Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

461

Шлемовая линия — толстостенная труба из углеродистой стали. Ко-

жухотрубчатый пучок конденсатора головного погона — углеродистая

сталь.

Условия работы эжекторов по жесткости не уступают ускоренным

коррозионным испытаниям.

Паровые сопла изготавливают из нержавеющей стали, но лучше из

монеля. Горловину, которая корродирует сильнее, изготавливают из ин

конеля, монеля или нержавеющей стали, всасывающие камеры — из

чугуна. Колено, соединяющее последнюю ступень эжектора с конден

сатором, наиболее, подвержено износу, его выполняют из инконеля.

3.5.4. Некоторые аспекты эксплуатации

и совершенствования вакуумсоздающих систем

При эксплуатации системы создания вакуума с помощью баромет-

рических конденсаторов смешения на действующих установках АВТ

с уходящей водой теряется до

0,80…0,98 % на перерабатываемую нефть

дизельной и газойлевой фракции. Неконденсирующиеся газы разложе

ния, в том числе и сероводород, выбрасываются в атмосферу. Частичное

растворение сероводорода в воде, подаваемой на конденсацию, вызыва

ет усиленную коррозию труб (от конденсаторов смешения до баромет-

рического колодца, коллектора и линий подачи воды в конденсаторы)

и требует создания на НПЗ изолированной третьей барометрической

системы оборотного водоснабжения. Замена конденсаторов смешения

конденсаторами поверхностного типа позволяет исключить большие

потери нефтепродукта, загрязнение сточных вод и воздушного бассей

на, поэтому осуществляемый в настоящее время на некоторых заводах

переход на новую систему создания вакуума на атмосферно-вакуумных

и вакуумных установках заключается в полной замене конденсаторов

смешения поверхностными конденсаторами кожухотрубчатого типа.

С целью обеспечения современных технологических, экологичес-

ких требований к процессу вакуумной перегонки были созданы гид-

роэжекторные системы, применение которых позволяет сократить по

требление водяного пара и объемы сточной воды на установке АВТ до

минимума.

Особенностью таких систем является их оснащение жидкостно-

газоструйным аппаратом, в качестве рабочего тела которого выступает

одна из фракций, получаемых на той же установке АВТ. Теоретические

исследования и разработки наиболее системно выполнены фирмами

«Техновакуум» и «Технотон», предлагающие оригинальные техноло

гические схемы таких вакуумсоздающих систем.

462

На рис. 3.30 пред-

ставлена принципи

альная схема гидро

эжекторной вакуум

ной системы, раз

работанной фирмой

«Техновакуум».

Газы разложения

мазута и пары угле

водородов, воды из

вакуумной колонны

К-5 поступают в каче-

стве пассивного тела

в вакуумсоздающее

устройство

В-1, куда из сепаратора С-1 насосом Н-1 через холодильник

Т-1 нагнетается рабочая жидкость (фракция дизельного топлива из ат-

мосферной колонны

К-2). В результате контакта активного и пассивного

тел происходит конденсация паров, сжатие газов разложения до задан

ного давления 10

…20 мм рт. ст. Газожидкостная смесь из В-1 разделяется

в сепараторе

С-1, избыток рабочего тела отводится из системы, а рабо-

чая жидкость дополнительно обновляется свежей дизельной фракцией

Таким образом

, создается замкнутый контур рабочего тела, полностью

исключаются использование водяного пара и в максимальной степени

снижается объем загрязненных промышленных стоков.

Вакуумсоздаюшая система, разработанная фирмой «Технотон»

принципиально отличается от приведенной выше, и это связано с при

менением двухступенчатой или трехступенчатой гидроэжекторной сис-

темы, в которой используются принципы вихревого эжектирования па

рогазовых систем рабочей жидкостью. Принципиальная схема такой

гидроэжекторной системы дана на рисунке 3.31.

Газы разложения мазута, пара углеводородов, воды из вакуум

ной колонны

К-5 поступают в струйный или вихревой эжектор В-1

и далее во вихревой эжектор

В-2. Рабочим телом этих эжекторов яв-

ляется дизельная фракция

(или вакуумный газойль), откачиваемая из

сепаратора

С-1 насосом Н-1 через фильтры Ф-1, Ф-2 в оба эжектора

одновременно. Поток рабочей жидкости после эжектора В-2 подается

в циклонный газоотделитель

Ц-1 и далее охлаждается в Т-1 и воз-

вращается в сепаратор

С-1. Потоки газов, выводимые из Ц-1, также

подаются в сепаратор

С-1 для отделения растворенных газов и далее

отводятся в печь для дожига. Как и в предыдущем случае, осущест

Рис. 3.30. Схема создания вакуума вакуумсоздающей системы

фирмы «Техновакуум»

463

вляется вывод избытка рабочей жидкости и подача свежей дизельной

фракции (или вакуумного газойля). В табл. 3.12 приведены сравнитель

ные характеристики двух вакуумсоздающих систем – пароэжекторной

и гидроэжекторной.

Сопоставление эксплуатационных параметров показывает безуслов

ные преимущества гидроэжекторной системы, которые заключаются

в снижении остаточного давления на верху колонны до 15

…30 мм. рт. ст.,

увеличении выхода вакуумного газойля в 1,5 раза, сокращении потреб-

ления водяного пара до минимума, снижении объемов и загрязненнос-

ти сточных вод. Вместе с тем гидроэжекторные системы отличаются

от пароэжекторных намного большим потреблением электроэнергии

и необходимостью использования высоконапорных насосов.

Рис. 3.31. Принципиальная схема двухступенчатой гидроэжекторной системы «Технотон»

464

Таблица 3.12 — Характеристика систем

Параметры

Пароэжекторная

система

Гидроэжек-

торная

система

Расход мазута, м

/ч 255…270 264…282

Остаточное давление на верху К-5, мм рт. ст. 40…60 15…30

Температура

, °С:

низа колонны

верха колонны

350…355

150…170

350…360

110…120

Отбор вакуумного газойля, т/сут 1221 1815

Содержание в гудроне фракций до 500 °С, % 25 18

Расход водяного пара на эжектор, т/год 4814 —

Содержание H

S в стоках , мг/л 150 5

Реализация возможностей снижения вакуума в ректификацион

ной колонне должна сочетаться с необходимостью такого оформления

технологии. Часто на НПЗ вслед за модернизацией вакуумсоздающих

систем следует полная замена массообменных элементов (тарелок

на насадочные устройства), в результате достигается максимальный

эффект в виде улучшения качества масляных фракций (сужение пре

делов выкипания до 40

…50 °С) либо осуществляется производство

остаточных дорожных битумов, получаемых без процесса окисления,

т. е. непосредственно в вакуумной колонне в виде кубового продукта.

Вакуумсоздающие системы на установках АВТ являются важными

узлами, от эффективной работы которых зависит глубина переработки

мазутов и качество получаемых продуктов.

465

Глава 4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

Введение

Назначение, классификация, основные показатели, сорта, требования

к качеству смазочных масел изложены в п. 1.3.6.

Практически любое смазочное масло представляет собой масляную

основу — базовое масло, в которое вводят присадки разного функцио

нального назначения.

Масляная основа нефтяных смазочных масел представляет собой

сложную смесь высококипящих углеводородов с числом углеродных

атомов 20…60 (молекулярной массы 300…750), выкипающих в ин

тервале 300…650 °С. Сырьем для их производства является мазут,

а главным процессом — вакуумная перегонка, в результате которой по

лучают узкие масляные фракции (от 1 до 4) и гудрон. В этих фракциях

содержатся: парафиновые углеводороды (алканы нормального и изо

строения); нафтеновые углеводороды (цикланы), содержащие пяти-

и шестичленные кольца с парафиновыми цепями разной длины; арома

тические углеводороды (арены моно- и полициклические); гибридные

углеводороды, а также смолисто-асфальтеновые вещества и серо-, азот-

и кислородсодержащие гетероорганические соединения. В исходных

масляных фракциях нефти содержатся компоненты, составляющие

основу базовых масел, и так называемые нежелательные компоненты,

ухудшающие физико-химические и эксплуатационные свойства товар

ных масел, такие как смолисто-асфальтеновые, полициклические аро

матические и высокомолекулярные парафиновые углеводороды. По

этому технология производства базовой основы смазочных масел осно

вана на избирательном удалении из масляных фракций нежелательных

углеводородов при максимально возможном сохранении компонентов,

обеспечивающих требуемые физико-химические и эксплуатационные

свойства конечных товарных масел.

Методы удаления нежелательных компонентов, то есть очистки мас

ляных фракций, делятся на химические и физические.

При химической очистке используют реагенты (щелочь, кислоту,

водород), химически взаимодействующие с удаляемыми компонента

466

ми. Наиболее старыми, но до сих пор используемыми методами явля-

ются сернокислотная и щелочная очистки. В процессе сернокислотной

очистки из исходного сырья удаляются преимущественно смолисто-ас

фальтеновые вещества и полициклические ароматические углеводоро

ды. Кислые вещества, остающиеся в очищенном масле после удаления

кислого гудрона, удаляют обработкой водным раствором щелочи или

контактированием с отбеливающими землями. При гидрогенизацион

ных методах очистки требуемое качество масел достигается химичес-

ким преобразованием нежелательных компонентов сырья в углеводо

роды нужной структуры.

Физические методы

очистки масел предусматривают разделение

масляной фракции на две части без изменения химического строения

углеводородов исходного сырья.

Из массообменных процессов фракционирования многокомпонент

ных смесей в производствах смазочных масел наибольшее распростра

нение получили экстракционные процессы, основанные на использо

вании различной растворимости углеводородов в растворителях

В этих процессах фракционирование масляного сырья осуществляется

не по температурным пределам кипения, а по химическому углеводо

родному составу. Одни групповые химические компоненты сырья хоро

шо растворяются в выбранном для данного экстракционного процесса

растворителе, а другие, наоборот, плохо или совсем не растворяются.

В последние годы в технологии производства базовых масел все

более широкое применение находят гидрокаталитические процессы,

такие как гидроочистка, гидрокрекинг, гидроизомеризация, гидродепа

рафинизация. В этих процессах улучшение качества смазочных масел

достигается не удалением нежелательных компонентов, а химическим

преобразованием их в высокоиндексные низкозастывающие углево

дороды с низким содержанием гетероатомов под действием водорода

и катализаторов при повышенных температурах и давлениях (см. гл. 8).

4.1. Основные понятия и определения

экстракционных процессов

Целевое назначение экстракционных процессов масляных произ-

водств – удаление из исходного сырья низкоиндексных и коксогенных

компонентов, таких как смолисто-асфальтеновые и полициклические

углеводороды, а также высокоплавких парафинов, ухудшающих низ

котемпературные свойства товарных масел. В производстве нефтяных

смазочных масел применяются следующие 3 типа экстракционных

процессов: деасфальтизация гудронов, селективная очистка деасфаль

467

тизированных гудронов и масляных дистиллятов и депарафинизация

экстрактивной кристаллизацией.

Из технологических параметров экстракционных процессов наи-

большее значение имеют температура экстракции, соотношение рас-

творитель : сырье (кратность растворителя) и являющаяся функцией

этих параметров критическая температура растворения.

Критическая температура растворения (KTP)

. При смешении

сырья с растворителем при постоянной температуре вначале происходит

полное растворение растворителя в сырье. При дальнейшем увеличении

кратности растворителя образуется дисперсная (гетерогенная) система,

состоящая из двух фаз: одна из них

– дисперсионная среда, представляю-

щая собой растворитель с растворенными компонентами, а другая

—

дисперсная фаза

— нерастворенные компоненты с растворителем. При

значительной кратности растворителя может происходить полная рас-

творимость сырья.

При неизменной кратности растворителя с повышением температу-

ры увеличивается содержание растворенных компонентов сырья и при

достижении определенной температуры, называемой КТР, и выше этой

температуры сырье полностью смешивается с растворителем, образуя

гомогенную, то есть однофазную

систему. Кривая растворимости

масляного сырья в растворителях

может быть различной в зависимос-

ти от качества сырья и типа раство-

рителя. На рис.

4.1 представлена

в качестве примера типичная кри-

вая растворимости масляного дис-

тиллята парафинистой нефти в

фурфуроле: внутри этой кривой

находится область существования

двух фаз, вне ее

— область полной

взаимной растворимости.

Разделение исходного сырья на групповые химические компоненты

при помощи экстракции может быть осуществлено лишь

при условии

образования дисперсной системы, что обеспечивается соответствую-

щим выбором температуры экстракции и кратности растворителя.

Разделение образующихся фаз осуществляется по разности их плот-

ностей в экстрактных аппаратах (преимущественно в противоточных

колоннах тарельчатого, насадочного или роторного типа) и путем фильт-

рации.

Рис. 4.1. Зависимость КТР для системы

«масло из парафинистой нефти — фурфурол»

468

В масляных производствах после отгонки растворителей из обеих

фаз получают полупродукты под следующими названиями:

Из дисперсионной среды Из дисперсной фазы

Деасфальтизация деасфальтизат асфальтит

Селективная

очистка экстракт рафинат

Депарафинизация

кристаллизацией депарафинизат гач или петролатум

Растворяющая способность и избирательность растворителя —

два основных эксплуатационных свойства, которые являются решающими

при выборе эффективного растворителя для экстракционных процессов.

Растворяющая способность — показатель, характеризующий аб-

солютную растворимость компонентов масляных фракций в опреде

ленном количестве растворителя. Общепринятой единой методики для

определения растворяющей способности растворителей до сих пор нет.

Принято этот показатель оценивать:

1) по выходу растворенного компонента сырья при одинаковой крат

ности растворителя;

2) по значению КТР при одинаковой кратности растворителя;

3) количеством растворителя, необходимым для извлечения одного

и того же растворенного компонента сырья.

Из приведенных ниже в качестве примера сопоставительных данных

видно, что из двух растворителей большей растворяющей способностью

обладает нитробензол, имеющий при постоянном расходе растворителя

меньшую КТР и обеспечивающий больший выход растворенного ком

понента, а также одинаковый выход растворенных компонентов при

в 4,5 раза меньшем расходе растворителя по сравнению с анилином.

Растворитель

Расход

растворителя,

% мас.

КТР,

°С

Выход

растворенных

компонентов,

% мас.

Анилин 200

200

20,8

48,8

Анилин

Нитробензол

200

Избирательность (селективность) характеризует способность

растворителя растворять только компоненты определенной структу

469

ры сырья, что позволяет четко разделять исходное сырье на отдельные

групповые химические компоненты.

Для оценки избирательной способности растворителей в настоящее

время также нет единой методики. Об избирательности растворителя

можно судить по разности (градиенту) таких показателей, как плот

ность, индекс вязкости, коэффициент преломления или анилиновая

точка.

Применительно к процессам селективной очистки масел пользуют

ся коэффициентом распределения

К, определяемым из соотношения

объемных концентраций извлекаемых компонентов в экстракте (

экс

)

и рафинате (С

раф

) : К = С

экс

/ С

раф

Для характеристики избирательности растворителя для этого же

процесса можно пользоваться уравнением А. З. Биккулова:

Избирательность = (А

экс

– Б

раф

) / (А

раф

– Б

экс

) ,

где А

экс

, А

раф

и Б

экс

, Б

раф

— содержание в экстракте и рафинате соответ-

ственно ароматических и парафино-нафтеновых углеводородов.

Показатели избирательности могут быть использованы только для

сравнения растворителей при их выборе для тех или иных целей, но

непригодны при расчетах экстракционных процессов.

Как правило, растворяющая и избирательная способности раство

рителей антибатны, и обычно рост одного показателя ведет к сниже

нию другого. Поэтому при выборе растворителя приходится принимать

компромиссные решения.

Растворяющая способность и избирательность для каждого раство

рителя не являются постоянными и зависят как от технологических

условий экстракционных процессов, так и от химического состава сырья.

Требования к растворителям. В качестве избирательных раство

рителей предложено большое количество различных органических

и неорганических соединений, однако сложный комплекс требований,

предъявляемых к экстрагентам, ограничивает возможность использо

вания многих из них для промышленных экстракционных процессов.

Промышленные экстрагенты должны обладать прежде всего следую-

щими эксплуатационными свойствами:

— оптимальной растворяющей способностью и высокой избиратель

ностью в достаточно широком интервале температур (эти показатели

обусловливают выход и качество целевых продуктов);

— низкими теплотой испарения и температурой кипения по сравнению

с сырьем, что позволяет уменьшить энергетические затраты на реге

нерацию растворителей;

470

— достаточно высокой разностью плотностей с исходным сырьем и низ-

кой вязкостью для облегчения процесса разделения гетерогенных

фаз образующейся дисперсной системы.

Кроме того, они должны быть дешевыми и недефицитными, а также

удовлетворять следующим экологическим требованиям:

— иметь высокие химическую и термическую стабильности;

— быть нетоксичными, взрыво- и пожаробезопасными;

— не вызывать коррозии аппаратуры.

Растворителям отдельных экстракционных процессов предъявляет

ся дополнительно ряд специфических требований. Так, растворители

процессов депарафинизации кристаллизацией должны:

— иметь низкую температуру застывания, чтобы не кристаллизоваться

при температуре депарафинизации и не забивать фильтровальную

ткань;

— обеспечивать минимальную разность между температурами засты

вания депарафинизата и конечного охлаждения смеси растворителя

с сырьем;

— способствовать образованию крупных кристаллов твердых парафи

нов, обеспечивающих хорошее фильтрование.

Растворители процессов деасфальтизации должны:

— обладать хорошей коагулирующей способностью;

— иметь не слишком низкую температуру кипения для проведения про

цесса экстракции при пониженных давлениях;

— не растворять или плохо растворять смолисто-асфальтеновые угле

водороды нефтяных остатков.

Определенное значение имеют также поверхностное натяжение, теп-

лоемкость, критические температура и давление и другие показатели

растворителей.

Из анализа вышеприведенных требований к качеству экстрагентов

можно констатировать, что практически невозможно рекомендовать

универсальный растворитель для всех видов сырья и для всех экстрак

ционных процессов. В этой связи приходится довольствоваться узким

ассортиментом растворителей для отдельных экстракционных процес

сов. Так, в процессах деасфальтизации гудронов широко применялись

и применяются низкомолекулярные алканы, такие как этан, пропан,

бутан, пентан и легкий бензин, являющиеся слабыми растворителями,

плохо растворяющими смолисто-асфальтеновые соединения нефтяных

остатков. В процессах селективной очистки масляных дистиллятов

и деасфальтизатов применялись сернистый ангидрид, анилин, нит-

робензол, хлорекс, фенол, фурфурол, крезол и N-метилпирролидон.