IX VIII

&

1 Y

_Щ

_н

///

.5

₄

_^м

_h

_S

V7

_h

VII

Рис. 5.15. Принципиальная схема блока стабилизации и вторичной перегонки бензина установки ЭЛОУ-АВТ-6: 1 - колонна стабилизации; 2-5 - колонны вто­ричной перегонки; 1- нестабильный бензин; II - фракция Cs-62°C; 111 - фракция 65-105°С; V - фракция 62-85°С; V - фракция 85-105°С; Vl-фракция 105-140°С, VII - фракция 140-180°С; VIII - сжиженная фракция С2-С4; IX - сухой газ (Ci-C₂); X - водяной пар

8»

227

Тепло в низ колонны 4 подводится через кипятильник, а осталь­ных колонн вторичной перегонки (2,3 и 5) - с горячей струей подо­гретого в печи кубового остатка этих колонн.

Материальный баланс блока стабилизации и вторичной перегон­ки бензина

Поступило, % на нефть

Нестабильный бензин — 19,1

Получено, % на нефть

Сухой газ (С,-С₂) - ОД

Сжиженный газ (С₂-С₄) -1,13

Фракция С5-62°С - 2,67

Фракция 62-105°С - 6,28

Фракция 105-140°С -4,61

Фракция 140-180°С -4,21

Технологический режим и характеристика ректификационных колонн блока стабилизации и вторичной перегонки бензина

2	3	4	5
154	117	111	150
134	82	96	132
202	135	127	173
97	60	80	110

Колонны № Температура, °С 1

питания 145

верха 75

низа 190

в емкости орошения 55

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

Расходные показатели установки ЭЛОУ-АВТ-6 на 1 т перера­батываемой нефти: топливо жидкое - 33,4 кг; электроэнергия 10,4 кВт-ч; вода оборотная-4,3 м³; водяной пар (1,0 МПа) со стороныч-1,1 кг, собственной выработки - 48 кг. Ниже, на рис.5.16, представ­лен общий вид установки ЭЛОУ-АВТ-6.

♦Тип тарелок - клапанные перекрестно-прямоточные.

228

5.3.5. Особенности технологии вакуумной перегонки мазута по масляному варианту

Основное назначение процесса вакуумной перегонки мазута мас­ляного профиля (ВТМ) - получение узких масляных фракций задан­ной вязкости, являющихся базовой основой для получения товарных масел путем последующей многоступенчатой очистки от нежелатель­ных компонентов (смолистых, асфальтеновых соединений, полицик­лических ароматических углеводородов, твердых парафинов).

Рис. 5.16. Общий вид установки ЭЛОУ-АВТ-6

Многие показатели качества (вязкость, индекс вязкости, нагаро-образующая способность, температура вспышки и др.) товарных масел, а также технико-экономические показатели процессов очис­тки масляного производства во многом предопределяются качеством исходных нефтей и их масляных фракций. Поэтому в процессах ВТМ, по сравнению 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, ро-машкинская, волгоградская) нефтей. Для получения масел высоко­го качества из таких нефтей рекомендуется получать узкие 50-градусные масляные фракции (350^100; 400-450 и 450-500°С) с минимальным налеганием температур кипения смежных дистил-

229

лятов (не более 30-60°С). Для обеспечения требуемой четкости по-гоноразделения на ректификационных колоннах ВТМ устанавлива­ют большее число тарелок (до 8 на каждый дистиллят), применяют отпарные секции; наряду с одноколонными широко применяют двух­колонные схемы (двухкратного испарения по дистилляту) перегон­ки (рис. 5.17,а,б).

Следует отметить, что одноколонные ВТМ превосходят двухко­лонные 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 числа тарелок не достигается из-за снижения при этом глу­бины вакуума в секции питания колонны. При работе установки ВТМ по схеме рис. 5.17,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 рис. 5.17,6 нео­бязательно иметь во второй колонне глубокий вакуум, больший эф­фект разделения в ней достигается увеличением общего числа таре­лок. Температура нагрева мазута на входе в первую колонну 400 -420 °С и широкой масляной фракции во второй ступени вакуумной перегонки - 350-360 °С.

5.3.6. Вакуумная (глубоковакуумная) перегонка мазута в насадочных колоннах

В последние годы в мировой нефтепереработке все более широ­кое распространение при вакуумной перегонке мазута получают насадочные контактные устройства регулярного типа, обладающие, по сравнению с тарельчатыми, наиболее важным преимуществом -весьма низким гидравлическим сопротивлением на единицу теоре­тической тарелки. Это достоинство регулярных насадок позволяет конструировать вакуумные ректификационные колонны, способные обеспечить либо более глубокий отбор газойлевых (масляных) фрак­ций с температурой конца кипения вплоть до 600°С, либо при задан­ной глубине отбора существенно повысить четкость фракциониро­вания масляных дистиллятов.

230

D^Uarvi

-> VII

t>VIl

+ VUI

+11

+if

->vu

Рис. 5.17. 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 - неконденсирован-ные газы и водяной пар; VIII - легкий вакуумный газойль

Применяемые в настоящее время высокопроизводительные ва­куумные колонны с регулярными насадками по способу организа­ции относительного движения контактирующихся потоков жидко­сти и пара можно подразделить на следующие 2 типа: противоточ-ные и перекрестноточные.

Противоточные вакуумные колонны с регулярными 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 (моду­лей) равно числу отбираемых фракций мазута.

На рис. 5.18 представлена принципиальная конструкция ва­куумной насадочной колонны противоточного типа фирмы Грим­ма (ФРГ). Она предназначена для глубоковакуумной перегонки мазута с отбором вакуумного газойля с температурой конца ки­пения до 550°С. 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 (менее

231

0 ,3 % масс, по Конрадсону) и содержанием металлов (V+10Ni + Na) менее 2,5 ppm;

• 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 колонна оборудована регулярной насадкой типа «Перформ-Грид». Давление в верху и зоне питания колонны поддержи­вается соответственно 7 и 36 гПа (5,2 и 27 мм рт. ст.).

V7-*

Рис. 5.18. Принципиаль­ная конструкция противо-точной насадочной колон­ны фирмы «Гримма» (ФРГ): I - мазут; II - легкий вакуумный дистиллят; III -глубоковакуумный газойль; IV - гудрон; V - водяной пар; VI - газы и пары к ва-куумсоздающей системе

На ряде НПЗ развитых капиталистичес­ких стран эксплуатируются аналогичные вы­сокопроизводительные установки вакуумной (глубоковакуумной) перегонки мазута, обо­рудованные колоннами с регулярными насад­ками типа «Глитч-Грид».

На некоторых отечественных НПЗ вне­дрена и успешно функционирует принци­пиально новая высокоэффективная техно­логия вакуумной перегонки мазута в пере-крестноточных насадочных колоннах*.

Гидродинамические условия контакта паровой и жидкой фаз в перекрестноточных 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 фигур: кольцо, треуголь­ник, четырехугольник, многоугольник и т.д.). Перекрестноточная

♦Разработчики - профессор Уфимского государственного нефтяного технического университета К.Ф.Богатых с сотрудниками.

232

регулярная насадка изготавливается из традиционных для противо-точных насадок материалов: плетеной или вязаной металлической сетки (так называемые рукавные насадки), просечно-вытяжных 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 (мо­дулей), представляющих собой единую совокупность элемента ре­гулярной насадки с распределителем жидкостного орошения. В пре­делах каждого модуля организуется перекрестноточное (поперечное) контактирование фаз, то есть движение жидкости по насадке сверху вниз, а пара - в горизонтальном направлении. Следова­тельно, в ПНК жидкость и пары проходят различные независи­мые сечения, площади которых можно регулировать (что дает про­ектировщику дополнительную степень свободы), а при противо­токе - одно и то же сечение. Поэтому перекрестноточный контакт фаз позволяет регулировать в оптимальных пределах плотность жидкого и парового орошений изменением толщины и площади поперечного сечения насадочного слоя и тем самым обеспечить почти на порядок превышающую при противотоке скорость па­ров (в расчете на горизонтальное сечение) без повышения гидрав­лического сопротивления и значительно широкий диапазон устой­чивой работы колонны при сохранении в целом по аппарату прин­ципа и достоинств противотока фаз, а также устранить такие де­фекты, как захлебывание, образование байпасных потоков, брыз-гоунос и другие, характерные для противоточных насадочных или тарельчатых колонн.

Экспериментально установлено, что перекрестноточный наса-дочный блок конструкции Уфимского государственного нефтяного университета (УГНТУ), выполненный из металлического сетчато-вязаного 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 тарелками. 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 20-30 мм рт.ст. (27-40 ГПа) и, как след­ствие, значительно углубить отбор вакуумного газойля и тем са-

233

мым существенно расширить ресурсы сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга. Так, расчеты показывают, что при глубоковакуумной перегонке нефтей типа западно-сибирских вы­ход утяжеленного вакуумного газойля 350-690°С составит 34,1 % (на нефть), что в 1,5 раза больше по сравнению с отбором 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 высо­кой 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 эксплуатации глубоковакуумной насадочнои ко­лонны, когда перегонка мазута осуществляется с пониженной тем­пературой нагрева или без подачи водяного пара.

Отмеченное выше другое преимущество ПНК - возможность организации высокоплотного жидкостного орошения-исключитель­но важно для эксплуатации высокопроизводительных установок ва­куумной или глубоковакуумной перегонки мазута, оборудованных колонной большого диаметра. Для сравнения сопоставим потребное количество жидкостного орошения применительно к вакуумным колоннам противоточного и перекрестноточного типов диаметром 8 м (площадью сечения =50 м²). При противотоке для обеспечения даже пониженной плотности орошения =20 м³/м²ч требуется на оро­шение колонны 50x20=1000 м³/ч жидкости, что технически не просто осуществить. При этом весьма сложной проблемой становится орга­низация равномерного распределения такого количества орошения по сечению колонны.

В ПНК, в отличие от противоточных колонн, насадочный слой занимает только часть ее горизонтального сечения площадью на порядок и более меньшую. В этом случае для организации жид­костного орошения в вакуумной ПНК аналогичного сечения по­требуется 250 м³/ч жидкости, даже при плотности орошения 50 м³/м²ч , что энергетически выгоднее и технически проще. Ниже, на рис. 5.19 представлена принципиальная конструкция вакуумной перекрестноточнои насадочнои колонны, внедренной на АВТ-4 ПО «Салаватнефтеоргсинтез». Она предназначена для

234

■*- v

Рис. 5.19. Принципиальная конст­рукция вакуумной перекрестноточной насадочной колонны АВТ-4 ПО «Са-лаватнефтеоргсинтез»: 1 -телескопи­ческая трансферная линия; 2 - гори­зонтальный отбойник; 3 - блок пере­крестноточной регулярной насадки квадратного сечения; 4 - распредели­тельная плита; I - мазут; II - вакуум­ный газойль; III - гудрон; IV - затем­ненный газойль; V - газы и пары.

вакуумной перегонки мазута ар-ланской нефти с отбором широ-< кого вакуумного газойля - сырья каталитического крекинга. Она представляет собой цилиндри­ческий вертикальный аппарат (ранее бездействующая вакуум­ная колонна) с расположением насадочных модулей внутри ко­лонны по квадрату. Диаметр ко­лонны 8 м, высота укрепляющей части около 16 м. В колонне смонтирован телескопический ввод сырья, улита, отбойник и шесть модулей из регулярной на­садки УГНТУ. Четыре верхних модуля предназначены для кон­денсации 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, наса-дочные модули выполнены раз­личными по высоте и ширине в соответствии с допустимыми на­грузками по пару и жидкости. Предусмотрены циркуляцион­ное орошение, рецикл затемнен-

ного продукта, надежные меры

против засорения сетчатых блоков механическими примесями, против вибрации сетки и проскока брызгоуноса в вакуумный га­зойль,

235

Давление в зоне питания колонны составило 20-30 мм рт.ст. (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 может 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.

5.3.7. Перекрестноточные насадочные колонны для четко­го фракционирования мазута с получением масляных дистил­лятов

х вакуумсоздающвй аппаратуре

мазут

водяной пар

Перекрестноточные насадоч­ные колонны (ПНК) в зависимо­сти от количества устанавливае­мых в них насадочных блоков и, следовательно, от достигаемого в зоне питания глубины вакуума можно использовать в следую­щих вариантах:

а) вариант глубоковакуумной перегонки с углубленным отбо­ ром, но менее четким фракциони­ рованием вакуумных дистилля­ тов, если ПНК оборудованы огра­ ниченным числом теоретических ступеней контакта;

б) вариант обычной вакуум­ ной перегонки, но с более высо­ кой четкостью фракциониро­ вания отбираемых дистиллятов, когда ПНК оборудована большим числом теоретических ступеней контакта.

236

Рис. 5.20. Вакуумная перекрестно-точная насадочная колонна для четкого фракционирования мазута на масляные дистилляты (авторы раз­работки К.Ф.Богатых и С.К.Чуракова)

Второй вариант особенно эффективен для фракционирования мазута с получением масляных дистиллятов с более узким темпера­турным интервалом выкипания за счет снижения налегания темпе­ратур кипения смежных фракций.

На одном из НПЗ России («Орскнефтеоргсинтез») проведена реконструкция вакуумного блока установки АВТМ, где ранее отбор масляных дистиллятов осуществлялся по типовой двухколонной схе­ме с двухкратным испарением по дистилляту (см. рис. 5.17,6) с пере­водом ее на одноколонный вариант четкого фракционирования ма­зута в ПНК. Принципиальная конструкция этой колонны представ­лена на рис. 5.20.

При реконструкции вакуумной колонны было смонтировано 20 перекрестноточных насадочных блоков (из просечно-вытяжного листа конструкции 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 реконструированной установки АВТМ были получены следующие результаты по работе ПНК и качеству про­дуктов разделения:

Показатели	До	После
	реконструкции	реконструкции
Производительность, т/ч	46-48	55
Остаточное давление, мм рт.ст
на верху колонны	40-70	40-60
в зоне питания	96-126	53-73
Температура, °С
сырья	365-375	350-360
верха	165-175	165-175
низа	340-355	340-350
Расход, т/ч
верхнего циркуляционного
орошения	30-35	30^8
водяного пара	0,5-0,8	0,2-0,42
Число теоретических тарелок
в укрепляющей секции	5,6	10,8
Отбор на нефть, % масс.
I иогон	8,6-9,0	10,0-10,4
П погон	9,0-9,5	13,0-15,6

237

Температурный интервал
выкипания фракций, °С (Р и% -1* J%)
I масляный погон	130-140	100-110
II масляный погон	150-160	105-125
Налегание масляных фракций, °С	70-105	27-60
Температура вспышки, °С
I масляный погон	175-178	184-190
II масляный погон	213-217	214-221
гудрон	247-268	260-290
Вязкость при 50 °С, сСт
I масляный погон	10,5-14	11,7-17
II масляный погон	35-59	39-60
Цвет, ед. ЦНТ
I масляный погон	1,5-2,0	1,5-2,0
II масляный погон	4,5-5,0	3,5^1,5

Как видно из приведенных выше данных, применением ПНК достигается значительная интенсификация процесса вакуумной пе­регонки на установках АВТМ. По сравнению с типовым двухколон­ным энергоемким вариантом вакуумной перегонки энергосберегаю­щая технология четкого фракционирования мазута в одной перекре-стноточной насад очной 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 пример­ но на 10 %.