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

где — теплосодержание циркулирующего орошения при темпе­

ратуре выхода его из колонны, ккал/кг (Дж/кг); <7 “ — теплосодер-

О

жание холодного орошения на входе в ректификационную колонну, ккал/кг (Дж/кг).

Рис. 25. Способы подвода тепла в нижнюю часть ко­ лонны при помощи:

с —куба; б — внутреннего подогревателя; в — кипятильника;

г— трубчатой печи

Взависимости от природы сырья, давления в системе и расхода водяного пара температура в колоннах и их частях может колебать­ ся в широких пределах: от 80 до 120° С для паров бензина (разного качества), от 190 до 220°С для паров дизельного дистиллята в ат­ мосферной колонне и для масляных (вакуумных) дистиллятов, от 220 до 360° С — при остаточном давлении 40—60 мм рт. ст. в ваку­ умной колонне.

Для создания восходящего потока паров, а также масимального

извлечения из жидкого остатка более легких фракций, в нижнюю часть колонны подают тепло. Делается это, как указывалось выше, путем ввода острого пара или при помощи кипятильников (подогре­ вателей). На рис. 25 показаны основные способы подвода тепла в нижнюю часть колонны.

Степень четкости разделения дистиллятов в колонне считается удовлетворительной, если температура начала кипения более тяже­ лого дистиллята будет равна температуре конца кипения предыду­ щего, более легкого дистиллята, или несколько выше ее. Чем боль­ ше тарелок в колонне и совершеннее их конструкция и чем больше подается орошения, тем четче ректификация. Однако большое коли­ чество тарелок удорожает колонну и усложняет ее эксплуатацию, а чрезмерно большое количество орошения увеличивает расход топли­

46

ва на последующее его испарение. Кроме того, увеличивается рас­ ход воды и энергии на конденсацию паров и подачу орошения. Ко­ эффициент полезного действия тарелок в зависимости от их конст­ рукции составляет 0,4—0,8.

Для разделения светлых нефтепродуктов (например, керосина от дизельного топлива) в концентрационной части колонн применя­ ют от 6 до 9, в отпарной — 3— 6 тарелок. Для*разделения масля­ ных дистиллятов допускается меньшая четкость ректификации и уменьшение количества тарелок, поэтому для разделения одной мас­ ляной фракции от другой число тарелок соответственно уменьшают до 3— 6 и 2—4 и, кроме того, устанавливают отбойные тарелки над местом ввода мазута.

На четкость ректификации кроме числа тарелок и количества орошения влияют скорость движения паров в колонне и расстояние между тарелками. Нормальная скорость паров в колоннах, рабо­ тающих при атмосферном давлении, 0 ,6 —0 ,8 м/с, под вакуумом 1,0—3,0, а в колоннах, работающих под давлением, от 0,2 до 0,7 м/с. Увеличение производительности установки при сырье того же соста­ ва и увеличение тем самым скорости движения паров ухудшают рек­ тификацию, так как пары увлекают с собой капельки флегмы, ко­ торая забрызгивается на вышележащие тарелки и ухудшает качест­ во получаемой продукции.

Расстояние между тарелками выбирают таким, чтобы жидкие капли флегмы, подхватываемые парами с тарелки, не попадали на следующие и чтобы можно было ремонтировать и чистить тарелки. Обычно расстояние между тарелками равно 0,6—0,7 м, для некото­ рых новых конструкций тарелок оно в 2 —3 раза меньше.

Перегонка нефти с ректификацией

Ректификация нефти — сложный процесс. Поэтому сначала рассмотрим два более простых случая ректификации: двойной (би­ нарной) смеси и тройной смеси.

При ректификации двойной смеси (смеси, состоящей из двух компонентов) через верх колонны уходит в виде паров низкокипящий компонент, а через низ колонны в виде жидкости высококипящий компонент. На рис. 26 показана схема ректификации двойной смеси, состоящей из бензола и толуола. Эта смесь после нагрева в печи поступает по линии / в ректификационную колонну 1. Вверху колонны пары бензола (низкокипящего компонента) по линии//по­ ступают в конденсатор' 2, откуда часть сконденсировавшегося бен­ зола поступает по линии III в качестве орошения, а остальная часть отводится через холодильник 3 по линии IV в товарный парк. Вни­

При разделении смеси бензола и толуола температура вверху ко­ лонны должна быть приблизительно 80,4° С, т. е. соответствовать

47

температуре кипения чистого бензола. Соответственно внизу колон­ ны температура должна быть около 110° С.

Для ректификации тройной смеси, состоящей из трех компонен­ тов, например бензола Б, толуола Т и ксилола Кс, необходимы две колонны. В первой колонне из ее нижней части отбирают ксилол, а

п-1 простых колонн. Это очень громоздко и требует больших капи­ таловложений и эксплуатационных затрат. Поэтому на нефтепере­ гонных установках строят одну сложную колонну, как бы состоя­ щую из нескольких простых колонн с внутренними или выносными (рис. 27) отпарными секциями, в которые подают водяной пар.

В установках большой производительности выносные отпарные секции ставят одна на другую, и они составляют одну отпарную ко­ лонну (рис. 28).

О классификации ректификационных колонн и основных их ти­ пах, а также об устройстве тарелок и колпачков см. ниже, стр. 85.

При ректификации фракционный состав флегмы и паров по вы­ соте колонны непрерывно меняется: стекающая вниз флегма все бо­

48

л?е обогащается тяжелыми фракциями, поднимающиеся же пары становятся все более легкими из-за обогащения их низкокипящими компонентами.

Ректификацию бинарных и сложных смесей ведут в колонных аппаратах периодического и непрерывного действия. Установки пе­ риодического действия применяют обычно тогда, когда нужно ото­ брать большое количество фракций при необходимости их четкого разделения, например при выделении индивидуальных углеводоро­ дов: бензола, толуола, ортоксилола, технического изооктана и т. п. По расходу тепла эти установки менее экономичны, чем установки непрерывного действия, и их применяют сравнительно редко.

Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны

Для упрощения рассмотрим схему ректификации двойной смеси (рис. 29). Работу колонны следует рассматривать при установившемся режиме, т. е.

когда количество поступающего в колонну сырья, ректификата и остатка с течени­ ем времени не меняется. В этом случае материальный баланс для всей колонны можно выразить уравнениями:

/„=£> + #;

L a = D x d -j- R x r ,

D a J T x R

где L — количество сырья, вводимого в колонну; а — концентрация в сырье низкокипящего компонента (НКК); D — количество ректификата, выводимого из верха колонны; х п — концентрация в ректификаторе НКК; R — количество остатка, выводимого из низа колонны; л'д—-концентрация в остатке НКК.

При составлении теплового баланса потерями тепла в окружающую среду пренебрегают, так как ректификационные колонны должны быть тщательно изолированы. Все тепло, внесенное в колонну сырьем и парами из кипятильника, уносится из колонны рек­ тификатом, остатком и орошением.

Математически тепловой баланс всей колонны можно представить в виде уравнения:

мого с жидким остатком при температуре tn, ккал; Qd — количество тепла, отво­

димого орошением, ккал.

Уравнение позволяет по заданному Q D найти Q r и наоборот. Если колонна работает без кипятильника, то (2л=0.

Расход водяного пара на атмосферных нефтеперегонных установках обычно составляет 1,2—3,5% и на вакуумных 5—8% количества сырья.

§ 7. ПОДГОТОВКА НЕФТИ К ПЕРЕРАБОТКЕ

Содержание в нефти воды, солей и механических примесей

Добытая из недр земли нефть обычно содержит сильно минера­ лизованную пластовую воду, количество которой иногда составляет несколько десятков процентов, а содержание солей достигает 30—50 тыс. мг/л нефти. Кроме того, при выходе нефти на поверх­ ность вследствие снижения давления из нее выделяется газ (раство­ ренный в нефти в пластовых условиях), который называется попут­ ным нефтяным газом. Количество механических примесей достигает

0 ,2 —0,3%.

Переработка такой нефти сложна и невыгодна. Наличие солей

имеханических примесей вызывает эрозию и засорение труб печей

итеплообменников, понижает коэффициент теплопередачи и повы­ шает зольность мазутов и гудронов. Наличие воды приводит к рез­ кому снижению производительности установки, повышенным рас­ ходам топлива и воды вначале для ее испарения и в дальнейшем для ее конденсации. При этом ухудшается четкость ректификации. Кроме того, наличие в нефти растворенных солей вызывает корро­ зию аппаратуры из-за образования соляной кислоты, которая выде­ ляется в свободном состоянии при гидролизе некоторых хлористых солей, особенно хлористого магния. Реакция протекает по уравне­ нию: MgCl2 + H20 = Mg0HCl + HCl.

Коррозия аппаратуры, в первую очередь бензиновых конденсато­ ров и холодильников, усиливается при переработке сернистых неф­

тей. Вначале в присутствии влаги образуется сернистое железо в ви­ де защитной пленки: Fe + H2S = FeS + H2; при наличии соляной кис­ лоты она превращается в хлорное железо, которое растворяется в воде: FeS + 2HCl = FeCl2 + H 2S, оголяя свежий слой железа, всту­ пающего в реакцию с сероводородом, и т. д.

Как видим, переработка таких нефтей совершенно недопустима. Необходимо нефти подготавливать к переработке не только на неф­ тепромыслах или головных станциях нефтепроводов, но и на нефте­ перерабатывающих заводах. Нефть, поступающая на первичную пе­

Нефтяные эмульсии

Эмульсия представляет собой смесь двух нерастворимых или ма­ лорастворимых жидкостей, в которой одна жидкость распределена

50