книги / Технология глубокой переработки нефти и газа

пачковые fc круглыми, прямоугольными, шестигранными, S-образ­ ными, желобчатыми колпачками (рис. 5.10, а-д);

2) тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций: клапанные с капсульными, дисковыми, пластинчатыми, дисковыми эжекционными клапанами; клапанные с балластом; комбинирован­ ные колпачково-клапанные (например, S-образные и ситчатые с кла­ паном) (см. рис. 5.10, с-к) и др.

Р и с . 5 .1 0 . Типы некоторых колпачков и клапанов:

колпачки: а - круглый; б - шестигранный; в - прямоугольный; г - желобчатый; A -S -образный; клапаны: е-прямоугольный; ж -круглы й с нижним ограничителем; з - то же с верхним ограничителем; и - балластный; к - дисковый эжекционный перекрестноточный; л - пластинчатый перекрестно-прямоточный; м - S-образный колпачок с клапаном; 1 - диск тарелки; 2 - клапан; 3 - ограничитель; 4 - балласт

211

Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исклю­ чением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, по­ скольку время пребывания жидкости на них наибольшее] по сравне­ нию с другими типами тарелок. К недостаткам колпачковых таре­ лок следует отнести низкую удельную производительность, относи­ тельно высокое гидравлическое сопротивление, большую металло­ емкость, сложность и высокую стоимость изготовления.

Ситчатые тарелки с отбойниками имеют относительно низкое гидравлическое сопротивление, повышенную производительность, но более узкий рабочий диапазон по сравнению с колпачковыми та­ релками. Применяются преимущественно в вакуумных колоннах.

Клапанные и балластные тапелки получают за последнее время все более широкое распространение, особенно для работы в услови­ ях значительно меняющихся скоростей газа, и постепенно вытесня­ ют старые конструкции контактных устройств. Принцип действия клапанных тарелок состоит в том, что свободно лежащий над отвер­ стием в тарелке клапан различной формы автоматически регулиру­ ет величину площади зазора между клапаном и плоскостью тарелки в зависимости от газопаровой нагрузки и тем самым поддерживает постоянной (в пределах высоты подъема клапана) скорость газа и, следовательно, гидравлическое сопротивление тарелки в целом. Высота подъема клапана ограничивается высотой ограничителя (кронштейна, ножки).

Балластные тарелки отличаются по устройству от клапанных тем, что в них между легким клапаном и ограничителем установлен более тяжелый, чем клапан, балласт. Клапан начинает приподни­ маться при небольших скоростях газа или пара. С дальнейшим уве­ личением скорости газа клапан упирается в балласт и затем подни­ мается вместе с ним. В результате балластная тарелка, по сравне­ нию с чисто клапанной, значительно раньше вступает в работу, име­ ет более широкий рабочий диапазон, более высокую (на 15-20%) эффективность разделения и пониженное (на 10-15 %) гидравличес­ кое сопротивление.

Более прогрессивны и эффективны, по сравнению с колпачко­ выми, комбинированные колпачково-клапанные тарелки. Так, S-об­ разная тарелка с клапаном работает следующим образом: при низ­ ких скоростях газ (пар) барботирует преимущественно через проре­ зи S-образных элементов и при достижении некоторой скорости газа включается в работу клапан. Такая двухстадийная работа тарелки

212

позволяет повысить производительность ректификационной колон­ ны на 25|30% и сохранить высокую эффективность разделения в широком диапазоне рабочих нагрузок.

Перекрестно-прямоточные тарелки отличаются от перекрестно­ точных тем, что в них энергия газа (пара) используется для органи­ зации направленного движения жидкости по тарелке, тем самым устраняется поперечная неравномерность и обратное перемешива­ ние жидкости на тарелке и в результате повышается производитель­ ность колонны. Однако эффективность контакта в них несколько меньше, чем в перекрестноточных тарелках.

Среди клапанных тарелок нового поколения можно отметить дисковые эжекционные (перекрестноточные) и пластинчатые пере­ крестно-прямоточные тарелки, внедрение которых на ряде НПЗ стра­ ны позволило улучшить технико-экономические показатели уста­ новок перегонки нефти (см. рис. 5.10, к,л)*.

Эжекционная клапанная тарелка представляет собой полотно с отверстиями ( 0 90 мм) и переливными устройствами. В отверстия полотна тарелок устанавливаются клапаны, представляющие собой вогнутый диск (0 110 мм) с просечными отверстиями (каналами) для эжекции жидкости, имеющий распределительный выступ для рав­ номерного стока жидкости в эжекционные каналы. Клапаны имеют 4 ограничительные ножки и 12 эжекционных каналов. Они изготав­ ливаются штамповкой из нержавеющей стали толщиной 0,8- 1,0 мм. Масса одного клапана составляет всего 80-90 г (а капсульного с па­ ровым пространством - 5-6 кг).

При минимальных нагрузках по парам клапаны работают в ди­ намическом режиме. При увеличении нагрузки клапаны приподни­ маются в пределе до упора ограничителей и начинается эжекция жидкости над клапанами, что способствует более интенсивному пе­ ремешиванию жидкости в надклапанном пространстве. Распредели­ тельный выступ на клапане при остановке колонны способствует полному стоку жидкости с тарелки.

Опытно-промышленные испытания показали высокие эксплуа­ тационные их достоинства: устойчивость и равномерность работы в широком диапазоне нагрузок без уноса жидкости; исключительно высокий КПД (= 80-100 %), высокая производительность, превыша­ ющая на =20 % производительность колпачковых тарелок, и т.д.

•Разработаны и внедрены на Ново-Уфимском НПЗ.

213

Сравнение эффективности некоторых конструкций тарельчатых контактных устройств приведено на рис. 5.11. Видно, что лучшими показателями по гидравлическому сопротивлению обладают тарел* ки ситчатые и S-образные с клапанами, а по КПД - клапанная бал­ ластная и S-образная с клапаном.

Следует отметить, что универсальных конструкций тарелок, эф­ фективно работающих «всегда и везде», не существует. При выборе конкретного типа тарелок из множества альтернативных вариантов следует отдать предпочтение той конструкции, основные (не обяза­ тельно все) показатели эффективности которой в наибольшей степе­ ни удовлетворяют требованиям, предъявляемым исходя из функцио­ нального назначения ректификационных колонн. Так, в вакуумных колоннах предпочтительно применение контактных устройств, име­ ющих как можно меньше гидравлическое сопротивление.

Насадочные колонны применяются преимущественно в малотон­ нажных производствах и при необходимости проведения массообмен­ ных процессов с малым

перепадом давления.

К насадкам предъяв­ ляются следующие ос­ новные требования:

1) большая удельная поверхность; 2) хорошая смачиваемость жидко­ стью; 3 )малое гидравли­ ческое сопротивление; 4) равномерность рас­ пределения жидких и га­ зовых (паровых) пото­ ков; 5) высокие химичес­ кая стойкость и механи­ ческая прочность и 6) низкая стоимость.

Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, посколь­ ку некоторые из требова­ ний противоречивы, на-

214

пример, пункты 1 и 3. При нормальной эксплуатации насадочных ко­ лонн массообмен происходит в основном в пленочном режиме на смо­ ченной жидкостью поверхности насадок. Естественно, чем больше удельная поверхность насадки, тем эффективнее массообменный про­ цесс. Однако насадки с высокой удельной поверхностью характери­ зуются повышенным гидравлическим сопротивлением. В химической промышленности и нефтегазопереработке применяют разнообразные по форме и размерам насадки, изготавливаемые из различных мате­ риалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.) (рис.5.12).

Рис. 5.12. Типы насадок:

кольца: а- Рашига; б- Лессинга; в - Палля; седла: г - Берля; д —«Инталлокс»; сетчатые и из перфорированного металлического листа: е - «Спрейпак»; ж - Зульцер; з - Гудлоу; и - складчатый кубик; к - Перформ-Грид

215

Основной недостаток нерегулярных (насыпных) насадок, огра­ ничивающий их применение в крупнотоннажных производствах, - неравномерность распределения контактирующих потоков по сече­ нию аппарата. Регулярные насадки, изготавливаемые из сетки, пер­ форированного металлического листа, многослойных сеток и т.д., обеспечивают более однородное, по сравнению с традиционными насадками из колец и седел, распределение жидкости и пара (газа) в колоннах. Кроме того, они обладают исключительно важным досто­ инством, таким,как низкое гидравлическое сопротивление - в пре­ деле до 1-2 мм рт.ст. (130-260 Па) на 1 теоретическую тарелку. По этому показателю они значительно превосходят любой из извест­ ных типов тарельчатых контактных устройств. В этой связи в после­ дние годы за рубежом и в нашей стране начаты широкие научноисследовательские работы по разработке самых эффективных и пер­ спективных конструкций регулярных насадок и широкому приме­ нению их в крупнотоннажных производствах, в том числе в таких процессах нефтепереработки, как вакуумная и глубоковакуумная перегонка мазутов. На НПЗ ряда развитых капиталистических стран вакуумные колонны установок перегонки нефти в настоящее время оснащены регулярными насадками, что позволяет обеспечить глу­ бокий вакуум в колоннах и существенно увеличить отбор вакуумно­ го газойля и достичь температуры конца кипения до 600 °С.

5.3. 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 ис­ пользования их как компоненты товарных нефтепродуктов. Они со­ ставляют основу всех НПЗ. На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырье для вто­ ричных процессов и для нефтехимических производств. От их рабо­ ты зависят ассортимент и качество получаемых компонентов и тех­ нико-экономические показатели последующих процессов переработ­ ки нефтяного сырья.

216

Процессы перегонки нефти осуществляют на так называемых атмосферных трубчатых (АТ) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферновакуумных трубчатых (АВТ) установках.

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

На установках АТ осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых, дизельных) фрак­ ций и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые, масляные фракции и гудрон исполь­ зуют в качестве сырья процессов последующей (вторичной) перера­ ботки их с получением топлив, смазочных масел, кокса, битумов и других нефтепродуктов.

Современные процессы перегонки нефти являются комбиниро­ ванными с процессами обезвоживания и обессоливания, вторичной перегонки и стабилизации бензиновой фракции: ЭЛ ОУ - АТ, 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 мощ­ ность наиболее распространенных установок АТ и АВТ составляла 500-600 тыс.т/год. В 1950-60-х гг. проектировались и строились ус­ тановки 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 мощнос­ ти очевидны: высокая производительность труда и низкие капиталь­ ные и эксплуатационные затраты по сравнению с установками ма­ лой производительности.

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

Надо отметить, что старые установки малой мощности подверг­ лись 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 не­

217

фти характеризуются большим разнообразием схем перегонки, ши­ роким ассортиментом получаемых фракций. Даже при одинаковой производительности ректификационные колонны имеют разные раз­ меры, неодинаковое число и разные типы тарелок; по разному реше­ ны схемы теплообмена, холодного, горячего и циркуляционного оро­ шения, а также вакуумсоздающей системы. В этой связи ниже будут представлены лишь принципиальные технологические схемы отдель­ ных блоков (секций), входящих в состав высокопроизводительных современных типовых установок перегонки нефти.

5.3.2. Блок атмосферной перегонки нефти установки ЭЛ О У -АВТ-6

При выборе технологической схемы и режима атмосферной пере­ гонки 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 вклю­ чительно), относительно невысоким содержанием бензина (12-15 %) и выходом фракций до 350 °С не более 45 % энергетически наиболее выгодно осуществлять на установках (блоках) АТ по схеме с одно­ кратным испарением, то есть с одной сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями. Установки такого типа широко применяются на зарубежных НПЗ. Они просты и компакт­ ны, благодаря осуществлению совместного испарения легких и тя­ желых фракций требуют минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона, характеризуются низкими энергетическими затратами и металлоемкостью. Основной их недо­ статок - меньшая технологическая гибкость и пониженный (на 2,5 - 3,0 %) отбор светлых, по сравнению с двухколонной схемой, требу­ ют более качественной подготовки нефти.

Для перегонки легких нефтей с высоким содержанием раствори­ мых газов (1,5 - 2,2 %) и бензиновых фракций (до 20 - 30 %) и фрак­ ций до 350 °С (50 - 60 %) целесообразно применять атмосферную перегонку двухкратного испарения, то есть установки с предвари­ тельной отбензинивающей колонной и сложной ректификационной колонной с боковыми отпарными секциями для разделения частич­

218

но отбензиненной нефти на топливные фракции и мазут. Двухко­ лонные установки атмосферной перегонки нефти получили в отече­ ственной нефтепереработке наибольшее распространение. Они об­ ладают достаточной технологической гибкостью, универсальнос­ тью и способностью перерабатывать нефти различного фракцион­ ного состава, так как первая колонна, в которой отбирается 50 - 60 % бензина от потенциала, выполняет функции стабилизатора, сглажи­ вает колебания в фракционном составе нефти и обеспечивает ста­ бильную работу основной ректификационной колонны. Применение отбензинивающей колонны позволяет также снизить давление на сы­ рьевом насосе, предохранить частично сложную колонну от корро­ зии, разгрузить печь от легких фракций, тем самым несколько умень­ шить требуемую тепловую ее мощность.

Недостатками двухколонной АТ является более высокая темпе­ ратура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что требуют­ ся затраты дополнительной энергии. Кроме того, установка обору­

219

частичного отбензинивания 1. Уходящие с верха этой колонны угле­ водородный 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 ка­ честве острого орошения. Отбензиненная нефть с низа колонны 1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой темпера­ туры 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 оро­ шения, имеет 2 циркуляционных орошения, которыми отводится теп­ ло ниже тарелок отбора фракций 180-220 и 220-280 °С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водя­ ной пар для отпарки легко кипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуум­ ной перегонки. Ниже приведены материальный баланс, технологи­ ческий режим и характеристика ректификационных колонн блока атмосферной перегонки нефти (типа самотлорской)*.

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.

220