- в межступенчатых конденсаторах водой, устанавливаемых непосредственно в пароэжекторных насосах (ПЭК).
Для создания достаточно глубокого вакуума в колонне не обязательно использование одновременно всех перечисленных выше способов конденсации. Так, не обязательно включение в КВС обоих способов конденсации паров с ректификацией в верхней секции колонны: для этой цели вполне достаточно одного из двух способов. Однако ВЦО значительно предпочтительнее и находит более широкое применение, поскольку по сравнению с ОО позволяет более полно утилизировать тепло конденсации паров, поддерживать на верху вакуумной колонны оптимально низкую температуру в пределах 60-80°С, тем самым значительно уменьшить объем паров и газов. Из способов конденсации паров без ректификации вне колонны на установках АВТ старых поколений применялись преимущественно барометрические конденсаторы смешения, характеризующиеся низким гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью теплообмена, кроме того, при этом отпадает необходимость в использовании газосепаратора. Существенный недостаток БКС - загрязнение нефтепродуктом и сероводородом оборотной воды при использовании последней как хладоагента. В этой связи более перспективно использование в качестве хладоагента и одновременно абсорбента охлажденного вакуумного газойля. По экологическим требованиям в КВС современных высокопроизводительных установок АВТ, как правило, входят только поверхностные конденсаторы-холодильники в сочетании с газосепаратором.
В качестве вакуум-насосов в настоящее время применяют струйные насосы - одно- и преимущественно двух- или трехступенчатые эжекторы на водяном паре и промежуточной его конденсацией (ПЭН). Пароэжекционные вакуумные насосы обладают рядом принципиальных недостатков (низкий коэффициент полезного действия, значительный расход водяного пара и охлажденной воды для его конденсации, загрязнение охлаждающей воды и воздушного бассейна и т.д.).
По признаку связи с окружающей средой различают сборники конденсата открытого типа - барометрические колодцы (БК) и закрытого типа - емкости-сепараторы (Е). Вместо широко использовавшихся ранее барометрических колодцев на современных установках АВТ применяют сборники преимущественно закрытого типа, обеспечивающие более высокую экологическую безопасность для обслуживающего персонала.
КВС установок АВТ обязательно включают барометрическую трубу (БТ) высотой не менее 10 м, которая выполняет роль гидрозатвора между окружающей средой и вакуумной колонной.
Глубина вакуума в колоннах при прочих идентичных условиях зависит в значительной степени от температуры хладоагента, подаваемого в выносные конденсаторы-холодильники. При вакуумной перегонке с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при температуре их конденсации:
Температура воды, ° С 10 15 20 25 30 40 50
Давление насыщенных
паров воды, гПа 1,25 17,1 23,4 32,2 42,5 74 124
Поэтому обычно летом вакуум падает, а зимой повышается. Практически давление вверху колонны больше вышеуказанных цифр на величину гидравлического сопротивления потоков паров в трубопроводах и выносных конденсаторах-холодильниках.
В последние годы на вакуумных колоннах ряда НПЗ (Московском. Мозырском. Мажейкяйском, Комсомольском. «Уфанефтехиме» и др.) внедрена и успешно эксплуатируется новая высокоэффективная экологически чистая КВС с использованием жидкостного струйного устройства - вакуумного гидроциркуляционного (ВГЦ) агрегата. В ВГЦ агрегате конденсация паров и охлаждение газов осуществляется не водой, а охлаждающей рабочей жидкостью (применительно к АВТ - газойлевой фракцией, отводимой из вакуумной колонны). По сравнению с традиционным способом создания вакуума с использованием паровых эжекторов КВС на базе ВГЦ агрегатов обладает следующими преимуществами:
- не требует для своей работы расхода воды и пара;
- экологически безопасно, работает с низким уровнем шума, не образует загрязненных сточных вод;
- создает более глубокий вакуум (до 67 Па или 0,5 мм рт. ст.);
- значительно уменьшает потребление энергии и эксплуатационные затраты на тонну сырья;
- позволяет дожимать газы разложения до давления, необходимого для подачи их до установок сероочистки.
Принципиальная технологическая схема КВС для перспективных установок АВТ с использованием ВГУ агрегатов приведена на рисунке 10.
Процессы газофракционирования предназначены для получения из нефтезаводских газов индивидуальных низкомолекулярных углеводородов С1-С6 (как предельных, так и непредельных, нормального или изостроения) или их фракций высокой чистоты, являющихся компонентами высокооктановых автобензинов, ценным нефтехимическим сырьем, а также сырьем для процессов алкилирования и производств метилтретбутилового эфира и т.д.
Источником углеводородных газов на НПЗ являются газы, выделяющиеся из нефти на установках AT, ABT и образующиеся в термодеструктивных или каталитических процессах переработки нефтяного сырья, а также газы стабилизации нестабильных бензинов (таблица 1).
В зависимости от химического состава различают предельные и непредельные газы. Предельные углеводородные газы получаются на установках перегонки нефти и гидрокаталитической переработки (каталитического риформинга, гидроочистки, гидрокрекинга) нефтяного сырья. В состав непредельных газов, получающихся при термодеструктивной и термокаталитической переработке нефтяного сырья (в процессах каталитического крекинга, пиролиза, коксования и др.), входят низкомолекулярные моно-, иногда диолефины как нормального, так и изостроения.
Как правило, предельные и непредельные углеводородные газы на НПЗ перерабатываются раздельно вследствие их различного назначения.
При фракционировании предельных газов получают следующие узкие углеводородные фракции:
- метан-этановую (сухой газ), иногда этановую, которую используют как сырье пиролиза или в качестве хладоагента на установках глубокой депарафинизации масел и т.д.;
- пропановую, используемую как сырье пиролиза, бытовой сжиженный газ и хладоагент для производственных установок;
- -изобутановую, являющуюся сырьем установок алкилирования, производств синтетического каучука;
- бутановую для получения бутадиена или используемую как бытовой сжиженный газ и как компонент автобензинов для регулирования их пусковых свойств;
- изопентановую, которая служит сырьем для производства изопренового каучука и высокооктановым компонентом автобензинов;
- пентановую фракцию - сырье для процессов пиролиза, изомеризации и т.д. Иногда смесь пентанов и более тяжелых углеводородов не разделяют на фракции, а используют как газовый бензин.
Таблица 1 - Состав газов различных процессов переработки ромашкинской нефти, % масс.
| Компонент | Газы процессов переработки | Сжиженные газы стабилизации | ||||||||
| АВТ | КР | ГО диз-топлива | ЗК | пиролиз | КК | АВТ | КР | КК | ЗК | |
| Водород Метан Этилен Этан Пропилен Пропан Изобутилен Н-Бутилен Изобутан Н-Бутан Амилены Изопентан Н-Пентан Гексаны и Выше Примеси | - 2,65 - 13,32 - 41,29 - 8,02 24,50 - 5,05 3,27 1,90 - | 5,50 12,50 - 24,50 - 32,00 - 11,00 14,50 - - - - - | - 34,0 - 24,5 - 20,5 - - 21,0 - - - - - | 0,4 32,5 4,5 21,5 4,0 15,0 2,2 4,4 7,0 8,5 - - - - - | 16,0 34,4 29,3 5,0 10,5 0,2 1,3 1,2 - 0,5 - - - - 1,50 | 2,50 11,0 6,0 8,0 22,0 12,5 6,0 14,0 14,0 4,0 - - - - - | - - - 0,80 - 21,70 - - 14,80 48,20 - 8,10 3,50 2,90 - | - - - 1,60 - 46,9 - - 26,2 21,1 - 2,2 2,0 - - | - - 0,12 0,84 23,00 7,89 19,81 18,81 17,47 4,14 3,07 4,43 0,90 0,06 0,09 | - - 3,5 5,0 7,5 6,6 2,15 6,60 12,90 15,50 13,25 2,10 11,50 13,00 0,75 |
На ГФУ непредельных газов из олефинсодержащих потоков выделяются следующие фракции:
- пропан-пропиленовая - сырье процессов полимеризации и алкилирования, нефтехимических производств;
- бутан-бутиленовая - сырье установок алкилирования для производств метилэтилкетона, полиизобутилена, синтетического каучука и др.;
- этан-этиленовая и пентан - амиленовая фракции, используемые как нефтехимическое сырье.
Получаемые на ГФУ фракции углеводородных газов должны по качеству соответствовать техническим условиям на эти нефтепродукты.
До фракционирования углеводородные газы направляются вначале в блоки очистки от сероводорода и осушки.
На нефте- и газоперерабатывающих заводах наибольшее распространение получили следующие физические процессы разделения углеводородных газов на индивидуальные или узкие технические фракции: конденсация, компрессия, ректификация и абсорбция. На ГФУ эти процессы комбинируются в различных сочетаниях.
Компрессия и конденсация — процессы сжатия газа компрессорами и охлаждения его в холодильниках с образованием двухфазной системы газа и жидкости. С повышением давления и понижением температуры выход жидкой фазы возрастает, причем сконденсировавшиеся углеводороды облегчают переход легких компонентов в жидкое состояние, растворяя их. Обычно применяют многоступенчатые (2, 3 и более) системы компрессии и охлаждения, используя в качестве хладоагентов воду, воздух, испаряющиеся аммиак, пропан или этан. Разделение сжатых и охлажденных газов осуществляют в газосепараторах, откуда конденсат и газ направляют на дальнейшее фракционирование методами ректификации или абсорбции.
Абсорбция - процесс разделения газовых смесей, основанный на избирательном поглощении отдельных компонентов сырья жидким поглотителем - абсорбентом. Растворимость углеводородов в абсорбенте возрастает с повышением давления, ростом молекулярной массы и понижением температуры процесса ниже критической температуры абсорбируемого газа.