкий бензин; V – флегма; VI – боковая
фракция;
VII – мазут; VIII – конденсат
2.9.3. Технология Линас
Группа высокопрофессиональных исследователей и инженеров,
объединенных в компании Линас-Техно, нашли совершенно новое
решение в согласовании процессов тепломассообмена и разработали
новую промышленную ректификационную технологию под названием
"технология Линас". Она основана на пленочной ректификации.
Как известно, традиционная пленочная колонна имеет несколь-
ко серьезных достоинств:
•
простота конструкции;
• низкое сопротивление парогазовому потоку;
104
• очень хорошая разделительная способность;
• низкая высота теоретической тарелки (приблизительно равная
5 мм) при условии скорости парогазового потока не более 0,01 м/c.
При повышении скорости парогазового потока внутри колонны
до реальных промышленных скоростей в 1,5–2,0 м/с наблюдается эффект "размазывания" пленки по вертикали, что приводит к непропорционально резкому увеличению высоты колонны. В технологии Линас
эта основная проблема пленочной ректификации решена благодаря
значительному повышению интенсивности процессов тепломассообмена в радиальном направлении по сечению колонны. Новая организация процесса приводит к тому, что весь получаемый с верхней части
колонны дистиллят является конечным, т.е. отсутствует классический
возврат флегмы в голову колонны.
Первая промышленная нефтеперерабатывающая установка про-
изводительностью по сырью 8000 т/г, основанная на технологии этой
компании, находится в городе Миассе во временной эксплуатации. На
установке получен стандартный прямогонный бензин, товарное дизельное топливо и топочный мазут. Высота ректификационной колонны – всего 1,5 метра, и в процессе работы в колонне содержится не
более 1,5 кг разделяемых продуктов. Следует отметить, что аналогичные ректификационные колонны имеют высоту не менее 10 метров.
Суть данной технологии, как уже упоминалось выше, основана
на пленочной дистилляции. Процессы тепло- и массообмена протекают на стенках трубки, оптимальный диаметр которых составляет от 6
до 25 мм. Образующиеся пары конденсируются на тонкой пленке
жидкости. Тепло, выделившееся от их конденсации, вызывает испарение части жидкости, которая преимущественно содержит летучие
компоненты. Этот процесс повторяется многократно и непрерывно по
всей высоте колонны. Для нормального протекания данного процесса
необходимо строго дозированное количество тепла, расходуемого для
испарения жидкости на следующую ступень разделения.
Если летучий компонент будет иметь более высокую темпера-
туру испарения, чем малолетучий, то при конденсации выделится
больше тепла, чем это необходимо. Избыток тепла вызовет испарение
лишнего количества малолетучего компонента, который также перейдет на следующую ступень. В результате увеличатся циклы испаре-
105
ния-конденсации, то есть рост фактической высоты теоретической
ступени испарения.
При недостаточном количестве тепла для испарения летучего
компонента из смеси, часть его будет уходить вниз с потоком флегмы.
В результате получаем неполноту циклов испарения-конденсации,
сокращение их высоты и рост количества циклов относительно теоретически необходимого количества ступеней разделения.
В технологии Линас применяется метод термостабилизации
трубок. Стенки массообменной трубки нагреты до температуры, которая выше температуры кипения (конденсации) летучего компонента,
но ниже температуры кипения (конденсации) малолетучего. Температура нагрева стенок трубок всегда поддерживается постоянной. Таким
образом, создаются условия, которые способствуют на каждой ступени испарению летучего компонента и конденсацию малолетучего.
Интенсивность тепло- и массообмена в колонне характеризуют
векторы скорости – вертикальная и горизонтальная составляющие.
Вертикальная составляющая определяется, в основном, гидродинамикой потоков и количеством теоретических ступеней разделения. Горизонтальная – складывается из интенсивности массообмена и скорости
теплообмена между паром и пленкой жидкости.
Степень влияния на вертикальную составляющую ограничена
экономикой процесса (производительностью, стоимостью колонны и
т.п.). Используя принцип термостабильной стенки, влияют на горизонтальную составляющую, именно она дает увеличение интенсивности процесса ректификации.
