Классификация товарных нефтепродуктов

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для производства качественных масел требуется минимальное число технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350 °С), выделенные из нефти, сначала подвергают очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масленых фракций доочисткой отбеливающими глинами.

За последние годы в технологию производства масел все больше внедряют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими глинами. Таким способом, получают дистиллятные масла и средние индустриальные, автотракторные и др. Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется диасфальтизат и асфальт.

Деасфальтизат подвергают дальнейшей переработке, подобно масленым дистиллятам, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

При любом из двух рассмотренных вариантов переработки нефти следует предусматривать процессы по производству сырья для нефтехимической промышленности: этилена, пропилена, бутиленов, толуола, ксилолов и др. Из года в год увеличивается доля нефти, используемое как сырье для нефтехимической промышленности.

Нефтехимический (комплексный) вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимических продуктов и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых, помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел, не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжёлого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотонажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих средств, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

Поставщиками олефинов на таких заводах являются главным образом установки пиролиза; процессы термического крекинга и коксования значительно уступают им в этом отношении. Сырьём для процессов пиролиза служат сухие газы нефтепереработки, низкооктановые газовые бензины, рафинат с установок по извлечению ароматических углеводородов из катализатов риформинга. Производство ароматических углеводородов осуществляется на специальных установках каталитического риформинга. Нормальные парафиновые углеводороды получают с установок карбамидной депарафинизации дизельных топлив, а изопарафиновые - с установок изомеризации нормальных парафиновых углеводородов (бутана, пентана и др.). Циклогексан получают либо чёткой ректификацией лёгкого бензина, либо гидрированием химически чистого бензола.

1.2. Назначение и особенности первичной перегонки нефти.

1.2.1. Перегонка нефти на установках AT и АВТ.

Технологические схемы установок первичной переработки нефти обычно принимаются для определенного варианта переработки нефти – топливного или топливно-маслянного.

При неглубокой переработке нефти по топливному варианту перегонка ее осуществляется на установках АТ (атмосферных трубчатках); при глубокой переработке – на установках АВТ (атмосферно-вакуумных трубчатках) топливного варианта и при переработке по масляному варианту – на установках АВТ масляного варианта. Если установки АТ имеют один атмосферный блок, то установка АВТ имеет блоки атмосферной и вакуумной перегонки нефти и мазута.

В зависимости от варианта переработки нефти получают различный ассортимент топливных и масляных фракций. На установках АТ при неглубоком топливном варианте и на атмосферных блоках установок АВТ по топливно-масляному варианту переработки получают бензиновые керосиновые и дизельные фракции; при глубоком топливном варианте переработки нефти на атмосферном блоке установки АВТ получают бензиновые и керосино-газойлевые фракции. Утяжелённый по составу мазут подвергается дальнейшей переработке на блоках вакуумной перегонки с получением одной или нескольких масляных фракций и гудрона.

При топливно-масляном варианте переработки нефти и наличии на заводе установок каталитического крекинга и АВТ большой единичной мощности целесообразно использование комбинированной технологической схемы установки первичной перегонки нефти, обеспечивающей одновременное или раздельное получение из нефти наряду с топливными фракциями широкой и узких масляных фракций.

1.2.2. Особенности нефти как сырья процессов перегонки.

Нефть и нефтяные смеси как сырьё для ректификации характеризуются рядом специфических свойств, обусловливающих некоторые особенности в технологии их переработки.

1)Нефть и особенно её высококипящие фракции, и остатки характеризуются невысокой термической стабильностью. Для большинства нефтей температура термической стабильности соответствует температурной границе деления примерно между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, то есть 350 —360 °С. Нагрев нефти до более высоких температур будет сопровождаться её деструкцией и, следовательно, ухудшение качества отбираемых продуктов перегонки. В этой связи перегонку нефти и ее тяжелых фракций проводят с ограничением по температуре нагрева. В условиях такого ограничения для выделения дополнительно фракций нефти, выкипающих выше предельно допустимой температуры нагрева сырья, возможно, использовать практически единственный способ повышения относительной летучести компонентов - перегонку под вакуумом. Так, перегонка мазута при остаточных давлениях в зоне питания вакуумной колонны 100 и 20 мм. рт. ст. позволяет отобрать газойлевые (масляные) фракции с температурой конца кипения соответственно до 500 и 600 °С. Обычно для повышения четкости разделения при вакуумной (а также и атмосферной) перегонке применяют подачу водяного пара для отпаривания более легких фракций.

Следовательно, с позиции термической нестабильности нефти технология ее глубокой переработки (то есть с отбором фракций до гудрона) должна включать как минимум 2 стадии: атмосферная переработку до мазута с отбором топливных фракций и перегонку мазута под вакуумом с отбором газойлевых (масляных) фракций и в остатке гудрона.

2)Нефть представляет собой многокомпонентное сырьё с непрерывным характером распределения фракционного состава и соответственно летучести компонентов. Расчеты показывают, что значение коэффициента относительной летучести непрерывно (экспоненциально) убывает по мере утяжеления фракций нефти, а также по мере сужения температурного интервала кипения фракций. Эта особенность нефтяного сырья обуславливает определённые ограничения как на чёткость погоноразделения, особенно относительно высококипящих фракций, так и по отношению к "узости" фракций.

