переработка нефти-1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Отмечаются следующие достоинства этого процесса:

—высокая производительность — до 4 млн т/год по мазуту;

—возможностьполученияглубоковакуумногогазойлястемпературой конца кипения более 550°С с низкими коксуемостью (<0,3% мас. по Конрадсону) и содержанием металлов (V + 10Ni + Na) менее

2,5 ррm;

—пониженная (на 10…15°С) температура нагрева мазута после печи;

—более чем в 2 раза снижение потери давления в колонне;

—существенное снижение расхода водяного пара на отпарку.

На Шведском НХК (ФРГ) эксплуатируются две установки этой фирмы производительностью по 2 млн т/г по мазуту. Вакуумная колонна оборудована регулярной насадкой типа «Перформ-Грид». Давление в верху и зоне питания колонны поддерживается соответственно

7 и 36гПа (5,2 и 27 мм рт. ст.).

На ряде НПЗ развитых капиталистических стран эксплуатируются аналогичные высокопроизводительные установки вакуумной (глубоковакуумной) перегонки мазута, оборудованные колоннами с регулярными насадками типа «Глитч-Грид».

НанекоторыхотечественныхНПЗвнедренаиуспешнофункционируетпринципиальноноваявысокоэффективнаятехнологиявакуумной перегонки мазута в перекрестноточных насадочных колоннах7.

Гидродинамическиеусловияконтактапаровойижидкойфазвперекрестноточных насадочных колоннах(ПНК) существенно отличаются от таковых при противотоке. В противоточных насадочных колоннах насадка занимает все поперечное сечение колонны, а пар и жидкость движутся навстречу друг другу. В ПНК насадка занимает только часть поперечного сечения колонны (в виде различных геометрических фигур: кольцо, треугольник, четырехугольник, многоугольник и т.д.). Перекрестноточнаярегулярнаянасадкаизготавливаетсяизтрадиционных для противоточных насадок материалов: плетеной или вязаной металлической сетки (так называемые рукавные насадки), просечно-вытяж- ных листов, пластин и т.д. Она проницаема для пара в горизонтальном направлении и для жидкости в вертикальном направлении. По высоте ПНКразделенараспределительнойплитойнанесколькосекций (модулей),представляющихсобойединуюсовокупностьэлементарегулярной насадкисраспределителемжидкостногоорошения.Впределахкаждого модуля организуется перекрестноточное (поперечное) контактирование фаз, то есть движение жидкости по насадке сверху вниз, а пара —

7 Разработчики — профессор УГНТУ К. Ф. Богатых с сотрудниками.

434

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

вгоризонтальномнаправлении.Следовательно,вПНКжидкостьипары проходят различные независимые сечения, площади которых можно регулировать (что дает проектировщику дополнительную степень свободы), а при противотоке — одно и то же сечение. Поэтому перекрестноточный контакт фаз позволяет регулировать в оптимальных пределах плотность жидкого и парового орошений изменением толщины и площади поперечного сечения насадочного слоя и тем самым обеспечить почти на порядок превышающую при противотоке скорость паров (в расчете на горизонтальное сечение) без повышения гидравлического сопротивления и значительно более широкий диапазон устойчивой работы колонны при сохранении в целом по аппарату принципа и достоинствпротивотокафаз,атакжеустранитьтакиедефекты,какзахлебывание, образование байпасных потоков, брызгоунос и другие, характерные для противоточных насадочных или тарельчатых колонн.

Экспериментально установлено, что перекрестноточный насадочный блок конструкции Уфимского государственного нефтяного университета (УГНТУ), выполненный из металлического сетчато-вязано- го рукава, высотой 0,5 м, эквивалентен одной теоретической тарелке и имеет гидравлическое сопротивление в пределах всего 1ммрт.ст. (133,3Па), то есть в 3…5 раз ниже по сравнению с клапанными тарелками. Это достоинство особенно важно тем, что позволяет обеспечить

взоне питания вакуумной ПНК при ее оборудовании насадочным слоем, эквивалентным 10…15 тарелкам, остаточное давление менее 20…30ммрт.ст. (27…40гПа) и, как следствие, значительно углубить отбор вакуумного газойля и тем самым существенно расширить ресурсы сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга. Так, расчеты показывают, что при глубоковакуумной перегонке нефтей типа запад- но-сибирских выход утяжеленного вакуумного газойля 350…690°С составит 34,1% (на нефть), что в 1,5 раза больше по сравнению с отбором традиционного вакуумного газойля350…500°С (выход которого составляет 24,2%). С другой стороны, процесс в насадочных колоннах можно осуществить в режиме обычной вакуумной перегонки, но с высокой четкостью погоноразделения, например, масляных дистиллятов. Низкое гидравлическое сопротивление регулярных насадок позволяет «вместить»ввакуумнуюколоннустандартныхтипоразмеровв3…5раза большее число теоретических тарелок. Возможен и такой вариант эксплуатации глубоковакуумной насадочной колонны, когда перегонка мазута осуществляется с пониженной температурой нагрева или без подачи водяного пара.

Отмеченное выше другое преимущество ПНК — возможность организации высокоплотного жидкостного орошения — исключительно

435

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

важно для эксплуатации высокопроизводительных установок вакуумнойилиглубоковакуумнойперегонкимазута,оборудованныхколонной большого диаметра. Для сравнения сопоставим потребное количество жидкостного орошения применительно к вакуумным колоннам противоточного и перекрестноточного типов диаметром 8м (площадью сечения ≈50 м2). При противотоке для обеспечения даже пониженной плотности орошения ≈20 м3/м2ч на орошение колонны требуется 50×20=1000м3/ч жидкости, что технически не просто осуществить. При этом весьма сложной проблемой становится организация равно-

мерногораспределениятакогоколичест-

436

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

вакуумного газойля, пятый является фракционирующим, а шестой служит для фильтрации и промывки паров. Для снижения крекинга

внижнюю часть колонны вводится охлажденный до 320°С и ниже гудрон в виде квенчинга. Поскольку паровые и жидкостные нагрузки

вПНК различны по высоте, насадочные модули выполнены различными по высоте и ширине в соответствии с допустимыми нагрузками по пару и жидкости. Предусмотрены циркуляционное орошение, рецикл затемненного продукта, надежные меры против засорения сетчатых блоков механическими примесями, против вибрации сетки и проскока брызгоуноса в вакуумный газойль.

Давление в зоне питания колонны составило 20…30ммрт.ст., или 27…40гПа, а температура верха — 50…70°С; конденсация вакуумного газойля была почти полной: суточное количество конденсата легкой фракции (180…290°С) в емкости — отделителе воды — составило менее 1т. В зависимости от требуемой глубины переработки мазута ПНК может работать как с нагревом его в вакуумной печи, так и без нагрева за счет самоиспарения сырья в глубоком вакууме, а также в режиме сухой перегонки. Отбор вакуумного газойля ограничивался из-за высокой вязкости арланского гудрона и составлял 10…18% на нефть.

3.3.7.Перекрестноточные насадочные колонны для четкого фракционирования мазута с получением масляных дистиллятов

Перекрестноточные насадочные колонны (ПНК) в зависимости от количества устанавливаемых в них насадочных блоков и, следовательно, от достигаемого в зоне питания глубины вакуума можно использовать в следующих вариантах:

а) вариант глубоковакуумной перегонки с углубленным отбором, но менее четким фракционированием вакуумных дистиллятов, если ПНК оборудованы ограниченным числом теоретических ступеней контакта;

б) вариант обычной вакуумной перегонки, но с более высокой четкостью фракционирования отбираемых дистиллятов, когда ПНК оборудована большим числом теоретических ступеней контакта.

Второйвариантособенноэффективендляфракционированиямазута с получением масляных дистиллятов с более узким температурным интервалом выкипания за счет снижения налегания температур кипения смежных фракций.

На одном из НПЗ России («Орскнефтеоргсинтез») проведена реконструкция вакуумного блока установки АВТМ, где ранее отбор

437

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

масляных дистиллятов осуществлялся по типовой двухколонной схеме с двухкратным испарением по дистилляту (см. рис. 3.18б) с переводом ее на одноколонный вариант четкого фракционированиямазутавПНК.Принципиальная конструкция этой колонны представлена на рис. 3.21.

При реконструкции вакуумной колонны было смонтировано 20 перекрестноточных насадочных блоков (из просечно-вытяжного листа конструкции УГНТУ с малым гидравлическим сопротивлением),вт.ч.17изкоторых— вукрепляющейчасти,чтоэквивалентно 10,8 теоретическим тарелкам (вместо 5,6 до реконструкции).

При эксплуатации реконструированной установки АВТМ были получены следующие результаты по работе ПНКикачествупродуктовразделения:

Рис. 3.21. Вакуумная перекресточная насадочная колонна для четкого фракционирования мазута на масляные дистилляты (авторы разработки К. Ф. Богатых и С. К. Чураков)

438

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Как видно из приведенных выше данных, применениемПНК достигается значительная интенсификация процесса вакуумной перегонки на установках АВТМ. По сравнению с типовым двухколонным энергоемким вариантом вакуумной перегонки энергосберегающая технология четкого фракционирования мазута в одной перекрестноточной насадочной колонне имеет следующие достоинства:

—исключается из схемы вакуумной перегонки вторая трубчатая печь

ивтораявакуумнаяколоннасовсемсопутствующимоборудованием

ивакуумсоздающей системой;

—температура нагрева мазута на входе в ПНК ниже на 10…15°С;

—расход водяного пара меньше в 2 раза;

—масляные дистилляты имеют более узкий фракционный состав: 100–110 вместо 130…140°С;

—отбор масляных дистиллятов увеличивается с18,5 до 25% на нефть;

—производительность вакуумного блока увеличивается примерно на 10%.

3.3.8.Особенности технологий фракционирования газоконденсатов

Добычаипереработкагазоконденсатногоуглеводородногосырьяно сравнению с нефтью и природным газом является сравнительно новой отраслью нефтегазового комплекса страны. История открытия и эксплуатации ГК в бывшей СССР началась в1955 г. с Карадагского месторождениявАзербайджане.Затембылиоткрытыгазоконденсатныеместорождения в Краснодарском (Ахтырско-Бугундырское, Украинское,

439

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Крымское,Калужскоеидр.),Ставропольском(Северо-Ставропольское, Мелагеидинское.Журавлевское,РусскийХуторидр.)краях,Дагестане, Калмыкии,Ростовской,АстраханскойиОренбургскойобластях.С 1961 по 1980 гг. были открыты ГК месторождения в Туркмении (всего 38), Узбекистане (52), Казахстане (где наиболее крупное Карачаганакское)

инаУкраине(Шебелинское,Глебовскоеидр.),РеспубликеКоми(Вуктыльское). С открытия в 1985 г. Уренгойского месторождения центр запасов ГК переместился в Западную Сибирь. Наиболее крупными в настоящее время являются Ямбургское, Уренгойское. Северо-Урен- гойское, Ен-Яхтинское, Песцовое и Заполярное месторождения севера Тюменской области, Бованенковское, Харасавейское, Крузенштерновское на полуострове Ямал, Марковское в Иркутской области и др.

Среди принятых в эксплуатацию имеются газоконденсаты исключительно уникальные но химическому составу. Так, например, ГК Сеноманской залежи Уренгойского месторождения характеризуется низким содержанием общей серы (около 0,01%), исключительно высокой концентрацией нафтеновых углеводородов (95,7% мас.) и практически полностью состоит из бензиновых и дизельных фракций.

Впоследние годы в переработку стали широко вовлекать газовые конденсаты. Основные его запасы находятся в районах Западной Сибири, Европейского Севера и Прикаспийской низменности. В районах добычи выделенный газовый конденсат подвергается стабилизации,

при этом из него удаляются фракции С1–C4 и частично С5. Образующийся стабильный газовый конденсат содержит в основном (85%) бензиновые и дизельные фракции (до 360°С). Себестоимость добычи газоконденсата в 2…4 раза ниже себестоимости добычи нефти, а при квалифицированном ведении процесса продукты его переработки оказываются примерно в 1,5 раза экономичнее нефтепродуктов. Газовые конденсаты, по сравнению с традиционными нефтями, имеют еще то преимущество, что их переработка позволяет без значительных капитальных затрат существенно повысить глубину переработки нефти

ивыход моторных топливных фракций от исходного сырья. Основной способ получения топлив заключается в прямой перегонке газового конденсата на отдельные бензиновые и дизельные фракции.

Вбольшинстве случаев бензиновые фракции обладают низкими октановыми числами и подвергаются дополнительному облагораживанию.КеросиновыеидизельныефракциигазовогоконденсатаЗападной Сибири в основном соответствуют требованиям ГОСТа на товарную продукцию,авслучаеполучениязимнихиарктическихсортовтоплива их подвергают процессу деперафинизации.

440

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В некоторых случаях из газовых конденсатов Сибири и Дальнего Востока по простейшей технологии получают непосредственно на промыслах дизельное топливо, что крайне важно для обеспечения потребности в нем в труднодоступных отдаленных районах страны. Основная трудностьприпереработкегазовогоконденсата,добываемоговрайонах Западной Сибири и Европейского Севера, заключается в обеспечении стабильности его поставок на НПЗ из-за удаленности промыслов от транспортных магистралей. Сложные проблемы возникают при переработке газовых конденсатов и легких нефтей Прикаспийской низменности (Оренбургская, Уральская, Гурьевская и Астраханская области). Характерная особенность химического состава газовых конденсатов — это наличие в них аномально высоких концентраций меркаптановой серы — в пределах 0,1…0,7% мас., при содержании общей серы до 1,5%. Этот показатель позволяет выделить сернистые газовые конденсаты и сопутствующие им легкие нефти в особый класс меркаптансодержащего нефтяного сырья, которое недопустимо, однако, смешивать с традиционными нефтями. Ожидаемый объем поставки на НПЗ таких видов сырья (карачаганакский и оренбургский газоконденсаты, жанажольские и тенгизские легкие нефти) до 2000 г. составит около 25 млн т/год. Меркаптансодержашие виды нефтяного сырья требуют более тщательной подготовки на установках их обессоливания и разработкиспециальногокомплексамероприятийдлязащитыоборудования технологическихустановокоткоррозии.Вследствиевысокогосодержания в бензинах, керосинах и дизельных фракциях как меркаптановой, так и общей серы они должны подвергаться гидроочистке или демеркаптанизации в процессах типа «Мерокс», основанных на экстракции меркаптанов щелочью и последующей регенерации меркаптидосодержащих щелочных растворов.

Поскольку ГК почти полностью состоят из светлых фракций, во многих случаях выгоднее их перерабатывать по упрощенной относительно НПЗ технологической схеме без вакуумной перегонки. По такой схеме производится переработка ГК на Астраханском газоперерабатывающем заводе (ГПЗ), Ново-Уренгойском заводе переработки ГК (ЗМГК) и Сургутском заводе стабилизации конденсата (ЗСК), где имеются установки по производству моторных топлив (бензина и дизтоплива)ибезводородногокаталитическогориформинга«Петрофакс». На перечисленных выше заводах по переработке ГК осуществляется вначале частичное испарение стабильного ГК в испарителе с последующим фракционированием остатка испарителя в основной ректификационной колонне с боковой отгонной секцией, а паровой фазы —

441

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

вотбензинивающейколонне.Исключениесоставляеттехнологияпереработки Карачаганакского ГК на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», где фракционирование конденсата производят на установке ЭЛОУ-АВТ-4 с некоторыми отличительными от нефтеперегонки особенностями технологии.

Атмосферная перегонка в отбензинивающей колонне К-1.

ВверхнюючастьК-1подают10…14%обессоленногоГКнепосредствен- носблокаЭЛОУстемпературой 70…80°С,чтоспособствуетснижению расхода острого орошения. Остальное количество обессоленного ГК после подогрева в теплообменниках до 160…170°С направляют в испаритель И-1, из которого газовую среду (8...10%) подают в среднюю часть К-1, а остаток И-1после дополнительного резерва в теплообменниках до 210...230°С вводят в нижнюю часть К-1.

Атмосфернаяперегонкавсложнойректификационнойколонне К-2. Нагрев остатка И-1 до температуры 385°С осуществляют в печи П-1с вертикальным расположением радиантных труб, тем самым обеспечивают равномерное распределение паровой и жидкой фаз по сечению трубы без образования эффекта «сухой стенки» с прогаром труб.

ВК-2 боковыми погонами отбирают: керосиновую фракцию через отпарную колонну К-3/1; легкую дизельную фракцию через К-3/2, а тяжелую дизельную фракцию без отпарки. С верха К-2выводят тяжелую бензиновую фракцию, которую подвергают совместно с легким бензином К-1 стабилизации в колонне К-4. Для более полной утилизации тепла выводимых потоков применяют циркуляционные орошения под отбором каждого бокового потока и над отбором тяжелой дизельной фракции. В отгонную секцию К-2 для отпарки мазута подают перегретый водяной пар.

Вакуумную перегонку мазута в колонне К-5 — осуществляют без применения водяного пара при давлении вверху 2,7кПа (20ммрт.ст.) и испарительной зоне 4,7 кПа (35 мм рт. ст.). К-5 запроектирована на перспективу как глубоковакуумная колонна с отбором вакуумного газойля с к.к. 540°С (однако в настоящее время эксплуатируется в режиме обычной вакуумной перегонки). К-5 снабжена пятью модулями из ситчатой перекрестноточной насадки. Из К-5 боковыми погонами без отпарки отбирают дизельную фракцию н.к. — 360°С и вакуумный газойль 360…500 (540)°С. В колонне применены два циркуляционных орошения — одно на верху К-5, второе — в средней части концентрационной зоны. Предусмотрены рециркуляция (либо отбор) затемненной фракциинадэвапорационнойчастьюиквенчингохлажденноговтеплообменниках мазута в низ колонны. Температура нагрева мазута в печи

442

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

М-2 составляет 390…420°С. Температуру верха К-5 поддерживают на уровне около 30°С, что существенно облегчает работу конденсацион- но-вакуумсоздающей системы, состоящей из трех паровых эжекторов и емкости-сепаратора закрытого типа.

По результатам 15-суточного опытного пробега установки в режиме глубоковакуумной перегонки Карачаганакского ГК были получены следующие показатели по отборам фракций (% мас. на сырье):

По качеству глубоковакуумный газойль удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сырью процессов каталитического крекинга и гидрокрекинга.

3.3.9.Фракционирование углеводородных газов нефтепереработки

Процессы газофракционирования предназначены для получения из нефтезаводских газов индивидуальных низкомолекулярных углеводородов C1–С6 (как предельных, так и непредельных, нормального или изостроения) или их фракций высокой чистоты, являющихся компонентами высокооктановых автобензинов, ценным нефтехимическим сырьем, а также сырьем для процессов алкилирования и производств метил-трет-бутилового эфира и т.д.

Источником углеводородных газов на НПЗ являются газы, выделяющиеся из нефти на установках AT, ABT и образующиеся в термодеструктивных или каталитических процессах переработки нефтяного сырья, а также газы стабилизации нестабильных бензинов (табл. 3.5).

443