Традиционные ректификационные колонны имеют прямоуголь-
ный профиль распределения флегмы. Чтобы в верхней части колонны
получить паровой поток чистого вещества, необходимо задавать
большой поток острого орошения, который обеспечит фазовое равновесие по всей высоте колонны. Расплатой за это будет перегрузка колонны в ее верхних частях.
Количество и состав флегмы в колонне Линас постоянно меня-
ется по высоте и прямо зависит от исходной смеси и физических
свойств разделяемых компонентов. Флегма сама образуется в необходимом количестве в каждом сечении колонны. В этом случае отпадает
необходимость привычного возврата флегмы наверх колонны.
106
Пленочная колонна Линас за счет термостабилизации стенок по-
зволяет увеличить интенсивность протекания тепло- и массообмена,
дает возможность форсирования режима колонны. При этом сохраняются ее достоинства – низкая высота теоретической ступени и малое
гидравлическое сопротивление.
Конструктивно колонна Линас представляет аппарат сходный с
вертикально расположенным кожухотрубным теплообменником. В
межтрубном пространстве находится устройство, регулирующее процесс массообмена внутри трубок.
Применение технологии Линас, по сравнению с существующей
технологией ректификации, реализуемой в тарельчатых и насадочных
колоннах, имеет следующие преимущества:
• значительное снижение габаритных показателей колонн, ме-
таллоемкости (высота колонн уменьшается в 3–10 раз по сравнению с
традиционными тарельчатыми и насадочными колоннами при одинаковом диаметре обечайки);
• быстрый выход на рабочий режим благодаря малому содер-
жанию разделяемых веществ в колонне;
• малое время нахождения жидкой фазы в зоне проведения
ректификационного процесса (от 2 до 60 секунд);
• повышенная эксплуатационная надежность при полном от-
сутствии условий отложения загрязнений на внутренних полостях колонны;
• минимальная потребность в средствах автоматизации для
управления процессом.
Технологические преимущества уменьшают затраты на каждом
этапе работ от изготовления до эксплуатации колонн за счет следующих расходов:
• изготовление колонного оборудования (1,5 – 2 раза);
• монтаж колонного оборудования (2 – 3 раза);
• затраты на техобслуживание колонного оборудования и ре-
монт (1,5 – 5 раз);
• энергетические затраты на работу (10 – 15 %).
Ректификационные колонны по технологии Линас могут приме-
нятся в атмосферно-вакуумной перегонке нефти [96].
107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотрение в данном учебном пособии первичной переработ-
ки нефти в атмосферно-вакуумных колоннах показало, что современная промышленная перегонка нефти является сложнейшей системой,
эффективность и бесперебойность работы которой напрямую зависит
от оптимальности работы каждого узла колонны и вспомогательного
оборудования. Нельзя недооценить и значение многочисленных факторов процесса, в совокупности своей составляющих технологический
режим перегонки, таких как: давление, температура, тип испаряющего
агента, схема теплового контура колонны и другое.
Выбор схемы перегонки, подбор сопутствующего оборудова-
ния, оптимизация режима работы колонны и ее рациональная обвязка
– все это является первоочередной задачей инженера-технолога. Нельзя добиться заметных успехов в совершенствовании установок перегонки нефти лишь заменой старого оборудования на новое и не уделяя
внимание улучшению технологических параметров процесса. Более
того, без учета накопленных знаний, без учета достижений современной инженерной мысли, выраженных в патентной и технической литературе, никакой специалист не сможет вывести установку на современный уровень, требующий большей глубины переработки нефти
при лучшем качестве нефтепродуктов. Никакое совершенствование
невозможно без глубокого понимания процесса перегонки и сопровождающих ее проблем.
Авторы надеются, что материал, изложенный в данном пособии,
поможет студентам не только при изучении курсов, связанных с переработкой нефти в атмосферно-вакуумных блоках, но и непосредственно при будущей работе на нефтеперерабатывающих заводах.
108
Библиографический список
1. Покровский, Г.П. Способы получения топлив [Электронный
ресурс] / Г.П. Покровский. – Режим доступа:
http://www.tdsouz.ru./info.view.htm, свободный.
2. Пархоменко, В.Е. Технология переработки нефти и газа /
В.Е. Пархоменко.− М.: Гостоптехиздат, 1953. – 460 с.
3. Гуревич, И.Л. Общие свойства и первичные методы перера-
ботки нефти и газа / И.Л. Гуревич. – М.: Химия, 1972. – 360 с.
4. Суханов, В.П. Переработка нефти / В.П. Суханов. – М.: Выс-
шая Школа, 1974. – 336 с.
5. Александров, И.А. Перегонка и ректификация в нефтеперера-
ботке / И.А. Александров. – М.: Химия, 1981. – 352 с.
6. Коротков, П.И. Первичная переработка нефти на высокопро-
изводительных атмосферно-вакуумных установках / П.И. Коротков, Б.Н. Шаев, В.Т. Тетерук. – М.: Химия, 1975. – 120 с.
7. Бондаренко, Б.И. Альбом технологических схем процессов пе-
реработки нефти и газа / Б.И. Бондаренко. – М.: Химия, 1983. –
128 с.
8. Танатаров, М.А. Технологические расчеты установок перера-
ботки нефти / М.А. Танатаров, М.Н. Ахметшина, Р.А. Фасхутдинов. – М.: Химия, 1987. – 352 с.
9. Багиров, И.Т. Современные установки первичной переработки
нефти / И.Т. Багиров. – М.: Химия, 1974. – 240 с.
10. Ахметов, С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа
/ С.А. Ахметов. – Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.
11. Рудин, М.Г. Карманный справочник нефтепереработчика /
М.Г. Рудин, В.Е. Сомов, А.С. Фомин. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. – 336 с.
12. Трегубов, А.М. Теория перегонки и ректификации / А.М. Тре-
губов. – Баку, 1946. – 400 с.
13. Вахмянин, В.И. Опыт форсирования работы отбензинивающих
колонн установок АВТ/ В.И. Вахмянин // Нефтепереработка и
нефтехимия. – 1984. – № 5. – С. 3 – 4.
109
14. Загидуллин, Р.М. Комбинированная схема подогрева нефти на
установке АТ / Р.М. Загидуллин // Нефтехимия и нефтепереработка. – 1984. – № 6. – С. 3 – 4.
15. Гареев, Р.Г. Анализ условий увеличения отбора и улучшения
качества масляных дистиллятов при перегонке мазута /
Р.Г. Гареев // Нефтехимия и нефтепереработка. – 1997. – № 4.
– С. 18 – 22.
16. Лебедев, Ю.Н. Оптимизация параметров вакуумной дистилля-
ции мазута / Ю.Н. Лебедев // Химия и технология топлив и масел. – 1994. – № 9–10. – С. 16 – 17.
17. Креймер, М.Л. Модернизация вакуумного блока высокопроиз-
водительной установки ЭЛОУ-АВТ для получения сырья масляного производства / М.Л. Креймер [ и др.] // Нефтехимия и
нефтепереработка. – 1979. – № 9. – С. 25 – 27.
18. Богатых, К.Ф. Конденсация паров вакуумной колонны АВТ в
барометрическом конденсаторе смешения дистиллятов атмосферной колонны / К.Ф. Богатых // Нефтехимия и нефтепереработка. – 1989. – № 1. – С. 3 – 5.
19. Сидоров, С.А. Исключение подачи водяного пара в процессе
первичной перегонки нефти / С.А. Сидоров // Нефтехимия и
нефтепереработка. – 1993. – № 8. – С. 48.
20. Гареев, Р.Г. Технология перегонки нефти без применения во-
дяного пара / Р.Г. Гареев // Нефтехимия и нефтепереработка. –
1993. – № 9. – С. 11.
21. Рогачев, С.Г. Использование водяного пара в процессе пер-
вичной перегонки нефти / С.Г. Рогачев // Нефтехимия и нефтепереработка. – 1982. – № 4. – С. 4 – 6.
22. Кларен, Д.Г. Экономия от применения «незагрязняющихся»
подогревателей сырой нефти / Д.Г. Кларен // Нефтегазовые
технологии. – 2005. – № 11. – С. 76.
23. Вильхельмссон, Б. Применение спиральных теплообменников
в «грязных» средах / Б. Вильхельмссон // Нефтегазовые технологии. – 2005. – № 11. – С. 74 – 75.
24. Эжекторы / Машимпекс, спиральные теплообменники [Элек-
тронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mashimpeks.ru,
свободный.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]