Файл: Суханов, В. П. Переработка нефти учебник.pdf

При более высоком нагреве системы до температуры t2 ее состояние будет характеризоваться точками А 2 и В 2 с концентрациями х 2 и у 2. При этом у 2 сов­

ва Хо при однократном испарении и дальнейшее повышение температуры будет сопровождаться только перегревом паров.

Из сказанного выше следует, что любая точка, расположенная в площади /, ограниченной нижней кривой, характеризует наличие тольдо жидкой фазы, а рас­ положенная в площади //, ограниченной изобарами (площадь линзы), характери­ зует одновременно существование и паровой и жидкой фаз, расположенная же в площади I I I — только паровой, фазы.

Допустим теперь, что мы имеем бинарную смесь в количестве G 0 кг с содер­ жанием НКК *о, которую в условиях однократного испарения нагрели до темпе­ ратуры i; при этом образовалось G кг паров с концентрацией НКК у и (<30—G) кг жидкости с концентрацией х. Отношение G : Ga—e назовем весовой долей отгона. Тогда материальный баланс процесса однократного испарения но низкокипящему компоненту можно записать формулой:

Go - х 0 — G • у + (Go — G) ■х ,

откуда

Имея кривую ОИ сырья,, которое намечается перерабатывать, можно заранее определить, какой процент отгонится от него на трубчатой установке при нагревании его до заданной температуры.

При исследовании новых нефтей и построении кривых ОИ и НТК обычно на график, наносят также кривые, характеризующие качест­ во получаемых фракций. Пользуясь этими кривыми, можно узна­ вать не только процент отгона (фракции), но и его качественную характеристику. Определим, например, характеристику фракции, полученной из шаимской нефти юрского возраста (см. рис. 6 ) при отгонке от нее 50% при однократном испарении. Из точки 50 (по линии абсцисс) восставим перпендикуляр до пересечения его с кри­ вой ОИ. Полученная точка будет соответствовать на линии ординат температуре, при которой обеспечивается данный отгон.

Способы снижения температуры кипения нефти и нефтяных фракций

При повышении температуры и увеличении времени нагрева неф­

В зависимости от состава нефти этот момент наступает при нагреве порядка 320—360° С. В то же время, особенно при получении масел, необходимо нагревать нефть выше указанных пределов.

Для предупреждения возможного расщепления высокомолеку­ лярных углеводородов возникла необходимость снизить температу­ ру кипения нефти при ее переработке. Это достигается применением перегонки под вакуумом или с подачей водяного пара.

Вакуум, или разрежение, создается путем откачивания из аппа­ рата газа. Давление в разреженном аппарате называется остаточ­ ным, оно всегда ниже атмосферного (760 мм рт. ст.). Вакуум опре­

41

деляется как разность между 760 мм рт. ст. и остаточным давлени­ ем. Например, если остаточное давление 100 мм рт. ст., то вакуум составит 760—100= 660 мм рт. ст.

На рис. 2 2 показана примерная зависимость температуры кипе­ ния от давления для высокомолекулярных фракций нефти, имею­ щих среднюю температуру кипения между 350 и 500° С. Итак, чем

/Иголютпов ототпчниг. Шлсж, мм /т. ст

ка Л) и фракция в этих условиях закипит при 450—110= 340° С, а при остаточном давлении 5 мм рт. ст. — при 236°С (450—214, точка Б). Для фракции со средней температурой кипения 500° С снижение тем­ пературы кипения при остаточном давлении 1 0 0 мм-рт. ст. составит 117°С (точка В), а для фракции 350°С — 94°С (точка Г).

Понижение температуры кипения путем перегонки с водяным паром также широко применяют в практике нефтеперерабатываю­ щей промышленности, особенно при перегонке мазута. Действие во­ дяного пара при перегонке нефти (он вводится через маточник, рас­ положенный над дном аппарата) сводится к следующему: бесчис­ ленные пузырьки пара образуют внутри нефти огромную свободную поверхность, с которой происходит испарение нефти внутрь этих пу­

42

зырьков. Давление паров нефти само по себе, будучи ниже атмос­ ферного, недостаточно для его преодоления, т. е. для возникновения кипения и перегонки; но так как к давлению паров нефти присоеди­ няется давление водяного пара, то в общем (по закону Дальтона) получается давление, несколько превышающее атмосферное и до­ статочное для перегонки.

бензола и воды при давлении 760 мм рт. ст. закипит при температуре 69,2° С, что на 10,9° С ниже температуры кипения чистого бензола.

При 69,2° С упругость паров бензола равна 535 мм рт. ст., упругость водяных паров 225 мм рт. ст., а смеси этих паров 760 мм рт. ст.

р М

где 760 — внешнее давление в системе (подразумевается атмосфер­ ное давление), мм рт. ст.; р — парциальное давление нефтепродук­ та, мм рт. ст.; М — молекулярный вес перегоняемого нефтепродук­ та; 18 — молекулярный вес воды.

Давление пара надо поддерживать таким, чтобы оно могло пре­ одолеть напор столба жидкости и давления в аппарате, а также гидравлическое сопротивление трубопроводов. Обычно давление пара не превышает 2 —2 ,2 кгс/см2.

Значительное снижение температуры перегонки при помощи только вакуума потребовало бы создания низкого остаточного дав­ ления, что удорожило бы вакуумную установку и усложнило ее экс­ плуатацию; применение же перегонки с паром без вакуума вызва­ ло бы большой расход пара, что также потребовало бы больших затрат, связанных с производством пара (например, для перегонки автолового дистиллята расход пара достигает 75%). Поэтому наиболее выгодным вариантом перегонки высомолекулярных нефте­ продуктов является сочетание применения вакуума с одновременной подачей острого пара в перегоняемый нефтепродукт. Такое сочета­ ние применяют при перегонке мазута с получением дистиллятов для производства масел или сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга.

Однако их применение не имеет промышленного значения, так как их присутствие значительно затрудняет процесс конденсации нефтя­ ных фракций.

* Пар, подаваемый через маточник непосредственно в продукт, в отличие от глухого пара, подогрев которым происходит через стенки змеевика.

43

§ 6. РЕКТИФИКАЦИЯ

Общие сведения

В заводских условиях перегонку нефти с однократным испарени­ ем ведут иа трубчатых установках. Нефть, нагреваясь в трубах пе­ чи до требуемой температуры, поступает в ректификационную ко­

В зависимости от необходимости при перегонке нефти или дру­ гого продукта получают то или иное количество фракций с опреде­ ленными пределами кипения. Такое разделение нефти, достигаемое путем многократного испарения и конденсации (на каждой тарелке, см. стр. 47) углеводородов, называется ректификацией.

Напомним, что в ректификационной колонне необходимо, чтобы жидкость, стекающая с вышележащей тарелки, не находилась в рав­ новесии с парами, поднимающимися с нижележащей тарелки. Толь­ ко в этом случае в результате контакта таких паров и жидкости па­ ры частично охладятся, сконденсируются и обогатятся низкокипящим компонентом, а жидкость частично нагреется, часть ее испарит­ ся и она обогатится высококипящим компонентом.

Такой процесс происходит на каждой тарелке. При этом для нор­ мальной работы ректификационной колонны необходимы тесней­ ший контакт между флегмой (жидкостью на тарелке) и восходя­ щим потоком паров и соответствующий температурный режим. Пер­ вое обеспечивается конструкцией колпачков и тарелок, второе — ко­ личеством орошения (см. ниже), обеспечивающим конденсацию высококипящих компонентов (путем отнятия тепла) в верхней части колонны. Восходящий поток паров, как указывалось выше, обеспе­ чивается путем нагрева в печи (или в кубе), а также частичного испарения жидкой фазы внизу колонны при помощи кипятильников или водяного пара.

Остановимся подробнее на способах орошения. Подачей ороше­ ния регулируют температуру наверху колонны, создается нисходя­ щий поток жидкости и обеспечивается необходимое снижение тем­

циального конденсатора, ведущая к образованию течи и попаданию сырья в дистиллят, и трудности с очисткой конденсатора.

Для создания циркуляционного орошения флегму с некоторых тарелок колонны выводят наружу, пропускают через теплообмен­ ник, в котором она отдает тепло исходному сырью и охлаждается, после чего возвращают в колонну. Циркуляционное орошение осу­ ществляют либо в верхнем либо в среднем сечении колонны и часто сочетают с острым орошением. Циркуляционное орошение выгодно,

44

так как ведет к частичной разгрузке верхней части ректификацион­ ной колонны от паров. Кроме того, оно позволяет усилить предвари­ тельный подогрев сырья, так как тепловоспринимающей средой в теплообменнике обычно является сырье.

Рис. 24. Способы создания орошения:

а — холодное, или острое; 6 — горячее, или глухое; в — циркуляционное

Количество орошения, подаваемого в верхнюю часть колонны, не должно резко колебаться, чтобы не вызвать переполнения тарелок в колонне флегмой или, наоборот, слишком большого снижения уровня жидкости. То и другое нарушают процесс ректификации. Из­ быточную подачу орошения можно определить как по счетчикам, так и по снижению температуры в верхней части колонны, недоста­ точную подачу — по повышению температуры в верхней части ко­ лонны.

Количество циркулирующего холодного орошения g0 можно оп­ ределить по формуле

требуется подавать тем меньше, чем ниже температура его поступ­ ления в ректификационную колонну (t0) и выше его скрытая тепло­ та испарения. Обычно температура орошения колеблется в пределах 30—50° С. Отношение количества орошения к полученному легкому компоненту — ректификату называется кратностью орошения.

Количество образовавшегося горячего орошения gr можно опре­ делить по формуле

45