Современные промышленные установки перегонки нефти и газов

5.3.1. Типы промышленных установок

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, сырье 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 (AT) и вакуумных трубчатых (ВТ) или ат­мосферно- вакуумных трубчатых (АВТ) установках.

В зависимости от направления использования фракций установ­ки перегонки нефти принято именовать топливными, масляными или топливно-масляными и соответственно этому - варианты переработ­ки нефти.

На установках AT осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фрак­ций и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые, 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 - AT, ЭЛОУ -АВТ, ЭЛОУ-АВТ-вторичная перегонка и т.д.

Диапазон мощностей отечественных установок перегонки нефти широк - от 0,5 до 8 млн т нефти в год. До 1950 г. максимальная мощ­ность наиболее распространенных установок AT и АВТ составляла 500-600 тыс.т/год. 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.

Еще более существенные экономические преимущества дости­гаются при комбинировании AT и АВТ (или ЭЛОУ - AT и ЭЛОУ -АВТ) с другими технологическими процессами, такими, как газо­фракционирование, гидроочистка топливных и газойлевых фрак­ций, каталитический риформинг, каталитический крекинг, очистка масляных фракций и т.д.

Надо отметить, что старые установки малой мощности подверг­лись модернизации с увеличением их мощности в 2 - 2,5 раза и более по сравнению с проектной.

Поскольку в эксплуатации находятся AT и АВТ довоенного и последующих поколений, отечественные установки перегонки не-

фти характеризуются большим разнообразием схем перегонки, ши­роким ассортиментом получаемых фракций. Даже при одинаковой производительности ректификационные колонны имеют разные раз­меры, неодинаковое число и разные типы тарелок; по разному реше­ны схемы теплообмена, холодного, горячего и циркуляционного оро­шения, а также вакуумсоздающей системы. В этой связи ниже будут представлены лишь принципиальные технологические схемы отдель­ных блоков (секций), входящих в состав высокопроизводительных современных типовых установок перегонки нефти.

5.3.2. Блок атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6

При выборе технологической схемы и режима атмосферной пере­гонки нефти руководствуются главным образом ее 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 350 °С не более 45 % энергетически наиболее выгодно осуществлять на установках (блоках) AT по схеме с одно­кратным испарением, то есть с одной сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями. Установки такого типа широко применяются 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 металлоемкостью. 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 (до 20 - 30 %) и фрак­ций до 350 °С (50 - 60 %) целесообразно применять атмосферную перегонку двухкратного испарения, то есть установки с предвари­тельной отбензинивающей колонной и сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями для разделения частич-

но 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 отбензинивающей 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 ее мощность.

Недостатками двухколонной AT 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, кон-денсаторами-холо-дильниками 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.5.13).

Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в теплооб­менниках и поступает на разделение в колонну

частичного отбензинивания 1. Уходящие с верха этой колонны угле­водородный газ и легкий бензин конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного и водяного охлаждения и поступают в емкость орошения. Часть конденсата возвращается на верх колонны 1 в ка­честве острого орошения. Отбензиненная нефть с низа колонны 1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой темпера­туры и поступает в атмосферную колонну 2. Часть отбензиненной нефти из печи 4 возвращается в низ колонны 1 в качестве горячей струи. С верха колонны 2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные колонны 3 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. Ниже приведены материальный баланс, технологи­ческий режим и характеристика ректификационных колонн блока атмосферной перегонки нефти (типа самотлорской)*.

Материальный баланс блока AT

Поступило, %
Нефть 100

Получено, % на нефть
Газ и нестабильный бензин (н.к.-180 °С) - 19,1
Фракции: 180-220 °С - 7,4

220-280 °С-11,0
280-350 °С - 10,5
Мазут - 52,0

Технологический режим работы блока AT
Колонна частичного отбензинивания нефти
Температура, °С
питания - 205

верха -155

низа - 240

в емкости орошения - 70 Давление, МПа - 0,5

*В зависимости от типа перегоняемой нефти и структуры выпуска товарных нефтепродуктов на разных НПЗ получают фракции, несколько отличающиеся по температурным пределам выкипания.

Кратность острого орошения, кг/кг - 0,6:1

Атмосферная колонна Температура, °С

питания - 365

верха -146

вывода фракций: 180-220 °С -196 220-280 °С -246 280-350 °С -312

низа - 342

Давление, МПа - 0,25

Кратность острого орошения, кг/кг 1,4:1

Характеристика ректификационных колонн

Диаметр, м Число тарелок*

Колонна частичного 5 24

отбензинивания нефти, в т.ч.

концентрационная часть 12

отгонная часть 10

Атмосферная колонна

верхняя часть 5 15

средняя часть 7 23

нижняя часть 7 5

Отгонные колонны 2 по 10

Практикой эксплуатации промышленных установок AT и АВТ были выявлены следующие недостатки схемы 5.13:

- не обеспечиваются проектные показатели по температуре по­догрева нефти на входе в К-1, тем самым и по отбору легкого бензи­на в ней;

- способ регулирования температуры низа К-1 посредством го­рячей струи через печь требует повышенных энергозатрат на цир­куляцию отбензиненной нефти.

Для интенсификации работы К-1 на ряде НПЗ были переобвяза­ны теплообменники по сырью и теплоносителю с целью повышения

*Тип тарелок - клапанная перекрестно-прямоточная.

температуры подогрева нефти на входе в К-1. На одном НПЗ* вне­дрена энергосберегающая технология отбензинивания нефти, кото­рая отличается от схемы 5.13 тем, что часть поступающей в К-1 ис­ходной обессоленной нефти нагревается в конвекционной камере печи (атмосферной или вакуумной) до 180°С (вместо 205°С) и пода­ется вторым потоком в секцию питания, а в низ К-1 в качестве испа­ряющего агента подается водяной пар (=0,7% мае).

5.3.3. Блок вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ-АВТ-6

Основное назначение установки (блока) вакуумной перегонки мазута топливного профиля - получение вакуумного газойля широ­кого фракционного состава (350 - 500 °С), используемого как сырье установок каталитического крекинга, гидрокрекинга или пиролиза и в некоторых случаях - термического крекинга с получением дис-тиллятного 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.

•На ЭЛОУ - АВТ ОАО «Орскнефтеоргсинтез». 222

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 420-425°С вызывает интенсивное образование газов разложения, закок-совывание 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 большего диаметра и уменьшают перепад высоты между вводом мазута в колонну и выходом его из печи. В вакуумной колон­не применяют ограниченное количество тарелок с низким гидрав­лическим сопротивлением или насадку; используют вакуумсоздаю-щие 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 перегонки мазута по топливному вари­анту преимущественно используют схему однократного испарения, применяя одну сложную ректификационную колонну с выводом ди-стиллятных 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 приведена на рис. 5.14.

Мазут, отбираемый с низа атмосферной колонны блока AT (см. рис.5.13), 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 разделя-

ется 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.

Материальный баланс блока вакуумной перегонки

5.3.4. Блок стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6

Во фракциях легкого и тяжелого бензинов, отбираемых с верха соответственно отбензинивающей и атмосферной колонн (см. рис. 5.13), содержатся растворенные углеводородные газы (С,-С₄). Поэто­му прямогонные бензины должны подвергаться вначале стабилиза­ции с выделением сухого (С,-С₂) и сжиженного (С₂-С₄) газов и пос­ледующим их рациональным использованием.

*Тип тарелок: в концентрационной части-клапанная перекрестно-прямоточная, в отгонной - ситчатая с отбойниками.

8 — 1908

Прямогонные бензины после предварительной стабилизации не могут быть использованы непосредственно как автомобильные бен­зины ввиду их низкой детонационной стойкости. Для регулирова­ния пусковых свойств и упругости паров товарных автобензинов обычно используется только головная фракция бензина н.к. - 62 (85°С), которая обладает к тому же достаточно высокой детонацион­ной стойкостью.

Для последующей переработки стабилизированные бензины под­вергаются вторичной перегонке на фракции, направляемые как сы­рье процессов каталитического риформинга с целью получения высо­кооктанового компонента автобензинов или индивидуальных арома­тических углеводородов — бензола, толуола и ксилолов. При произ­водстве ароматических углеводородов исходный бензин разделяют на следующие фракции с температурными пределами выкипания: 62 -85 °С (бензольную), 85-105 (120 °С) (толуольную) и 105 (120)-140^оС (ксилольную). При топливном направлении переработки прямогон­ные бензины достаточно разделить на 2 фракции: н.к.-85°С и 85-180°С.

Для стабилизации и вторичной перегонки прямогонных бензи­нов с получением сырья каталитического риформинга топливного направления применяют в основном двухколонные схемы, включа­ющие колонну стабилизации и колонну вторичной перегонки бензи­на на фракции н.к. - 85 и 85 - 180°С. Как наиболее экономически выгодной схемой разделения стабилизированного бензина на узкие ароматикообразующие фракции признана последовательно-парал­лельная схема соединения колонн вторичной перегонки, как это при­нято в блоке стабилизации и вторичной перегонки установки ЭЛОУ-АВТ - 6 (рис. 5.15). В соответствии с этой схемой прямогонный бен­зин после стабилизации разделяется сначала на 2 промежуточные фракции (н.к. - 105°С и 105-180°С), каждая из которых затем на­правляется на последующее разделение на узкие целевые фракции.

Как видно из рис. 5.15, нестабильный бензин из блока AT после нагрева в теплообменнике поступает в колонну стабилизации (дебу-танизатор) 1. С верха этой колонны отбирают сжиженные газы С₂-С₄, которые проходят конденсатор-холодильник и поступают в газосепаратор. Часть конденсата возвращается в колонну 1 в каче­стве острого орошения, а балансовое количество выводится с уста­новки. Подвод тепла в низ дебутанизатора осуществляется горячей струей подогретого в печи стабильного бензина. Из стабильного (де-бутанизированного) бензина в колонне 2 отбирают фракцию С5-

105°С. Пары этой фракции конденсируют в аппарате воздушного охлаждения. Часть конденсата возвращают в колонну 2 в качестве острого орошения, а балансовую часть направляют в колонну 3. Кро­ме того, часть паров верха колонны 2 подают без конденсации в ко­лонну 3. С верха колонны 3 отбирают фракцию С₅- 62°С, с куба -62-105°С, которая может выводиться с установки как целевая либо направляться в колонну 4 для разделения на фракции 62-85°С (бен­зольную) и 85-105°С (толуольную).

Остаток колонны 2 - фракцию 105-180°С -направляют на раз­деление в колонну 5 на фракции 105-140 °С и 140-180 °С.

5?

■ф

IV

Щ

Н

///

.5

М

S

V7

H

VII

Рис. 5.15.Принципиальная схема блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6: 1 - колонна стабилизации; 2-5 - колонны вто­ричной перегонки; 1- нестабильный бензин; II- фракция Cs-62°C; 111 - фракция 65-105°С; V - фракция 62-85°С; V - фракция 85-105°С; Vl-фракция 105-140°С, VII - фракция 140-180°С; VIII- сжиженная фракция С2-С4; IX - сухой газ (Ci-C2); X - водяной пар

8»

Тепло в низ колонны 4 подводится через кипятильник, а осталь­ных колонн вторичной перегонки (2,3 и 5) - с горячей струей подо­гретого в печи кубового остатка этих колонн.

Материальный баланс блока стабилизации и вторичной перегон­ки бензина

Поступило, % на нефть

Нестабильный бензин — 19,1

Получено, % на нефть

Сухой газ (С,-С₂) - ОД

Сжиженный газ (С₂-С₄) -1,13

Фракция С5-62°С - 2,67

Фракция 62-105°С - 6,28

Фракция 105-140°С -4,61

Фракция 140-180°С -4,21

Технологический режим и характеристика ректификационных колонн блока стабилизации и вторичной перегонки бензина

Колонны №
Температура, °С 1

питания 145

верха 75

низа 190

в емкости орошения 55

Кратность орошения, кг/кг 3,5:1 1,3:1 4:1 2,2:1 2,4:1

Давление, МПа 1,1 0,45 0,35 0,20 0,13
Диаметр, м

верхняя часть 2,8 3,6 3,6 2,8 4,0

нижняя часть 3,6 - - - -

Число тарелок* 40 60 60 60 60

Расходные показатели установки ЭЛОУ-АВТ-6 на 1 т перера­батываемой нефти: топливо жидкое - 33,4 кг; электроэнергия 10,4 кВт-ч; вода оборотная-4,3 м³; водяной пар (1,0 МПа) со стороны ч- 1,1 кг, собственной выработки - 48 кг. Ниже, на рис.5.16, представ­лен общий вид установки ЭЛОУ-АВТ-6.

♦Тип тарелок - клапанные перекрестно-прямоточные.

Особенности технологии вакуумной перегонки мазута по масляному варианту

Основное назначение процесса вакуумной перегонки мазута мас­ляного профиля (ВТМ) - получение узких масляных фракций задан­ной вязкости, являющихся базовой основой для получения товарных масел путем последующей многоступенчатой очистки от нежелатель­ных компонентов (смолистых, асфальтеновых соединений, полицик­лических ароматических углеводородов, твердых парафинов).

Многие показатели качества (вязкость, индекс вязкости, нагаро-образующая способность, температура вспышки и др.) товарных масел, а также технико-экономические показатели процессов очис­тки масляного производства во многом предопределяются качеством исходных нефтей и их масляных фракций. Поэтому в процессах ВТМ, по сравнению с вакуумной перегонкой топливного профиля, предъяв­ляются более строгие требования к четкости погоноразделения и выбору сырья. Наиболее массовым сырьем для производства масел в нашей стране являются смеси западно-сибирских (самотлорская, усть-балыкская, соснинская) и волго- уральских (туймазинская, ро-машкинская, волгоградская) нефтей. Для получения масел высоко­го качества из таких нефтей рекомендуется получать узкие 50-градусные масляные фракции (350^100; 400-450 и 450-500°С) с минимальным налеганием температур кипения смежных дистил-

лятов (не более 30-60°С). Для обеспечения требуемой четкости по-гоноразделения на ректификационных колоннах ВТМ устанавлива­ют большее число тарелок (до 8 на каждый дистиллят), применяют отпарные секции; наряду с одноколонными широко применяют двух­колонные схемы (двухкратного испарения по дистилляту) перегон­ки (рис. 5.17,а,б).

Следует отметить, что одноколонные ВТМ превосходят двухко­лонные по капитальным и эксплуатационным затратам, но уступа­ют по четкости погоноразделения: обычно налегание температур кипения между смежными дистиллятами достигает 70-130°С. В то же время желаемое повышение четкости ректификации путем уве­личения числа тарелок не достигается из-за снижения при этом глу­бины вакуума в секции питания колонны. При работе установки ВТМ по схеме рис. 5.17,а давление в секции питания колонны поддержи­вается порядка 13-33 кПа при давлении вверху 6-10 кПа и темпера­туре нагрева мазута не выше 420 °С. В низ колонны подается 5-10 % водяного пара (на гудрон). При работе ВТМ по схеме рис. 5.17,6 нео­бязательно иметь во второй колонне глубокий вакуум, больший эф­фект разделения в ней достигается увеличением общего числа таре­лок. Температура нагрева мазута на входе в первую колонну 400 -420 °С и широкой масляной фракции во второй ступени вакуумной перегонки - 350-360 °С.

5.3.6. Вакуумная (глубоковакуумная) перегонка мазута в насадочных колоннах

В последние годы в мировой нефтепереработке все более широ­кое распространение при вакуумной перегонке мазута получают насадочные контактные устройства регулярного типа, обладающие, по сравнению с тарельчатыми, наиболее важным преимуществом -весьма низким гидравлическим сопротивлением на единицу теоре­тической тарелки. Это достоинство регулярных насадок позволяет конструировать вакуумные ректификационные колонны, способные обеспечить либо более глубокий отбор газойлевых (масляных) фрак­ций с температурой конца кипения вплоть до 600°С, либо при задан­ной глубине отбора существенно повысить четкость фракциониро­вания масляных дистиллятов.

-> VII

T>VIl

->vu

Рис. 5.17. Схемы одноколонной (а) и двухколонной (б) перегонки мазута по мас­ляному варианту: I - мазут; II, III и IV - соответственно маловязкий, средневязкий и высоковязкий дистилляты; V - гудрон; VI - водяной пар; VII - неконденсирован-ные газы и водяной пар; VIII - легкий вакуумный газойль

Применяемые в настоящее время высокопроизводительные ва­куумные колонны с регулярными насадками по способу организа­ции относительного движения контактирующихся потоков жидко­сти и пара можно подразделить на следующие 2 типа: противоточ-ные и перекрестноточные.

Противоточные вакуумные колонны с регулярными насадками конструктивно мало отличаются от традиционных малотоннажных насадочных колонн: только вместо насадок насыпного типа устанав­ливаются блоки или модули из регулярной насадки и устройства для обеспечения равномерного распределения жидкостного орошения по сечению колонны. В сложных колоннах число таких блоков (моду­лей) равно числу отбираемых фракций мазута.

На рис. 5.18 представлена принципиальная конструкция ва­куумной насадочной колонны противоточного типа фирмы Грим­ма (ФРГ). Она предназначена для глубоковакуумной перегонки мазута с отбором вакуумного газойля с температурой конца ки­пения до 550°С. Отмечаются следующие достоинства этого про­цесса:

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

- возможность получения глубоковакуумного газойля с темпе­ратурой конца кипения более 550°С с низкими коксуемостью (менее

0,3 % масс, по Конрадсону) и содержанием металлов (V+10Ni + Na) менее 2,5 ppm;

- 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 36 гПа (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».

На некоторых отечественных НПЗ вне­дрена и успешно функционирует принци­пиально новая высокоэффективная техно­логия вакуумной перегонки мазута в пере-крестноточных насадочных колоннах*.

Гидродинамические условия контакта паровой и жидкой фаз в перекрестноточных 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.). Перекрестноточная

♦Разработчики - профессор Уфимского государственного нефтяного технического университета К.Ф.Богатых с сотрудниками.

регулярная насадка изготавливается из традиционных для противо-точных насадок материалов: плетеной или вязаной металлической сетки (так называемые рукавные насадки), просечно-вытяжных ли­стов, пластин и т.д. Она проницаема для пара в горизонтальном на­правлении и для жидкости в вертикальном направлении. По высоте ПНК разделена распределительной плитой на несколько секций (мо­дулей), представляющих собой единую совокупность элемента ре­гулярной насадки с распределителем жидкостного орошения. В пре­делах каждого модуля организуется перекрестноточное (поперечное) контактирование фаз, то есть движение жидкости по насадке сверху вниз, а пара - в горизонтальном направлении. Следова­тельно, в ПНК жидкость и пары 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 широкий диапазон устой­чивой работы колонны при сохранении в целом по аппарату прин­ципа и достоинств противотока фаз, а также устранить такие де­фекты, как захлебывание, образование байпасных потоков, брыз-гоунос и другие, характерные для противоточных насадочных или тарельчатых колонн.

Экспериментально установлено, что перекрестноточный наса-дочный блок конструкции Уфимского государственного нефтяного университета (УГНТУ), выполненный из металлического сетчато-вязаного рукава, высотой 0,5 м, эквивалентен одной теоретической тарелке и имеет гидравлическое сопротивление в пределах всего 1 мм рт.ст. (133,3 Па), то есть в 3-5 раз ниже по сравнению с кла­панными тарелками. Это достоинство особенно важно тем, что по­зволяет обеспечить в зоне питания вакуумной ПНК при ее обору­довании насадочным слоем, эквивалентным 10-15 тарелкам, оста­точное давление менее 20-30 мм рт.ст. (27-40 ГПа) и, как след­ствие, значительно углубить отбор вакуумного газойля и тем са-

мым существенно расширить ресурсы сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга. Так, расчеты показывают, что при глубоковакуумной перегонке нефтей типа западно-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 газойля 350-500°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» в вакуумную колонну стандартных типораз­меров в 3-5 раза большее число теоретических тарелок. Возможен и такой вариант эксплуатации глубоковакуумной насадочнои 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 важно для эксплуатации высокопроизводительных установок ва­куумной или глубоковакуумной перегонки мазута, оборудованных колонной большого диаметра. Для сравнения сопоставим потребное количество жидкостного орошения применительно к вакуумным колоннам противоточного и перекрестноточного типов диаметром 8 м (площадью сечения =50 м²). При противотоке для обеспечения даже пониженной плотности орошения =20 м³/м²ч требуется на оро­шение колонны 50x20=1000 м³/ч жидкости, что технически не просто осуществить. При этом весьма сложной проблемой становится орга­низация равномерного распределения такого количества орошения по сечению колонны.

В ПНК, в отличие от противоточных колонн, насадочный слой занимает только часть ее горизонтального сечения площадью на порядок и более меньшую. В этом случае для организации жид­костного орошения в вакуумной ПНК аналогичного сечения по­требуется 250 м³/ч жидкости, даже при плотности орошения 50 м³/м²ч, что энергетически выгоднее и технически проще. Ниже, на рис. 5.19 представлена принципиальная конструкция вакуумной перекрестноточнои насадочнои колонны, внедренной на АВТ-4 ПО «Салаватнефтеоргсинтез». Она предназначена для

вакуумной перегонки мазута ар-ланской нефти с отбором широ-< кого вакуумного газойля - сырья каталитического крекинга. Она представляет собой цилиндри­ческий вертикальный аппарат (ранее бездействующая вакуум­ная колонна) с расположением насадочных модулей внутри ко­лонны по квадрату. Диаметр ко­лонны 8 м, высота укрепляющей части около 16 м. В колонне смонтирован телескопический ввод сырья, улита, отбойник и шесть модулей из регулярной на­садки УГНТУ. Четыре верхних модуля предназначены для кон­денсации вакуумного газойля, пятый является фракционирую­щим, а шестой служит для филь­трации и промывки паров. Для снижения крекинга в нижнюю часть колонны вводится охлаж­денный до 320°С и ниже гудрон в виде квенчинга. Поскольку па­ровые и жидкостные нагрузки в ПНК различны по высоте, наса-дочные модули выполнены раз­личными по высоте и ширине в соответствии с допустимыми на­грузками по пару и жидкости. Предусмотрены циркуляцион­ное орошение, рецикл затемнен-

ного продукта, надежные меры

против засорения сетчатых блоков механическими примесями, против вибрации сетки и проскока брызгоуноса в вакуумный га­зойль,

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 отбо­
ром, но менее четким фракциони­
рованием вакуумных дистилля­
тов, если ПНК оборудованы огра­
ниченным числом теоретических
ступеней контакта;

б) вариант обычной вакуум­
ной перегонки, но с более высо­
кой четкостью фракциониро­
вания отбираемых дистиллятов,
когда ПНК оборудована большим
числом теоретических ступеней
контакта.

Рис. 5.20. Вакуумная перекрестно-точная насадочная колонна для четкого фракционирования мазута на масляные дистилляты (авторы раз­работки К.Ф.Богатых и С.К.Чуракова)

Второй вариант особенно эффективен для фракционирования мазута 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 масляных дистиллятов осуществлялся по типовой двухколонной схе­ме с двухкратным испарением по дистилляту (см. рис. 5.17,6) с пере­водом ее на одноколонный вариант четкого фракционирования ма­зута в ПНК. Принципиальная конструкция этой колонны представ­лена на рис. 5.20.

При реконструкции вакуумной колонны было смонтировано 20 перекрестноточных насадочных блоков (из просечно-вытяжного листа конструкции УГНТУ с малым гидравлическим сопротивлени­ем), в т.ч. 17 из которых - в укрепляющей части, что эквивалентно 10,8 теоретическим тарелкам (вместо 5,6 до реконструкции).

При эксплуатации реконструированной установки АВТМ были получены следующие результаты по работе ПНК и качеству про­дуктов разделения:

Как видно из приведенных выше данных, применением ПНК 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 перекре-стноточной насад очной колонне имеет следующие достоинства:

- исключается из схемы вакуумной перегонки вторая трубчатая печь и вторая вакуумная колонна со всем сопутствующим оборудо­ванием и вакуумсоздающей 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 с 18,5 до 25 % на нефть;
-производительность вакуумного блока увеличивается пример­
но на 10 %.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: