Технологические схемы установок первичной перегонки нефти

Лекция 4. Первичная перегонка нефти

Типы установок.Атмосферные и вакуумные трубчатые установки существуют независимо друг от друга или комбинируются в составе одной установки.

Атмосферные трубчатые установки подразделяются в зависимости от их технологической схемы на установки с однократным и двукратным испарением нефти.

Принципиальная схема установки с однократным испарением приводится на рис. 1, а (см. Приложение). Нефть пропускается сырьевым насосом через теплообменники и трубчатую печь в ректификационную колонну. В эвапорационном пространстве происходит однократное испарение нефти. Пары нефти затем разделяют ректификацией на целевые фракции, а из жидкости также с применением процесса ректификации удаляют легкокипящие фракции.

Схема установки с двукратным испарением приводится на рис. 1, б (см. Приложение). Нагретая в теплообменнике нефть подается в так называемую отбензинивающую колонну. В эвапорационном пространстве этой колонны происходит испарение нефти. Поскольку нефть нагрета только до 200—240°С, количество образующихся паров невелико и в них в основном содержатся бензиновые фракции. На ректификационных тарелках концентрационной части колонны бензин отделяется от более тяжелых фракций и в виде паров уходит из колонны. Вместе с парами бензина удаляются пары воды, поступившей на установку первичной перегонки с нефтью, и газы.

Полуотбензиненную нефть забирают насосом и через трубчатую печь подают в основную, атмосферную колонну, где происходит повторное испарение нефти и ректификация паров с выделением тяжелого бензина (смешиваемого затем с бензином, получаемым в отбензинивающей колонне), керосиновой и дизельной фракции. Остатком является мазут.

Достоинством схемы с однократным испарением является то, что легкие и тяжелые фракции испаряются совместно. Это способствует более глубокому отделению тяжелых компонентов при относительно низких (300—325°С) температурах подогрева нефти. Установки однократного испарения компактны, имеют малую протяженность трубопроводов, требуют меньше топлива, чем другие установки.

Недостатки схемы с однократным испарением следующие:

1) при перегонке нефтей с повышенным (выше 15%) содержанием бензиновых фракций значительно увеличивается давление в теплообменниках и трубах печного змеевика, что приводит к необходимости применять более прочную и металлоемкую аппаратуру, увеличивать давление в линии нагнетания сырьевого насоса;

2) если на перегонку подается нефть, из которой плохо удалена вода, то это также приводит к повышению давления в печи и может вызвать повреждение фланцевых соединений печных труб;

3) если перегоняемая нефть недостаточно хорошо обессолена, то при ее нагреве в трубах печи будут отлагаться минеральные соли, из-за этого происходят местные перегревы в змеевиках печей, что в конечном итоге может приводить к аварии — прогару труб.

При двукратном испарении газ, вода и значительная часть бензина удаляются из нефти до ее поступления в печь. Это обстоятельство облегчает условия работы как печи, так и основной ректификационной колонны и является основным преимуществом схемы с двукратным испарением. Схема с двукратным испарением особенно удобна в тех случаях, когда часто происходит изменение типа перерабатываемой нефти. На установках двукратного испарения устранены недостатки, характерные для установок однократного испарения.

Однако, чтобы достичь такой же глубины отбора дистиллятов, как при однократном испарении, нефть на установках двукратного испарения приходится нагревать до более высокой температуры (360—370°С). На установке с двукратным испарением удваивается количество ректификационных колонн, загрузочных насосов, растут размеры конденсационной аппаратуры.

На установках и блоках вакуумной перегонки также применяются схемы однократного и двукратного испарения (рис. 2, см. Приложения). Наиболее распространены блоки с однократным испарением мазута (рис. 2, а). Они построены на большинстве отечественных НПЗ. Но, как показал опыт эксплуатации, на таких блоках не удается получить хорошо отректифицированные вакуумные дистилляты с четкими пределами перегонки, необходимые для получения высококачественных масел. Среднее значение «налегания» температур выкипания смежных вакуумных дистиллятов составляет 70—130°С.

