Лекция №24 Стабилизация бензина и разделение его на узкие фракции

Обычно в бензиновой фракции, получаемой на АВТ, содер­жатся растворенные газы. Поэтому ее подвергают физической стабилизации в ректификационной колонне, называемой стаби­лизатором. Качество стабильного бензина контролируют по со­держанию в нем суммы изобутана и «-бутана или по допустимому давлению насыщенных паров товарного бензина. Кроме того, при стабилизации из бензина желательно удалять сероводород — не менее 96—99 % его содержания. Это позволяет сократить рас­ход реагентов при щелочной очистке бензина и выделить серово­дород для дальнейшего использования. Если бензиновая фракция направляется далее на переработку (например, после ректифика­ционного разделения на узкие фракции их подвергают ароматиза­ции на установках каталитического риформинга), то в процессе стабилизации изобутан и н-бутан могут быть удалены из бензина практически полностью. Для стабилизации бензина и разделения его на узкие фракции необходимо иметь несколько простых рек­тификационных колонн. Число их должно быть на единицу мень­ше числа получаемых фракций. Как правило, стабилизацию про­

водят в одной колонне под давлением 0, 8—1, 4 МПа, которое обеспечивает почти полную конденсацию газов при использова­нии воздуха или воды в качестве хладагента.

Перегонка мазута в вакууме

В зависимости от типа нефти из остатка атмосферной пере­гонки (мазута) выделяют масляные дистилляты, которые направ­ляются затем на маслоблок, или вакуумный газойль, являющий­ся сырьем установок каталитического крекинга. Для снижения температур кипения разделяемых компонентов и предотвраще­ния термического разложения сырья мазут перегоняют в вакуу­ме. С этой же целью используют введение острого пара в ниж­нюю часть вакуумной колонны или добавку водяного пара в змеевики печи подогрева. С углублением вакуума температуры кипения компонентов снижаются. Вакуум создается барометри­ческими конденсаторами и вакуумными насосами (поршневы­ми, ротационными, эжекторными или струйными), которые можно включать в различной последовательности.

При использовании схемы барометрический конденсатор — эжектор основная масса паров, отходящих с верха вакуумной колонны, конденсируется в барометрическом конденсаторе, а оставшаяся часть затем отсасывается вакуумным насосом (обыч­но паровым эжектором). Остаточное давление в барометриче­ском конденсаторе зависит от температуры отходящей воды, но оно не может быть ниже давления насыщенного водяного пара при данной температуре. Таким образом, вакуум определяется температурой воды, выходящей из конденсатора.

Вода из барометрических конденсаторов смешения загряз­нена нефтепродуктами и сернистыми соединениями (иногда до 5, 5 % мае. на мазут). Поэтому для уменьшения загрязненных сточных вод на ряде заводов в барометрические конденсаторы подается оборотная вода, в результате чего снижается расход свежей воды и уменьшается загрязнение водоемов. Однако при этом несколько повышаются температура воды, подаваемой в барометрические конденсаторы смешения, и затраты на соору­жение отдельной системы водоснабжения.

Проще и экономически целесообразнее заменять барометри­ческие конденсаторы смешения трубчатыми теплообменника- ми — поверхностными барометрическими конденсаторами, хотя по теплотехническим показателям последние существенно усту­пают конденсаторам смешения. Нефтепродукты, конденсируе­мые в поверхностных конденсаторах, не разбавляются охлаждаю­щей водой, что облегчает их выделение из конденсата, собирае­мого в отстойнике и барометрическом колодце. Одновременно необходимо улавливать и использовать сероводород из парогазо­вой смеси, выбрасываемой после последней ступени эжектора.

При использовании схемы эжектор — барометрический кон­денсатор пары из верхней части вакуумной колонны подаются непосредственно в эжектор, и глубина вакуума не зависит от температуры воды, выходящей из барометрического конденсато­ра. В результате создается глубокий вакуум (остаточное давле­ние 0, 67—1, 33 кПа, или 5—10 мм рт. ст.), и глубина вакуума оп­ределяется противодавлением на выходе из эжектора. Поэтому для создания глубокого вакуума соединяют последовательно не­сколько эжекторов. Такая система обходится дороже первой, так как эжектор отсасывает все пары, уходящие из колонны, и в ба­рометрическом конденсаторе необходимо конденсировать боль­шее количество паров.

Особенности перегонки в вакуумной колонне те же, что и в атмосферной колонне, но есть специфика эксплуатации вакуум­ной колонны, обусловленная низким остаточным давлением в аппарате и условиями нагрева тяжелого по фракционному соста­ву сырья. В вакуумной колонне необходимо создать условия, обеспечивающие высокую долю отгона и минимальное разложе­ние сырья. Для уменьшения времени пребывания мазута в печи и снижения гидравлического сопротивления рекомендуется:

• применять печь двустороннего облучения и подавать в ее змеевики водяной пар;

• сократить до минимума расстояние между вводом сырья в колонну и выводом мазута из печи;

• увеличить диаметр труб, последних по ходу сырья;

• соединять трубы на участке испарения при помощи полу­круглых соединений;

• линию перекачки нефти между печью и колонной выполнять с минимальным числом поворотов и S-образной формы.

Конструкция вакуумной колонны отличается от конструк­ции атмосферной колонны суженной отгонной частью, что спо­собствует сокращению времени пребывания остатка в колонне (во избежание его деструкции под действием высоких темпера­

тур). Из-за больших потоков паров, находящихся в глубоком ва­кууме, диаметр вакуумных колонн значительно больше диаметра атмосферных и составляет 8—12 м. В результате этого распреде­ление жидкости и барботаж в колонне неравномерны, что при­водит к малой эффективности тарелок. Кроме того, для умень­шения остаточного давления в питательной зоне на один отби­раемый из колонны дистиллят приходится устанавливать не более 5—6 штук тарелок. Для равномерного распределения жид­кости на поверхности рекомендуется применять специальные конструкции тарелок — решетчатые, клапанные или ситчатые.

Для предотвращения попадания капель жидкости, транспор­тируемых парами в укрепляющую часть колонны и ухудшающих качество дистиллятов (особенно нижний боковой погон), в ваку­умной колонне необходимо ставить ситчатые отбойные элемен­ты (отбойники) и применять противопенные присадки. Дистил­ляты из вакуумной колонны можно откачивать: непосредственно из сливного стакана (рис. 3.6, а), в этом случае сливной стакан делается большего размера; через отпарную колонну (рис. 3.6, б); через емкость (рис. 3.6, в).

Благодаря отпарным колоннам улучшается четкость разделе­ния, но затрудняется создание глубокого вакуума из-за дополни­тельных сопротивлений трубопроводов и тарелок в отпарных ко­лоннах, а также из-за подсоса воздуха через неплотности соеди­нений. Для увеличения доли отгона при глубоком вакууме и повышения четкости разделения масляных дистиллятов предло­жено перегонять мазут в двух ректификационных колоннах. В первой колонне под действием глубокого вакуума более полно отбирается широкая масляная фракция. Во второй колонне, где широкая фракция разделяется на более узкие, допустим менее глубокий вакуум; число тарелок там можно увеличить, что даст необходимую четкость разделения.

По другому варианту в первой колонне отбирают более лег­кие дистилляты и полугудрон, а во второй — при помощи испа­ряющего агента (керосиновой или газойлевой фракции) получа­ют более вязкие дистилляты и гудрон.

Недостатком двухколонной вакуумной установки является усложнение схемы перегонки и эксплуатации и увеличение ка­питальных вложений на строительство и эксплуатационных за­трат на дополнительную аппаратуру.

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕГОНКИ С ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Для подвода дополнительного тепла в низ атмосферной и вакуум­ной колонн промышленных установок перегонки нефти такие спосо­бы, как кипятильник с паровым пространством или " горячая струя", неприемлемы по причине низкой термостабильности кубовых остат­ков — мазута и гудрона. В этой связи с целью создания требуемого парового орошения в отгонной секции этих колонн, а также испарения (отпаривания) низкокипящих фракций нефти (попадающих в остаток в условиях однократного испарения в секции питания) на практике широко применяют перегонку с подачей водяного пара.

При вводе водяного пара в отгонную секцию парциальное давле­ние паров снижается и создаются условия, при которых жидкость ока­зывается как бы перегретой, что вызывает ее испарение (т. е. действие водяного пара аналогично вакууму). При этом теплота, необходимая для отпаривания паров, отнимается от самой жидкости, в связи с чем она охлаждается. Испарение жидкости, вызванное водяным паром, прекращается, когда упругость паров жидкости при понижении температуры снизится настолько, что станет равной парциальному дав­лению. Таким образом, на каждой теоретической ступени контакта установится соответствующее этим условиям равновесие фаз.

Рассмотрим подробнее механизм перегонки с подачей водяного пара, протекающий в отгонных секциях и отпарных колоннах.

Водяной пар, подаваемый в низ колонн, поднимается вверх вместе с парами, образующимися при испарении жидкости (кубового остатка или бокового погона), вступая на вышерасположенной тарелке в кон­такт со стекающей жидкостью. В результате тепло- и массообмена в жидкости, стекающей с тарелки на тарелку, концентрация низкокипящего компонента убывает в направлении сверху вниз. В этом же на­правлении убывает и температура на тарелках вследствие испарения части жидкости. Причем, чем больше количество водяного пара и ниже его параметры (температура и давление), тем до более низкой температуры охладится кубовая жидкость. Таким образом, эффект ректификации и испаряющее действие водяного пара будут снижаться на каждой последующей тарелке. Следовательно, увеличивать количе­ство отпарных тарелок и расход водяного пара целесообразно до определенных пределов. Наибольший эффект испаряющего влияния перегретого водяного пара проявляется при его расходе, равном 1, 5-2, 0 % мае. на исходное сырье. Общий расход водяного пара в атмо­сферные колонны установок перегонки нефти составляет 1, 2-3, 5, а в вакуумные колонны для перегонки мазута — 5-8 % мае. на перего­няемое сырье.

Необходимо указать на следующие недостатки применения водяно­го пара в качестве испаряющего агента:

— увеличение затрат энергии (тепла и холода) на перегонку и кон­денсацию;

— повышение нагрузки колонн по парам, что приводит к увеличе­нию диаметра аппаратов и уносу жидкости между тарелками;

— ухудшение условий регенерации тепла в теплообменниках;

— увеличение сопротивления и повышение давления в колонне и других аппаратах;

— обводнение нефтепродуктов и необходимость их последующей сушки;

— усиление коррозии нефтеаппаратуры и образование больших количеств загрязненных сточных вод.

В этой связи в последние годы в мировой нефтепереработке прояв­ляется тенденция к существенному ограничению применения водяного пара и к переводу установок на технологию сухой перегонки.