Описание технологического процесса

Нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь взаимно растворимых углеводородов. В промышленной практике нефть разделяют на фракции, различающиеся температурными пределами перегонки.

Для четкого разделения нефти на фракции применяют перегонку с ректификацией. Ректификация — это теплои массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократных паров и жидкости. Процесс ректификации проводится в ректификационных колоннах на специальных устройствах — ректификационных тарелках или насадках.

В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку или заменяющее ее устройство проходят два потока:

• — жидкость — флегма, стекающая с вышележащей на нижележащую тарелку;
• — пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку.

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего — повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется.

Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода — отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты — ректификат, а с нижней тарелки — жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом.

В отгонной части происходит отпарки из этой жидкости легкокипящих фракций, а из нижней части колонны выводится второй продукт — кубовый остаток. В колонну на определенном уровне по высоте колонны подается предварительно нагретое до заданной температуры сырье в виде парожидкостной смеси.

Эта зона называется эвапорационной и разделяет колонну на две зоны — концентрационную и отгонную.

В эвапорационной зоне происходит эвапорация — однократное испарение сырья и разделение его на паровую и жидкостную фазы.

Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с тарелки на тарелку непрерывно стекала орошающая жидкость — флегма. Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку в виде так называемого орошения. При помощи подаваемого наверх колонны холодного (острого) орошения регулируется температура верха колонны.

Тем самым определяется качество ректификата по температуре конца кипения, по содержанию в нем высококипящих компонентов. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно поднимались пары.

Для создания восходящего потока паров, а также максимального извлечения из жидкого остатка более легкокипящих фракций, в отгонную часть колонны подводится тепло — при помощи кипятильника, подачи «горячей струи», ввода острого водяного пара и т. д.

В зависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта: ректификат и кубовый остаток.

Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В сложных колоннах, как правило, острого (испаряющегося) орошения бывает недостаточно для регулирования теплового режима и создания флегмы по всей высоте колонны, поэтому используют циркуляционные орошения. Флегму с определенной тарелки забирают насосом, прокачивают через теплообменник и охлажденную возвращают в колонну на лежащую выше тарелку.

Отгонные части сложных колонн выделяют в самостоятельные аппараты, называющиеся колоннами (стриппингами).

Как упоминалось выше, одним из методов повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти является ввод в нижнюю часть ректификационной колонны испаряющего агента.

Наиболее широко в качестве испаряющего агента при перегонке нефти применяют водяной пар.

Влияние последнего заключается в следующем:

• — интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;
• — создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутри множества пузырьков водяного пара;
• — в присутствии водяного пара снижается парциальное давление углеводородов, а соответственно и температура кипения углеводородов.

Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру отбора фракций в пределах от 10 °C до 20 °C.

Рекомендуется применять перегретый в печах водяной пар и вводить его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны.

Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

Оптимальное количество перегретого водяного пара лежит в пределах 0,5−3,0% масс. на исходное сырьё.

Увеличение количества пара ведёт к повышению нагрузки колонны по парам, повышению перепада давления на колонне, избыточному обводнению нефтепродуктов, усиления коррозионных явлений.

Атмосферную перегонку нефти проводят при температуре не выше 370 °C (при более высокой температуре начинается крекинг).

Эффективность процесса ректификации характеризуется четкостью ректификации — предельным содержанием низкокипящих и высококипящих компонентов в целевых фракциях, а также глубиной отбора целевых фракций от сырья. Четкость ректификации и глубина отбора зависят от многих факторов, важнейшим из которых являются температура нагрева сырья, количество подаваемого орошения (флегмы), тип и число тарелок, конструкция и место ввода сырья, рабочие условия и другие.

Контроль за работой ректификационных колонн в основном сводится к оперированию важнейшими факторами процесса — температурным режимом, давлением и изменением количества подаваемого в колонны водяного пара.

Температура сырья на входе в колонну зависит от природы сырья, заданной глубины отбора дистиллятов, давления и относительного расхода водяного пара.

Чем легче по фракционному составу сырье и чем меньше глубина отбора дистиллятов, тем более низкой при прочих равных условиях может быть температура сырья на входе в колонну.

Температура верха колонн и отборов боковых пагонов в сложных ректификационных колоннах регулируется за счет изменения количеств острого и циркуляционного орошений.

Увеличение температуры низа колонны или соответствующей секции сложной колонны приводит к уменьшению содержания легкокипящих компонентов в остатке и увеличению отбора фракций от сырья или в данной в наших условиях секции.

Повышение температуры верха колонны или соответствующей секции колонны позволяет производить отбор ректификата или побочного продукта с заданной температурой конца кипения и повысить температуру начала кипения фракции, отбираемой в последующей секции колонны.

Кроме того, увеличение количества циркуляционных орошений делает возможным разгрузить верхнюю часть колонны по парам, уменьшить подачу острого орошения и повысить температуру предварительного нагрева сырья.

Давление в ректификационной колонне зависит от ряда факторов.

Для обеспечения максимального отбора дистиллятов от сырья давление должно быть как можно ниже и в то же время обеспечивать конденсацию паров дистиллята при помощи наиболее дешевого и доступного хлад агента, преодоление сопротивления при движении паров по тракту после выхода их из колонны.

Увеличение давления в колонне вызывает также повышение температуры кипения углеводородов.

А следовательно, и повышение температуры процесса ректификации, что приводит к увеличению теплопотерь, также снижается чёткость разделения фракций.

Увеличение количества водяного пара, подаваемого в низ колонны, до определенного предела позволяет увеличить глубину отбора дистиллятов из сырья при прочих равных условиях.

Основное технологическое оборудование

Таблица 1. — Основное технологическое оборудование: