1.9. Блок атмосферной перегонки нефти
На атмосферных нефтеперегонных установках нефть обычно разделяют на четыре дистиллятных фракции и остаток – мазут. Побочным продуктом является смесь углеводородных газов, часто содержащая сероводород, который образуется из нестойких соединений серы при нагреве нефти [7].
Наиболее распространенной в нашей стране является установка АТ по схеме двукратного испарения и двукратной ректификации (рис. 1.2).
Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в теплообменниках и поступает на разделение в колонну частичного отбензинивания (К–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 К-1 в качестве флегмы. Отбензиненная нефть с низа колонны К-1 подается в трубчатую печь, где нагревается до требуемой температуры и поступает в атмосферную колонну (К-2). С верха К-2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку, через отпарные колонны выводятся топливные фракции: керосиновая, легкая и тяжелая дизельные.
Рис. 1.2. Принципиальная схема атмосферного блока:
1 – отбензинивающая колонна; 2 – атмосферная колонна; 3 – отпарная клона; 4 – трубчатая печь; 5 – конденсатор-холодильник; 6 – теплообменник; 7 – рефлюксная емкость;
I – нефть с ЭЛОУ; II – пары бензина; III – флегма; IV – легкий бензин; V – отбензиненная нефть; VI – пары тяжелого бензина; VII – тяжелый бензин; VIII – циркуляционное орошение; IX, X, XI – боковые погоны; XII – керосиновая фракция; XIII – легкая дизельная фракция; XIV – тяжелая дизельная фракция; XV – мазут; XVI – водяной пар; XVII – газы.
Атмосферная колонна, кроме острого орошения (флегмы), имеет три циркуляционных орошения (или два), которые отводят тепло ниже тарелок отбора боковых погонов. В нижние части атмосферной и отпарных колонн (под нижние тарелки) подается перегретый водяной пар для отпарки легко кипящих фракций. С низа К-2 выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки [10].
1.10. Краткие выводы по атмосферной перегонке нефти
Атмосферная перегонка нефти осуществляется при атмосферном давлении и температуре кипения углеводородов до 350–360оС.
В зависимости от технологической схемы перегонка может проводиться:
на установках с однократным испарением;
на установках с двукратным испарением;
на установках с предварительным испарением.
Выбор той или иной схемы будет зависит от физико-химического состава перегоняемой нефти. В основном предпочтительнее схема с двукратным испарением (последовательно в колоннах отбензинивания К-1 и атмосферной К-2).
Разделение нефти на фракции осуществляется за счет процесса ректификации. Контакт между паровой и жидкой фазами происходит на ректификационных тарелках.
Температуру и давление в колонне выбирают такими, чтобы можно было использовать доступные и дешевые хладагенты для конденсации паров ректификации. Давление в колонне сверху вниз увеличивается за счет гидравлического сопротивления тарелок (обычно давление в К-1 до 4 атм, в К-2 до 1,5 атм).
Температура в ректификационной колонне снижается от куба к самой последней, верхней, тарелке. Таким образом, достаточно сделать отводы на разной высоте, чтобы получать прямогонные фракции перегонки нефти, каждая из которых кипит в заданных температурных пределах. Фракция имеет свое конкретное назначение и в зависимости от него может быть широкой или узкой, то есть выкипать в установленном интервале температур.
В атмосферной колонне важными точками регулирования являются температуры поступающего сырья и выводимых из колонны продуктов. Температура ввода зависит от фракционного состава сырья, от требуемой глубины отбора, от качества получаемых продуктов.
Чтобы поддерживать температуру низа колонны и создать большую поверхность испарения (увеличить концентрацию высококипящих компонентов в остатке), в нижнюю ее часть вводят испаряющий агент, преимущественно водяной пар. Водяной пар подают и в стриппинг секции.
От применения горячей струи (для поддержания температуры низа К-1) отказались ввиду множества ее недостатков.
Температурный режим ректификационной колонны регулируется за счет:
острого орошения (температура верха);
циркуляционного орошения (температура вывода боковых фракций).
Качество же получаемых продуктов перегонки регулируется за счет:
отпарных колонн (предотвращают попадание во фракцию более легких компонентов, т.е. температуру начала кипения);
циркуляционного орошения (не допускают попадания во фракцию более тяжелых компонентов, т.е. температуру конца кипения);
КПД тарелок.
Тепло циркуляционных орошений используется для нагрева сырья.
Проблемы, возникающие при атмосферной перегонке нефти:
на большинстве установок ректификация протекает нечетко, и в результате:
продукты не соответствуют требуемому фракционному составу;
часть светлых проваливается в мазут;
б) недостаточный подогрев сырья – в итоге не достигается требуемая доля отгона;
в) низкий КПД контактных устройств – это приводит к большему количеству ректификационных тарелок в колонне, увеличивается ее высота, возрастают капитальные вложения;
г) наблюдается обводненность продуктов при использовании водяного пара как испаряющего агента; возрастают энергозатраты в связи с его использованием.
Предлагаемые пути решения указанных проблем:
необходимо правильно подбирать схемы отдельных узлов;
наиболее целесообразно использовать энергетические потоки, в том числе достигать необходимую температуру нагрева сырья перед колонной отбензинивания (она должна составлять не ниже 220–240 оС);
подбирать эффективные контактные устройства;
замена водяного пара как испаряющего агента.