Установка АВТ. Ение смесей и очистка продуктов типичные и широко распространенные задачи химической технологии
 Скачать 4.73 Mb.
|
|
Размещено на http://www.allbest.ru/Размещено на http://www.allbest.ru/ СОДЕРЖАНИЕ Введение Литературный обзор Общие сведения о перегонке и ректификации Современные промышленные установки перегонки 1.2.1 Блок АТ установки ЭЛОУ-АВТ-6 1.2.2 Блок ВТ установки ЭЛОУ-АВТ-6 1.2.3 Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6 1.2.4 Вакуумная перегонка мазута в насадочных колоннах 1.3 Суть процесса ректификации 1.4 Аппаратура для ректификации 1.5 Назначение тарелок и насадок и критерии их сравнения 1.6 Принципиальное устройство тарельчатой колонны 1.7 Классификация и конструкции тарелок 1.7.1 Колпачковые тарелки 1.7.2 Клапанные тарелки 1.7.3 Ситчатые тарелки 1.7.4 Решетчатые тарелки 1.8 Способ проведения ректификации 3. Технологическая часть 2.1 Описание технологической схемы установки 2.2 Материальный баланс установки 2.3 Описание атмосферной колонны 2.4 Физические характеристики по высоте колонны 2.5 Доля отгона сырья на входе в колонну 2.6 Тепловой баланс колонны 2.7 Расчет внутренних материальных потоков 2.8 Диаметр колонны 2.9 Уточнение температур вывода боковых фракций 2.10 Расчет стриппинг-секций 2.11 Высота колонны 2.12 Диаметры штуцеров 2.12.1 Ввод сырья в колонну 2.12.2 Вывод легкого бензина 2.12.3 Ввод мазута 2.12.4 Ввод водяного пара 2.12.5 Вывод первого циркуляционного орошения Список использованной литературы Приложение Введение Разделение смесей и очистка продуктов – типичные и широко распространенные задачи химической технологии. Для жидких и газообразных потоков (в последнем случае после ожижения путем конденсации) эти задачи во многих отраслях производства чаще всего решают методом ректификации. Широко различаются масштабы ректификационных установок – от крупнейших ректификационных колонн нефте- и газо-переработки до малых установок в производствах фармацевтических препаратов, реактивов и особо чистых веществ. Ректификация осуществляется в простой аппаратуре без привода и движущихся частей. промышленный стабилизация бензин ректификация Ректификация (от позднелатинского rectificatio – выпрямление, исправление), один из способов разделения жидких смесей, основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. При ректификации потоки пара и жидкости, перемещаются в противоположных направлениях (противотоком), многократно контактируют друг с другом в специальных аппаратах (ректификационных колоннах), причем часть выходящего из аппарата пара (или жидкости) возвращается обратно после конденсации (для пара) или испарения (для жидкости). Такое противоточное движение контактирующих потоков сопровождается процессами равновесия; при этом восходящие потоки пара непрерывно обогащаются более летучими компонентами, а стекающая жидкость – менее летучими. При затрате того же количества тепла, что и при дистилляции, ректификация позволяет достигнуть большего извлечения и обогащения по нужному компоненту или группе компонентов. Основные области промышленного применения ректификации – получение отдельных фракций и индивидуальных углеводородов из нефтяного сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, получение окиси этилена, акрилонитрила, капролактама, алкилхлорсиланов – в химической промышленности. Ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: цветной металлургии, коксохимической, лесохимической, пищевой, химико-фармацевтической промышленностях. 1. Литературный обзор 1.1 Общие сведения о перегонке и ректификации нефти и газов Перегонка (дистилляция) – это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), различающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам (или температуре) кипения. По способу проведения процесса различают простую и сложную перегонку. Простая перегонка осуществляется постепенным, однократным или многократным испарением. Перегонка с постепенным испарением состоит в постепенном нагревании нефти от начальной до конечной температуры с непрерывным отводом и конденсацией образующих паров. Этот способ перегонки нефти и нефтепродуктов в основном применяют в лабораторной практике при определении их фракционного состава. При однократной перегонкежидкость (нефть) нагревается до заданной температуры, образовавшиеся и достигшие равновесия пары однократно отделяются от жидкой фазы – остатка. Этот способ, по сравнению с перегонкой с постепенным испарением, обеспечивает при одинаковых температуре и давлении большую долю отгона. Это важное его достоинство используют в практике нефтеперегонки для достижения максимального отбора паров при ограниченной температуре нагрева во избежание крекинга нефти. Перегонка с многократным испарением заключается в последовательном повторении процесса однократной перегонки при более высоких температурах или низких давлениях по отношению к остатку предыдущего процесса. Из процессов сложной перегонки различают перегонку с дефлегмацией и перегонку с ректификацией. При перегонке с дефлегмацией образующиеся пары конденсирую и часть конденсата в виде флегмы подают навстречу потоку пара. В результате однократного контактирования парового и жидкого потоков уходящие из системы пары дополнительно обогащаются низкокипящими компонентами, тем самым несколько повышается четкость разделения смесей. Перегонка с ректификацией – наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах – ректификационных колоннах – путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах) или ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелки или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогощается низкокипящими, а жидкость – высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, то есть температуры потоков станут одинаковыми, и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей. Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая – нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока – отгонной, или исчерпывающей секцией. Различают простые и сложные колонны. Простые колонныобеспечивают разделение исходной смеси (сырья) на два продукта: ректификат (дистиллят) - выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток - жидкий нижний продукт ректификации. Сложные ректификационные колонныразделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний вид колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти. Аппараты классифицируют в зависимости от давления, технологического назначения и типа контактных устройств. В зависимости от давления выделяют: -атмосферные колонны (избыточное давление н/б 0,05 МПа), к этой группе относятся, например, колонны, предназначенные для получения топливных фракций путем перегонки нефти; -вакуумные колонные, работающие при давлении ниже атмосферного для снижения температуры процесса и предотвращения разложения сырья (например, колонны вакуумной перегонки мазута); - колонны, работающие под давлением (избыточное давление более 0,07 МПа); к этой группе можно отнести абсорберы (адсорберы), стабилизационные и газофракционирующие колонны. В зависимости от типа внутренних контактных устройств колонны подразделяют, в основном, на тарельчатые и насадочные. В тарельчатых колоннах контакт между Ж и П (Г) фазами осуществляется на поверхности специальных контактных устройств – тарелок, а в насадочных колоннах контактирование осуществляется на поверхности специальных насадок и в пространстве между ними. 1.2 Современные промышленные установки перегонки нефти и газов Технологические установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фракции и последующей переработки или использования их как компоненты товарных нефтепродуктов. Они составляют основу всех НПЗ. На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырьё для вторичных процессов и для нефтехимических производств. От их работы зависят ассортимент и качество получаемых компонентов, и технико-экономические показатели последующих процессов переработки нефтяного сырья. Процессы перегонки нефти осуществляют на так называемых атмосферных трубчатых (АТ) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумныхтрубчатых (АВТ) установках. В зависимости от направления использования фракций установки перегонки нефти принято именовать топливными, масляными или топливно-маслеными и соответственно этому – варианты переработки нефти. На установках АТ осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фракций и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойливые, масляные фракции и гудрон используют в качестве сырья процессов последующей (вторичной) переработки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и других нефтепродуктов. Современные процессы перегонки нефти являются комбинированными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ, ЭЛОУ-АВТ-вторичнаяперегонка и так далее. Диапазон мощностей отечественных установок перегонки нефти широк – от 0,5 до 8 млн. т нефти в год. До 1950г. максимальная мощность наиболее распространенных установок АТ и АВТ составляла 500-600тыс. т /год нефти. В 1950-60-х гг. проектировались и строились установки мощностью 1; 1,5; 2 и 3 млн. т/год нефти. В 1967 г. ввели в эксплуатацию высокопроизводительную установку АВТ мощностью 6 млн. т/год. Преимущества установок большой единичной мощности очевидны: высокая производительность труда и низкие капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с установками малой производительности. Ещё более существенные экономические преимущества достигаются при комбинировании АТ и АВТ (или ЭЛОУ-АТ и ЭЛОУ-АВТ) с другими технологическими процессами, такими, как газофракционирование, гидроочистка топливных и газойливых фракций, каталитический риформинг, каталитический крекинг, очистка масляных фракций и т. д. Надо отметить, что установки малой мощности подвергались модернизации с увеличением их мощности в 2-2,5 раза и более по сравнению с проектной. Поскольку в эксплуатации находятся АТ и АВТ довоенного и последующих поколений, отечественные установки перегонки нефти характеризуются большим разнообразием схем перегонки, широким ассортиментом получаемых фракций. Даже при одинаковой производительности ректификационные колонны имеют разные размеры, неодинаковое число и типы тарелок; по разному решены схемы теплообмена, холодного, горячего и циркуляционного орошения, а также вакуумсоздающей системы. 1.2.1 Блок атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6 При выборе технологической схемы и режима атмосферной перегонки нефти руководствуются главным образом её фракционным составом и, прежде всего, содержанием в ней газов и бензиновых фракций. Перегонку стабилизированных нефтей постоянного состава с небольшим количеством растворенных газов (до 1,2% по С4 включительно), относительно невысоким содержанием бензина (12-15%) и выходом фракций до 3500 С не более 45% энергетически наиболее выгодно осуществлять на установках (блоках) АТ по схеме с однократным испарением, то есть с одной сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями. Установки такого типа широко на зарубежных НПЗ. Они просты и компактны, благодаря осуществлению совместного испарения легких и тяжелых фракций требуют минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона, характеризуются низкими энергетическими затратами и металлоёмкостью. Основной их недостаток – меньшая технологическая гибкость и пониженный (на 2,5-3,0%) отбор светлых, по сравнению с двухколонной схемой, требуют более качественной подготовки нефти. Для перегонки легких нефтей с высоким содержанием растворимых газов(1,5-2,2%) и бензиновых фракций (до20-30%) и фракций до 3500 С (50-60%) целесообразно применять атмосферную перегонку двухкратного испарения, то есть установки с предварительной отбензиневающей колонной и сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями для разделения частично отбензиненной нефти на топливные фракции и мазут. Двухколонные установки атмосферной перегонки нефти получили в отечественной нефтепереработке наибольшее распространение. Они обладают достаточной технологической гибкостью, универсальностью и способностью перерабатывать нефти различного фракционного состава, так как первая колонна, в которой отбирается 50-60% бензина от потенциала, выполняет функции стабилизатора, сглаживает колебания в фракционном составе нефти и обеспечивает стабильную работу основной ректификационной колонны. Применение отбензиневающей колонны позволяет также снизить давление на сырьевом насосе, предохранить частично сложную колонну от коррозии, разгрузить печь от легких фракций, тем самым несколько уменьшить требуемую тепловую её мощность. Недостатками двухколонной АТ является более высокая температура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что требуются затраты дополнительной энергии. Кроме того, установка оборудована дополнительной аппаратурой: колонной, насосами, конденсаторами – холодильниками и т. д. Блок атмосферной перегонки нефти высокопроизводительной, наиболее распространенной в нашей стране установки ЭЛОУ – АВТ – 6 функционирует по схеме двухкратного испарения и двухкратной ректификации (рис. 1.1). Принципиальная схема блока атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6  Рис. 1.1 1-отбензинивающая колонна; 2 - атмосферная колонна; 3—отпарные колонны; 4—атмосферная печь; I - нефть с ЭЛОУ; II -легкий бензин; III - тяжелый бензин; IV - фракция 180-220 °С; V – фракция 220-280 °С; VI - фракция 280-350 °С; VII - мазут; VIII - газ; IX - водяной пар. Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в теплообменниках и поступает на разделение в колонну частичного отбензиневания. Уходящие с верха этой колонны углеводородный газ и легкий бензин конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного и водяного охлаждения и поступают в ёмкость орошения. Часть конденсата возвращается на верх первой колонны в качестве острого орошения. Отбензиненная нефть с низа первой колонны подается в трубчатую печь, где нагревается до требуемой температуры и поступает во вторую атмосферную колонну. Часть отбензиненной нефти из трубчатой печи возвращается в низ первой колонны в качестве горячей струи. С верха второй колонны отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные колонны выводятся топливные фракции 180 – 220 (230), 220 (230) – 280 и 280 – 350 С. Атмосферная колонна, кроме острого орошения, имеет 2 циркуляционных орошения, которыми отводится тепло ниже тарелок отбора фракций 180 – 220 и 220 – 280 С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водяной пар для отпарки легко кипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки. Практикой эксплуатации промышленных установок АТ и АВТ были выявлены следующие недостатки этой схемы : не обеспечиваются проектные показатели по температуре подогрева нефти на входе в первую колонну (К-1), тем самым и по отбору легкого бензина в ней; способ регулирования температуры низа К-1 посредством горячей струи через печь требует повышения энергозатрат на циркуляцию отбензиненной нефти. Для интенсификации работы К-1 на ряде НПЗ были переобвязаны теплообменники по сырью и теплоносителю с целью повышения температуры подогрева нефти на входе в К-1. На одном НПЗ (ЭЛОУ – АВТ ОАО “Орскнефтеоргсинтез”) энергосберегающая технология отбензиневания нефти, которая отличается от выше описанной схемы тем что, часть поступающей в К-1 исходной обессоленной нефти нагревается в конвекционной камере печи (атмосферной или вакуумной) до 1800 С (вместо 2050 С) и подается вторым потоком в секцию питания, а в низ К-1 в качестве испаряющего агента подается водяной пар. 1.2.2 Блок вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ – АВТ – 6 Основное назначение установки (блока) вакуумной перегонки мазута топливного профиля – получение вакуумного газойля широкого фракционного состава (350-500ºС), используемого как сырьё установок каталитического крекинга, гидрокрекинга или пиролиза и в некоторых случаях – термического крекинга с получением дистиллятного крекинг – остатка, направляемого далее на коксование с целью получения высококачественных нефтяных коксов. О четкости разделения мазута обычно судят по фракционному составу и цвету вакуумного газойля. Последний показатель косвенно характеризует содержание смолисто – асфальтеновых веществ, то есть коксуемость и содержание металлов. Металлы, особенно никель и ванадий, оказывают отрицательное влияние на активность, селективность и срок службы катализаторов процессов гидрооблагораживания и каталитической переработки газойлей. Поэтому при эксплуатации промышленных установок ВТ исключительно важно уменьшить унос жидкости (гудрона) в концентрационную секцию вакуумной колонны в виде брызг, пены, тумана и т. д. В этой связи вакуумные колонны по топливному варианту имеют при небольшом числе тарелок (или невысоком слое насадки) развитую питательную секцию: отбойники из сеток и промывные тарелки, где организуется рециркуляция затемненного продукта. Для предотвращения попадания металлоорганических соединений в вакуумный газойль иногда вводят в сырье в небольших количествах антипенную присадку типа силоксан. В процессах вакуумной перегонки, помимо проблемы уноса жидкости, усиленное внимание уделяется обеспечению благоприятных условий для максимального отбора целевого продукта без заметного его разложения. Многолетним опытом эксплуатации промышленных установок ВТ установлено, что нагрев мазута в печи выше 420 - 425ºС вызывает интенсивное образование газов разложения, закоксовывание и прогар труб печи, осмоление вакуумного газойля. При этом чем тяжелее нефть, тем более интенсивно идет газообразование и термодеструкция высокомолекулярных соединений сырья. Вследствие этого при нагреве мазута до максимально допустимой температуры уменьшают время его пребывания в печи, устраивая многопоточные змеевики (до четырех), применяют печи двустороннего облучения, в змеевик печи подают водяной пар и уменьшают длину трансферного трубопровода (между печью и вакуумной колонной). Для снижения температуры низа колонны организуют рецикл (квенчинг) частично охлажденного гудрона. С целью снижения давления на участке испарения печи концевые змеевики выполняют из труб большого диаметра и уменьшают перепад высоты между вводом мазута в колонну и выходом его из печи. В вакуумной колонне применяют ограниченное число тарелок с низким гидравлическим сопротивлением или насадку; используют вакуумсоздающие системы, обеспечивающие достаточно глубокий вакуум. Количество тарелок в отгонной секции также должно быть ограничено, чтобы обеспечить малое время пребывания нагретого гудрона. С этой целью одновременно уменьшают диаметр куба колонн. В процессах вакуумной перегонку мазута по топливному варианту преимущественно используют схему однократного испарения, применяя одну сложную ректификационную колонну с выводом дистиллятных фракций через отпарные колонны или без них. При использовании отпарных колонн по высоте основной вакуумной колонны организуют несколько циркуляционных орошений. Принципиальная схема блока вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ – АВТ – 6  Рис 1.2 1 - вакуумная колонна; 2 - вакуумная печь; 3 - пароэжекторный вакуумный насос; I - мазут из AT; II - легкий вакуумный газойль; Ш – вакуумный газойль; IV - затемненная фракция; V - гудрон; VI - водяной пар; VII - газы разложения; VIII -конденсат (вода и нефтепродукт). Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны блока АТ, прокачивается параллельными потоками через печь 2 в вакуумную колонну 1. Смесь нефтяных и водяных паров, газы разложения (и воздух, засасываемый через неплотности) с верха вакуумной колонны поступают в вакуумсоздающую систему. После конденсации и охлаждения в конденсаторе – холодильнике она разделяется в газосепараторе на газовую и жидкую фазы. Газы отсасываются трехступенчатым пароэжекторным вакуумным насосом, а конденсаты поступают в отстойник для отделения нефтепродукта от водного конденсата. Верхним боковым погоном вакуумной колонны отбирают фракцию легкого вакуумного газойля (соляр). Часть его после охлаждения в теплообменниках возвращается на верх колонны в качестве верхнего циркуляционного орошения. Вторым боковым погоном отбирают широкую газойлевую (масляную) фракцию. Часть ее после охлаждения используется как среднее циркуляционное орошение вакуумной колонны. Балансовое количество целевого продукта вакуумного газойля после теплообменников и холодильников выводится с установки и направляется на дальнейшую переработку. С нижней тарелки концентрационной части колонны выводится затемненная фракция, часть которой используется как нижнее циркуляционное орошение, часть может выводиться с установки или использоваться как рецикл вместе с загрузкой вакуумной печи. С низа вакуумной колонны отбирается гудрон и после охлаждения направляется на дальнейшую переработку. Часть гудрона после охлаждения в теплообменнике возвращается в низ колонны в качестве квенчинга. В низ вакуумной колонны и змеевик печи подается водяной пар. |