Особенности нефти как сырья процессов перегонки

Нефть и нефтяные смеси как сырье для ректификации характе­ризуются рядом специфических свойств, обусловливающих некото­рые особенности в технологии их переработки.

1. Нефть и особенно ее высококипящие фракции и остатки ха­рактеризуются невысокой термической стабильностью. Для боль­шинства нефтей температура термической стабильности соответ­ствует температурной границе деления примерно между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, то есть =350 - 360 °С. Нагрев нефти до более высоких температур будет сопровождаться ее дест­рукцией и, следовательно, ухудшением качества отбираемых про­дуктов перегонки. В этой связи перегонку нефти и ее тяжелых фрак­ций проводят с ограничением по температуре нагрева. В условиях такого ограничения для выделения дополнительных фракций нефти, выкипающих выше предельно допустимой температуры нагрева сырья, возможно использовать практически единственный способ повышения относительной летучести компонентов - перегонку под вакуумом. Так, перегонка мазута при остаточных давлениях в зоне питания вакуумной колонны =100 и =20 мм рт. ст. (=133 и 30 гПа) позволяет отобрать газойлевые (масляные) фракции с температурой конца кипения соответственно до 500 и 600 °С. Обычно для повыше­ния четкости разделения при вакуумной (а также и атмосферной) перегонке применяют подачу водяного пара для отпаривания более легких фракций. Следовательно, с позиций термической нестабиль­ности нефти технология ее глубокой перегонки (то есть с отбором
фракций до гудрона) должна включать как минимум 2 стадии: ат­мосферную перегонку до мазутам с отбором топливных фракций и перегонку под вакуумом мазута с отбором газойлевых (масляных) фракций и в остатке гудрона.

2. Нефть представляет собой многокомпонентное сырье с непре­рывным характером распределения фракционного состава и соот­ветственно летучести компонентов. С экономической точки зрения, нецелесообразно требовать от про­цессов перегонки выделить, например, индивидуальный чистый уг­леводород или сверхузкие фракции нефти. Поэтому в нефтеперера­ботке довольствуются получением следующих топливных и газой­левых фракций, выкипающих в достаточно широком интервале тем­ператур: бензиновые н.к. - 140°С (180°С); керосиновые 140 (180)— 240°С; дизельные 240 - 350°С; вакуумный дистиллят (вакуумный газойль) 350-400°С, 400-450°С и 450-500°С; тяжелый остаток - гуд­рон >490°С (>500°С). Иногда ограничиваются неглубокой атмосфер­ной перегонкой нефти с получением в остатке мазута >350°С, ис­пользуемого в качестве котельного топлива.

3. Высококипящие и остаточные фракции нефти содержат зна­чительное количество гетероорганических смолисто-асфальтеновых соединений иметаллов, попадание которых при перегонке в дистил­ляты резко ухудшает их эксплуатационные характеристики и зна­чительно усложняет последующую их переработку. Это обстоятель­ство обусловливает необходимость организации четкой сепарации фаз в секции питания атмосферной и особенно вакуумной колонн. Эффективная сепарация фаз в секции питания колонн достигается установкой специальных сепараторов (отбойных тарелок, насадок и т.д.), улавливающих мельчайшие капли (туман, пена, брызги) кубо­вой жидкости, а также промывкой потока паров стекающей жидко­стью в специальной промывной тарелке. Для этого и с целью повы­шения разделительной способности нижних тарелок сепарационной секции колонны необходимо обеспечить некоторый избыток ороше­ния, называемый избытком однократного испарения, путем незна­чительного перегрева сырья.

Классификация ректификационных колонн и их контактных устройств

Применяемые в нефте- и газопереработке ректификационные колонны подразделяются: 1) по назначению для:

- атмосферной и вакуумной перегонки нефти и мазута;

- вторичной перегонки бензина;

- стабилизации нефти, газоконденсатов, нестабильных бензинов;

- фракционирования нефтезаводских, нефтяных и природных газов;

- отгонки растворителей в процессах очистки масел;

- разделения продуктов термодеструктивных и каталитических процессов переработки нефтяного сырья и газов и т.д.;

2) по способу межступенчатой передачи жидкости:

- с переточными устройствами (с одним, двумя или более);

- без проточных устройств провального типа;

3) по способу организации контакта парогазовой и жидкой фаз:

- тарельчатые;

- насадочные;

- роторные.

По типу применяемых контактных устройств наибольшее рас­пространение получили тарельчатые, а также насадочные ректифи­кационные колонны.

В ректификационных колоннах применяются сотни различных конструкций контактных устройств.

Тарельчатые контак­тные устройства подразделяются:по способу организации относительного движения потоков котактирующих фаз на противоточные, прямоточные, перекрестноточные и перекрестнопрямоточные;

Противоточные тарелки характеризуются высокой производитель­ностью по жидкости, простотой конструкции и малой металлоемкостью. Основной их недостаток - низкая эффективность и узкий диапа­зон устойчивой работы, неравномерное распределение потоков по се­чению колонны, что существенно ограничивает их применение.

Прямоточные тарелки отличаются повышенной производитель­ностью, но умеренной эффективностью разделения и повышенным гидравлическим сопротивлением и трудоемкостью изготовления, предпочтительны для применения в процессах разделения под дав­лением.

К перекрестноточным типам тарелок, получившим в современ­ной технологии переработки нефти и газа преимущественное при­менение, относятся:

1) тарелки с нерегулируемым сечением контактирующих фаз следующих конструкций.

2) тарелки с регулируемым сечением следующих конструкций

Перекрестноточные тарелки характеризуются в целом (за исклю­чением ситчатых) наибольшей разделительной способностью, по­скольку время пребывания жидкости на них наибольшее по сравне­нию с другими типами тарелок. К недостаткам колпачковых таре­лок следует отнести низкую удельную производительность, относи­тельно высокое гидравлическое сопротивление, большую металло­емкость, сложность и высокую стоимость изготовления.

Следует отметить, что универсальных конструкций тарелок, эф­фективно работающих «всегда и везде», не существует. При выборе конкретного типа тарелок из множества альтернативных вариантов следует отдать предпочтение той конструкции, основные (не обяза­тельно все) показатели эффективности которой в наибольшей степе­ни удовлетворяют требованиям, предъявляемым исходя из функцио­нального назначения ректификационных колонн. Так, в вакуумных колоннах предпочтительно применение контактных устройств, име­ющих как можно меньше гидравлическое сопротивление.

Насадочные колонны применяются преимущественно в малотон­нажных производствах и при необходимости проведения массообменных процессов с малы перепадом давления.

При нормальной эксплуатации насадочных ко­лонн массообмен происходит в основном в пленочном режиме на смо­ченной жидкостью поверхности насадок. Естественно, чем больше удельная поверхность насадки, тем эффективнее массообменный про­цесс. Однако насадки с высокой удельной поверхностью характери­зуются повышенным гидравлическим сопротивлением. В химической промышленности и нефтегазопереработке применяют разнообразные по форме и размерам насадки, изготавливаемые из различных мате­риалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.)

Рис.4.10.

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

Основной недостаток нерегулярных (насыпных) насадок, огра­ничивающий их применение в крупнотоннажных производствах, -неравномерность распределения контактирующих потоков по сече­нию аппарата. Регулярные насадки, изготавливаемые из сетки, пер­форированного 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 досто­инством, таким, как низкое гидравлическое сопротивление.

По этому показателю они значительно превосходят любой из извест­ных типов тарельчатых контактных устройств. В этой связи в после­дние годы за рубежом и в нашей стране начаты широкие научно-исследовательские работы по разработке самых эффективных и пер­спективных конструкций регулярных насадок и широкому приме­нению 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 глу­бокий вакуум в колоннах и существенно увеличить отбор вакуумно­го газойля и достичь температуры конца кипения до 600 °С.

Дата добавления: 2014-01-04