1.3.2.1. Улучшение качества масляных дистиллятов

Анализ работы отечественных и зарубежных вакуумных колонн установок АВТ по масляному варианту показывает, что качество получаемых дистиллятных фракций и гудрона не удовлетворяет повышенным требованиям на сырье масляного производства: мас­ляные фракции обычно получают маловязкими и с низким показа­телем цвета. Дистилляты имеют довольно широкий фракционный состав, доходящий до 200°С, со значительным налеганием темпе­ратур кипения соседних фракций, а в гудроне содержится много легких фракций (до 500°С порядка 30—40%). На многих заводах вместо отбора узких фрак­ций получают одну широкую фракцию и вакуумный газойль.

Низкое качество масляных фракций и плохая четкость ректи­фикации мазута объясняются следующими причинами: плохой ра­ботой атмосферной колонны; недостаточным подводом тепла в пе­чи и, следовательно, низкими флегмовыми числами в колонне; не­достаточным числом тарелок и низкой их эффективностью; высо­ким гидравлическим сопротивлением системы (тарелок колонны, трансферного трубопровода и змеевика печи); завышенными диаметрами колонн или низкими скоростями паров.

Повышение фракционирующей способности вакуумных колонн достигается следующими мероприятиями: понижением давления в секции питания колонны до 26 – 40 гПа; повышением температу­ры в зоне питания с соответствующим увеличением флегмового числа; увеличением числа тарелок или применением контактных устройств специальных конструкций, например, насадок; примене­нием усовершенствованных технологических схем перегонки.

В вакуумных колоннах по масляному варианту циркуляцион­ные орошения по высоте колонны следует применять с ограниче­ниями, т. е. не настолько развитыми, как в атмосферных колоннах, так как более важной задачей здесь является обеспечение необ­ходимой четкости разделения фракций. Рекомендуется расход теп­ла циркуляционных орошений вычислять из расчета 50 – 70% теп­ла максимальных значений, найденных тепловым балансом. Остальное тепло в промежуточных секциях колонны будет сни­маться горячей флегмой за счет верхнего орошения. Нижнее про­межуточное циркуляционное орошение между отбором нижнего дистиллята и вводом сырья предохраняет масляные дистилляты от попадания в них смолисто-асфальтеновых веществ и высококипя­щих углеводородов.

Применение отпарных секций в вакуумных колоннах по масля­ному варианту не всегда считалось целесообразным. Отпарные секции применяли для обеспечения заданной температуры вспыш­ки вязких масляных фракций асфальтеновых нефтей или для чет­кого выделения тяжелых масляных фракций нефтей парафинового основания с целью наиболее полного отделения кристаллических парафинов от фракций, содержащих церезины. В настоящее время при предъявлении особо жестких требований к фракционному составу получаемых дистиллятов вакуумную перегонку мазута осу­ществляют в колоннах с отпарными секциями.

Поэтому применение технологических схем с подводом тепла в отпарные секции является одним из эффективных способов повышения четкости разделения фракций.

Для получения узких фракций предлагается наряду с подводом водяного пара в низ отпарных секций использовать промежуточный подогрев жидкости и возврат ее на лежащую ниже тарелку (рис. 1.7.).

Рис. 1.7. Перегонка мазута в сложной колонне с промежуточным подогревом жидкости в отпарной секции:

1 – сложная колонна; 2 – отпарная секция;

I – мазут; II – головной погон; III – боковой погон; IV – остаток; V – водяной пар.

В отпарных секциях с 6 – 7 реальными тарелками эффективностью не выше 0,65, при кратности парово­го орошения, равной единице (что примерно в три раза больше обычной), тем­пературе нагрева флегмы не выше 375°С можно получать фракции 311 – 371, 350 – 414, 386 – 453 и 422 – 500°С с чистотой соответственно равной 72, 78,3, 58,3 и 77,5%. Ожидаемый интервал выкипания (по Богданову) составит 45, 50, 52 и 62°С. Промежуточный подогрев жидкости в отпарных секциях наиболее эффек­тивен для выделения маловязких фракций, так как для вязких фракций нагрев жидкости незначительно увеличивает их летучесть.

Для вакуумных колонн масляного производства применение внутренних отпарных секций существенно улучшает качество мас­ляных дистиллятов, сужает фракционный состав и повышает тем­пературы вспышки благодаря более глубокому вакууму в них и меньшей потери тепла в окружающую среду.

Некоторым недостатком внутренних отпарных секций является усложнение конструкции колонн, не позволяющее изменять каче­ство отпариваемых продуктов в достаточно широких пределах как в колоннах с выносными отпарными секциями за счет изменения места отбора бокового погона.

Сложная колонна с внутренними отпарными секциями может быть выполнена одного диаметра (рис. 1.8,а) или из несколь­ких концентрически расположенных одна в другой колонн разного диаметра (рис. 1.8,б).

Рис. 1.8. Варианты вакуумных колонн с внутренними отпарными секциями:

1 – колонна; 2 – внутренние отпарные секции;

I – мазут; II – головной погон; III – боковые погоны; IV – остаток; V – водяной пар.

Верхние части таких колонн образуют укрепляющие секции, а нижние – в виде кольцевых за­зоров между двумя обечайками образуют отпарные секции.

Для вакуумных колонн масляного производства целесообразна установка отбойных устройств над вводом сырья и под наиболее нагруженными (по парам) тарелками боковых отборов. Также следует отметить, что в вакуумных колоннах уже в течение ря­да лет успешно применяют клапанные тарелки и различные насад­ки без закоксовывания и вспенивания жидкости.

1.3.3. Глубоковакуумная перегонка мазута

Основными задачами в проблеме углубления переработки неф­ти являются отбор от мазута широкой масляной фракции до 560 – 580 °С и получение утяжеленного остатка, используемого в каче­стве сырья для производства битума и кокса. При углублении от­бора широкой масляной фракции особое внимание должно быть обращено на обеспечение необходимого ее качества, так как прак­тически все металлорганические соединения нефти концентриру­ются во фракции с температурой кипения выше 520 – 530°С.

Для углубления отбора широкой масляной фракции до 520 – 530°С и получения утяжеленных остатков в настоящее время ис­пользуют обычно простейшие схемы вакуумной перегонки с водя­ным паром при давлении в секции питания 67 – 200 гПа или глу­боковакуумную перегонку без водяного пара при 13 – 33 гПа. Глубоковакуумная перегонка мазута с водяным паром может быть использована также для получения дорожных битумов в виде остатков вакуумной перегонки. При давлении перегонки от 6 до 13 гПа требуется сравнительно невысокий расход водяного пара – от 5 до 20% (масс.) на сырье.

Основным недостатком вакуумной и глубоковакуумной перегонки с водяным паром являются высокие затраты из-за больших рас­ходов водяного пара, подаваемого в печь, в низ колонны и на эжектор. Дополнительные затраты необходимы и на сооружение вакуумной колонны, печи, конденсаторов, системы эжекторов и другого оборудования. При глубоковакуумной перегонке мазута с водяным паром расход последнего, составляющий 2,5 – 3% (масс.) на мазут, увеличивает объем паров в колонне на 25 – 50%, вследствие чего резко возрастают габариты вакуумной ко­лонны.

Перепад давления в вакуумных колоннах должен быть не больше половины избыточного давления в секции питания. Для вакуумной перегонки без водяного пара («сухой перегонки») об­щий перепад давления в колонне должен составлять 6,7 – 16 гПа, и поэтому в колоннах для глубоковакуумной перегонки мазута следует применять специальные контактные устройства (чаще ис­пользуют насадку).

Для эффективного разделения фаз секция питания колонны должна иметь развитую сепарационную зону с промывным сепа­ратором. На орошение сепаратора подается более 2% (об.) на сырье жидкости с тем, чтобы с нижней отборной тарелки отбира­лось жидкости (рецикл газойля) не менее 2% (об.) на сырье. Важно, чтобы подаваемая на промывку жидкость равномерно рас­пределялась по сечению сепаратора. В трансферном трубопроводе на входе в колонну целесообразно устанавливать также сетчатый сепаратор. Время пребывания остатка в колонне следует прини­мать минимальным.

Для получения максимального выхода широкой масляной фракции рекомендуют следующие параметры перегонки: темпера­тура в секции питания колонны 385°С, давление 26 гПа, перепад давления между печью и колонной 210 гПа, что обеспечит повы­шение температуры в зоне нагрева всего лишь до 400°С. Повы­шение температуры мазута в змеевике печи должно быть не бо­лее 5 – 6°С, что достигается равномерным нагревом труб печи, увеличением их диаметра при следующих величинах теплонапря-женности: для радиантных труб не более 47,3 кВт/м² и для труб в конвективной секции не более 63 кВт/м³. Кроме насадок, колонна должна иметь специальные тарелки для отбора жид­кости. Нижняя тарелка устраняет также возможность смешения парового потока сырья со стекающей жидкостью для предотвраще­ния вторичного уноса жидкос­ти и перераспределения парового потока по сечению колонны.

Для углубления отбора масляных фракций и получения утя­желенных остатков рекомендуют различные схемы перегонки с давлением в зоне питания не выше 26 – 40 гПа. При одноколон­ной схеме целесообразно использовать рецикл тяжелой флегмы – 10% на исходный мазут с «глухой» тарелки над вводом сырья че­рез печь в колонну. При давлении в зоне питания не более 26 гПа необходимое качество остатка обеспечивается без примене­ния водяного пара в качестве отпаривающего агента, так как в об­ласти низкого давления температуры кипения масляных фракций снижаются настолько резко, что дальнейшее понижение парциаль­ного давления углеводородов уже не требуется. При низком дав­лении перегонки можно использовать также и «глухой» подогрев гудрона в теплообменниках для создания парового орошения в низу колонны. Вывод тяжелой флегмы с «глухой» тарелки с рециркуляцией ее в сырье до печи утяжеляет фракционный состав гудрона, обеспечивает достаточную четкость разделения и высокий отбор от потенциала вакуумного газойля. Разделение с выводом флегмы с «глухой» тарелки без рециркуляции позволяет получать еще более утяжеленные остатки.

Для четкого разделения мазута на широкую масляную фрак­цию и утяжеленный остаток перегонку предлагается проводить в две ступени – двукратным испарением по остатку (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Схема глубоковакуумной перегонки мазута двукратным испа­рением по остатку:

1 – вакуумная колонна I ступени; 2 – ва­куумная колонна II ступени; 3 – емкости;

I – мазут; II – водяной пар; III – легкий вакуумный дистиллят; IV – легкий ваку­умный газойль; V – тяжелый вакуумный газойль; VI – гудрон.

В I ступени отпариваются легкие фракции и удаляются не­конденсируемые газы при помощи водяного пара и во II ступени утяжеленный мазут перегоняется при глубоком вакууме в ороси­тельной колонне. Колонна имеет две секции охлаждения и кон­денсации тяжелого и легкого вакуумного газойлей. Орошение в виде распыленной жидкости создается форсунками. Параметры разделения во II ступени: давление 0,133 – 266 Па, температура питания 380 – 400°С, расход водяного пара в I ступени не более 1,0 – 1,5% на мазут.

При схеме двукратного испарения мазута можно повторно ис­пользовать мятый водяной пар после эжектора II ступени в качестве технологического пара в I ступени (см. рис. 1.9., пунктир­ная линия), в результате общий расход водяного пара будет меньшим. Схема двукратного испарения мазута по остатку пред­лагается для использования на высокопроизводительных установ­ках АВТ с целью получения широкой масляной фракции и утяже­ленного остатка.

На рис. 1.10,а показана схема перегонки с отпарной колонной на II ступени.

Рис. 1.10. Схема глубоковакуумной перегонки мазута двукратным испарением по остатку в отпарной колонне (а), с предварительным испарителем и доотгоном

гудрона (б):

1 – вакуумная колонна; 2 – отпарная колонна;

I — мазут; II— конденсат; III – фракция 360 – 400°С; IV – фракция 400 – 500°С;

V — фрак­ция 480 – 580°С; VI – водяной пар; VII – утяжеленный гудрон.

Мазут, нагретый в печи, вна­чале перегоняется при умеренном вакууме в колонне с отбором фракций до 500°С, затем от остатка при низком давлении в отпарной колонне дополнительно отгоняется фракция 480 – 580°С. Предлагаются и более сложные схемы глубоковакуумной перегон­ки мазута с предварительным испарителем и дополнительной от­гонкой колонной с исключением водяного пара из основной ступе­ни перегонки (рис. 1.10,б). Применение таких схем позво­ляет улучшить четкость ректификации мазута, уменьшить размеры основной колонны и снизить затраты на создание вакуума.

При перегонке мазута из-за относительно мягкого нагрева сырья в трубчатых печах и понижения температуры остатка за счет испарения легких фракций в гудроне концентрируются высо­комолекулярные парафины нормального строения (C₂₉ – С₄₄) практически без каких-либо структурных изменений. В то же вре­мя основным препятствием получения дорожных битумов с высо­кими эксплуатационными свойствами из парафинистых нефтей яв­ляется наличие в гудроне твердых парафинов как высокомолеку­лярных (природного происхождения), так и перешедших в жид­кую фазу в процессе вакуумной перегонки. Для снижения содер­жания высокомолекулярных парафинов в гудроне предлагается специальная технология вакуумной перегонки мазута по схеме, изображенной на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Схема перегонки мазута высокопарафинистой нефти:

1 – трубчатая печь; 2 – адиабатический реак­тор; 3– атмосферная колонна;

4 – вакуумная колонна;

I – мазут; II – стабилизированный мазут; III – бензиновые и соляровые фракции; IV — парафиновый дистиллят; V – тяжелое пара­финовое масло; VI – гудрон.

Предварительно нагретый мазут подается в один из змеевиков трубчатой печи и нагревается в нем до 400 – 440°С. Затем он поступает в адиабатический реактор, в котором выдерживается в течение 10 мин. После реакций прев­ращения смесь поступает в атмосферную колонну, с верха кото­рой отбирают бензиновые и соляровые фракции, содержащиеся до 10% в мазуте. Выходящий с низа колонны стабилизированный мазут проходит через второй змеевик печи и далее подвергается перегонке в вакуумной колонне.

В результате термических превращений по разработанной схе­ме снижается выход тяжелых парафиновых масел и гудрона за счет удаления из них части риформированных твердых углеводо­родов

Таким образом, перегонка мазута по предлагаемой технологии улучшает качество гудрона для производства дорож­ных битумов и увеличивает выработку парафинового дистиллята как сырья для производства твердых парафинов.