3.3.4 Основні елементи установки прямої перегонки нафти

До основних елементів установки прямої перегонки нафти відносяться ректифікаційна колона, трубчаста піч, теплообмінні апарати (теплообмінники), конденсатори і холодильники.

Ректифікаційна колона – це сталевий циліндр, усередині якого встановлено декілька десятків горизонтальних перегородок з отворами, так званих тарілок. Крізь отвори в тарілках пара проходить вгору по колоні, а рідина стікає з тарілки на тарілку. Тарілки призначені для покращення теплоти масообміну потоків нафтопродуктів, які піднімаються вгору по колоні, і рідкою флегмою, що стікає вниз. На рис. 3.38 показано спрощену технологічну схему неперервної ректифікації, а на рис. 3.39 – загальний вигляд установки.

Рисунок 3.37 – Точки відбору фракцій в колоні установки нафтопереробного заводу

(Праворуч розташована вакуумна колона)

Для ректифікації суміші необхідно, щоб температура рідкої і парової фаз, що взаємодіють на тарілках колони, була різною; пари, які піднімаються на чергову тарілку, мусять мати вищу температуру, ніж рідина, що стікає з цієї тарілки.

Для забезпечення потрібної різниці температур між верхом і низом колони необхідно в нижню частину колони подавати тепло, і відбирати його від верхньої частини. Для цього в нижній частині колони встановлюються підігрівальні змієвики (теплообмінники), а верхня частина охолоджується методом холодного зрошування – повер-ненням частини сконденсованого дистиляту.

Рисунок 3.38 – Технологічна схема неперервної ректифікації

Рисунок 3.39 – Загальний вигляд установки ректифікації

Розглянемо процеси, які відбуваються на кожній тарілці ректифікаційної колони (рис. 3.40).

На тарілку Б з верхньої тарілки В переливним патрубком 3 безперервно поступає рідина. Переливний патрубок підноситься над рівнем тарілки, тому на ній завжди є шар рідини.

Рисунок 3.40 – Тарілки ректифікаційної колони

З нижньої тарілки А піднімаються пари нафти, які патрубком 1 надходять під ковпачок 2 і потім через його нижні щілини, – через шар рідини на тарілці. Оскільки температура на кожній вищій тарілці все більше знижується (найнижча температура на самій верхній тарілці, на яку подається холодна флегма), то пари, які надходять з нижньої тарілки, конденсуються, віддаючи своє тепло рідині на цій тарілці. У результаті з рідини випаровуються її легкокиплячі фракції і, у вигляді парів, поступають на вищу тарілку, на якій відбувається аналогічний процес.

Таким чином, рідина на кожній вищій тарілці все більше збагачується легкокиплячими фракціями. З іншого боку, флегма, стікаючи з тарілки на тарілку і поступово підігріваючись, позбавляється низькокиплячих вуглеводнів і збагачується висококиплячими. Зрошування, що подається наверх колони назустріч парам, віднімає у них частину тепла і викликає конденсацію вищих киплячих компонентів, тобто виконує те саме завдання, що і тарілки. Тому, змінюючи ступінь зрошування, можна регулювати роботу колони, і підтримувати необхідний температурний режим у будь-якому перерізі колони.

Трубчасті печі призначені для нагріву вуглеводневої сировини (нафти, дистиляту) до необхідної температури, перед перекачуванням нафти в ректифікаційну колону.

Піч складається з двох радіантних камер, в яких екранні труби отримують тепло від згораючого палива, і однієї конвекційної камери, де нагрівання відбувається за рахунок тепла димових газів. У конвекційній камері міститься пароперегрівник для підігріву водяної пари, яка використовується на технологічні потреби заводу або установки.

Для пічних змійовиків застосовують суцільнотягнуті безшовні труби. Окремі труби з’єднуються в безперервний змійовик за допомогою особливих колін, названих двійниками (ретурбентами). Двійник є сталевою кованою, литою, або зварною деталлю, в яку щільно ввальцьовуються дві, або чотири труби. Нафтопродукт входить у двійник однією трубою, а виходить другою. Загальна довжина труб змійовика, в двокамерній печі, значна.

Теплообмінні апарати безвогневого нагріву призначені для передачі тепла від теплішого тіла (теплоносія) менш теплому. На нафтопереробних установках у теплообмінниках нагрівається початкова сировина, що поступає на переробку, а теплоносіями служать продукти переробки і нагріті залишки.

Застосування теплообмінників дозволяє заощаджу-вати паливо, яке витрачається на підігрів сировини, а також воду, що подається для охолоджування дистилятів. Сировину в теплообмінниках, зазвичай, нагрівають до температури 180...200 °С. Дальший нагрів здійснюється в трубчастих печах.

Розрізняють дві основні схеми теплообміну – прямотічна і протитічна. За прямотічною схемою рідини, які нагріваються і охолоджуються, рухаються в одному напрямі і подаються з одного боку теплообмінника (рис. 3.41, а). За протитічною схемою рідини, які нагріваються і охолоджуються, рухаються назустріч одна одній і подаються з протилежних кінців апарата (рис. 3.41, б).

а б в

Рисунок 3.41 – Теплообмінник:

а – за прямотічною схемою;

б – за протитічною схемою; в – зовнішній вигляд

У багатоходових теплообмінниках в одній частині апарата здійснюється прямотечія, а в іншій – протитечія. Протитічна схема теплообміну ефективніша; тепло гарячої рідини при цій схемі використовується повніше, температура рівномірніша.

На нафтопереробних заводах, в основному, застосовують трубчасті багатоходові теплообмінники, як найдосконаліші і ефективні. Трубчастий теплообмінник простої конструкції складається з корпуса, в який вмонтований пучок трубок малого діаметра. Кінці трубок розвальцьовані у двох трубних решітках. Трубками прокачується сировина, яка підігрівається, міжтрубним простором, у зворотному напрямі – нафтопродукт. Теплопередача відбувається через поверхні трубок.

Конденсатори застосовують для конденсації парів нафтових дистилятів.

Холодильники призначені для охолоджування дистилятів після їх конденсації. Трубчасті холодильники мають таку ж будову, як і трубчасті підігрівники.

Схема роботи холодильника показана на рис. 3.42.

Рисунок 3.42 – Схема роботи холодильника:

1 – конденсатор; 2 – капіляр; 3 – випарник; 4 – компресор

Розглянуті агрегати – нагрівальні печі, тепло-обмінники, конденсатори, холодильники – є загальними для всіх технологічних процесів, пов’язаних з прямою перегонкою нафти. Для складних процесів переробки нафти (крекінг, реформінг, коксування тощо) застосовують додатково інші спеціальні види устаткування.