Добиться улучшения четкости вакуумных дистиллятов можно за счет увеличения числа ректификационных тарелок. Однако такое решение не всегда приемлемо, поскольку при увеличении числа тарелок в колонне снижается вакуум, повышается температура на нижних тарелках, может уменьшиться глубина отбора и ухудшиться качество дистиллятов. Более рациональный путь улучшения качества вакуумных дистиллятов — перегонка по схеме двукратного испарения (рис. 2, б, в).

Схема, приведенная на рис. 2, б, предусматривает отбор в первой вакуумной колонне широкой масляной фракции, которая после нагрева в печи разделяется во второй колонне на фракции с более узкими пределами перегонки. По варианту, изображенному на рис. 2, в, в первой вакуумной колонне от мазута отделяется в виде бокового погона легкий масляный дистиллят. Остаток — полугудрон вновь нагревается в печи и подается во вторую колонну, в которой отбираются остальные дистилляты.

При двухступенчатой вакуумной перегонке расходуются дополнительные количества топлива, пара, электроэнергии. Однако достигаемое улучшение качества масляных дистиллятов, а в конечном итоге, товарных масел компенсирует эти затраты. Среднее значение налегания температур выкипания снижается до 30—60 °С.

Схемы установок. На НПЗ применяются все описанные выше схемы перегонки нефти и мазута, строятся отдельно стоящие установки атмосферной и вакуумной перегонки, комбинированные атмосферно-вакуумные трубчатые установки.

На рис. 3 (см. Приложения) приводится технологическая схема комбинированной установки ЭЛОУ-АВТ производительностью 6 млн. т нефти в год, рассчитанной на переработку сернистых нефтей и построенной на ряде заводов.

Нефть, поступающая на установку, забирается насосом Н-1 и двумя потоками проходит через сырьевые теплообменники, в которых нагревается до 130—140°С. Первый поток нефти подогревается за счет теплообмена с первым (в Т-1) и вторым (в Т-2) циркулирующими орошениями колонны К-2. Второй поток проходит через теплообменники Т-3, где подогревается фракцией 350—500°С, и Т-4 — средним циркулирующим орошением вакуумной колонны К-6. Затем оба потока нефти смешиваются и поступают на блок обессоливания.

Обезвоженная и обессоленная нефть после электрообессоливания вновь делится на два потока и поступает в теплообменники. Первый поток нефти нагревается в Т-5 и Т-6 гудроном, второй — в Т-7 — нижним циркулирующим орошением К-6 и в Т-8 — гудроном. Нагретая до 220—240°С нефть поступает затем в отбензинивающую колонну К-1.

Верхний продукт К-1 конденсируется и охлаждается в воздушном и водяном конденсаторах-холодильниках ХК-1 и ХК-2, после чего поступает в рефлюксную емкость Е-1, из которой часть бензина возвращается насосом в К-1 в качестве орошения (флегмы), а балансовое количество под собственным давлением поступает в емкость Е-3.

Нижний продукт К-1— частично отбензиненная нефть забирается насосами Н-2 и Н-3 и направляется в трубчатую печь П-1. Из печи выходят два потока нагретой до 360 °С нефти, один из которых возвращается в колонну К-1, внося дополнительное количество теплоты, необходимой для ректификации.

Второй поток нагретой полуотбензиненной нефти поступает в атмосферную колонну К-2, где разделяется на несколько фракций. Температура нефти на выходе из печи П-1 составляет 360°С.

Для снижения температуры низа колонны и более полного извлечения из мазута светлых нефтепродуктов ректификация в К-2 проводится в присутствии водяного пара. Пар подается в нижнюю часть колонны в количестве 1,5—2% на остаток.

С верха колонны К-2 уходят пары бензиновой фракции с концом кипения 180 °С, а также водяной пар. Пары поступают в воздушный и водяной конденсаторы-холодильники ХК-3 и ХК-4, после конденсации продукт попадает в емкость-водоотделитель Е-2. .Отстоявшийся от воды тяжелый бензин подается насосом в Е-3. Часть бензина из Е-2 возвращается в К-2 в качестве острого орошения.

