11.6. Первичная переработка нефти

В основе первичной переработки нефти лежат процессы дистилляции и ректификации.

10.1.1. Дистилляция (перегонка) – это испарение смеси соединений с последующей конденсацией (осаждением) паров. Метод применяется в тех­нологических процессах перегонки и разделения многокомпонентных жидко­стей. Продукт дистилляции называют дистиллят. Перегонка может быть осу­ществлена однократным, многократным и постепенным испарением.

При однократном испарении в течение всего времени нагревания об­ра­зующиеся пары не выводятся из смеси и остаются в контакте с жидкостью до окончания нагрева. После прекращения нагрева вся парожидкостная смесь выводится в сепаратор, в котором в один прием (однократно) пары отделяют от жидкости.

При многократном испарении разделение фаз производят в несколько приемов, т. е. несколько раз повторяя однократный процесс испарения.

При постепенном испарении образующиеся пары непрерывно выво­дят из перегонного аппарата. На начальной стадии испаряются легкие фрак-ции, а затем более тяжелые. Поэтому постепенное испарение производят в основном в лабораторной практике.

В промышленности применяют главным образом процессы однократ­ного и многократного испарения. При этом низкокипящие фракции, перейдя в пар, остаются в аппарате, повышая в нем парциальное давление испаряю-щихся высококипящих фракций, что дает возможность вести процесс пере­гон­ки при температурах на 50–100 ^оС ниже, чем при постепенном испарении.

Термическая стабильность нефти сохраняется при атмосферном давле­нии до температуры 350–370 ^оС. В то же время в нефти имеются фракции, выкипающие при высоких температурах, которые при температурах процес­сов выше 370 ^оС начинают разлагаться (термический крекинг). При этом сле­дует отметить, что наиболее высококипящие фракции нефти имеют наимень­шую термическую стабильность. В процессе первичной переработки нефти стараются избегать разложения компонентов нефти. Поэтому разделение высококипящих фракций нефти (мазута) ведут в условиях глубокого вакуума (остаточное давление в системе составляет 3–5 кПа). Проведение перегонки мазута в вакууме позволяет вести процесс при температуре 400–410 ^оС. Для понижения парциального давления паров углеводородов перегонку мазута осуществляют с водяным паром ( 2 % на массу мазута).

11.6.2. Ректификация. Получить требуемое качество разделения ком­по­нентов нефти с выходом продуктов, кипящих в заданных температурных ин­тервалах, с помощью простой перегонки невозможно. Поэтому после однократного испарения нефть в парожидкостном состоянии подвергают ректификации. Ректификация – это процесс разделения многокомпонентных жидкостей на отдельные компоненты. Он основан на многократной дистил­ляции. Осуществляется в специальных аппаратах – ректифика­ционных ко-лоннах – вертикальных цилиндрических аппаратах.

В процессе ректификации нефти (атмосферной перегонки) получают углеводородный газ, бензин (конец кипения 180 ^оС), керосин (фракция 180 – 240 ^оС), дизельное топливо (фракция 240–350 ^оС) и мазут. Из дистиллятов вырабатывают светлые нефтепродукты (авиационные и автомобильные бензины, керосин, реактивное и дизельное топливо, бензин-раст­воритель). Для всех перечисленных продуктов имеются стандарты, нормирующие фрак­ционный состав и ряд физических и эксплуатационных свойств. Оста­ток по­сле отбора светлых дистиллятов называется мазутом, ректификация которого под вакуумом позволяет получать темные дистилляты – масла.

В нефтепереработке процесс ректификации распространен очень ши­роко. Он применяется не только при первичной переработке нефти, но и практически во всех вторичных процессах нефтепереработки для разделения продуктов реакции (термическом и каталитическом крекинге, коксовании, каталитическом риформинге, алкилировании, гидрокрекинге и др.).

Ректификация – это диффузионный процесс разделения жидкостей, от­личающихся по температурам кипения, путем противоточного многократ­ного контактирования паров и жидкости в ректификационных колоннах. Кон­такт пара с жидкостью в колоннах осуществляется на специальных внут­ренних устройствах (тарелках или насадках). Назначение внутренних устрой­ств состоит в повышении поверхности контакта между жидкостью, стекаю-щей вниз по колонне, и паром, поднимающимся вверх. На рис. 11.2 показано схематичное устройство и принцип работы тарельчатой колонны.

II

1 3

VIII

жидкость

III IV

5

2

Эвапорационная

зона

I

4

пар

VI

IX

V

VII

Рис. 11.2. Устройство и схема работы ректификационной колонны

На схеме обозначено: 1 – ректификационная колонна; 2 – печь; 3 – холодильник-конденсатор; 4 – подогреватель; 5 – тарелки.

I – сырая нефть; II – дистиллят; III – флегма (холодное орошение); IV, VII – продукты; V – остаток; VI – циркулирующая горячая струя; VIII – вода; IX – пар.

Принцип работы ректификационной колонны. Сырую нефть нагревают до требуемой температуры в печи 2 и подают в эвапорационную часть колон-ны. Как правило, эвапорационная зона находится в середине колонны. Здесь происходит однократное испарение (эвапорация). Часть ректификационной колонны, расположенная выше эвапорационной зоны, называется концентра-цион­ной, а ниже – отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации, так как из эвапорационной зоны жидкость, содер-жащая какое-то количество паров, стекает в отгонную колонну, а пары, со­дер­жащие некоторое количество жидкости, поступают в концентрацион­ную часть колонны.

В верхней паровой фазе из колонны выводят дистиллят (ректификат) – низкокипящий продукт, который охлаждают и конденсируют в холодиль­ни­ке-конденсаторе 3, из которого часть конденсата возвращают в колонну над верхней тарелкой в виде флегмы (холодного орошения), а остальное коли­чество в качестве одного из продуктов выводят с установки.

С низа колонны выводят второй (кубовый) продукт (остаток) – высоко­кипящий компонент, который частью нагревают в подогревателе 5 и возвра­щают в низ колонны в виде горячей струи, а балансовое количество выводят с установки. Остаток также может быть товарным продуктом.

Для проведения процесса ректификации в колонне необходимо создать потоки восходящих паров и нисходящей жидкой фазы. Нисходящий поток жидкости создается подачей в колонну холодного орошения, а восходящий поток паров – за счет подачи в куб колонны горячей циркуляционной струи.

Если необходимо разделить многокомпонентную смесь на несколько ин­дивидуальных компонентов или фракций, то в колонне организуют вывод не двух, а большего числа потоков (боковые погоны) или ставят несколько колонн. Примером первого варианта является колонна атмосферной разгонки нефти, которая работает как сложная колонна. Примером второго варианта является блок стабилизации и вторичной перегонки бензиновых фракций, где широкую бензиновую фракцию разделяют на несколько узких фракций.

В настоящее время первичная перегонка нефти во всем мире осущест­вляется на трубчатых установках, работающих при давлениях, несколько превышающих атмосферное (АТ). Название «трубчатые» происходит от трубчатых печей, в которых проводят нагрев сырой нефти перед подачей в ректификационную колонну. На АТ из нефти выделяют светлые фракции (бен­зин, керосин, дизельное топливо). Остатком атмосферной колонны явля-ется мазут. Для получения дополнительного количества светлых (дизельных) и масляных фракций мазут подвергают ректификации в вакуумных труб­ча-тых установках (ВТ). Остатком вакуумной колонны служит гудрон. Со-временные уста­новки первичной перегонки нефти объединяют атмосферную и вакуумную перегонку и называются атмосферно-вакуумными трубчатыми установ­ками (АВТ).

11.6.3. Комбинированная атмосферно-вакуумная трубчатая уста-нов­ка первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-6. На этой установке с проектной мощностью 6 млн. т нефти в год ведут процессы обезвоживания и обессоливания нефти, ее атмосферно-вакуумную перегонку и вторичную перегонку бензина. Технологическая схема установки включает четыре блока:

- обезвоживания и электрообессоливания (ЭЛОУ);

- атмосферной трубчатки (АТ);

- вакуумной трубчатки (ВТ);

- физической стабилизации и вторичной перегонки бензинов (ФСБ).

Технологическая схема установки приведена на рис.10.3.

Согласно этой схеме, сырую нефть насосом 1 прокачивают двумя пото-ками через теплообменники 2, 3 и 4, 5 соответственно. Нагрев нефти в тепло­обменнике 2 осуществляется за счет тепла верхнего циркуляционного ороше­ния атмосферной колонны 16, в теплообменнике 3 – за счет тепла нижнего циркуляционного орошения атмосферной колонны 16, в теплообменнике 4 – за счет тепла нижнего циркуляционного орошения вакуумной колонны 30, в теплообменнике 5 – за счет тепла верхнего циркуляционного орошения ва­ку­умной колонны 30. После теплообменников 2–5 нефть подают на блок ЭЛОУ обессоливания и обезвоживания нефти А. Очищенную нефть с блока ЭЛОУ направляют на дополнительный нагрев двумя потоками в теплооб­менники 6, 7 и 9, 10. Нагрев нефти в теплообменниках 6, 7 и 10 осуществляют теплом гу­дрона, отводимого из вакуумной колонны 30, а в теплообменнике 9 – теп­лом нижнего циркуляционного орошения колонны 30.

