Перегонка нефти с ректификацией

Целью первичной перегонки нефти является получение фракций с определенными свойствами (фракционный состав, t _кип., плотность, t _всп.). Для этого паровая и жидкая фазы после однократного испарения должны быть подвергнуты ректификации – концентрированию по низкокипящему компоненту (НКК) паровой фазы и по ВКК – жидкой фазы.

Сущность ректификации (принцип работы РК) – в многократном контактировании встречных потоков паров и жидкости и происходящих при этом фазовых превращениях (при контактировании происходит парциальная конденсация паров и парциальное испарение жидкости), при этом паровая фаза за счет тепла конденсации обогащается НКК (легкие углеводороды), а жидкая обогащается ВКК. Процесс ректификации осуществляется в РК, а тепло- и массообмен – на специальных контактных устройствах – тарелках.

Схема процесса ректификации показана на рисунке 3.4.

В среднюю часть колонны поступает сырье F с температурой tF и состава XF. При входе в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образуются пары GF состава УF и жидкость gF состава XF, находящиеся в равновесии, т.е. имеющие одинаковое давление и температуру. На каждой n-й тарелке обеспечивается контакт между парами Gn-1, поступающими на данную тарелку, и жидкостью (флегмой) g n+1, стекающей на эту тарелку: пар обогащается НКК, а жидкость – ВКК, т.е. меняется состав фаз. Уходящие с тарелки n потоки паров Gn и жидкости g n будут находиться в равновесии. При этом пары Gn, поступающие на вышележащую тарелку n+1, вновь вступают в контакт с соответствующим жидкости, стекающим с вышележащей тарелки nк. Процесс обогащения пара НКК, а жидкости ВКК происходит в том случае, если жидкость, находящаяся на одном горизонтальном уровне с паром (g n+1 и Gn) содержит больше НКК, чем жидкость g n, равновесная с этим паром Gn. При постоянном давлении в колонне этот уровень будет обеспечиваться, если температура жидкости g n+1 будет ниже (эта Dt= 5-100C), чем температура паров Gn, т.е. если температура в колонне будет уменьшаться в направлении движения потока паров (вверх) и возрастать в направлении потока жидкости (флегма) вниз. Самая низкая температура – верх, высокая – низ. Температура жидкости на тарелке за счет теплоты конденсации легких углеводородов повышается на 4-60С. Паровой поток с верха проходит к-х и часть ректификата Дор возвращается в колонну на орошение для создания жидкого потока. Отношение Дор/ Дтов – кратность орошения, чем >тем выше четкость ректификации

Рисунок 3.4 – Схема процесса ректификации

При ректификации повышается степень разделения смеси (четкость ректификации), т.е. уменьшается Dt интервал налегания.

Четкость ректификации – величина температурного интервала между концом кипения ЛКД и началом кипения смежного ему тяжелого дистиллята, зависит от состава сырья и получаемых продуктов, числа тарелок в колонне, флегмового числа (Ф=L_(ж)/D_(п)), отпарного числа. Ф=1,01-1,1 (рабочее 1,25)

Так четкость ректификации для бензиновой секции колонны

Зависит от субъективных факторов

Dt_б=t_кк^б - t_нк^к

керосиновой Dt_к=t_кк^к - t_нк^д

Dt_д=t_кк^д - t_нк^м

Поэтому четкость ректификации оценивают по более надежным показателям - температурам выкипания 5% и 95%, т.е. Dt_б^`=t₉₅^б - t₅^к =11-15⁰С (допускается по ГОСТ)

Dt_к^`=t₉₅^r - t₅^д = 14-28 ⁰С

Dt>Dt1 Нефть при нагревании разделяется на Ж и П. Если же произвести ректификацию, то конечными продуктами будут R и D, при этом Dt>Dt1, т.е. четкость ректификации возрастет и другими будут физико-химические показатели качества D и R (вязкость, плотность) в сравнении с П и Ж. Высокие эксплуатационные характеристики качества топлив будут при Dt=10-150С.

Dt_д^`=t₉₅^д - t₅^м = 6-8 ⁰С

t⁰C

3.2.1 Устройство ректификационной колонны.

Ректификация смесей осуществляется в РК. Структурная схема процесса ректификации и устройство РК показаны на рисунке 3.5.

Основные элементы ректификационного разделения нефти: 1- нагрев нефти; 2- испарение (эвапорационное пр-во); 3- обогащение (укрепление паровой фазы); 4- обогащение жидкой фазы ВКК за счет отгона (отпарки) от нее легких углеводородов (отпарная секция); 5- конденсатор-холодильник; 6- сепарация газа от жидкости. П0 – отогнанные от жидкости легкие углеводороды поступают на конденсацию в укрепляющую часть 3, Жу - сконденсированные в укрепляющей части ВКК в виде жидкого потока (флегмы) поступают в отгонную часть колонны Тарелка, на которую подается сырье, называется тарелкой питания. Целевой продукт отгонной секции- жидкий остаток, а укрепляющей- пары ректификата.

Рис. 3.5 – Структурная схема процесса ректификации

В зависимости от количества получаемых продуктов при разделении смесей различают простые и сложные РК. В первой получают бензин и полумазут. В сложной - получают три и более продуктов. На практике используют одну сложную колонну (РК). В сложной РК укрепляющие части колонн К-2 и К-3 расположены над К-1, а отгонные части колонн К-2 и К-3 вынесены в виде отдельных отпарных колонн (стриппингов), связанных со своими укрепляющими частями потоками флегмы и паров. Поток паров нефти в этом случае проходит от эвапорационного пространства до верха колонны, парциально конденсируясь за счет встречного потока орошения, перетекающего из одной укрепляющей части в другую. Сконденсированный поток флегмы по переточным трубам поступает в заданных количествах в соответствующие стриппинги, куда подается в качестве отпаривающего агента пар и снизу которых выводятся соответствующие дистилляты (керосин, ДТ). Процесс проводят при Р=0,15-0,2 МПа.

Водяной пар используется для отпаривания легких фракций от топливных или масляных фр, а также от мазута и гудрона. Основное действие водяного пара- снижение парциального давления углеводородных паров. Поскольку при отпаривании тепло отнимается от самого потока, температура его понижается, следовательно по мере увеличения расхода В.П.масса отпариваемых фракций уменьшается. Общий расход В.П. в атмосферные колонны составляет 1,2-3,5% _масс., в вакуумные -5-8% _масс. на сырье, что соответствует максимальному отпариванию паров до 25%. Доля В.П. в общем потоке паров при этих расходах колеблется от 8 до 50% _об.

Рисунок 3.6 – Схема сложной атмосферной колонны

Для разделения термически нестойких нефтяных смесей (мазут), т.е. чтобы отобрать от нефти дистилляты, кипящие выше 350⁰ С, используют перегонку под вакуумом. Вакуум создается за счет откачки насосом (эжектор) смеси неконденсируемых газов.

Рисунок 3.7 – Схема вакуумной колонны

Рисунок - Схема вакуумной колонны:

1– корпус; 2 – ректификационные тарелки; 3 – отбойник; 4 – конденсатор-холодильник; 5 – отстойник; 6 – холодильник; I – мазут; II – водяной пар; III – несконденсировавшиеся газы; IV – вода; V – циркуляционное орошение; VI – боковой продукт; VII – гудрон.

На рисунке 3.8 приводится устройство барометримеческого конденсатора для создания вакуума.

1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – барометрическая труба; 4 – колодец; 5 – гидравлический затвор; I – пары и газы из вакуумной колонны; II – несконденсированные газы разложения и воздух; III – холодная вода; IV – сток воды в канализацию.

Рисунок 3.8 – Схема барометрического конденсатора

Вакуум понижает температуру кипения углеводородов, что позволяет при 410-420⁰С отобрать дистилляты, имеющие температуру кипения до 500⁰С. Мазут подогревается от 320⁰Сдо 410⁰С и с долей отгона 40-70% поступает в колонну. Конечно, при 420⁰С происходит крекинг некоторых углеводородов, но присутствие непредельных устраняется вторичными методами переработки. Остаточное давление в ВК 20-60 мм рт ст. Чтобы увеличить отбор светлых от мазута в ВК подают перегретый В.П.или испаряющий агент. Процесс ректификации аналогичен процессу в атмосферной колонне.

В ВК диаметр отгонной секции в 1,5-2 раза меньше, чем концентрационной секции. Это объясняется меньшим объемом паров (нагрузка по парам) и снижением времени пребывания гудрона в зоне высоких температур с целью уменьшить разложение гудрона.

Основным элементом РК является ректификационная тарелка, на которой осуществляется массо- и теплообмен между жидкой и паровой фазами.