Установки атмосферной перегонки нефти. Различные виды горючих ископаемых уголь, нефть, природный газ известны человечеству с доисторических времен. До настоящего времени их используют как энергетическое топливо, т е. как первичные энергоресурсы. В хх в
 Скачать 1.65 Mb.
|
 Рис.1.2 Принципиальная схема установки АВТ При неглубокой переработке нефти по топливному варианту перегонка ее осуществляется на установках АТ (атмосферных трубчатках); при глубокой переработке - на установках АВТ (атмосферно-вакуумных трубчатках) топливного варианта и при переработке по масляному варианту на установках АВТ масляного варианта. Если установки АТ имеют один атмосферный блок, то установки АВТ имеют блоки атмосферной и вакуумной перегонки нефти и мазута. В зависимости от варианта переработки нефти получают различный ассортимент топливных и масляных фракций. На установках АТ при неглубоком топливном варианте и на атмосферных блоках установок АВТ по топливно-масляному варианту переработки получают бензиновые, керосиновые и дизельные фракции; при глубоком топливном варианте переработки нефти на атмосферном блоке установки АВТ получают бензиновые и керосиногазойлевые фракции. Утяжеленный по составу мазут подвергается дальнейшей переработке на блоках вакуумной перегонки с получением одной или нескольких масляных фракций и гудрона.  Рис 1.3 Принципиальная схема установки АТ При топливно-масляном варианте переработки нефти и наличии на заводе установок каталитического крекинга и АВТ большой единичной мощности целесообразно использование комбинированной технологической схемы установки первичной перегонки нефти, обеспечивающей одновременное или раздельное получение из нефти наряду с топливными фракциями широкой и узких масляных фракций. 1.5 Продукты первичной перегонки нефти В зависимости от состава нефти, варианта ее переработки и особых требований к топливным и масляным фракциям состав продуктов установок первичное перегонки нефти может быть различным. Так, при переработке типовых восточных нефтей, получают следующие фракции (с условными пределами выкипания по преимущественному содержанию целевых компонентов): бензиновые н.к. - 140оС (180 оС); керосиновые 140 (180) - 240 оС; дизельные 240 - 350 оС; вакуумный дистиллят (вакуумный газойль) 350 - 490 оС (500 оС) или узкие вакуумные масляные погоны 350 - 400 оС; 400 - 450 и 450 - 500 оС; тяжелый остаток - гудрон 490 оС (500 оС). в зависимости от варианта переработки нефти с получением, максимального выхода какого - либо одного вида топлива пределы температур выкипания получаемых фракций могут также существенно меняться выход топливных и масляных фракций зависит в первую очередь от состава нефти, т.е. от потенциального содержания целевых фракций в нефтях. 1.6 Особенности технологии первичной перегонки нефти Технология первичной перегонки нефти имеет целый ряд принципиальных особенностей, обусловленных природой сырья и требованиями к получаемым продуктам. Нефть как сырье для перегонки обладает следующими характерными свойствами: имеет непрерывный характер выкипания, невысокую термическую стабильность тяжелых фракций и содержит в остатке значительное количество сложных гетерогенных органических малолетучих соединений и практически нелетучих смолисто-асфальтеновых и металл-органичеких соединений, резко ухудшающих эксплуатационные характеристики нефтепродуктов и затрудняющих последующую их очистку. Поскольку температура термической стабильности тяжелых фракций соответствует примерно температурной границе деления нефти между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, первичную перегонку нефти до мазута проводят обычно при атмосферном давлении, а перегонку мазута - в вакууме. Выбор температурной границы деления нефти при атмосферном давлении между дизельным топливом и мазутом определяется не только термической стабильностью тяжелых фракций нефти, но и технико-экономическими показателями процесса разделения в целом. В некоторых случаях температурная граница деления проходит около 300 оС, т.е. примерно половина фракции дизельного топлива отбирается с мазутом для получения котельного топлива низкой вязкости. Таким образом, вопрос обоснования и выбора температурной границы деления нефти подробно рассматривают при анализе различных вариантов технологических схем перегонки нефти и мазута. Обычно перегонку нефти и мазута ведут соответственно при атмосферном давлении и в вакууме при максимальной температуре нагрева сырья с отпариванием легких фракций тяжелых остатков водяным паром. Сложный состав остатков перегонки требует также организации четкого отделения от них дистиллятных фракций, в том числе и высокоэффективной сепарации фаз при однократном испарении сырья. С точки зрения отмеченных выше свойств нефти как сырья для перегонки технология первичной перегонки нефти характеризуется такими особенностями: применением как минимум двух ступеней перегонки - при атмосферном давлении и в вакууме; применением водяного пара для отпаривания легких фракций из тяжелых остатков; организацией четкого деления нефти и мазута на дистиллятные фракции и остаток с высокоэффективной сепарацией фаз при однократном их испарении. В то же время сравнительно низкие требования к четкости разделения дистиллятных фракций обусловливают возможность и целесообразность использования сложных ректификационных систем, характеризующихся сравнительно невысокой разделительной способностью, но и высокой термодинамической эффективностью, необходимой для таких энергоемких процессов разделения как первичная перегонка нефти и мазута. 1.7 Перегонка нефти на топливные фракции и мазут Перегонка нефти до мазута осуществляется по схемам одно- или многократного испарения (одно- или двухколонные схемы). Наибольшее распространение в отечественной нефтепереработке в настоящее время получили схемы, двукратного и значительно меньшее однократного испарения. За рубежом, начиная с 70-х годов в основном используют схемы однократного испарения. В то же время в качестве перспективных схем перегонки нефти предлагаются усовершенствованные схемы одно-, двух- и трехкратного испарения. Рассмотрим и сравним между собой различные варианты схем перегонки нефти, используемые в настоящее время в промышленности и наиболее перспективные из числа предлагаемых к применению. Отметим, что 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 предусматривает разделение нефти на заданные фракции и мазут в одной сложной колонне.  Рис 1.4 Температура нагрева нефти на выходе их печи составляет 300 - 330оС, перегонка ведется при атмосферном давлении. Схема однократного испарения нефти энергетически наиболее выгодна; сравнение ее с другими схемами показывает, что она обеспечивает самые низкие энергетические показатели, меньшую металлоемкость аппаратуры и требует минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона. Однако перегонка нефти в одну ступень характеризуется меньшей технологической гибкостью установки, требует большей надежности в работе аппаратуры и лучшей подготовки нефти. При одноколонной схеме перегонки отмечаются более высокие потери фракций до 350оС с мазутом - 3,1 против 2,5% (масс.) на нефть по сравнению с двухколонной схемой. Эти потери могут быть снижены применением одноколонной схемы с предварительным испарителем. Другой вариант перегонки нефти по схеме однократного испарения в сложной колонне с боковыми укрепляющими секциями. Поскольку такой вариант перегонки еще не описан в литературе, остановимся на нем несколько подробнее. Нефть, нагретую до 150 - 230оС, вводят в ректификационную колонну выше места отбора керосиновой фракции. Выше ввода нефти отбирают газ, фракции легкого и тяжелого бензинов. В низ колонны подают водяной пар. Из разных зон колонны ниже ввода нефти выводят керосиновую фракцию, легкую и тяжелую фракции дизельного топлива при температурах соответственно 160, 280 и 345оС. Последние три фракции отбирают в парообразном состоянии и подают в укрепляющие секции, где от них отделяют более высококипящие компоненты, которые дополнительно нагревают на 60 - 80оС и возвращают в колонну. Тепло отбираемых фракций как обычно используется для предварительного подогрева нефти. С низа колонны выводят мазут при 410оС. Применение указанной технологической схемы требует меньших затрат энергии и металла по сравнению с традиционной схемой. В тоже время нельзя не отметить, что тяжелый остаток нефти по такой схеме нагревается до очень высокой температуры (до 430оС) и, очевидно, для предотвращения термического разложения масляных фракций необходимо обеспечить минимальное время пребывания его в трубах печи. Промежуточное положение между схемами однократного и двукратного испарения занимает схема с предварительным испарителем, получившая широкое распространение на отечественных заводах. По этой схеме часть легких бензиновых фракций после нагрева нефти в теплообменниках отделяется от нефти в предварительном испарителе, и, минуя печь, подается на разделение в основную ректификационную колонну вместе с частично отбензиненной нефтью, либо подается вместе с водяным паром под нижнюю тарелку колонны. Предлагается также схема перегонки нефти с предварительным двукратным ее испарением. В первой ступени испарения нефть при давлении 0,49 Мпа нагревается в теплообменниках до 129оС и поступает в сепаратор 1 ступени с тарелками вверху. На тарелки подается вода для отделения водо-растворимых соединений. Затем пары из сепаратора вводятся в основную ректификационную колонну под нижнюю тарелку, а жидкость поступает в электродегидратор. Обессоленная и обезвоженная нефть после электродегидратора при давлении 0,39 Мпа нагревается в теплообменниках до 269оС и поступает в сепаратор II ступени, откуда жидкая фаза подается в печь и далее, в колонну. Часть паровой фазы из сепаратора поступает в испарительную секцию змеевика печи, а другая часть, минуя печь, вместе с легкими бензиновыми фракциями подается в низ основной ректификационной колонны. Применение схемы с предварительным испарением нефти позволяет при перегонки легких нефтей снизить давление нагнетания на сырьевом насосе и тепловую нагрузку печи. Однако при плохой подготовке сернистых нефтей на ЭЛОУ возможна сильная коррозия ректификационной колонны, поэтому схемы с предварительным испарением применяют в основном для перегонки легких малосерийных нефтей. Схема двукратного испарения Основным достоинством схем двукратного испарения является их высокая технологическая гибкость. Наличие первой ступени, в которой выделяется растворенный в нефти газ и часть бензиновых фракций, позволяет компенсировать возможные колебания в составе нефти и обеспечивает более стабильную работу атмосферной колонны. Применение «отбензинивающей» колонны позволяет также снизить давление на сырьевом насосе и разгрузить печь от легких фракций.  Рис 1.5 Двухколонную схему перегонки нефти используют при разделении нефтей с большим содержанием легких бензиновых фракций и растворенных в нефти газов, для переработки сильнообводненных и сернистых нефтей. Недостатками схемы двукратного испарения является более высокая температура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что расходуется большое количество энергии, большое число единиц оборудования, насосов и пр. при невысоких требованиях к четкости разделения между дизельным топливом и мазутом экономически выгодно в атмосферной колонне максимально отбирать светлые продукты. Практика же перегонки нефти и сравнительные расчеты показывают, что высокий отбор светлых и четкое деление между тяжелыми фракциями дизельного топлива и мазутом по температурной границе 350 - 360оС возможны только при выделении тяжелых топливных фракций в условиях умеренного вакуума. В связи с этим в рассмотренных далее схемах двух- и трехкратного испарения нефти и в схеме установки АВТ, рекомендуемой в работе, температурная граница деления нефти при атмосферном давлении заметно сдвинута в сторону легких дизельных фракций. По схеме двукратного испарения нефти перегонка нефти осуществляется в первой колонне при давлении 0,15 - 0,7 Мпа с получением легких газов и фракций легкого бензина, тяжелого бензина и керосина и во второй колонне (при атмосферном давлении или в условиях умеренного вакуума при Р = 0,014 - 0,14 МПа) с получением фракций легкого и тяжелого дизельных топлив. Остаток в виде утяжеленного мазута поступает на дальнейшую перегонку под вакуумом (Р = 20 - 140гПа). В низ первой колонны подводится тепло через печь и подается водяной пар. По такой схеме энергетические затраты на разделение по сравнению с традиционной схемой двукратного испарения значительно меньше. Отметим еще некоторые варианты схем двукратного испарения нефти. С целью комбинирования процессов первичной перегонки нефти и гидроочистки топливных фракций перегонку нефти предлагается осуществлять при давлении 2 -7 Мпа с предварительным подогревом нефти до 360 - 380 оС в присутствии водорода (20 - 500м3 на 1т сырья) с последующим обессериванием и ректификацией топливных фракций. Комбинирование процессов первичной перегонки нефти и гидроочистки топливных фракций в одной технологической установке позволяет снизить эксплуатационные затраты на величину, необходимую для, повторного нагрева топливных фракций в процессе их гидроочистки. 1.8 Технология простой перегонки нефтяных смесей Постепенную перегонку можно проводить при постоянной температуре или давлении. В последнем случае температура жидкости в кубе будет непрерывно повышаться по мере утяжеления остатка. Постепенная перегонка малоэффективный процесс разделения смесей, поэтому он применяется только для концентрирования компонентов из ширококипящих смесей в дистилляте либо в кубовом остатке. В настоящее время постепенная перегонка широко применяется при определении фракционного состава нефтяных смесей, например при стандартной разгонке. Отметим также, что закономерностям постепенной перегонки соответствует испарение нефтепродуктов в резервуарах при их испарении. Однократное испарение широко применяется в настоящее время в промышленности. Например, разделение нефти осуществляется методом однократного испарения ее с последующей ректификацией паровой и жидкой фаз; при этом нагрев нефти проводится в трубчатых печах, а разделение на фазы - в секции питания ректификационной колонны. Процесс однократного испарения широко распространен и в лабораторной практике при определении кривых однократного испарения нефтей. Однократное испарение дает большую долю отгона по сравнению с постепенным испарением при нагреве до одинаковой температуры. В связи с этим для получения заданной доли отгона сырья однократное испарение позволяет вести процесс разделения с меньшей вероятностью термического разложения компонентов смеси. Доля отгона при однократном испарении существенно зависит также и от состава сырья. Более легкое сырью, естественно, имеет большую долю отгона при одной и той же температуре и наоборот. Поэтому часто для увеличения доли отгона сырья в него добавляют легкие фракции. Дросселирование исходной жидкости приводит к частичному ее испарению из-за резкого понижения давления в дросселе. Тепло для испарения отнимается от самого потока, поэтому температура паров дистиллята и жидкого остатка понижается по сравнению с исходной температурой сырья. Дросселирование встречается практически во всех многоступенчатых схемах разделения нефтяных смесей с понижением давления в последующей ступени разделения. Заметное дросселирование потока в трубопроводе соизмерим с давлением с системе. Такая картина, в частности, отмечается при движении мазута в трансформенном трубопроводе от печи до вакуумной колонны. В том случае, когда летучести компонентов разделяемой смеси различаются значительно и остаток представляет собой смесь тяжелых углеводородов со смолисто-асфальтеновыми соединениями, разделение методом дросселирования может вызвать достаточно резкое понижение температуры и увеличение вязкости остатка. 2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ .1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ Рассмотрим схему установки с двукратным испарением нефти (рис.2.1). Эта схема технологически гибкая и работоспособная при значительном изменении содержания лёгких фракций и растворенных газов. Коррозионно-активные вещества удаляются в первой колонне и основная сложная колонна защищена от их воздействия. Благодаря предварительному удалению в отбензинивающей колонне растворенных газов и легкого бензина в змеевиках печи, в теплообменниках не создается большого давления и основная колонна не перегружается по парам.  Рис. 2.1 Таблица 1 Разгонка (ИТК) нефти
.2 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС Составим материальный баланс установки мощностью 1,2 млн т в год по нефти, разгонка (ИТК) которой приведена в табл.1 В отбензинивающей колонне К-1 предусмотрим отбор фракции легкого бензина 28 - 105 С. В атмосферной колонне К-2 следующих фракций: тяжелого бензина 105 - 190С, керосина 190 - 230 С, дизтоплива 230 - 350 С, и мазута 350 - К.К. По данным таблицы ИТК находим потенциальное содержание Хн.к.-к.к. отбираемых фракций в нефти. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||