1.3. Перегонка нефти на топливные фракции и мазут

Первичная перегонка нефти на трубчатых установках выполняется при атмосферном давлении и под вакуумом. При перегонке нефти на трубчатых установках, работающих при атмосферном давлении, из нефти выделяют светлые дистилляты - бензиновый, керосиновый, дизель­ный фракции. Остатком от перегонки нефти при атмосферном давлении является мазут - фракция, перегоняющаяся выше 350 °С. Эти уста­новки носят название атмосферная трубчатая установка (АТ).

Для выделения более высококипящих нефтяных фрак­ций мазут подвергается перегонке на установках, работающих с применением вакуума. Остатком от перегонки мазута является гудрон.

В зависимости от общей схемы нефтеперерабатывающего за­вода и свойств поступающей для переработки нефти строятся либо установки атмосферной перегонки, либо установки, сочетаю­щие атмосферную и вакуумную перегонку — атмосферно-вакуумные трубчатые установки (АВТ). В тех случаях, когда на заводе необходимо получить макси­мальное количество светлых продуктов, перегонку ведут до гуд­рона. Выделенные из мазута темные дистиллятные фракции и гудрон перерабатывают с применением различных техноло­гических процессов, направленных на получение более легких нефтепродуктов (крекинг, коксование и др.). Перегонку до гудрона проводят если на заводе организуется производ­ство нефтяных масел, кокса, битума. Если же для нужд близ­лежащих районов требуется получить максимальное количество котельного топлива, то ограничиваются перегонкой до мазута.

Перегонка нефти до мазута выполняется по схеме одно- или многократного испарения (схемы одно- или двухколонные). В настоящее время наибольшее распространение в отечественной нефтепереработке получили схемы двукратного и, гораздо меньше, однократного испарения. За рубежомв основном используются схемы однократного испарения. В качестве перспективных схем перегонки нефти предлагаются схемы одно-, двух- и трехкратного испарения.

Проведем сравнительный анализ различных вариантов схем перегонки нефти, используемых в настоящее время в промышленности. Для объективного анализа и сравнения схем перегонки нефти необходимо проводить комплексную их оценку по эксплуатационным, капитальным затратам и технологической гибкости - возможности надежной работы установки при изменениях расхода и состава нефти для получения различного ассортимента нефтепродуктов.

Схемой однократного испарения предусматривается разделение нефти на заданные фракции и мазут в одной сложной колонне с боковыми отпарными секциями (рис. 1.4).

Рис.1.4. Установка АТ с однократным испарением нефти: 1 – нефть, 2- лёгкий бензин, 3- тяжёлый бензин, 4 – керосин, 5 – дизельное топливо, 6 – мазут, 7 – водяной пар, 8 – насос, 9 – трубчатая печь, 10 – атмосферная колонна, 11 –стриппинг-секции.

Нефть однократно нагревается, частично испаряется и разделяется в одной сложной колонне. Температура нагрева нефтина выходе из печи составляет 300-330^оС,перегонка ведется при атмосферном давлении. Эта схема имеет самые низкие энергозатраты, меньшую металлоемкость аппаратуры и требует минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона.Недостатками установки АТ с однократным испарением нефти являются:

- низкая степень извлечения светлых фракций – в мазуте их остается около 3,1% массовых против 2,5% массовых по схеме с двукратным испарением нефти;

- схема недостаточно технологически гибкая, т.к. хорошо работает только для стабильных малосернистых нефтей с содержанием углеводородных газов не более 1,2%, бензиновых фракций - не более 12-15%, светлых фракций - не более 45%;

- при перегонке легких нефтей с большим содержанием светлых фракций из-за образования большого количества паров при нагреве нефти создается большое давление на нагнетании насоса до печи, в змеевике печи, возрастает нагрузка колонны по парам, растет давление в колонне, снижается четкость фракционирования;

- из-за возможного колебания состава нефти температурный режим и давление в колонне не стабильны;

- имеются определённые трудности с конденсацией дистиллята верха колонны, т.к. он насыщен лёгкими углеводородными газами;

- при перегонке сернистых нефтей наблюдается повышенная коррозия верха колонны – из-за воздействия сероводорода, меркаптанов, хлороводорода.

Эти потери могут быть снижены применением одноколонной схемы с предварительным испарением.

Рис.1.5. Установка АТ с предварительным испарением нефти:

1- нефть, 2 – газы и пары лёгкого бензина, 3 – полуотбензиненная нефть, 4 – бензин, 5 – керосин, 6 – лёгкое дизельное топливо, 7 – тяжёлое дизельное топливо, 8 – мазут, 9 – водяной пар, 10 – блок теплообменников, 11 –испаритель, 12 – насос, 13 – трубчатая печь, 14 – атмосферная колонна, 15 – стриппинг-секции.

По этой схеме нефть нагревается в блоке теплообменников за счёт тепла отходящих с установки нефтепродуктов, частично испаряется и поступает в испаритель (эвапоратор). Испаритель представляет собой вертикальную пустотелую колонну. Углеводородные газы и пары легкого бензина отделяются от нефти в испарителе и, минуя печь, подаются в основную колонну или вместе с полуотбензиненной нефтью, или вместе с водяным паром под нижнюю тарелку колонны. В результате снижается нагрузка печи по парам, снижается давление на питательном насосе до печи. Но остальные недостатки схемы с однократным испарением нефти остаются.

На установке АТ с двукратным испарением нефтинефть предварительно нагревается в теплообменниках до 180-220^оС и поступает сначала в отбензинивающую колонну для отделения углеводородных газов и легкого бензина с пределами выкипания до 140-160^оС. Давление в отбензинивающей колонне может составлять 0,2-0,8 МПа.

Затем полуотбензиненная нефть поступает в атмосферную колонну, где она делится на фракции. Температура сырья колеблется в пределах 350-380^оС, а давление 0,11-0,2 МПа.

Эта схема технологически гибкая.Отбензинивающая колонна компенсирует возможные колебания в составе нефти и обеспечивает стабильную работу атмосферной колонны.

При этом устраняются все недостатки предыдущих схем: снижается давление на сырьевом насосе и в змеевике печи, снижается нагрузка по парам атмосферной колонны, температура и давление в колонне стабильны, верхний дистиллят основной колонны легко конденсируется, верхняя часть колонны защищена от коррозионноактивных газов, удаляемых в первой колонне. В этой схеме производится самый большой отбор светлых фракций.

Схема пригодна для перегонки любых нефтей. Однако существуют и недостатки схемы:

1. Более высокая температура нагрева полуотбензиненной нефти в печи;

2. Необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, требующей больше энергии и дополнительного оборудования;

3. Схема дорогая и металлоемкая;

4. Существует необходимость поддержания повышенного давления в отбензинивающей колонне (чтобы конденсировать дистиллят воздухом и водой).

Рис.1.6. Установка АТ с двукратным испарением нефти: 1 – нефть, 2 – лёгкий бензин, 3 – тяжёлый бензин, 4 и 5 – керосин, 6 – лёгкое дизельное топливо, 7 – тяжёлое дизельное топливо, 8 – утяжелённый мазут, 9 – водяной пар, 10 – остаток колонны, 11 – блок теплообменников, 12 – первая колонна перегонки нефти, 13 – стриппинг-секции, 14 – насос, 15 – трубчатая печь, 16 – вторая колонна перегонки.

В этом варианте схемы установки АТ с двукратным испарением нефти в первой колонне давление составляет 0,15÷0,7 МПа, во второй колонне давление чаще атмосферное или может быть даже умеренный вакуум. По этой схеме значительно меньшиеэнергозатраты, чем по традиционной схеме.

Существует также схема перегонки нефти с предварительным трехкратным испарением нефти (рис. 1.7).

Эта схема применяется для высокопроизводительных установок, перерабатывающих до 12 млн. тонн нефти в год.Нефть нагревается сначала в теплообменниках и также как и по схеме с предварительным испарением, поступает в эвапоратор, где отделяются газы и пары бензина.

Эти газы и пары поступают в отбензинивающую колонну, с верха которой отгоняются газы и фракция легкого бензина, в качестве боковой фракции отбирается тяжелый бензин, а снизу уходят более тяжелые светлые фракции попавшие в отбензинивающую колонну из эвапоратора.

Рис.1.7. Установка АТ с трехкратным испарением нефти:

1 – нефть, 2 – газы и пары бензина, 3 – отбензиненная нефть, 4 – тяжёлые светлые фракции, 5 – лёгкий бензин, 6 – тяжёлый бензин, 7 – керосин, 8 – лёгкое дизельное топливо, 9 – остаток колонны, 10 – тяжёлое дизельное топливо, 13 – утяжелённый мазут, 14 – блок теплообменников, 15 – эвапоратор, 16 – насос, 17 – трубчатая печь, 18 – отбензинивающая колонна, 19 – стриппинг-секции, 20 – атмосферная колонна, 21 – вакуумная колонна.

Остаток отбензинивающей колонны вместе с отбензиненной нефтью из эвапоратора разделяются в атмосферной колонне, причем отбензиненная нефть предварительно нагревается в печи. В атмосферной колонне сверху отгоняются остатки тяжелого бензина, из стриппинг-секций отбираются фракции керосина и легкого дизельного топлива, а остаток атмосферной колонны поступает в вакуумную колонну самотеком. Давление в вакуумной колонне 0,04÷0,053 МПа, в ней отсутствует подогрев сырья, всё необходимое тепло вносится из атмосферной колонны.

С верха вакуумной колонны отбираются газы и водяные пары, которые поступают в систему создания вакуума. В качестве боковых фракций получают легкое (200-320^оС) и тяжелое (320-360^оС) дизельное топливо. Снизу вакуумной колонны отбирается утяжеленный мазут 360 – К.К..

Данная схема обеспечивает более высокуюглубину отбора светлых фракций и хорошую четкость ректификации. Схемаимеет технологическую гибкость по ассортименту продуктов и качеству сырья, но требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат.