Назначение первичной перегонки

Лекция 4. Первичная перегонка нефти

Нефть, как уже было указано, представляет собой чрезвычай­но сложную смесь взаимно растворимых органических веществ. Разделить ее нацело на составляющие компоненты практически невозможно, но этого для промышленного применения нефтепро­дуктов и не требуется. На практике нефть делят на фракции, от­личающиеся по пределам выкипания. Это разделение проводится на установках первичной перегонки нефти с применением процес­сов дистилляции и ректификации.

Полученные фракции служат сырьем для дальнейшей перера­ботки или используются как товарные продукты. Первичная пере­гонка — первый технологический процесс переработки нефти. Установки первичной перегонки имеются на каждом НПЗ.

Дистилляция. Дистилляцией или перегонкой называется про­цесс разделения смеси взаимно растворимых жидкостей на фрак­ции, которые отличаются по температурам кипения как друг от друга, так и от исходной смеси. При перегонке смесь нагревается до кипения и частично испаряется. Получаемые пары отбираются и конденсируются. Перегонкой получают дистиллят и остаток, ко­торые по составу отличаются от исходной смеси.

Перегонка может быть осуществлена однократным, многократ­ным или постепенным испарением.

При однократном испарении в течение всего времени нагрева­ния смеси продуктов до определенной конечной температуры обра­зующиеся пары не выводятся из системы и остаются в контакте с жидкостью. После того как сообщение тепла заканчивается, вся парожидкостная смесь выводится в сепаратор. Здесь образовав­шиеся пары в один прием (однократно) отделяются от жидкости.

При многократном осуществлении процесса разделение фаз проводится в несколько приемов. Многократное испарение состоит из повторяющегося несколько раз процесса однократного испаре­ния. Первоначально происходит отделение паров от жидкости, а затем — на второй ступени — жидкая фаза, оставшаяся при отде­лении паров в первой ступени, вновь испаряется и т. д.

При постепенном испарении образующиеся пары по мере их образования непрерывно выводятся из перегонного аппарата. По­степенное испарение применяется при лабораторной перегонке нефти из колбы, а в промышленной практике прежде использова­лось при перегонке на кубовых установках.

Процесс однократного испарения обладает преимуществами перед постепенным испарением. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате, сни­жают парциальное давление испаряющихся высококипшцих фрак­ций, что дает возможность вести перегонку при более низких тем­пературах.

При постепенном испарении, наоборот, легкие фракции отго­няют сначала, а тяжелые — в конце. Поэтому легкие фракции, которые превратились в пары и были выведены из аппарата, не влияют на температуру кипения тяжелых фракций. Благодаря влиянию легких фракций, применяя однократное испарение, можно снизить конец кипения перегоняемого сырья на 50—100°С по сравнению с постепенным испарением.

На современных установках перегонка нефти проводится с при­менением однократного испарения.

Как известно, в составе нефти имеются углеводороды, кипя­щие при атмосферном давлении в интервале температур 400— 500 °С и выше в то время как термическая стабильность углеводо­родов сохраняется только до 380—400 °С. При более высокой температуре начинается процесс разложения — крекинга углево­дородов, причем наиболее высококипящие углеводороды нефти обладают наименьшей термической стабильностью.

Для того чтобы избежать разложения углеводородов, надо по­низить температуру их кипения. Это достигается перегонкой нефти под вакуумом. Нефтяная фракция, выкипающая при атмосферном давлении в интервале температур 450—500°С, может быть пере­гнана под вакуумом (остаточное давление 3—5 кПа) при 200—250°С.

Для понижения температуры кипения в практике нефтепере­работки применяют также перегонку с водяным паром, который снижает парциальное давление углеводородов.

Ректификация. При однократном испарении взаимно раствори­мых жидкостей и последующей конденсации паров получают две фракции: легкую, в которой содержится больше низкокипящих фракций, и тяжелую, в которой содержится меньше низкокипящих фракций, чем в исходном сырье. Следовательно, при перегонке происходит обогащение одной фазы низкокипящими, а другой — высококипящими компонентами. Однако достичь требуемого раз­деления компонентов нефти и получить конечные продукты, ки­пящие в заданных температурных интервалах, с помощью пере­гонки нельзя. Поэтому после однократного испарения нефтяные пары подвергаются ректификации.

Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкости.

Контактирование паров и жидкости осуществляется в верти­кальных цилиндрических аппаратах — ректификационных колоннах, снабженных специальными устройствами — ректификационными тарелками или насадкой, — позволяющими создать тесный контакт между паром, поднимающимся вверх по колонне, и жидкостью, стекающей вниз (рис. 1).

В среднюю часть в виде пара, жидкости или парожидкостной смеси подается сырье, которое необходимо разделить на две ча­сти — высококипящую и низкокипящую. Зона, в которую подается сырье, носит название эвапорационной, так как в ней происходит эвапорация— однократное испарение нагретой в печи или тепло­обменнике смеси на паровую и жидкую фазы. В некоторых случаях эвапорационная зона отделена от колонны, и эва­порация производится в самостоятель­ном аппарате. Однако у большинства колонн, в частности на установках пер­вичной перегонки, однократное испарение и ректификация совмещаются.

В работающей ректификационной ко­лонне через каждую тарелку проходят четыре потока: 1) жидкость — флегма, стекающая с вышележащей тарелки; 2) пары, поступающие с нижележащей тарелки; 3) жидкость — флегма, уходя­щая на нижележащую тарелку; 4) пары, поднимающиеся на вышележащую та­релку.

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому состоянию. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и по­этому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидко­сти уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадает в зону более низкой темпера­туры и часть высококипящего продукта из этого потока конденси­руется, переходя в жидкость. Концентрация высококипящего ком­понента в парах, таким образом, понижается, а низкокипящего — повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется.

Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а ниже — отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс рек­тификации. С верха концентрационной части в паровой фазе вы­водится целевой продукт необходимой чистоты — ректификат, а с низа — жидкость, еще в заметной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части из этой жидкости оконча­тельно отпаривается низкокипящий компонент. В виде жидкости с низа этой части колонны выводится второй целевой компонент— остаток.

Для нормальной работы ректификационной колонны необхо­димо, чтобы с верха колонны на нижележащие тарелки непрерыв­но стекала жидкость (флегма). Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю та­релку колонны в виде так называемого орошения. С другой сто­роны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно подыма­лись пары. Чтобы создать в колон­не паровой поток, часть уходящего из колонны остатка подогревается, испаряется и возвращается обратно в колонну.

На рис. 1 изображена схема так называемой простой колонны, состоящей из концентрационной и отгонной частей и имеющей два вы­вода продуктов — с верха и низа.

Существуют колонны, в которых имеется только концентрационная часть, когда сырье вводится под нижнюю тарелку колонны, или только отгонная, когда сырье по­дается на верхнюю тарелку.

На современных установках по переработке нефти наряду с просты­ми колоннами широкое распростра­нение получили сложные колонны, в которых как бы совмещается не­сколько простых колонн (рис. 2).

Сырье в таких колоннах поступает в среднюю часть одной из секций (см. рис. 2 секция 1) и разде­ляется на жидкую и паровую фазы.

Жидкая фаза опускается по тарелкам нижней (отгонной) части секции и при этом из нее отгоняются легкие фракции.

Паровая фаза поднимается по тарелкам верхней концентра­ционной части секции 1, постепенно облегчаясь по составу, и за­тем поступает в секцию 2. Секция 1 представляет собой полную ректификационную колонну, ректификат которой служит сырьем секции 2. В секции 2 от смеси отделяется фракция, которая ча­стично перетекает в секцию 1, а частично поступает в отдельно расположенную отгонную часть. Здесь фракция дополнительно ректифицируется. Ректификат секции 2 является сырьем секции 3.

В секциях 3 и 4 отделяются в виде боковых погонов еще две фракции. Как секция 2, так и секции 3 и 4 представляют концент­рационные части простых колонн. Отгонные части этих колонн выделены в самостоятельные колонны, которые обычно именуются отпарными или стриппингами. Готовые продукты отбираются с низа отгонных секций, а отогнанные легкие фракции отводятся в ос­новную колонну, с верха которой уходит самый легкий дис­тиллят.

Сложные колонны применяются в тех случаях, когда не тре­буется особенно высокой четкости разделения продуктов. Для чет­кого и сверх четкого фракционирования (при вторичной перегонке бензинов, газоразделении) обычно устанавливается несколько простых ректификационных колонн, в каждой из которых выде­ляется один или два целевых компонента.

Перегонка нефти до мазута и гудрона. Первичная перегонка нефти на трубчатых установках осуществляется при атмосферном давлении и под вакуумом. При перегонке нефти на трубчатых установках, работающих при атмосферном давлении, из нефти вы­деляют светлые дистилляты — бензиновый, керосиновый, дизель­ный. Остатком от перегонки при атмосферном давлении является мазут — фракция, перегоняющаяся выше 330—350 °С. Эти уста­новки носят название атмосферная трубчатая установка (АТ).

Для того чтобы выделить более высококипящие нефтяные фракции, мазут подвергается перегонке на установках, работаю­щих с применением вакуума. Остатком от перегонки мазута яв­ляется гудрон.

В зависимости от общей схемы НПЗ и свойств поступающей для переработки нефти сооружаются либо установки атмосферной перегонки, либо установки, сочетающие атмосферную и вакуум­ную перегонку, — атмосферно-вакуумные трубчатые установки (АВТ).

В тех случаях, когда на заводе необходимо получить максимальное количество светлых продуктов, перегонку ведут до гуд­рона. Выделенные из мазута темные дистиллятные фракции и гудрон затем используются для получения более легких нефтепро­дуктов методами крекинга, коксования и др. Перегонку до гудро­на проводят и в том случае, если на заводе организуется произ­водство нефтяных масел, кокса, битума. Если же требуется полу­чить максимальное количество котельного топлива, то ограничи­ваются перегонкой до мазута.

Ассортимент продуктов атмосферных и атмосферно-вакуумных установок.В результате первичной перегонки нефти при атмосфер­ном давлении получаются следующие продукты.

1. Сжиженный углеводородный газ, состоящий в основном из пропана и бутана. Количество продукта зависит от того, насколь­ко глубоко была стабилизирована нефть на промысловых установ­ках. При переработке нефти с большим содержанием газа пропан-бутановая фракция выводится с перегонной установки не только в жидком, но и в газообразном виде. После очистки от сернистых соединений прямогонный сжиженный газ может использоваться как бытовое топливо. Прямогонный газ является также сырьем газофракционирующих установок.

2. Бензиновая фракция. Перегоняется в пределах 30—180 °С, используется в качестве компонента товарного автобензина, как сырье установок каталитического риформинга.

3. Керосиновая фракция. Перегоняется в пределах 120—315°С, используется в качестве топлива реактивных авиационных дви­гателей, для освещения, как горючее тракторных карбюраторных двигателей. Подвергается дополнительной обработке на установ­ках гидроочистки, щелочной очистки или демеркаптанизации с целью очистки от сернистых соединений и улучшения эксплуата­ционных качеств, в частности термической стабильности.

4. Дизельная фракция. Перегоняется в пределах 180—350 °С. Ранее дизельную фракцию называли атмосферным газойлем. Фракция используется как топливо для дизельных двигателей, установленных на автомобилях, тракторах, тепловозах, судах мор­ского и речного флота. Дизельная фракция, полученная из серни­стых нефтей, нуждается в очистке от серы, которая проводится с применением гидрогенизационного метода.

5. Мазут — остаток, получаемый при атмосферной перегонке нефти. Температура начала кипения 330—350 °С. Используется в качестве котельного топлива, является сырьем установок термиче­ского крекинга.

Ассортимент продуктов вакуумной перегонки мазута зависит от варианта переработки нефти. Существуют две схемы переработки мазута: масляная и топливная. При масляной схеме получают несколько фракций — вакуумных дистиллятов, при топливной — одну.

Число вакуумных дистиллятов при масляной схеме переработ­ки мазута определяется типом перерабатываемой нефти и равно 2—3. Каждый из дистиллятов затем подвергается очистке,очищенные продукты смешиваются вразличных соотно­шениях для получения тех или иных сортов масел.

Вакуумный дистиллят, вырабатываемый при топливной схеме переработки мазута, перегоняется при 350—500 °С и используется как сырье каталитического крекинга или гидрокрекинга. Эту фракцию иногда называют вакуумным газойлем.

6. Гудрон — остаток от перегонки нефти, перегоняется при температуре выше 500 °С. Это — высоковязкий продукт, застыва­ющий при 30—40 °С. Он используется как сырье установок терми­ческого крекинга, коксования, производства битума и высоковяз­ких масел.

Приложение

Рис. 1. Схема ректификационной колонны: I-холодное орошение; II-ректификат; III-циркулирующая горячая струя; IV-остаток; V-сырье.

Рис. 2. Схема сложной ректификационной колонны с выносными отгонными секциями: I-сырье; II-ректификат; III, IV,V-боковые погоны; VI-остаток; VII-водяной пар.

Вопросы к лекции 4.

1. Каков ассортимент получаемых продуктов на АВТ и их характеристика по пределам выкипания?

2. Каковы преимущества ректификации как способа разделения нефти на фракции перед перегонкой?

3. В чём отличие сложной колонны от простой и в каких случаях её применение оказывается целесообразным?

4. Каковы недостатки схемы атмосферной перегонки с однократным испарением?

5. В чем заключается назначение первичной перегонки нефти?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: