1.3.4. Конденсационно-вакуумные системы установок вакуумной перегонки мазута

Заданное остаточное давление в вакуумной колонне обеспечи­вается конденсацией паров, уходящих с верха колонны, и эжектированием неконденсирующихся газов и низкокипящих фракций. При перегонке мазута с верха вакуумной колонны уходят пары ва­куумного газойля вместе с водяным паром и инертными газами. К последним относятся: газы разложения или термического распа­да сырья (легкие углеводороды, СО₂, H₂S и др.) и воздух, прони­кающий через неплотности аппаратуры, выделяющийся в конден­саторах из охлаждающей воды и поступающий в растворенном виде вместе с сырьем и водяным паром.

Конденсационно-вакуумные системы состоят из двух ступеней конденсации и системы вакуумных насосов. Двухступенчатую кон­денсацию паров применяют для снижения потерь углеводородов вследствие интенсивного образования «тумана» и для раздельной конденсации нефтяных и водяных паров. В качестве первой ступе­ни конденсации наиболее часто используют тарелки циркуляцион­ного орошения в верху колонны, реже – конденсатор острого оро­шения; в качестве второй ступени применяют конденсаторы сме­шения (барометрического типа) и поверхностные конденсаторы. Вакуумный насос эвакуирует несконденсированные пары и инерт­ные газы после конденсаторов.

В качестве вакуумных насосов в нефтепереработке применяют в основном струйные насосы – одно-, двух- и трехступенчатые эжекторы – на водяном паре с промежуточной его конденсацией.

На рис. 1.12. показаны принципиальные схемы конденсацион­но-вакуумных систем, применяемые в нефтепереработке при пере­гонке мазута, а также основные потоки и давление в линиях и аппара­тах конденсационно-вакуумной системы.

Рис. 1.12. Классификация конденсационно-вакуумных систем вакуумных колонн:

а – с верхним циркуляционным орошением (ВЦО) и барометрическим конденсатором;

б – с ВЦО, поверхностными конденсаторами-холодильниками и конденсаторами смешения; в – с острым орошением, с поверхностными конденсаторами-холодильниками и конденсаторами смешения; г – с острым орошением и с поверхностными конденсаторами холодильниками; д – с ВЦО и поверхностными конденсаторами-холодильниками; е – с предварительным эжектором.

I – ВЦО; II – поверхностные конденсаторы-холодильники; III – конденсаторы смешения; IV – эжекторы с конденсаторами;

Vv – расход нефтяных паров; V_i – расход инертного газа; V_p – расход водяного пара; V_п – расход неконденсируемых паров; р_i, р_v – парциальные давления паров V_i, и V_п со­ответственно; ∆Р – перепад давления в поверхностном конденсаторе и в трубопроводе.

В основу классификации положен принцип построения схем ступеней вакуумной конденсации (системы конденсации – системы эжекторов). Изучение большого числа вакуумных колонн дейст­вующих установок АВТ показало, что в промышленности исполь­зуют в основном пять типов конденсационно-вакуумных систем. Приведенные на рисунке схемы различаются как по числу, так и по оформлению ступеней вакуумной конденсации. По принятой классификации первая ступень конденсации соответствует верхне­му циркуляционному орошению (ВЦО) вакуумной колонны; вто­рая – конденсаторам поверхностного типа, сочетающим теплооб­менники для регенерации тепла парогазового потока и водяные или воздушные конденсаторы; третья – конденсаторам смешения в конденсаторах барометрического типа водой или одним из про­дуктов этой же колонны и, наконец, четвертая ступень – конден­сации парогазового потока между ступенями эжекторов.

Приведенные схемы конденсационно-вакуумных систем разли­чаются также связью с окружающей средой. Так, схема а пол­ностью «открыта»: в ней воду и углеводородный конденсат сбра­сывают в открытую систему. Промежуточное положение занимают схемы б и в, а схемы г и д полностью «закрыты».

Распространенность схем в промышленности различна. Из общего числа уста­новок, по которым получены данные для классификации, 48% работают по схе­ме а, 12% — по схеме б, 17% — по схеме в и д и 6% — по схеме г, т. е. 23% уста­новок имеют полностью «закрытые» системы. Температура парового потока, поки­дающего первую ступень конденсации, выше 100°С, что свидетельствует о выносе из колонны большого объема паров во вторую ступень. Очевидно, это и является одной из основных причин повышенного давления на верху колонн, которое в большинстве случаев составляет 107 –120 гПа вместо 53 – 80 гПа по проекту. Конденсационно-вакуумные системы различают также и по расходу охлаждаю­щей воды и пара на эжекцию. В частности, расход воды для каждой из схем меняется в пределах 1 – 5 м³/т, а расход пара на эжекцию – от 1 до 3% по от­ношению к сырью колонны и являются соизмеримым расходу острого пара, под­водимого в низ колонны.

Рассмотрим работу конденсационно-вакуумной системы на примере схемы а. Уходящие с верха колонны нефтяные пары конденсируются в колонне с верхним циркуляционным орошением. Водяные пары вместе с инертными газа­ми и с несконденсированными нефтяными парами, насыщающими газовую фазу после тарелок циркуляционного орошения при температуре конденсации посту­пают в барометрический конденсатор, где конденсируется основная масса водя­ных паров. Конденсат поступает в барометрический колодец, а несконденсированные водяные пары вместе с инертными газами отсасываются эжектором, после которого водяной пар конденсируется в конденсаторе поверхностного типа. Газы разложения после второй или третьей ступеней эжектора отводятся в камеру сго­рания трубчатой печи.

Схемы с барометрическим конденсатором (схемы а, б и в) наиболее распространены в промышленности. Они обеспечивают достаточно глубокий вакуум за счет низкого сопротивления и вы­сокой эффективности теплообмена в барометрическом конденсато­ре смешений. В то же время при непосредственном смешении неф­тепродуктов и охлаждающей воды последняя загрязняется серо­водородом и в результате многократного перемешивания создается довольно стойкая эмульсия, затрудняющая очистку воды и за­грязняющая водный бассейн. Устройство оборотной системы водо­снабжения в барометрическом конденсаторе уменьшает загрязне­ние водоемов, однако при этом повышается температура охлаж­дающей воды и затрачивается немало средств на сооружение от­дельной системы водоснабжения.

В схеме по рис. 1.12,в предусматривается минимальное сме­шение нефтепродуктов с водой, и поэтому она в настоящее время широко внедряется в промышленности. Однако поверхностные кон­денсаторы имеют большую разность температур охлаждающей во­ды и водяного конденсата, нежели конденсаторы смешения. В свя­зи с этим для достижения одинакового абсолютного давления в системе с конденсаторами поверхностного типа требуется охлаж­дающая вода с более низкой температурой или больший ее расход.

В схеме по рис. 1.12,г с острым орошением в верху колонны наблюдаются большие потери легких фракций дизельного топли­ва из-за интенсивного образования тонкой эмульсии в виде мас­ляного «тумана», поэтому она применяется редко.

Схема по рис. 1.12,е с предварительным эжектором применя­ется для дополнительного понижения давления в колонне и созда­ния глубокого вакуума (порядка 6,7 – 13,3 гПа). Поскольку через предварительный эжектор проходит весь объем паров из колонны, размеры его достаточно велики и значителен расход водяного па­ра на эжекцию, поэтому такие схемы применяют редко.

При вакуумной перегонке тяжелых остатков высокопарафинистых нефтей, когда верхний погон является парафиновым дистил­лятом с температурой застывания 38 – 43 °С, возможно отложение парафина на трубках конденсатора. Во избежание этого предлага­ется впрыскивать в трубу до конденсатора фракцию дизельного топлива 200 – 250°С в качестве депрессирующего компонента в количестве 40 – 60% общего расхода нефтепродуктов до конденса­тора. Легкие фракции приводят к выпадению парафинов в трубе до конденсатора, откуда их удаляют механически.

В системах, приведенных на рис. 1.12, а—д, глубина вакуума в колонне определяется условиями конденсации водяного пара в конденсаторах или условиями конденсации нефтяных паров в этих же конденсаторах при перегонке без водяного пара, а достигну­тая глубина вакуума поддерживается системой эжекторов. Следо­вательно, глубина вакуума зависит в первую очередь от темпе­ратуры хладоагента в конденсаторе. Очевидно, для вакуумной пе­регонки мазута с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при за­данной температуре охлаждения в конденсаторе. Поэтому летом вакуум падает, а зимой повышается.

При использовании предварительного эжектора остаточное дав­ление в системе зависит не только от температуры охлаждающей воды в конденсаторе, но и от перепада давления, создаваемого предварительным эжектором. Обычно давление в верху вакуумных колонн с предварительным эжектором значительно меньше давле­ния насыщенных паров воды, так как предварительный эжектор создает вакуум до себя и повышенное давление после себя.