Файл: Багиров, И. Т. Современные установки первичной переработки нефти.pdf

Г л а л а III

РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА НА УСТАНОВКАХ АТ И АВТ

\

Ректификация в процессах первичной перегонки нефти

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фрак­ ции, которые различаются по температуре кипения. Физическая сущность ректификации, протекающей в процессе перегонки неф­ ти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между по­ токами пара и жидкости при высокой турбулизации контакти­ рующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость —высо- кокипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в ос­ новном из низкокипящих, и жидкость — из высококипящих компо­ нентов. Ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осу­ ществляется в противотоке пара и жидкости. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации части паро­ вого потока вверху колонны, а паровое орошение при ректифика­ ции жидкости — путем испарения части ее внизу колонны.

Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа кон­ такта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных ап­ паратов при движении жидкости от одной ступени контакта к дру­ гой под действием силы тяжести.

На установках первичной перегонки нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна — вер­ тикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны рас­ положены тарелки—одна над другой. На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее легкие компоненты жидкого орошения испаряются и вместе с па­ рами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паро­ вой фазы, конденсируясь, остаются в жидкости. В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденса­ ции и испарения.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации кон­ такт пара и жидкости может происходить в противотоке, в пере­ крестном токе и в прямотоке. Если ректификация идет непрерывно во всем объеме колонны, то контакт пара и жидкости при движе­ нии обеих фаз может происходить только в противотоке.

На большей части действующих установок ректификация про­ текает нечетко. Получаемые компоненты светлых и масляных ди­ стиллятов не соответствуют требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых фрак­ ций светлых нефтепродуктов —дизельного топлива — проваливает­ ся в низ колонны, в мазут. Поэтому исследованию и анализу ра­ боты ректификационных колонн, разработке и испытанию новых типов барботажных тарелок, совершенствованию методов их рас­ чета уделяется большое внимание.

Назначение ректификационных аппаратов установок АВТ

Современные ректификационные аппараты классифицируются в зависимости от их технологического назначения, давления, спосо­ ба осуществления контакта между паром и жидкостью и внутрен­ него устройства, обеспечивающего этот контакт. По технологиче­ скому назначению на современных комбинированных установках АВТ ректификационные аппараты делятся на колонны атмосфер­ ной перегонки нефти, вакуумной перегонки мазута, стабилизации легких фракций, абсорбции жирных газов переработки нефти, вто­ ричной перегонки широкой бензиновой фракции и др. По прово­ димому процессу различают следующие ректификационные колон­ ны: атмосферные, вакуумные, стабилизаторы и др. В зависимости от давления колонны делятся на вакуумные, атмосферные и рабо­ тающие под давлением. В качестве контактного устройства в ко­ лоннах применяют тарелки. Часто эти колонны именуются тарель­ чатыми. По способу контакта между паром (газом) и жидкостью все ректификационные аппараты на установках первичной пере­ гонки нефти характеризуются непрерывной подачей обеих фаз.

На конструкцию ректификационной колонны оказывают влияние технологические особенности: система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и др.

Типовая схема работы атмосферной ректификационной колонны

обогащенный низкокипящими компонентами и содержащий водя­ ной пар. В средней части с соответствующих тарелок отбирают боковые флегмы — компоненты светлых нефтепродуктов, а снизу остаток — мазут, обогащенный высококипящими компонентами. Часть колонны, расположенная выше ввода сырья, называется кон­ центрационной, или укрепляющей, а расположенная ниже ввода сырья, — отгонной, или исчерпывающей. Верхняя тарелка отгонной части колонны, на которую поступает сырье, обычно называется тарелкой питания.

Для ректификации многокомпонентных смесей на установках АТ и АВТ применяется ректификационная колонна, состоящая

50

фактически из нескольких отдельно работающих колонн (по числу отбираемых фракций). Сырьем для каждой последующей колон­ ны может служить дистиллят или остаток предыдущей колонны. Такие колонны весьма сложны, так как кроме верхнего и нижне­ го продуктов (бензин и мазут) в них получают несколько боковых погонов: лигроин, керосин, дизельное топливо. Каждый боковой погон, отводимый из колонны, отправляется в свою отпарную ко­ лонну, где отпариваются легкие фракции, направляемые затем об­ ратно в основную колонну.

/.

5

\и

Отпарные колонны конструктивно выполнены в одном корпусе, но отделены друг от друга глухой перегородкой. В отпарных ко­ лоннах создается орошение водяным паром, который снижает пар­ циальное давление нефтяных паров и способствует их испарению.

Недостаток сложной колонны — наличие при одном верхнем орошении различных паровых и жидкостных нагрузок в разных сечениях. В связи с этим в каждой секции весьма целесообразно создание самостоятельного циркулирующего орошения. Атмосфер­ ные и вакуумные колонны с промежуточным циркуляционным оро­ шением широко применяются. Так, запроектированные Гипроазнефтыо высокопроизводительные установки АВТ различной моди­ фикации (типа А-12/4, А-12/5, А-12/5м, А-12/6, А-12/7, А-12/9,

А-12/9В, А-12/10В и др.) оборудованы сложными колоннами с цир­ кулирующим промежуточным орошением. Большая часть таких

установок имеется и успешно эксплуатируется на нефтеперераба­ тывающих заводах СССР и за рубежом (ПНР, ГДР, ВНР, КНР

и др.).

Давление в атмосферной колонне зависит от ряда факторов. При выборе давления температуру конденсации паров дистиллята

Рис. 25. Типовая схема работы ва­ куумной колонны:

/ — продукты разложения: 2 — острое оро­ шение; 5 — фракция <ЗС0 °С в вакуум-при­

ционные орошения из колонны в теплооб­ менники; 15, 17, 19, 21 — циркуляционные орошения в колонну после охлаждения.

в первом приближении можно принимать не менее чем на 15— 20 °С выше температуры охлаждающего агента на выходе из кон­ денсатора. Некоторое повышение давления против расчетного вверху колонны необходимо для преодоления потерь напора при движении пара через трубопроводы и аппараты, расположенные после ректификационной колонны. Внизу колонны давление уве­ личивается на величину, соответствующую гидравлическому сопро­ тивлению тарелок. В атмосферных колоннах для перегонки нефти, работающих с водяным паром, максимальная температура соот­ ветствует температуре вводимого сырья.

На рис. 25 показана типовая схема работы вакуумной колонны,

схеме. Схема перегонки на этой установке отличается от схем, при­ нятых на остальных действующих установках, и показатели ее ра­ боты несколько лучше, особенно по выработке масляных фракций. Мазут из атмосферной колонны забирается насосом и прокачи­ вается через змеевик печи вакуумной части в вакуумную колонну при 380 °С. Температура верха колонны 100 °С, низа 355 °С. Ко­

52