Атмосферная колонна к 2. Физические характеристики по высоте колонны. Вам будет интересно

29.08.2021

На атмосферных нефтеперегонных установках нефть обычно разделяют на четыре дистиллятных фракции и остаток – мазут. Побочным продуктом является смесь углеводородных газов, часто содержащая сероводород, который образуется из нестойких соединений серы при нагреве нефти . Наиболее распространенной в нашей стране является установка АТ по схеме двукратного испарения и двукратной ректификации (рис. 1.2).

Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в теплообменниках и поступает на разделение в колонну частичного отбензинивания (К–1). Уходящие с верха этой колонны углеводородный газ и легкий бензин конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного и водяного охлаждения и поступают в емкость орошения. Часть конденсата возвращается на верх колонны К-1 в качестве флегмы. Отбензиненная нефть с низа колонны К-1 подается в трубчатую печь, где нагревается до требуемой температуры и поступает в атмосферную колонну (К-2). С верха К-2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку, через отпарные колонны выводятся топливные фракции: керосиновая, легкая и тяжелая дизельные.

Рис. 2.3. Принципиальная схема атмосферного блока:

1 – отбензинивающая колонна; 2 – атмосферная колонна; 3 – отпарная клона; 4 – трубчатая печь; 5 – конденсатор-холодильник; 6 – теплообменник; 7 – рефлюксная емкость;

I – нефть с ЭЛОУ; II – пары бензина; III – флегма; IV – легкий бензин; V – отбензиненная нефть; VI – пары тяжелого бензина; VII – тяжелый бензин; VIII – циркуляционное орошение; IX, X, XI – боковые погоны; XII – керосиновая фракция; XIII – легкая дизельная фракция; XIV – тяжелая дизельная фракция; XV – мазут; XVI – водяной пар; XVII – газы.

Атмосферная колонна, кроме острого орошения (флегмы), имеет три циркуляционных орошения (или два), которые отводят тепло ниже тарелок отбора боковых погонов. В нижние части атмосферной и отпарных колонн (под нижние тарелки) подается перегретый водяной пар для отпарки легко кипящих фракций. С низа К-2 выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки .

Описание атмосферной колонны

Атмосферная колонна К-2 является сложной колонной состоящей из трех простых колонн (рис.2.2). Избыточное тепло в колонне снимается сверху колонны с помощью острого испаряющегося орошения и по высоте колонны двумя промежуточными циркуляционными орошениями.

Количество циркуляционных орошений примем равным количеству боковых фракций.

На основании литературных данных примем следующее число тарелок в концентрационной части колонны: в секциях бензина, керосина и дизтоплива - по 8 тарелок. На каждое циркуляционное орошение примем по 2 тарелки. В отгонной части колонны и в стриппинг-секциях примем по 6 тарелок. Таким образом, при наличии двух циркуляционных орошений в колонне общее число тарелок в атмосферной колонне будет 34.

Принципиальная схема атмосферной колонны

Рис.2.

Давление

Примем давление вверху колонны (над верхней, 34-ой тарелкой) 140 кПа. Это немного выше атмосферного и необходимо для преодоления гидравлических сопротивлений при прохождении паров дистиллята через конденсатор-холодильник.

Примем к установке в колонне клапанные тарелки. По справочным данным гидравлическое сопротивление одной клапанной тарелки составляет =0,6 кПа. Рассчитаем абсолютное давление под каждой тарелкой по высоте колонны, начиная сверху (табл.2.5).

Таблица 2.5

Физические характеристики по высоте колонны

	Номер тарелки	Давление под тарелкой,	Плотность жидкости на	Молекулярный вес жидкости на тарелке	Температура на тарелке,
Секция бензина









Секция керосина









Секция дизтоплива



Секция дизтоплива



Отгонная часть

Атмосферный блок предназначен для разделения обессоленной нефти путем ректификации на сухой газ, головную фракцию, и фракции НК- 140 0С, 140 - 180 0С, 180 - 240 0С, 240 - 290 0С, 290 - 360 0С, мазут (остаток атмосферной перегонки) - фракция > 3600 С.

Снизу колонны К-1 отбензиненная нефть забирается насосами Н-3/1,2, и 4-мя параллельными потоками прокачивается через печи П 1/2, где нагревается до температуры 360 °С и подастся в колонну К-2 на 46 тарелку.

Внизу К-2 через клапан «НЗ» регулятора расхода позиции 956 подается перегретый водяной пар.

С верха колонны К-2 газ, пары бензина и вода поступают через воздушные конденсаторы Т 17/ 1-4, где охлаждаются до температуры 33-400С и затем в емкость Е-3. Газ с верха емкости Е-3 сбрасывается на факел.