С экономической точки зрения, нецелесообразно требовать от процессов перегонки выделить, например, индивидуальный чистый углеводород или сверхузкие фракции нефти. Поэтому в нефтепереработке довольствуются получением следующих топливных и газойлевых фракций, выкипающих в широком интервале температур: бензиновые н.к.—140 °С (180 °С); керосиновые 140 °С (180 °С)—240 °С; дизельные 240 °С —350 °С; вакуумный дистиллят (вакуумный газойль) 350 °С —400 °С, 400 °С —450 °С и 450 °С —500°С; тяжёлый остаток — гудрон >490 °С (>500 °С). Иногда ограничиваются неглубокой атмосферной перегонкой нефти с получением в остатке мазута >350 °С, используемого в качестве котельного топлива.

3)Высококипящие и остаточные фракции нефти содержат значительное количество гетероорганических смолисто-асфальтеновых соединений и металлов, попадание которых при перегонке в дистилляты резко ухудшают их эксплуатационные характеристики и значительно усложняют их дальнейшую переработку. Это обстоятельство обуславливают необходимость организации четкой сепарации фаз в секции питания атмосферной и особенно вакуумной колонн. Эффективная сепарация фаз в секции питания колонн достигается установкой специальных сепараторов (отбойных тарелок, насадок и т.д.), улавливающих мельчайшие капли (туман, пена, брызги) кубовой жидкости, а также промывкой потока паров стекающей жидкостью в специальной промывной тарелке. Для этого и с целью повышения разделительной способности нижних тарелок сепарационной секции колонны, необходимо обеспечить некоторый избыток орошения, называемый избытком однократного испарения, путем незначительного перегрева сырья (но не выше предельно допустимой величины). При этом доля отгона в секции питания колонны должна быть на 2 – 5% больше выхода продуктов, отбираемых в виде дистиллята и боковых погонов.

1.2.3. Продукты первичной перегонке нефти.

В зависимости от состава нефти, варианта её переработки и особых требований к топливным и масляным фракциям состав продуктов установок первичной перегонки нефти может быть различным.

По топливному варианту переработки нефти получают следующие топлива, применяемые в различных областях: 1) карбюраторные (авиационные и автомобильные бензины и тракторные топлива), 2) реактивные, 3) дизельные, 4) газотурбинные, 5) котельные.

В качестве карбюраторных топлив применяются главным образом низко- и среднекипящие фракции нефтей (бензиновые, лигроиновые, керосиновые), сжиженные углеводородные газы, а также лёгкие продукты вторичной переработки нефти и газа.

Автомобильные бензины выпускаются отечественной промышленностью пяти марок (табл. 1.1). Цифры, входящие в марку бензина, означают октановое число по моторному методу (для АИ-93 и АИ-98 - по исследовательскому методу).

Технические нормы на автомобильные бензины.

Таблица 1.1.

Современные автомобильные бензины предусматривается двух видов: летние и зимние. Их готовят главным образом из бензиновых фракций продуктов каталитического крекинга, реже прямой перегонке. Бензин А-72 не содержит антидетонатора.
Важнейшими показателями качества авиационных и автомобильных бензинов являются: стойкость к детонации, фракционный состав и испаряемость, давление насыщенных паров, химическая стабильность (стойкость к окислению кислородом воздуха).

Фракционный состав и испаряемость карбюраторных топлив определяют стандартной разгонкой. При определении фракционного состава бензинов фиксируют температуры начала кипения, выкипания 10, 50, 90, 98 объёмных % и конец кипения. Температура выкипания 10% топлива характеризует его пусковые свойства при низких температурах и склонность к образованию газовых пробок в системе подачи горючего. Эта температура равна 75—88 °С для авиационных 70—79 °С для автомобильных бензинов. Температура выкипания 50% топлива определяет плавность перехода работы двигателя с одного режима на другой и устойчивость в работе. Она должна быть не выше 105 °С для авиационных и 115 °С для автомобильных бензинов. Наконец температура выкипания 98% характеризует полноту испарения топлива во всасывающей системе двигателя. Она должна быть не выше 180 °С для авиационных и 205 °С для автомобильных бензинов.

Давление насыщенных паров даёт дополнительное представление об испаряемости карбюраторного топлива, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров, тем выше его испаряемость и больше опасность образования газовых пробок в бензопроводах самолётов на больших высотах. Поэтому давление насыщенных паров авиационных бензинов ограничивают величиной 360 мм. рт. ст.

Химическая стабильность карбюраторных топлив определяется содержанием в них нестабильных олефинов, легко подвергающихся окислению. Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообразованию. Стабильность против окисления оценивают содержанием в бензине фактических и потенциальных смол. Количество фактических смол определяют выпариванием горючего на водяной бане в струе воздуха. Вес остатка отнесённый к 100 мл. бензина принимается за содержание фактических смол. Оно не должно превышать 4 мг /100 мл. для авиационных и 7 мг /100 мл. для автомобильных бензинов.

При определении содержания потенциальных смол или так называемого индукционного периода окисления бензин помещают в стальную бомбу с манометром. В бомбу при 100 °С вводят определённое

количество кислорода. В течение некоторого времени при той же температуре давление в бомбе остается постоянным. С возникновением окислительных процессов оно начинает снижаться. Чем длительнее

остаётся постоянным давление тем, больше индукционный периодокисления. Его исчисляют обычно в минутах. Для авиационных бензинов он составляет 480 мин и для автомобильных менее 360-800 мин. Определение содержания фактических смол и индукционного периода должно проводиться до повышения октанового числа бензина.

Реактивные топлива. Для обеспечения надёжной и безотказной работы двигателей, реактивные топлива должны удовлетворять следующим требованиям: свободно прокачиваться по системе питания при высоких и низких температурах; полностью испаряться и воспламеняться в широких пределах состава топливной смеси; устойчиво, полно и с высокой скоростью сгорать без образования нагаров; иметь высокую теплоту сгорания; не коррозировать детали топливной системы. Помимо этого реактивные топлива должны обладать высокой термоокислительной стабильностью, температура начала их кипения должна быть выше температуры возможного нагрева топлива в полёте.

Технические нормы на топлива для реактивных двигателей.

Таблица 1.2.

Перечисленным выше требованиям удовлетворяют так называемые авиакеросины - нефтяные фракции прямой перегонки. Фракционный состав авиакеросинов зависит от химического состава исходной нефти. Например, для нафтеновых нефтей Азербайджана им соответствует фракция 120—280 °С (топливо Т-1). Авиационные керосины из сернистых и парафинистых нефтей должны иметь конец кипения не выше 250 °С (топливо ТС-1) и давление насыщенных паров при 38 °С не более 100 мм. рт. ст. (топливо Т-2). Снижение конца кипения приводит к уменьшению выхода фракции авиакеросина, а следовательно, снижает его ресурсы. Повысить ресурсы можно либо путём расширения фракционного состава, т. е. включения в авиакеросин бензиновой фракции, либо за счёт использования аналогичных фракций, получаемых при вторичных процессах переработки нефтей.

Химический состав реактивных топлив также зависит от природы исходной нефти. Наиболее желательными компонентами реактивных топлив являются парафинонафтеновые углеводороды. Они химически стабильны, характеризуются высокой теплотой сгорания и малым нагарообразованием. Ароматические углеводороды (особенно бициклические) менее желательны, поскольку их массовая теплота сгорания почти на 10% ниже, чем парафиновых углеводородов они дымят и при сгорании вызывают повышенное нагарообразование. Кроме того, для ароматических углеводородов характерна высокая интенсивность излучения пламени, что вредно отражается на сроке службы стенок камеры сгорания. Содержания ароматических углеводородов в реактивных топливах должно быть не более 20—22% масс.

Дизельные топлива в ассортименте нефтепродуктов составляют приблизительно одну треть. В производстве дизельных топлив для быстроходных двигателей используется главным образом средние (200-350 °С) фракций нефтей, для стационарных судовых двигателей (тихоходных) двигателей – тяжелые соляровые дистилляты, мазуты и отбензиненные нефти.

Полнота сгорания и экономичность использования дизельного топлива в большой мере зависит от его фракционного состава. Допустимые пределы выкипания дизельного топлива определяется числом оборотов двигателя. Для быстроходных дизелей требуются топлива, состоящие главным образом из низкомолекулярных, преимущественно парафиновых углеводородов. Таким топливом являются керосиновые фракции парафинистых нефтей. Тихоходные стационарные дизели могут работать на высококипящих тяжёлых фракциях.

Дизельное топливо в двигателях протекает по трубопроводам малого диаметра, через фильтры тонкой очистки, иногда при крайне низких температурах. Поэтому температура застывания и вязкость этих топлив имеют большое значение. Наиболее жёсткие требования по температуре застывания предъявляются к арктическим и зимним сортам топлива.

Вязкость дизельного топлива регламентируется стандартом, так как топливо выполняет одновременно функции смазки и уплотнения насосов и форсунок. При утечке через неплотности подтекающее топливо догорает и образует на распылителях форсунок нагар.

Технические нормы на дизельные топлива.

Таблица 1.3.

Показатели	Марка
ДЗЕЧ-1	ДЗЕЧ-2	ДЗ	ДЛЕЧ-2	ДЛ
Цетановое число, не менее
Фракционный состав. Перегоняется при тем-ре оС не выше 50%
96%
Кинематическая вязкость при 20оС не более /с
Температура застывания, °С, не выше	- 35	- 35	- 35	- 10	- 10
Температура фильтруемости, °С, не выше	-25	-25		-5	-5
Температура фильтруемости, °С, не ниже
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более

Содержание серы не должно превышать 0,2% масс. в топливах для быстроходных дизелей и 0,5% масс. в топливах других сортов.

Котельные топлива. Жидкие котельные топлива применяются для отопления паровых и водогрейных котлов тепловых электростанций судовых установок, паровозов и промышленных печей. В качестве котельного топлива используют в основном крекинг-остатки и в меньшей мере мазуты прямой перегонки нефти и тяжелые высокосмолистые нефти. По характеру сырья топочные мазуты могут быть малопарафинистыми и парафинистыми. По назначению котельные топлива делятся на мазуты флотские, топочные и топливо для промышленных печей.

Технические нормы на котельные топлива.

Таблица 1.4.

Температура предварительного подогрева котельных топлив лимитируются их температурой вспышки. Она должна быть не ниже 90-140°С при определении в открытом тигле для топочных и не ниже 80-90 °С при определении в закрытом тигле для флотских мазутов. Содержание воды в котельных топливах не должно превышать 1-2 % масс, а серы во флотских мазутах должно быть не более 0,8 - 2 % масс, в топочных мазутах марок 40, 100 и 200 – не более 0,5 % масс при малосернистом сырье, 2 % масс при сернистом и 3,5 % при высокосернистом. В топливе МП для мартеновских печей содержание серы ограничивают величиной 0,5% масс.

1.2.4. Факторы, влияющие на работу колонны.

Технологический режим колонны зависит от температур всех внешних материальных потоков, рабочего давления в аппарате, удельного расхода тепла на испарение нефти и конденсацию части верхнего продукта и флегмового числа. Основные размеры колонны - диаметр и высота - зависят главным образом, от типа и числа тарелок, расстояния между ними. Основными размерами тарелки являются её свободное сечение и размеры некоторых элементов, характерные для каждого типа тарелок.

Анализ работы большого количества ректификационных колонн и обобщения этих данных показали, что на погоноразделительную способность оказывают существенное влияние следующие факторы: тепловой режим паровых и жидкостных потоков, материальный баланс колонны, размеры сечений контактных элементов, конструкция и число тарелок, кратность орошения, способ ввода орошения в колонну, весовая и линейная скорость паров.

Давление. Давление в основной атмосферной колонне должно обеспечивать преодоление гидравлических сопротивлений парогазовых потоков по всей системе. Обычно избыточное давление в атмосферной колонне составляет 0,7 - 0,8атм. и не должно превышать 1атм., т.е. оно должно приниматься минимально возможным. Практически это давление несколько колеблется в зависимости от условий эксплуатации. При двухколонной схеме работы установки давление в отбензинивающей колонне, как правило, должно быть выше, чем в основной атмосферной колонне, но его следует принять минимально возможным, лишь достаточным для того, чтобы преодолеть сопротивление шлемовой трубы, змеевика конденсатора и коммуникации газоотводящей системы. В отбензинивающей колонне отгоняются лёгкие бензиновые пары и газы, а для подачи последних в газовую сеть предприятия давление в первой ректификационной колонне должно быть не ниже 3 - 4 атм. По фактическим данным, на действующих двухколонных установках избыточное в большинстве случаев составляет от 1 до 3,5 атм.

Температура. Температурный режим, влияющий на показатели работы колонны, зависит от качества дистиллятов и давления в колонне. Нужно определить обычным путём температуры верха и низа колонны, боковых погонов и низа остатка. При этом следует учитывать, что в низ колонн подается водяной пар и температура внизу колонны будет определяться парциальным давлением нефтяных паров. Водяной пар оказывает существенное влияние на температурный режим колонны.

Необходимо создать такие условия, чтобы с потоком сырья в колонну вносилось максимальное количество тепла. Температура сырья поступающего в колонну должно соответствовать доле отгона, равной суммарному отбору из колонны по материальному балансу.

Расход пара. На практике расход пара колеблется в широких пределах. Обследование работы действующих колонн показало, что в атмосферных колоннах в 32-х случаях расход пара составлял более 1 вес %, а нефть (1-5,4%); в 19-и случаях - ниже 1% (0,17 - 0,09%). В атмосферных каннах увеличение расхода пара не оказывает существенного влияния на увеличение скорости нефтяных паров в колонне.

Орошение колонны. Атмосферная колонна обычно имеет вверху острое орошение и затем по высоте несколько промежуточных орошений циркуляционных или острых с переохлаждённой флегмой. Из промежуточных орошений чаще применяют циркуляционные орошения, располагаемые обычно под отбором бокового погона или использующие отбор бокового погона для создания циркуляционного орошения с подачей последнего в колонну выше точки возврата паров из отпарной секции. Промежуточное острое орошение предусматривает отбор всей жидкости с боковым погоном, охлаждение части жидкости и возврат её в колонну ниже точки отбора. Возможна подача промежуточного острого орошения после отделения лёгких фракций.

Использование только одного острого орошения в верху колонны неэкономично, так как низкопотенциальное тепло мало пригодно для регенерации теплообменом. Кроме того, в этом случае расход потоков пара и жидкости изменяется значительно по высоте колонны. При промежуточном орошении рационально используется практически всё тепло колонны для подогрева нефти, выравниваются нагрузки по высоте колонны, тем самым увеличивается производительность колонны и обеспечиваются оптимальные условия работы тарелок во всех секциях колонны.

При выборе схемы орошения в колонне, т. е. острого и промежуточных циркуляционных орошений (ПЦО) и доли отбора тепла с каждым из них, учитывают одновременно влияние ПЦО на чёткость ректификации, степень регенерации тепла и размеры аппаратов. Так, при увеличении чёткости разделения большее количество тепла необходимо отводить острым орошением, для увеличения же степени регенерации тепла следует развивать в основном нижние циркуляционные орошения и, наконец, для умеренного и Равномерного распределения нагрузок по высоте колонны необходимо перераспределять тепло между всеми потоками орошения.

Анализ работы промышленных колонн показывает, что в атмосферной колонне для перегонки нефти должно быть одно или два ПЦО, так как третье незначительно увеличивает коэффициент использования тепла и в то же время заметно снижает флегмовые числа в лежащих выше секциях колонны и усложняет технологическую схему установки. Количество тепла, обводимого каждым ПЦО, определяется требованиями к качеству получаемых дистиллятов и регулируем по температуре паров под тарелкой отбора этих дистиллятов. В то же время анализ процесса разделения с точки зрения перечисленных выше факторов показывает, что оптимальной оказывается такая схема, при которой острым орошением в верху колонны отводится 40% тепла и двумя ЦПО – по 30% каждым. Эта схема орошения обеспечивает и минимальный объём колонны.

