Перегонка нефти

При перегонке нефти, основанной на разнице температур кипения отдельных компонентов, получают фракции или дистил- латы.

Каждая из фракций может быть разогнана в более узких интервалах температур.

В табл. 9.1 приведены основные фракции перегонки нефти при атмосферном давлении.

Бензиновая фракция используется как топливо, может служить сырьем для производства индивидуальных углеводородов.

Таблица 9.1. Фракции (дистилляты) нефти

Керосиновую фракцию применяют в качестве топлива для реактивных двигателей в виде осветленного керосина и как сырье для производства лаков и красок.

Соляровое масло и дизельные фракции служат дизельным топливом и сырьем для получения жидких парафинов путем депарафинизации.

Мазут находит применение как котельное топливо и в качестве сырья во вторичных процессах переработки. После вакуумной перегонки мазута получают газойлевые, масляные фракции и гудрон. Масляные фракции используют в качестве сырья для вторичной переработки нефти в целях получения смазочных масел, кокса и битума. Гудрон применяют при подготовке асфальтовых смесей и в производстве битума.

Физические и химические процессы перегонки включают два основных этапа: нагревание до высоких температур; разделение продуктов.

Основное оборудование для нагревания — печи для нагрева сырья и промежуточных продуктов, а также различные теплообменники.

Разделение продуктов нефтеперегонки проводят в ректификационных колоннах.

Трубчатые печи являются аппаратами, предназначенными для передачи теплоты, выделяемой при сжигании топлива, нагреваемому продукту. Имеется много разновидностей трубчатых печей, используемых на установках первичной переработки, каталитического крекинга, каталитического риформинга, гидроочистки и других процессов.

На рис. 9.2 и 9.3 приведены некоторые характерные типы печей, применяемых на установках нефтеперерабатывающих заводов.

На рис. 9.2 представлена типовая трубчатая печь шатрового типа, имеющая две топочные камеры, разделенные перевальными стенками. В топочных камерах сжигается топливо. По стенкам камеры размещены трубы в виде потолочных и подовых экранов. Здесь теплота сжигаемого топлива передается трубам за счет радиации от факела, образующегося при сжигании топлива. Между перевальными стенками расположена камера конвекции, в которой теплота передается продукту, находящемуся в трубах, непосредственным соприкосновением дымовых газов. Передача теплоты в камерах конвекции тем эффективнее, чем выше скорость дымовых газов в печи и чем больше поверхность труб конвекционного пучка. Сырье в печи сначала направляется в конвекционную камеру, а затем — в камеру радиации. Основная доля теплоты нагреваемому сырью или продукту передается в камере радиации (70 — 80 %), на долю конвекционной камеры приходится 20—25 %. В топочные камеры с помощью форсунок подают распыленное топ-

Рис. 9.2. Типовая двухкамерная трубчатая печь шатрового типа:

1— потолочный экран; 2— конвективный пучок труб; 3— трубная решетка конвективного пучка; 4— взрывное окно; 5— трубная подвеска; 6— каркас печи; 7— смотровой люк; 8— подвесная кладка; 9— туннель для форсунки;

10— подовый экран

ливо, а также необходимый для горения воздух.

Температура на входе сырья в печь зависит от степени использования теплоты отходящих горячих продуктов из ректификационных колонн и составляет обычно 180 — 230 °С. Температура выхода сырья из печи зависит от фракционного состава сырья. При атмосферной перегонке нефти температура поддерживается на уровне 330—360 °С, а при вакуумной перегонке — 410 — 450 °С. Температура дымовых газов, покидающих печь и направляемых в дымовую трубу, зависит от температуры поступающего в печь сырья и превышает ее на 100—150 °С. В отдельных случаях отходящие газы направляют в теплообменник для использования их тепловой энергии.

Теплообменники выполняют различные функции и используют разные теплоносители. На долю теплообменников приходится до 40 % металла всего оборудования технологических установок.

На рис. 9.4 представлен теплообменник-испаритель. Теплообменники такого типа применяют для внесения тепла в нижнюю

а — двухкамерная коробчатого типа с излучающими стенками; б— двухкамерная коробчатого типа с верхним отводом газов сгора-

ния и с экранами двухстороннего облучения; в — с объемно-настильным сжиганием топлива

Рис. 9.4. Теплообменник с паровым пространством (испаритель):

1— штуцер для удаления трубного пучка; 2 — днише; 3 — люк-лаз; 4— корпус; 5— сливная пластина; б— «плавающая головка»; 7— трубный пучок; 8— распределительная камера

часть ректификационной колонны тех технологических установок, где не требуется подогрев до высоких температур.

Теплообменник-испаритель состоит из корпуса 4, в котором находится трубный пучок 7 с «плавающей головкой» 6. Внутри корпуса установлена сливная пластина 5. Трубный пучок одной стороной соединен с распределительной камерой, имеющей внутри сплошную горизонтальную перегородку. Камера имеет два штуцера для входа и выхода теплоносителя (пара или горячего нефтепродукта). На корпусе расположено три штуцера: один — для входа нагреваемого углеводородного продукта, второй — для выхода отпаренного нефтепродукта после сливной пластины и третий — для выхода паров и направления их в ректификационную колонну.

Уровень продукта в испарителе поддерживается сливной перегородкой 5 так, что при нормальной работе пучок 7 полностью покрыт отпариваемым нефтепродуктом. По трубному пучку направляют теплоноситель (насыщенный пар или горячий нефтепродукт). Отдав свое тепло нагреваемой среде, теплоноситель выходит через другой штуцер.

С начала 80-х годов XX в. на НПЗ началась массовая замена водяных холодильников конденсаторами воздушного охлаждения. Их применение позволило снизить затраты на эксплуатацию теплообменников и решить ряд экологических проблем. Аппараты воздушного охлаждения (АВО) (рис. 9.5) оборудованы плоскими трубными пучками, по которым проходит охлаждаемый поток

нефтепродуктов. Через этот пучок направляют поток воздуха, нагнетаемый вентилятором.

Ректификационные колонны представляют собой аппараты для разделения продуктов, имеющих различную температуру кипения. Чаще всего они оборудованы барботажными колпаками. Ректификационная колонна представляет собой как бы несколько самостоятельных установок, поставленных друг на друга, с отбором проб по высоте колонны. Процесс перегонки ведут в ректификационных колоннах под давлением (рис. 9.6).

Сырую нефть нагревают первоначально в теплообменнике до температуры 170— 180 °С и направляют в трубчатую печь, где нефть находится под некоторым избыточным давлением и нагревается до 300 — 350 °С. Нагретая парожидкостная смесь подается в нижнюю часть ректификационной колонны.

Так как более легкие продукты (пар) должны проходить через более тяжелые продукты (жидкость) и находиться с ними в равновесии в любом месте колонны, то в каждом потоке присутству-

Рис. 9.5. Аппарат воздушного охлаждения с горизонтальным расположением секций

Рис. 9.6. Ректификационная колонна с боковой отпарной секцией:

I — печь для подогрева; 2— ректификационная колонна

ют очень летучие компоненты, так называемые головные погоны нефти.

Для удаления легких фракций из бокового погона иногда предусматривается отпарная колонна (секция). Боковой погон поступает в верхнюю часть отпарной секции, легкие фракции отгоняются паром в противотоке и вновь направляются в основную колонну.

Имеются три вида отходов фракционирования сырой нефти: вода, отводимая из верхнего сборника перед рециркуляцией, содержит сульфиды, хлориды, меркаптаны и фенол; слив из линий для отбора проб нефти. Эта вода содержит повышенную концентрацию нефти, иногда — в виде эмульсий; устойчивая нефтяная эмульсия, образующаяся в барометрических конденсаторах, используемых для создания вакуума.

На современных нефтеперерабатывающих заводах вместо барометрических конденсаторов применяют поверхностные конденсаторы, состоящие из ряда последовательно установленных кожухотрубных теплообменников, в которых охлаждаются конденсирующиеся вещества, а вода для охлаждения не имеет прямого контакта с конденсатором.