Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

431

Технологический режим и характеристика ректификационных колонн

блока стабилизации и вторичной перегонки бензина

№ колонны

1 2 3 4 5

Температура, °С

питания 145 154 117 111 150

верха 75 134 82 96 132

низа 190 202 135 127 173

в емкости орошения 55 97 60 80 110

Кратность орошения, кг/кг 3,5 : 1 1,3 : 1 4 : 1 2,2 : 1 2,4 : 1

Давление, МПа 1,1 0,45 0,35 0,20 0,13

Диаметр, м

верхняя часть 2,8 3,6 3,6 2,8 4,0

нижняя часть 3,6 — — — —

Число тарелок

40 60 60 60 60

3.3.5. Особенности технологии вакуумной перегонки мазута

по масляному варианту

Основное назначение процесса вакуумной перегонки мазута масля

ного профиля (ВТМ) — получение узких масляных фракций заданной

вязкости, являющихся базовой основой для получения товарных масел

путем последующей многоступенчатой очистки от нежелательных ком

понентов (смолистых, асфальтеновых соединений, полициклических

ароматических углеводородов, твердых парафинов).

Многие показатели качества (вязкость, индекс вязкости, нагаро-

образующая способность, температура вспышки и др.) товарных масел,

а также технико-экономические показатели процессов очистки масля

ного производства во многом предопределяются качеством исходных

нефтей и их масляных фракций. Поэтому в процессах ВТМ, по срав

нению с вакуумной перегонкой топливного профиля, предъявляются

более строгие требования к четкости погоноразделения и выбору сырья.

Наиболее массовым сырьем для производства масел в нашей стране

являются смеси западно-сибирских (самотлорская, усть-балыкская,

соснинская) и волго-уральских (туймазинская, ромашкинская, волго

градская) нефтей. Для получения масел высокого качества из таких

нефтей рекомендуется получать узкие 50-градусные масляные фракции

(350

…400; 400…450 и 450…500 °С) с минимальным налеганием темпера-

Тип тарелок — клепаные перекрестно-прямоточные.

432

тур кипения смежных дистилятов (не более 30…60 °С). Для обеспечения

требуемой четкости погоноразделения на ректификационных колоннах

ВТМ устанавливают большее число тарелок (до 8 на каждый дистил

лят), применяют отпарные секции; наряду с одноколонными широко

применяют двухколонные схемы (двухкратного испарения по дистил

ляту) перегонки (рис. 3.18а,б).

Следует отметить, что одноколонные ВТМ превосходят двухколон

ные по капитальным и эксплуатационным затратам, но уступают по

четкости погоноразделения: обычно налегание температур кипения

между смежными дистиллятами достигает 70

…130 °С. В то же время

желаемое повышение четкости ректификации путем увеличения чис

ла тарелок не достигается из

-за снижения при этом глубины вакуума

в секции питания колонны.

При работе установки ВТМ по схеме, изображенной на рис. 3.18

а,

давление в секции питания колонны поддерживается порядка 13...33 кПа

при давлении вверху

6…10 кПа и температуре нагрева мазута не выше

420 °С. В низ колонны подается

5…10 % водяного пара (на гудрон). При

работе ВТМ по схеме, показанной на рис. 3.18

б, необязательно иметь

во второй колонне глубокий вакуум, больший эффект разделения

в ней достигается увеличением общего числа тарелок. Температура на

грева мазута на входе в первую колонну

400…420 °С и широкой масля-

ной фракции во второй ступени вакуумной перегонки — 350…

360 °С.

Рис. 3.18. Схемы одноколонной (а) и двухколонной (б) перегонки мазута по масляному варианту:

I — мазут; II, III и IV — соответственно маловязкий, средневязкий и высоковязкий дистилляты;

V — гудрон; VI — водяной пар; VII — неконденсированные газы и водяной пар; VIII — легкий ваку

умный газойль

433

3.3.6. Вакуумная (глубоковакуумная) перегонка мазута

в насадочных колоннах

В последние годы в мировой нефтепереработке все более широкое

распространение при вакуумной перегонке мазута получают насадоч

ные контактные устройства регулярного типа, обладающие, по срав

нению с тарельчатыми, наиболее важным преимуществом — весьма

низким гидравлическим сопротивлением на единицу теоретической

тарелки. Это достоинство регулярных насадок позволяет конструиро

вать вакуумные ректификационные колонны, способные обеспечить

либо более глубокий отбор газойлевых (масляных) фракций с темпе

ратурой конца кипения вплоть до

600 °С, либо при заданной глубине

отбора существенно повысить четкость фракционирования масляных

дистиллятов.

Применяемые в настоящее время высокопроизводительные ваку

умные колонны с регулярными насадками по способу организации

относительного движения контактирующих потоков жидкости и пара

можно подразделить на следующие 2 типа:

— противоточные;

— перекрестноточные.

Противоточные вакуумные колонны с ре

гулярными насадками конструктивно мало

отличаются от традиционных малотоннажных

насадочных колонн: только вместо насадок

насыпного типа устанавливаются блоки или

модули из регулярной насадки и устройства

для обеспечения равномерного распределения

жидкостного орошения по сечению колонны.

В сложных колоннах число таких блоков (мо

дулей) равно числу отбираемых фракций ма

зута.

На рис. 3.19 представлена принципиальная

конструкция вакуумной насадочной колонны

противоточного типа фирмы Гримма (ФРГ).

Она предназначена для глубоковакуумной пе

регонки мазута с отбором вакуумного газойля

с температурой конца кипения до 550 °С.

Рис. 3.19. Принципиальная конструкция

противоточной насадочной колонны фирмы «Грима» (ФРГ):

I — мазут; II — легкий вакуумный дистиллят; III — глубоковаку

умный газойль; IV — гудрон; V — водяной пар; VI — газы и пары

в вакуумсоздающей системе

434

Отмечаются следующие достоинства этого процесса:

— высокая производительность — до

4 млн т/год по мазуту;

— возможность получения глубоковакуумного газойля с температурой

конца кипения более

550 °С с низкими коксуемостью (< 0,3 % мас.

по Конрадсону) и содержанием металлов (V + 10Ni + Na) менее

2,5 ррm;

— пониженная

(на 10…15 °С) температура нагрева мазута после печи;

— более чем в

2 раза снижение потери давления в колонне;

— существенное снижение расхода водяного пара на отпарку

На Шведском НХК

(ФРГ) эксплуатируются две установки этой

фирмы производительностью по 2 млн т

/г по мазуту. Вакуумная ко-

лонна оборудована регулярной насадкой типа «Перформ-Грид»

. Дав-

ление в верху и зоне питания колонны поддерживается соответственно

7 и 36 гПа (5,2 и 27 мм рт. ст.).

На ряде НПЗ развитых капиталистических стран эксплуатируются

аналогичные высокопроизводительные установки вакуумной

(глубо-

ковакуумной) перегонки мазута, оборудованные колоннами с регуляр

ными насадками типа «Глитч

-Грид».

На некоторых отечественных НПЗ внедрена и успешно функциони

рует принципиально новая высокоэффективная технология вакуумной

перегонки мазута в перекрестноточных насадочных колоннах

Гидродинамические условия контакта паровой и жидкой фаз в пере

крестноточных насадочных колоннах

(ПНК) существенно отличаются

от таковых при противотоке

. В противоточных насадочных колоннах

насадка занимает все поперечное сечение колонны

, а пар и жидкость

движутся навстречу друг другу

. В ПНК насадка занимает только часть

поперечного сечения колонны

(в виде различных геометрических фи-

гур: кольцо, треугольник, четырехугольник, многоугольник и т.

д.). Пе-

рекрестноточная

регулярная насадка изготавливается из традиционных

для противоточных насадок материалов

: плетеной или вязаной метал-

лической сетки

(так называемые рукавные насадки), просечно-вытяж-

ных листов

, пластин и т. д. Она проницаема для пара в горизонтальном

направлении и для жидкости в вертикальном направлении

. По высоте

ПНК разделена распределительной плитой на несколько секций

(моду-

лей), представляющих собой единую совокупность элемента регулярной

насадки с распределителем жидкостного орошения. В пределах каждого

модуля организуется перекрестноточное

(поперечное) контактирова-

ние фаз

, то есть движение жидкости по насадке сверху вниз, а пара —

Разработчики — профессор УГНТУ К. Ф. Богатых с сотрудниками.

435

в горизонтальном направлении. Следовательно, в ПНК жидкость и пары

проходят различные независимые сечения, площади которых можно

регулировать

(что дает проектировщику дополнительную степень сво-

боды), а при противотоке — одно и то же сечение. Поэтому перекрест-

ноточный контакт фаз позволяет регулировать в оптимальных преде

лах плотность жидкого и парового орошений изменением толщины

и площади поперечного сечения насадочного слоя и тем самым обеспе

чить почти на порядок превышающую при противотоке скорость паров

(в расчете на горизонтальное сечение) без повышения гидравлическо-

го сопротивления и значительно более широкий диапазон устойчивой

работы колонны при сохранении в целом по аппарату принципа и до

стоинств противотока фаз, а также устранить такие дефекты, как захле

бывание, образование байпасных потоков, брызгоунос и другие, харак

терные для противоточных насадочных или тарельчатых колонн.

Экспериментально установлено, что перекрестноточный насадоч

ный блок конструкции Уфимского государственного нефтяного уни

верситета

(УГНТУ), выполненный из металлического сетчато-вязано-

го рукава, высотой 0,5

м, эквивалентен одной теоретической тарелке

и имеет гидравлическое сопротивление в пределах всего

1 мм рт. ст.

(133,3 Па), то есть в 3…5 раз ниже по сравнению с клапанными тарел-

ками. Это достоинство особенно важно тем, что позволяет обеспечить

в зоне питания вакуумной ПНК при ее оборудовании насадочным

слоем, эквивалентным 10

…15 тарелкам, остаточное давление менее

…30 мм рт. ст. (27…40 гПа) и, как следствие, значительно углубить от-

бор вакуумного газойля и тем самым существенно расширить ресурсы

сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга

. Так, расчеты

показывают, что при глубоковакуумной перегонке нефтей типа запад-

но

-сибирских выход утяжеленного вакуумного газойля 350…690 °С

составит 34,1 % (на нефть), что в 1,5 раза больше по сравнению с от-

бором традиционного вакуумного газойля 350

…500 °С (выход которого

составляет 24,2 %). С другой стороны, процесс в насадочных колоннах

можно осуществить в режиме обычной вакуумной перегонки

, но с вы-

сокой четкостью погоноразделения, например, масляных дистиллятов

Низкое гидравлическое сопротивление регулярных насадок позволяет

«вместить» в вакуумную колонну стандартных типоразмеров в

3…5 раза

большее число теоретических тарелок

. Возможен и такой вариант экс-

плуатации глубоковакуумной насадочной колонны, когда перегонка

мазута осуществляется с пониженной температурой нагрева или без

подачи водяного пара.

Отмеченное выше другое преимущество ПНК — возможность ор

ганизации высокоплотного жидкостного орошения — исключительно

436

важно для эксплуатации высокопроизводительных установок вакуум-

ной или глубоковакуумной перегонки мазута, оборудованных колонной

большого диаметра

. Для сравнения сопоставим потребное количество

жидкостного орошения применительно к вакуумным колоннам про

тивоточного и перекрестноточного типов диаметром

8 м (площадью

сечения

≈ 50 м

). При противотоке для обеспечения даже понижен-

ной плотности орошения

≈ 20 м

/м

ч на орошение колонны требуется

× 20 = 1000 м

/ч жидкости, что технически не просто осуществить.

При этом весьма сложной проблемой становится организация равно

мерного распределения такого количест-

ва орошения по сечению колонны.

В ПНК, в отличие от противоточ

ных колонн

, насадочный слой занимает

только часть ее горизонтального сечения

площадью на порядок и более меньшую

В этом случае для организации жидкост

ного орошения в вакуумной ПНК ана

логичного сечения потребуется

250 м

/ч

жидкости, даже при плотности орошения

/м

ч, что энергетически выгоднее

и технически проще.

На рис. 3.20 представлена принци-

пиальная конструкция вакуумной пере

крестноточной насадочной колонны

внедренной на АВТ

-4 ПО «Салаватнеф-

теоргсинтез». Она предназначена для

вакуумной перегонки мазута арланской

нефти с отбором широкого вакуумного

газойля – сырья каталитического кре

кинга. Она представляет собой цилин

дрический вертикальный аппарат

(ранее

бездействующая вакуумная колонна

)

с расположением насадочных модулей

внутри колонны по квадрату. Диаметр

колонны

8 м, высота укрепляющей час-

ти около 16

м. В колонне смонтирован

телескопический ввод сырья

, улита, от-

бойник и шесть модулей из регулярной

насадки УГНТУ. Четыре верхних мо

дуля предназначены для конденсации

Рис. 3.20. Принципиальная конструкция

вакуумной перекрестноточной

насадочной колонны АВТ-4

ПО «Салаватнефтеоргсинтез»:

1 — телескопическая трансферная ли

ния; 2 — горизонтальный отбойник;

3 — блок перекрестноточной регу

лярной насадки квадратного сечения;

I — мазут; II — вакуумный газойль;

III — гудрон;IV — затемненный газойль;

V — газы и пары

437

вакуумного газойля, пятый является фракционирующим, а шестой

служит для фильтрации и промывки паров. Для снижения крекинга

в нижнюю часть колонны вводится охлажденный до 320 °С и ниже

гудрон в виде квенчинга. Поскольку паровые и жидкостные нагрузки

в ПНК различны по высоте, насадочные модули выполнены различны

ми по высоте и ширине в соответствии с допустимыми нагрузками по

пару и жидкости. Предусмотрены циркуляционное орошение, рецикл

затемненного продукта, надежные меры против засорения сетчатых

блоков механическими примесями, против вибрации сетки и проскока

брызгоуноса в вакуумный газойль.

Давление в зоне питания колонны составило 20

…30 мм рт. ст., или

27…40 гПа, а температура верха — 50…70 °С; конденсация вакуумного

газойля была почти полной: суточное количество конденсата легкой

фракции (180

…290 °С) в емкости — отделителе воды — составило менее

1 т. В зависимости от требуемой глубины переработки мазута ПНК мо

жет работать как с нагревом его в вакуумной печи, так и без нагрева за

счет самоиспарения сырья в глубоком вакууме, а также в режиме сухой

перегонки. Отбор вакуумного газойля ограничивался из-за высокой

вязкости арланского гудрона и составлял 10…18 % на нефть.

3.3.7. Перекрестноточные насадочные колонны

для четкого фракционирования мазута

с получением масляных дистиллятов

Перекрестноточные насадочные колонны (ПНК) в зависимости от

количества устанавливаемых в них насадочных блоков и, следователь

но, от достигаемого в зоне питания глубины вакуума можно использо

вать в следующих вариантах:

а) вариант глубоковакуумной перегонки с углубленным отбором, но

менее четким фракционированием вакуумных дистиллятов, если

ПНК оборудованы ограниченным числом теоретических ступеней

контакта;

б) вариант обычной вакуумной перегонки, но с более высокой четкос

тью фракционирования отбираемых дистиллятов, когда ПНК обо

рудована большим числом теоретических ступеней контакта.

Второй вариант особенно эффективен для фракционирования мазу

та с получением масляных дистиллятов с более узким температурным

интервалом выкипания за счет снижения налегания температур кипе

ния смежных фракций.

На одном из НПЗ России («Орскнефтеоргсинтез») проведена

реконструкция вакуумного блока установки АВТМ, где ранее отбор

438

масляных дистиллятов осуществлял-

ся по типовой двухколонной схеме

с двухкратным испарением по дистил

ляту (см. рис. 3.18

б) с переводом ее на

одноколонный вариант четкого фрак

ционирования мазута в ПНК. Принци

пиальная конструкция этой колонны

представлена на рис. 3.21.

При реконструкции вакуумной

колонны было смонтировано

20 пере-

крестноточных насадочных блоков (из

просечно-вытяжного листа конструк

ции УГНТУ с малым гидравлическим

сопротивлением), в т

. ч. 17 из которых —

в укрепляющей части, что эквивалентно

10,8 теоретическим тарелкам (вместо

5,6 до реконструкции).

При эксплуатации реконструиро

ванной установки АВТМ были полу

чены следующие результаты по работе

ПНК и качеству продуктов разделения:

Показатели

До

реконструкции

После

реконструкции

Производительность, т/ч 46…48 55

Остаточное давление, мм рт. ст:

на верху колонны

в зоне питания

40…70

96…126

40…60

53…73

Температура, °C:

сырья

верха

низа

365…375

165…175

340…355

350…360

165…175

340…350

Расход, т/ч:

верхнего циркуляционного орошения

водяного пара

30…35

0,5…0,8

30…48

0,2…0,42

Число теоретических тарелок

в укрепляющей секции

5,6

10,8

Отбор на нефть, % мас.