В некоторых колоннах применяется ПЦО под "глухой" тарелкой. Такое орошение требует максимального отвода тепла в каждой секции колонны, что в итоге приводит к увеличению концентраций тяжёлых компонентов в дистиллятах и лёгких в боковых погонах, т. е. к ухудшению чёткости ректификации. Кроме того, в схеме орошения с глухой тарелкой невозможно частично отводить тепло по секциям, т. е. регулировать флегмовые числа по высоте колонны. Поэтому применение схем ПЦО под "глухой" тарелкой нецелесообразно.

При промежуточном остром орошении переохлаждённой флегмой равномерно распределяются нагрузки по высоте колонны, достигается более высокая эффективность массопередачи на тарелках по сравнению с обычными схемами ПЦО. Но при этом увеличиваются капитальные затраты, так как на каждый отбор дистиллятной фракции необходимо два насоса и два теплообменника.

Промежуточное острое орошение с отпаренной флегмой ещё больше увеличивает разделительную способность колонны, однако, требует большего расхода водяного пара на отделение лёгких фракций.

Показатели работы тарелок. К основным показателям работы ректификационных колонн и контактных устройств промышленных установок относятся кратность орошения (флегмовое число), весовая скорость паров, линейная скорость паров в свободном сечении колонны, плотность орошения тарелки, градиент уровня жидкости на тарелке, высота подбора слива, гидравлическое сопротивление тарелки, число теоретических тарелок, КПД тарелки.

Кратность орошения, или флегмовое число, определяется как отношение количества орошения — флегмы к количеству дистиллята или ректификата. Флегмовое число и число тарелок определяют заданную фракционировку в процессе ректификации. При увеличении флегмового числа необходимое число тарелок уменьшается, при уменьшении флегмового числа оно возрастает. Минимальное значение флегмового числа наблюдается при движущейся силе процесса разделения в каком-либо сечении колонны, равной нулю. Часто таким сечением является питательная секция колонны. Таким образом, количество орошения и число теоретических тарелок, а соответственно и высота колонны являются величинами взаимосвязанными при постоянной величине Фракционирования. В этой связи при расчёте ректификационной колонны стремятся выбрать оптимальное флегмовое число, которое обеспечивало Разделение при минимальных эксплуатационных и капитальных затратах.

1.2.5. Особенности технологии первичной перегонки нефти.

Технология первичной перегонки нефти имеет целый ряд принципиальных особенностей, обусловленных природой сырья и требованиями к получаемым продуктам. Нефть как сырьё для перегонки обладает следующими характерными свойствами: имеет непрерывный характер выкипания, невысокую термическую стабильность тяжёлых фракций и содержит в остатке значительное количество сложных гетерогенных органических малолетучих соединений и практически нелетучих смолисто-асфальтеновых и металлоорганических соединений, резко ухудшающих эксплуатационные характеристики нефтепродуктов и затрудняющих последующую их отчистку.

Поскольку температура термической стабильности тяжёлых фракций соответствует примерно температурной границе деления нефти между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, первичную перегонку нефти до мазута проводят обычно при атмосферном давлении, а перегонку мазута - в вакууме. Выбор температурной границы деления нефти при атмосферном давлении между дизельным топливом и мазутом определяется не только термической стабильностью тяжёлых фракций нефти, но и технико-экономическими показателями процесса разделения в целом. В некоторых случаях температурная граница деления нефти определяется требованиями к качеству остатка. Так, при перегонке с получением котельного топлива температурная граница деления проходит около 300°С, т. е. примерно половина фракции дизельного топлива отбирается с мазутом для получения котельного топлива низкой вязкости. Таким образом, вопрос обоснования и выбора температурной границы деления нефти подробно рассматривают при анализе различных вариантов технологических схем перегонки нефти и мазута.

Обычно перегонку нефти и мазута ведут соответственно при атмосферном давлении и в вакууме при максимальной температуре нагрева сырья с отпариванием лёгких фракций тяжёлых остатков водяным паром. Сложный состав остатков перегонки требует также организации чёткого отделения от них дистиллятных фракций, в том числе и высокоэффективной сепарации фаз при однократном испарении сырья.

С точки зрения отмеченных выше свойств нефти как сырья для перегонки технология первичной перегонки нефти характеризуется такими особенностями:

1. применением как минимум двух ступеней перегонки -

при атмосферном давлении и в вакууме;

2. применением водяного пара для отпаривания лёгких фракций из тяжёлых остатков

3. организацией чёткого деления нефти и мазута на дистиллятные
фракции и остаток с высокоэффективной сепарацией фаз при однократном их испарении.

В то же время сравнительно низкие требования к чёткости разделения дистиллятных фракции обуславливают возможность и целесообразность использования сложных ректификационных систем, характеризующихся сравнительно невысокой разделительной способностью, но и высокой термодинамической эффективностью, необходимой для таких процессов разделения как первичная переработка нефти и мазута.

1.3. Атмосферная перегонка нефти.

1.3.1 Перегонка нефти на топливные фракции и мазут.

Перегонка нефти до мазута осуществляется по схемам одно- или многократного испарения (одно- или двухколонные схемы). Наибольшее распространение в отечественной нефтепереработке в настоящее время получили схемы двукратного и, значительно меньшее, однократного испарения. За рубежом, начиная с 70-х годов, в основном используют схемы однократного испарения. В то же время в качестве перспективных схем перегонки нефти предлагаются усовершенствованные схемы одно-, двух- и трёхкратного испарения.

Рассмотрим и сравним между собой различные варианты схем перегонки нефти, используемые в настоящее время в промышленности и наиболее перспективные из числа предлагаемых к применению. Отметим, что для объективного анализа и сравнения схем перегонки нефти необходимо проводить комплексную их оценку по эксплуатационным, капитальным затратам и технологической гибкости—возможности надёжной работы установки при изменениях расхода и состава нефти для получения различного ассортимента нефтепродуктов.

Схемой однократного испарения предусматривается разделение нефти на заданные фракции и мазут в одной сложной колонне с боковыми отпарными секциями. (Рис 1.1)

Рис. 1.1 Перегонка нефти по схеме однократного испарения в сложной колонне с отпарными секциями:

1-сложная колонна; 2-отпарная секция; I -нефть; II -газ; III -лёгкий бензин; IV -тяжёлый бензин; V -керосин; VI -лёгкое дизельное топливо; VII -водяной пар; VIII -тяжёлое дизельное топливо; IХ -мазут.

Температура нагрева нефти на выходе из печи составляет 300—330 °С перегонка ведётся при атмосферном давлении. Схема однократного испарения нефти энергетически наиболее выгодна; сравнение её с другими схемами показывает, что она обеспечивает самые низкие энергетические показатели меньшую металлоёмкость аппаратуры и требует минимальной температуры нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона.

Однако перегонка нефти в одну ступень характеризуется меньшей технологической гибкостью установки, требует большей надёжности в работе аппаратуры и лучшей подготовки нефти. При одноколонной схеме перегонки отмечаются более высокие потери фракций до 350°С с мазутом — 3,1 против 2,5% (масс.) на нефть по сравнению с двухколонной схемой. Эти потери могут быть снижены применением одноколонной схемы с предварительным испарителем.

Другой вариант перегонки нефти по схеме однократного испарения в сложной колонне с боковыми укрепляющими секциями. (Рис. 1.2) Нефть нагретую до 150—230 °С, вводят в ректификационную колонну выше места отбора керосиновой фракции. Выше ввода нефти отбирают газ, фракции лёгкого и тяжёлого бензинов. В низ колонны подают водяной пар. Из разных зон колонны ниже ввода нефти выводят керосиновую фракцию, лёгкую и тяжёлую фракции дизельного топлива при температурах соответственно 160, 200 и 345 °С.

Рис. 1.2 Перегонка нефти по схеме однократного испарения в сложной колонне с укрепляющими секциями:

1-сложная колонна; 3-укрепляющая секция; I -нефть; II -газ; III -лёгкий бензин; IV -тяжёлый бензин; V -керосин; VI -лёгкое дизельное топливо; VII -водяной пар; VIII -тяжёлое дизельное топливо; IХ -мазут.

Последние три фракции отбирают в парообразном состоянии и подают в укрепляющие секции, где от них отделяют более высококипящие компоненты, которые возвращают в ректификационные колонны. Из ряда зон ректификационной колонны при 115, 200 и 350 °С выводят жидкие потоки которые дополнительно нагревают на 60—80 °С и возвращают в колонну.

Тепло отбираемых фракций как обычно используется для предварительного подогрева нефти. С низа колонны выводят мазут при 410 °С. Применение заданной технологической схемы требует меньших затрат энергии и металла по сравнению с традиционной схемой.

В то же время нельзя не отметить, что тяжёлый остаток нефти по такой схеме нагревается до очень высокой температуры (до 430°С) и, очевидно для предотвращения термического разложения масляных фракций необходимо обеспечить минимальное время пребывания его в трубах печи.

Промежуточное положение между схемами однократного и двукратного испарения занимает схема с предварительным испарителем (рис. 1.3), получившая широкое распространение на отечественных заводах.

По этой схеме часть лёгких бензиновых фракций после нагрева нефти в теплообменниках отделяется от нефти в предварительном испарителе, и, минуя печь, подаётся на разделение в основную ректификационную колонну вместе с частично отбензиненной нефтью, либо подаётся вместе с водяным паром под нижнюю тарелку колонны.

Предлагается также схема перегонки нефти с предварительным двукратным её испарением (рис. 1.4). В первой ступени испарения нефть при давлении 0,49 МПа нагревается в теплообменниках до 129°С и поступает в сепаратор первой ступени с тарелками вверху. На тарелки подаётся вода для отделения водорастворимых соединений. Затем пары из сепаратора вводятся в основную ректификационную колонну под нижнюю тарелку, а жидкость поступает в электродегидратор.

Обессоленная и обезвоженная нефть после электродегидратора при давлении 0,39 МПа нагревается в теплообменниках до 269 °С и поступает в сепаратор второй ступени, откуда жидкая фаза подаётся в печь и далее в колонну.

Рис. 1.3 Перегонка нефти по схеме с предварительным однократным испарителем:

1-сепаратор (предварительный испаритель); 2-сложная колонна; 3-отпарная секция; I -нефть; II -газ; III -бензин; IV -водяной пар; V -керосин; VI -лёгкое дизельное топливо; VII -тяжёлое дизельное топливо; VIII -мазут; IХ -вода.

Часть паровой фазы из сепаратора поступает в испарительную секцию змеевика печи, а другая часть, минуя печь, вместе с лёгкими бензиновыми фракциями подаётся в низ основной ректификационной колонне с боковыми отпарными секциями 2 (t = 350 - 380°С, Р - 0,11 - 0,2 МПа). Основным достоинством схем двукратного испарения является их высокая технологическая гибкость. Наличие первой ступени, в которой выделяется растворённый в нефти газ и часть бензиновых фракций, позволяет компенсировать возможные колебания в составе нефти и обеспечивает более стабильную работу атмосферной колонны. Применение "отбензинивающей" колонны позволяет также снизить давление на сырьевом насосе и разгрузить нефть от лёгких фракций.

Рис.1.4.Перегонка нефти по схеме с предварительным двукратным испарением:

2-сложная колонна; 3-отпарная секция; 4-сепаратор первой ступени 5-сепаратор второй ступени; 6-электродегидратор; I -нефть; II -газ, III -бензин; IV -водяной пар; V -керосин; VI -лёгкое дизельное топливо; VII -тяжёлое дизельное топливо; VIII -мазут; IХ -вода.

Двухколонную схему перегонки нефти используют при разделении нефтей с большим содержанием лёгких бензиновых фракций и растворённых в нефти газов, для переработки сильно обводнённых и сернистых нефтей.

Недостатками схемы двукратного испарения является более высокая температура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струёй, на что расходуется большое количество энергии, большое количество энергии, большое число единиц оборудования, насосов и пр.

При невысоких требованиях к чёткости разделения между дизельным топливом и мазутом экономически выгодно в атмосферной колонне максимально отбирать светлые продукты. Практика же перегонки нефти и сравнительные расчёты показывают, что высокий отбор светлых и чёткое деление между тяжёлыми фракциями дизельного топлива и мазутом по температурной границе 350 - 360°С возможны только при выделении тяжёлых топливных фракций в условиях умеренного вакуума. В связи с этим

В рассмотренных далее схемах двух- и трёхкратного испарения нефти и в схеме установки АВТ, температурная граница деления нефти при атмосферном давлении заметно сдвинута в сторону лёгких дизельных фракций.

Рис. 1.5 Перегонка нефти по схеме двукратного испарения с частичным отбензиниванием нефти в первой ступени:

1-колонна под давлением; 2-атмосферная колонна; 3-отпарная секция; I-нефть; II-лёгкий бензин; III-тяжёлый бензин; IV-водяной пар; V-керосин; VI-лёгкое дизельное топливо; VII-тяжёлое дизельное топливо VIII-мазут.

По схеме двукратного испарения нефти (рис. 1.6) перегонка нефти осуществляется в первой колонне при давлении 0,15 - 0,7 МПа с получением лёгких газов и фракций лёгкого бензина, тяжёлого бензина и керосина и во второй колонне (при атмосферном давлении) или в условиях умеренного вакуума при Р = 0,014 - 0,14 МПа) с получением фракций лёгкого и тяжёлого дизельного топлив. Остаток в виде утяжелённого мазута поступает на дальнейшую перегонку под вакуумом. В низ первой колонны подводится тепло через печь и подаётся водяной пар. По такой схеме энергетические затраты на разделение по сравнению с традиционной схемой двукратного испарения значительно меньше.

Рис. 1.6 Перегонка нефти по схеме двукратного испарения с частичным отбензиниванием нефти и с выделением бензиновой и керосиновой фракции в первой ступени:

1-колонна под давлением; 2-атмосферная колонна; 3-отпарная секция; I -нефть; II -лёгкий бензин; III -тяжёлый бензин; IV -водяной пар; V -керосин; VI -лёгкое дизельное топливо; VII -тяжёлое дизельное топливо; VIII -мазут.

Отметим ещё некоторые варианты схем двукратного испарения нефти. С целью комбинирования процессов первичной перегонки нефти и гидроочистки топливных фракций перегонку нефти предлагается осуществлять при давлении 2-7 МПа с предварительным подогревом нефти до 360 - 380 °С в присутствии водорода (20 - 500 на 1 т. сырья) с последующим обессериванием и ректификацией топливных фракций. На (рис 1.7а и 1.76) показаны варианты технологических схем первичной перегонки нефти с гидрообессериванием бензиновых фракций или всей суммы светлых фракций (бензина, керосина и дизельного топлива).

Из испарителя высокого давления снизу уходит бензиновая фракция

(рис. 1.7.а)

Рис. 1.7.а Комбинирование процесса первичной перегонки нефти с

гидроочисткой бензиновых фракций:

1-испаритель высокого давления; 2-атмосферная колонна; 3-реактор гидроочистки, 4-скруббер; 5-сепаратор высокого давления; 6-сепаратор низкого давления; 7-стабилизатор; 8-колонна вторичной перегонки; I -нефть; II -водород; III -водородсодержащий газ; V -стабильный бензин; 1V -сжиженный газ; VI -сухой газ; VII -керосин; VIII -дизельное топливо; IX -мазут;

Х - нестабильный бензин.

В последнем случае для чёткого отделения светлых фракций от мазута предусматривается ещё колонна вторичной перегонки. Очевидно, схема а предназначена для перегонки малосернистых нефтей, а схема б - для перегонки средне- и высокосернистых нефтей. Комбинирование процессов первичной перегонки нефти и гидроочистки топливных фракций в одной технологической установке позволяет снизить эксплуатационные затраты на величину, необходимую для повторного нагрева топливных фракций в процессе и гидроочистки.

Перегонка нефти с фракционирующим испарителем, оборудованным отпарными секциями (рис. 1.8), рекомендуется также для получения фракции 200 – 300 ^оС, используемой как сырье для производства белково-витаминных концентратов, при перегонке парафинистых нефтей.

Рис.1.7.б. Комбинирование процесса первичной перегонки нефти с

гидроочисткой топливных фракций:

1-испаритель высокого давления; 2-атмосферная колонна; 3-реактор гидроочистки; 4-скруббер; 5-сепаратор высокого давления; 6-сепаратор низкого давления; 7-стабилизатор; 8-колонна вторичной перегонки; 1 -нефть; II -водород; III -водородсодержащий газ; V -стабильный бензин; 1V -сжиженный газ; VI -сухой газ; VII -керосин; VIII -дизельное топливо; IX -мазут; Х -нестабильный бензин.

Схема трехкратного испарения нефти до мазута предлагается для перспективных высокопроизводительных установок АВТ мощностью 12 млн. т. в год (рис. 1.8.). В схеме предусмотрены ступень предварительного отделения газа и бензиновых фракций в предварительном испарителе 1 и в отбензинивающей колонне 2, ступень атмосферной перегонки нефти в колонне 3 и ступень вакуумной перегонки в вакуумной колонне 4 для получения фракции тяжёлого дизельного топлива и утяжелённого мазута. Разделение в последней ступени производится за счёт тепла потоков атмосферной колонны, т. е. без дополнительного подогрева сырья.

Рис. 1.8. Перегонка нефти по схеме трёхкратного испарения: 1-предварительный испаритель; 2-отбензинивающая колонна; 3-атмосферная колонна; 4-вакуумная колонна; 5-отпарные секции; 1 -нефть; II -лёгкий бензин; III -водяной пар; IV -тяжёлый бензин; V -керосин; VI-легкий и тяжелый компоненты фр. 200—320 °С; VII-VIII -фр. 320—360 °С; IX -мазут; Х -неконденсируемый газ и водяной пар в вакуум создающую систему.

Схема трёхкратного испарения по сравнению с описанными ранее схемами обеспечивает большую глубину отбора светлых нефтепродуктов и повышенную чёткость ректификации при меньших приведённых затратах. Так, при перегонке Самотлорской нефти можно отбирать 61,2% (масс.) светлых, в том числе 4,7% (масс.) за счёт вакуумного испарителя с чистотой фракции по номинальным температурам кипения от 85 до 94%. Для установки производительностью 12 млн. т. в нефти год экономический эффект составит 3,5 млн. т. в год. Кроме того, применение многоступенчатых схем перегонки нефти, обеспечит необходимую гибкость установки по ассортименту продуктов и качеству сырья, что не менее важно для такой высокопроизводительной установки как АВТ.

В схемах перегонки нефти иногда используют рециркуляцию потоков, например, возврат лёгкой или тяжёлой бензиновой фракции из атмосферной колонны в отбензинивающую, возврат фракций дизельного топлива из вакуумной колонны в атмосферную. Применение рециклов в перегонке нефти не даёт заметного энергетического выигрыша, в некоторых случаях требуются даже большие энергетические затраты. В то же время возврат фракций дизельного топлива из вакуумной колонны в атмосферную через печь позволяет увеличить долю отгона нефти в атмосферной колонне. Использование указанного рецикла в качестве орошения в атмосферной колонне экономически менее оправдано.

Однако при отсутствии достаточной мощности конденсационного оборудования в атмосферной колонне рецикл дизельного топлива позволяет существенно улучшить работу всей установки АВТ. Благодаря такой реконструкции, например, удалось повысить температуру нагрева нефти в атмосферной колонне с 355 до 375°С, что обеспечило более полное извлечение фракций дизельного топлива из мазута, улучшило качество дизельного топлива и масляных погонов.

В технологии переработки нефти важным является вопрос о раздельной перегонке различных нефтей. Например, целесообразно раздельно перерабатывать нефти бедные и богатые по содержанию высококачественными масляными фракциями. К последним относятся такие уникальные нефти, как нефти Западной Сибири (Усть-Балыкская), нефти Средней Азии и Мангышлака. Раздельно перерабатывать следует также нефти высокопарафи­нового и асфальтеного оснований, нефти с различающимся содержанием сер­нистых и металлоорганических соединений, тяжёлые и лёгкие нефти и т.д.

Смешение остатков нефтей парафинового основания с высококонцентрированным смолисто-асфальтеновым остатком ухудшит качество последнего как сырья для производства битума. Аналогичным образом нежелательно высоко- и малосернистых остатков. В схеме перегонки нефтей с различным основанием должны предусматриваться раздельное выделение остатков и совместная переработка дистиллятов (рис. 1.9).

Рис. 1.9 Схема совместной переработки нефтей различного состава: I -асфальтеновая нефть; II -парафинистая нефть; III -топливные фракции; IV - мазут; V -водяной пар.

Раздельная переработка двух сырьевых потоков с получением одинаковых дистиллятных фракций и различных остатков может быть выполнена в одном аппарате, имеющим в нижней части две самостоятельно работающие зоны А и В (рис. 1.10)

Рис. 1.10 Колонна для раздельной переработки двух сырьевых потоков.

Оборудование для операторов ТУ,ОТ, СР.