Из колонны К-2 выводятся также три боковых погона — фракции 180—230°С, 230—280°С, 280—350°С. Эти погоны поступают первоначально в отпарные колонны К-3, К-4, К-5. В отпарных колоннах из боковых погонов в присутствии водяного пара удаляются легкие фракции. Освобожденные от легких фракций целевые продукты в жидком виде выводятся с установки, а пары легких фракций возвращаются в колонну К-2.

Фракция 180—230 °С перед выходом с установки проходит через теплообменник Т-7 и холодильник Х-1. Фракции 230—280 °С и 280—350 °С также охлаждаются в соответствующих теплообменниках и концевых холодильниках.

Для улучшения условий работы колонны К-2 и съема избыточной теплоты в колонне предусмотрен вывод двух циркулирующих орошений: верхнее (с 11-й тарелки) проходит через теплообменник Т-1 и возвращается в К-2 на 10-ю тарелку; нижнее (с 21-й тарелки) проходит через теплообменник Т-2 и возвращается на 20-ю тарелку.

Остаток из атмосферной колонны — мазут — насосом Н-4 подают в трубчатую печь П-3. Мазут, нагретый в печи до 410 °С, поступает в вакуумную колонну К-6. В колонне поддерживается остаточное давление 6,6 кПа. Для снижения температуры низа и облегчения условий испарения из гудрона легких компонентов вниз К-6 вводят водяной пар.

С верха К-6 выводят водяные пары, газы разложения, воздух и некоторое количество нефтепродукта (дизельной фракции), которые поступают в конденсатор ХК-5. Несконденсировавшиеся газы отсасываются многоступенчатым эжектором А-1.

В вакуумной колонне предусмотрен отбор трех боковых погонов – с 15-, 9-, 5-й тарелок. Часть этих погонов после охлаждения возвращается в колонну в качестве циркулирующего орошения, предназначенного для съема избыточного тепла и улучшения условий ректификации.

Установка предназначается для перегонки мазута по топливной схеме, поэтому в качестве товарного продукта из вакуумной колонны выводят только второй погон – фракцию 350-500 °С; балансовые избытки первого и третьего погонов возвращаются в К-2. Остаток из вакуумной колонны – гудрон откачивается с установки через теплообменники Т-5, Т-6, Т-8.

Бензиновая фракция н.к.-180 °С из емкости Е-3 насосом подается в теплообменник Т-8, где подогревается фракцией 280—350 °С до 170 °С, а затем в стабилизатор К-7. С верха К-7 пары головного погона – углеводороды С₁—С₄ отводятся в конденсатор-холодильник ХК-6, где охлаждаются до 40 °С. Из ХК-6 конденсат поступает в Е-4. Из Е-4 часть верхнего продукта С-7, часто называемого головкой стабилизации, возвращается в качестве орошения в К-7, а балансовое количество выводится с установки. Остаток — стабильная бензиновая фракция н.к.-180 °С поступает в блок вторичной перегонки бензина, где разделяется на узкие фракции. Для поддержания необходимого теплового режима в К-7 часть стабильной бензиновой фракции прокачивается насосом через печь П-2, где испаряется и в виде паровой фазы возвращается в К-7.

Близкую к описанной выше схему имеют многие отечественные установки атмосферно-вакуумной перегонки.

Технологический режим установок первичной перегонки нефти зависит от качества перерабатываемого сырья, ассортимента вырабатываемой продукции и особенностей технологического процесса.

Ниже приводятся примерные показатели технологического режима установки атмосферно-вакуумной перегонки, работающей на сернистой восточной нефти:

Температура, °С

нефти после сырьевых теплообменников 210-230

отбензиненной нефти после атмосферной печи 330-360

мазута после вакуумной печи 400-420

в отбензинивающей колонне

верх 120-140

низ 230-240

в атмосферной колонне

верх 120-140

низ 340-350

в отпарной колонне

фракция 180-230°С 180-200

фракция 230-280 °С 220-240

фракция 280-350 °С 290-300

в стабилизаторе

верх 60-80

низ 180-200

в вакуумной колонне

верх 90-110

низ 340-360

дымовых газов на перевалах печей 770-780

Давление избыточное, МПа

в отбензинивающей колонне 0,4-0,5

в атмосферной колонне 0,15-0,2

в стабилизаторе 0,8-1,4

остаточное в вакуумной колонне, кПа 5,3-8,0

Выход дистиллятов.Выход продукции на установках первичной перегонки зависит в первую очередь от свойств исходной нефти.

Материальный баланс установок АВТ при работе на различном сырье (в % масс.)

Нетрудно заметить, что по выходу отдельных фракций эти нефти заметно различаются между собой. Из самотлорской нефти можно получить на 50% больше бензина н.к.—140°С и на 20% больше дизельной фракции 240—350°С. Выход продуктов зависит также от технологической схемы установки, от того, насколько она соответствует современному техническому уровню, насколько эффективно эксплуатируется эта установка. На различных заводах, даже на одном и том же заводе, но на разных перегонных установках из одной и той же нефти отбирают различное количество товарных продуктов.

Важным показателем работы установок прямой перегонки является отбор целевых фракций. В нефти, поступающей на перегонную установку, содержится некоторое определенное количество фракций, перегоняющихся в различных температурных интервалах,— например фракции н.к.—350°С, 350—500°С и др. Это количество называется потенциалом данной фракции. При перегонке в промышленных условиях извлечь фракции из нефти полностью не удается. Отношение количества фракции, полученной на установке, к количеству, содержащемуся в нефти, называется отбором от потенциала. Применительно к работе атмосферной части установки целевыми будут светлые нефтепродукты. На атмосферных установках стремятся добиться максимального выхода светлых, не допустить потери дизельных фракций с мазутом и бензиновых — с газом. Передовые коллективы установок добиваются отбора 97—98% светлых от потенциала. Работу вакуумной части установок АВТ характеризует показатель отбора от потенциала масляных фракций. Здесь главная задача состоит в том, чтобы не допустить попадания масляных дистиллятных фракций в гудрон.

Качество дистиллятов. Качество дистиллятов определяется межцеховыми нормами, при составлении которых учитывают требования стандартов, отраслевых и межотраслевых технических условий.

Важный показатель качества дистиллятов — температуры начала и конца кипения. Так, температура конца кипения бензиновой фракции не должна превышать 180°С, что связано с необходимостью предотвратить коксообразование на катализаторах риформинга, а также с требованиями стандарта на автобензин.

Для характеристики керосиновой фракции определяющими являются температура начала кристаллизации и вязкость, для дизельной— температура вспышки и застывания. Чтобы вязкостные и температурные показатели качества дистиллятов соответствовали требованиям норм, нужно добиться получения на перегонных установках погонов определенного фракционного состава. Если качество перерабатываемой нефти изменяется, то зачастую изменяют температуру выкипания дистиллятов.

Помимо уже упоминавшегося показателя — отбора от потенциала, о качестве работы установок прямой перегонки судят по так называемому налеганию фракций, т. е. по разнице между концом кипения низкокипящей фракции и началом кипения высококипящей. Считается удовлетворительным, если налегание фракций в погонах атмосферной колонны не превышает 10—15°С. Показателем работы перегонных установок является и содержание легких, дистиллятных фракций в остатке атмосферной колонны. На некоторых АТ и АВТ содержание дизельных фракций в мазуте не превышает 3—5%.

Приложение

Рис. 1. Схема атмосферной перегонки с однократным (а) и двукратным (б) испарением нефти:

I – нефть, II – газ, III – бензин, IV – керосин, V – дизельная фракция, VI – мазут.

Рис. 2. Схемы вакуумной перегонки мазута с однократным (а) и двукратным (б, в) испарением:

I – мазут, II – водяной пар, III – пары с верха вакуумных колонн, VI – вакуумный дистиллят (фракция 350-500°С), V, VI, VII – масляные погоны, VIII – полугудрон, IX – гудрон.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: