Процессы первичной переработки нефти 2 (стр. 3 из 5)

4.1.2. Способы регулирования температурного режима ректификационных колонн.

Регулирование теплового режима – отвод тепла в концентрационной (укрепляющей) зоне, подвод тепла в отгонной (исчерпывающей) секции колонн и нагрев сырья до оптимальной температуры.

Отвод тепла осуществляется путем:

а) использования парциального конденсатора (кожухотрубчатый теплообменный аппарат; применяется в малотоннажных установках, трудность монтажа);

б) организация испаряющегося (холодного) орошения (наиболее распространена в нефтепереработке);

в) организация неиспаряющегося (циркуляционного) орошения, используется широко и не только для регулирования температуры наверху, но и в средних сечениях сложных колонн. На современных установках перегонки нефти применяются комбинированные схемы орошения.

Подвод тепла в отгонной секции:

г) Нагрев остатка ректификации в кипятильнике с паровым пространством (осуществляется дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильнике с паровым пространством (рибойлере), где он частично испаряется). Образовавшиеся пары возвращаются под нижнюю тарелку колонны. Особенность этого способа - наличие в кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью. По своему разделительскому действию кипятильник эквивалентен одной Т.Т. Этот способ широко применяется на установках фракционирования попутных нефтяных и нефтезаводских газов, при стабилизации и отбензинивании нефти, стабилизации бензинов прямой перегонки и вторичных процессов нефтепереработки.

д) Циркуляция части остатка, нагретого в трубчатой печи. В этом случае часть кубового продукта перекачивается через трубчатую печь и подогретая парожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает вниз колонны. Этот способ используют если необходимо обеспечить высокую температуру низа колонны, когда применение обычных теплоносителей (водяной пар и др.) невозможно или нецелесообразно.

Способы регулирования температуры в ректификационной колонне представлены на рис. 4.2.

Рисунок 4.2. Регулирование температурного режима по высоте колонны:
а, б, в - отвод тепла в концентрационной зоне;
г, д - подвод тепла в отгонной секции.

Использование одного острого орошения в ректификационных колоннах неэкономично, т.к. не обеспечивается оптимальное распределение флегмового числа по высоте колонны.

4.1.3. Выбор давления и температурного режима в ректификационной колонне

На экономические показатели перегонки значительное влияние оказывает давление и температурный режим при принятых значениях флегмового числа, числа и типа тарелок. Такие параметры как давление и температура тесно взаимосвязаны: нельзя оптимизировать один из них без учета другого.

При оптимизации технологических параметров колонны ректификации целесообразно выбрать такие значения давления и температуры, которые:

обеспечивают состояние системы, далекое от критического (должны быть высокие значения коэффициента относительной летучести α).
исключают возможность термической деструкции сырья и продуктов перегонки или кристаллизации их в аппаратах.
позволяют использовать дешевые и доступные хладоагенты для конденсации паров ректификата (вода, воздух) и теплоносители для нагрева и испарения кубовой жидкости (водяной пар высокого давления); кроме того, снижать требуемые поверхности холодильников, конденсаторов, кипятильников, теплообменников.
обеспечивают нормальную работу аппаратов и процессов, связанных с колонной ректификации материальными и тепловыми потоками.
обеспечивают оптимальный уровень по удельной производительности, капитальным и эксплуатационным затратам.

Повышение или понижение давления в ректификационной колонне сопровождается соответствующим повышением или понижением температуры. Например, для получения в качестве ректификата пропана требуемая температура верха колонны при давлении 0,1 и 1,8 МПа будет соответственно минус 42 ºC и плюс 55 ºС (второй вариант: 1,8 МПа и +55 ºС, более предпочтителен, т. к. повышение давления позволяет использовать воду для конденсации паров пропана, а не специальные хладагенты и дорогостоящие низкотемпературные системы охлаждения). Перегонка, например, под вакуумом позволяет осуществить отбор фракций нефти без заметного разложения, выкипающих при температурах, повышающих температуру нагрева сырья больше чем на 100–150 ºС.

Перегонка нефти при атмосферном давлении осуществляется при температуре в зоне питания ректификационной колонны 320–360 ºС, а вакуумная перегонка мазута – при температуре на выходе из печи не выше 430 ºС.

Расчет температуры нагрева сырья проводится по уравнению, которое выведено совместным решением уравнения материального баланса однократного испарения и уравнения равновесия фаз.

где K_pi – константа фазового равновесия компонента i при давлении в системе (П);

, – мольные доли компонента i в исходной смеси, паровой фазе и равновесной жидкости.

4.1.4. Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов

Перегонка нефти на АВТ – многоступенчатый процесс (обессоливание, обезвоживание, отбензинивание, АТ и ВТ, стабилизация и вторичная перегонка бензина). Поэтому рассматривают общий или поступенчатый материальный баланс перегонки нефти.

Общий – под ним понимают выход [в % (масс.)] всех конечных продуктов перегонки от исходной нефти, количество которой принимают за 100 %.

Поступенчатый – за 100 % принимают выход (% масс.) продуктов перегонки на данной ступени (продукты могут быть промежуточные). Поступенчатый материальный баланс перегонки нефти составляется при технологических расчетах АВТ.

Рассмотрим общий баланс, приведенный А.К. Мановяном [27].

Нефть (I) (100 %) поступает на установку с содержанием минеральных солей от 50–300 мг/л и воды 0,5–1,0 % масс.
Углеводородный газ (II). Содержание его в нефти зависит от того, сколько растворенного газа осталось в ней после промысловой подготовки газа. В легкой нефти (ρ 0,8–0,85) — 1,5–1,8 % масс. Для тяжелой — 0,3–0,8 % масс., а в нефти после стабилизации растворенный газ отсутствует. 90 % этого газа – газ из отбензинивающей колонны. Состав: С₁-С4 с примесью С₅ не используется на ГФУ для выделения отдельных углеводородов из-за низкого его давления и мольных количеств; используется как энергетическое топливо в печах АВТ. Если выход 1,5 % и выше газ экономически выгодно компремировать до давления 2–4 МПа и перерабатывать на ГФУ.
Сухой углеводородный газ стабилизации бензина (III) – это часть легких углеводородов С₁–С₃, оставшаяся растворенной в бензине (выход 0,1–0,2 % масс.) давление до 1,0 МПа можно перерабатывать на ГФУ, но из-за низкого содержания часть направляют в газовую линию II и сжигают в печах.
Сжиженная головка стабилизации бензина (IV) содержит пропан и бутан с примесью пентанов (0,2–0,3 % масс.) используется для бытовых нужд (сжиженный газ) или газового моторного топлива для автомобилей (СПБТЛ или СПБТЗ).
Легкая головка бензина (V) – фракция бензина НК–85 ºС (4–6 % масс.) о.ч. не более 70 (моторный метод). Используется для производства нефтяных растворителей или как сырье для каталитической изомеризации (о.ч. 82–85).
Бензиновая фракция 85-180 ºС (VI) (10-14 % масс., о.ч._м = 45÷55); на каталитический риформинг (о.ч. до 88-92) и используется как базовый компонент автомобильных бензинов.
Керосин (Х). Может быть два варианта отбора:

Авиационный керосин 140–230 ºС (10–12 % масс.) марки ТС-1
140–300 ºС (14–18 % масс.)

Дизельное топливо (XI). Атмосферный газойль (180–350 ºС), (22–26 % масс.) – если авиакеросин.

10–12 % масс. – если зимнее или арктическое дизельное топливо.

Легкая газойлевая фракция (XIV) (0,5–1,0 % масс.)

Фракция 100–250 ºС – результат частичной термодеструкции мазута при нагреве его в печи.

Легкий вакуумный газойль (XV) 240–380 ºС (3–5 % масс.) по качеству близка к летнему дизельному топливу (XI).
Вакуумный газойль (XVI) – основной дистиллят вакуумной перегонки мазута по топливному варианту (если нельзя получить масло высокого качества 350–500 ºС (550 ºС)) 21–25 % масс.

Используют как сырье для каталитического крекинга, гидрокрекинга.