I погон

II погон

8,6…9,0

9,0…9,5

10,0…10,4

13,0…15,6

Рис. 3.21. Вакуумная перекресточная на-

садочная колонна для четкого фракцио

нирования мазута на масляные дистил

ляты (авторы разработки К. Ф. Богатых

и С. К. Чураков)

439

Показатели

До

реконструкции

После

реконструкции

Температурный интервал

выкипания фракций, °С (

… t

)

I масляный погон

II масляный погон

130…140

150…160

100…110

105…125

Налегание масляных фракций, °С

70…105 27…60

Температура вспышки, °С:

I масляный погон

II масляный погон

гудрон

175…178

213…217

247…268

184…190

214…221

260…290

Вязкость при 50 °С, сСт:

I масляный погон

II масляный погон

10,5…14

35…59

11,7…17

39…60

Цвет, eд. ЦНТ:

I масляный погон

II масляный погон

1,5…2,0

4,5…5,0

1,5…2,0

3,5…4,5

Как видно из приведенных выше данных, применением ПНК дости-

гается значительная интенсификация процесса вакуумной перегонки

на установках АВТМ. По сравнению с типовым двухколонным энер

гоемким вариантом вакуумной перегонки энергосберегающая техно

логия четкого фракционирования мазута в одной перекрестноточной

насадочной колонне имеет следующие достоинства:

— исключается из схемы вакуумной перегонки вторая трубчатая печь

и вторая вакуумная колонна со всем сопутствующим оборудованием

и вакуумсоздающей системой;

— температура нагрева мазута на входе в ПНК ниже на

10…15 °С;

— расход водяного пара меньше в 2 раза;

— масляные дистилляты имеют более узкий фракционный состав

100–110 вместо 130…140 °С;

— отбор масляных дистиллятов увеличивается с 18,5 до 25 % на нефть;

— производительность вакуумного блока увеличивается примерно

на 10 %.

3.3.8. Особенности технологий фракционирования

газоконденсатов

Добыча и переработка газоконденсатного углеводородного сырья но

сравнению с нефтью и природным газом является сравнительно новой

отраслью нефтегазового комплекса страны. История открытия и экс

плуатации ГК в бывшей СССР началась в 1955 г. с Карадагского место

рождения в Азербайджане. Затем были открыты газоконденсатные мес-

торождения в Краснодарском (Ахтырско-Бугундырское, Украинское,

440

Крымское, Калужское и др.), Ставропольском (Северо-Ставропольское,

Мелагеидинское. Журавлевское, Русский Хутор и др.) краях, Дагестане,

Калмыкии, Ростовской, Астраханской и Оренбургской областях. С 1961

по 1980 гг. были открыты ГК месторождения в Туркмении (всего 38),

Узбекистане (52), Казахстане (где наиболее крупное Карачаганакское)

и на Украине (Шебелинское, Глебовское и др.), Республике Коми (Вук

тыльское). С открытия в 1985 г. Уренгойского месторождения центр

запасов ГК переместился в Западную Сибирь. Наиболее крупными

в настоящее время являются Ямбургское, Уренгойское. Северо-Урен

гойское, Ен-Яхтинское, Песцовое и Заполярное месторождения севера

Тюменской области, Бованенковское, Харасавейское, Крузенштернов

ское на полуострове Ямал, Марковское в Иркутской области и др.

Среди принятых в эксплуатацию имеются газоконденсаты исклю

чительно уникальные но химическому составу. Так, например, ГК Се-

номанской залежи Уренгойского месторождения характеризуется низ

ким содержанием общей серы (около 0,01 %), исключительно высокой

концентрацией нафтеновых углеводородов (95,7 % мас.) и практически

полностью состоит из бензиновых и дизельных фракций.

В последние годы в переработку стали широко вовлекать газовые

конденсаты. Основные его запасы находятся в районах Западной Си

бири, Европейского Севера и Прикаспийской низменности. В районах

добычи выделенный газовый конденсат подвергается стабилизации,

при этом из него удаляются фракции С

–C

и частично С

. Образую-

щийся стабильный газовый конденсат содержит в основном (85 %)

бензиновые и дизельные фракции (до

360 °С). Себестоимость добычи

газоконденсата в

2…4 раза ниже себестоимости добычи нефти, а при

квалифицированном ведении процесса продукты его переработки ока

зываются примерно в

1,5 раза экономичнее нефтепродуктов. Газовые

конденсаты, по сравнению с традиционными нефтями, имеют еще то

преимущество, что их переработка позволяет без значительных капи

тальных затрат существенно повысить глубину переработки нефти

и выход моторных топливных фракций от исходного сырья. Основной

способ получения топлив заключается в прямой перегонке газового

конденсата на отдельные бензиновые и дизельные фракции.

В большинстве случаев бензиновые фракции обладают низкими

октановыми числами и подвергаются дополнительному облагоражива

нию. Керосиновые и дизельные фракции газового конденсата Западной

Сибири в основном соответствуют требованиям ГОСТа на товарную

продукцию, а в случае получения зимних и арктических сортов топлива

их подвергают процессу деперафинизации.