После теплообменников 6, 7, 9 и 10 нефть подают в отбензинивающую колонну 8. Схема действия этой колонны идентична работе колонны 8 установки ЭЛОУ-АТ-6. После колонны 8 отбензиненную нефть насосом 17 подают в основную атмосферную колонну 16.

В атмосферной колонне 16 данной установкиотбирают три боковых погона: керосиновую фракцию (180– 230 ^оС), легкую дизельную (230–280 ^оС) и тяжелую дизельную (280–350 ^оС) фракции. Остаток колонны 16 (мазут) насосом 31 подают в трубчатую печь 32, где его нагревают до 410 ^оС, после чего направляют в вакуумную колонну 30, в которой поддерживают оста­точное давление 6 кПа. В низ колонны 30 подают водяной пар.

С верха колонны 30 отбирают водяной пар, газы разложения, которые конденсируют в холодильнике 33 и далее направляют в эжектор 34, с помо-щью которого создают вакуум в колонне 30. Несколько ниже отбирают фракцию ниже 350 ^оС, которую конденсируют в холодильнике-конденсаторе 35, откуда насосом 36 выводят с установки. В вакуумной колонне 30 пре­дусмотрен вывод трех циркуляционных орошений. Верхнее циркуляцион­ное орошение отбирают с 15 тарелки, прокачивают насосом 36 и через холодиль­ник 34 частично возвращают в колонну на 18 тарелку, а остаток выводят с ус­тановки. Среднее циркуляционное орошение забирают насосом 43 с девятой тарелки, прокачивают через теплообменник 5 и частью возвращают в колон-ну на 11 тарелку, а балансовое количество выводят с установки. Ниж­нее цир­куляционное орошение выводят с пятой тарелки насосом 42 и после охла­ждения в теплообменниках 4 и 9 частично возвращают в колонну на шестую тарелку, а остальное количество отводят с установки.

XII

XII

XIV

34 37

11 12 II 20 19 26 38

33

13 21

8 30

16 35 36

14 22 39

27 III

9 10 18 XV 41

28 42

46 25 XV

29 43 40

6 7 XV 23

А

32

15 50

Б

4 17 45 49 31 XV

XV 44

5 IX

47 48 IV V

1 VIII

2 3 24 VI

XI VII

I X

Рис.11.3. Технологическая схема атмосферно-вакуумной трубчатой установки ЭЛОУ-АВТ-6

На схеме обозначено: 1, 14, 17, 22–25, 31, 35, 39, 40, 42–44 , 46, 47, 49 – насосы; 2–7, 9, 10, 45 – теплообменники; 8, 16, 26–30 – ректификационные ко­лонны; 11, 19 – воздушные холодильники-конденсаторы; 12, 20, 33, 37 – водяные холодильники-конденсаторы; 13, 18, 21, 38 – емкости; 15, 32, 41 – трубчатые печи; 34 – эжектор; 35, 48, 50 – водяные холодильники.

I – нефть; II – газ; III – головка стабилизации; IV – VII – узкие бензи-новые фракции; VIII – фракция 180–230 ^оС; IX – фракция 230–280 ^оС; X – фракция 280–350 ^оС; XI – фракция 350–500 ^оС; XII – фракция выше 500 ^оС; XIII – фракция ниже 350 ^оС; XIV – фракция выше 400 ^оС; XV – водя­ной пар.

Остаток вакуумной перегонки – гудрон – после охлаждения в тепло-об­мен­никах 6, 7 и 10 откачивают с установки.

Бензиновые фракции из колонн 8 и 16, собранные в емкости 18, насо­сом 46 подают в стабилизационную колонну 26. В качестве дистиллята в этой колонне отбирают головку стабилизации, которую конденсируют в хо­ло­­дильнике 37, конденсат собирают в емкости 38, из которой частично воз-вра­­щают в колонну в виде флегмы, а остаток выводят с установки.

Стабилизированную широкую бензиновую фракцию отбирают из куба колонны 26, частично циркулируют в нижней части колонны насосом 40 че­рез трубчатую печь 42, а балансовое количество отправляют на блок Б вто­рич­ной перегонки бензина. На блоке Б выделяют узкие бензиновые фракции н.к.–62 ^оС, 62–85 ^оС, 85–105 ^оС, 105–140 ^оС и 140–180 ^оС.