Бензин из емкости Е-3 поступает на прием насоса Н-4/1,2 и затем двумя потоками поступает на верх К-2 в виде острого орошения и второй поток - балансовый избыток бензина откачивается через холодильник Т-15а в Е-6.

Избыточное тепло колонны К-2 снимается тремя циркуляционными орошениями: I-е циркуляционное орошение с пятнадцатой тарелки К-2 поступает на прием насоса Н 1,2, прокачивается через воздушные холодильники Т-30 и возвращается на 14-ю тарелку К-2; 2-ое орошение с двадцать пятой тарелки К-2 забирается насосом Н-23/1,2, воздушный холодильник Т-32 и возвращается на двадцать четвертую тарелку колонны К-2; III-е циркуляционное орошение забирается с тридцать пятой тарелки К-2 насосом Н-15/1,2, прокачивается через теплообменники Т-5/1,2, Т-31,Т-46 и возвращается на тридцать четвертую тарелку К-2.

Из колонны К-2 выводят 4 боковых насоса - фракция 120 - 180 °С выводятся в одиннадцатой и тринадцатой тарелок на верхнюю тарелку К-6. Вниз К-6 подается перегретый водяной пар. Отпаренные фракции возвращаются на одиннадцатую тарелку К-2, - фракция 180 - 240 °С выводятся с двадцать первой и двадцать третьей тарелок на верхнюю тарелку К-7. Вниз колонны К-7 подается перегретый водяной пар. Отпаренные фракции возвращаются ни двадцатую тарелку К-2, - фракция 240 -290 0С выводятся с тридцать первой и тридцать второй тарелок К-2 на верхнюю тарелку колонны К-9. Вниз колонны К-9 подается перегретый водяной пар. Отпаренные легкие фракции возвращаются на тридцать первую тарелку К-2, - фракция 290 - 350 0С с тридцать девятой тарелки К-2 поступает на прием насосов Н-20, Н-15/2 и прокачивается через рибойлер Т-20, теплообменники Т-6 и Т-12, воздушный холодильник Т-46 и выводятся с установки.

Таблица 13 Материальный баланс колонны К-2

	% масс на нефть	% масс на полуотбенз. нефть	тыс.т/год

Полуотбензиненная нефть


Фракция 85-120 0 С
Фракция 120-240 0 С
Фракция 240-350 0 С

Режим температур и давлений.

В колонну К-2 подается отбензиненная нефть, орошение и водяной пар. Из колонны выводится головной погон - бензиновая фракция 85-120 о С, боковые погоны -фракция 120-240 о С, фракция 240-350 о С, орошение, водяной пар и остаток - мазут. Пары головного погона и водяной пар выводятся через шлемовую трубу колонны, жидкий погон из боковой части колонны и остаток - с низа колонны.

Температура отбензиненной нефти, поступающей в колонну К-2, определяется по точке кривой ОИ отбензиненной нефти, которая соответствует суммарному отбору светлых нефтепродуктов (допускается, что светлые нефтепродукты полностью испаряются в месте ввода сырья в колонну).

Ранее было показано, что значение температуры в питательной секции колонны К-2 составляет t п.с.2 = 305 о С, давление Р п.с.2 = 2 атм = 1 520 мм рт. ст.

Колонна К-2 в отличии от колонны К-1 работает с водяным паром. На основании заводских данных количество водяного пара, вводимого в колонну К-2, (G 1) составляет 1,01,5 % (принимаем 1%) в пересчете на полуотбензиненную нефть, а подаваемого в отпарную колонну (G 2) - 26 % (принимаем 2%) в пересчете на каждый боковой погон. Приняв соответственно 1,5 и 2,0 % водяного пара на поток, получим:

G 1 = 0,01961765=9617,65 кг/ч 9618 кг/ч

G 2 = 0,02 179177= 3583,54кг/ч 3584 кг/ч

G 3 = 0,02 191584= 3831,68 кг/ч 3832 кг/ч

Температура паров, выходящих с верха колонны К-2, устанавливается по концу кривой ОИ головного погона при давлении, соответствующем парциальному давлению его паров в смеси с водяным паром.

На верху колонны, где имеется двухкомпонентная смесь паров бензина и воды, на основании закона Дальтона:

где Р б - парциальное давление паров бензина;

Общее давление на верху колонны;

Молярная концентрация паров бензина:

Предварительно находим плотности фракций 85-120°С, 120-240°С, 240-350°С:

с 20 4 (85-120) = 0,7260 (85-120) = 0,7304

с 20 4 (120-240) = 0,8080 (120-240) = 0,8118

с 20 4 (240-350) = 0,8750 (240-350) = 0,8784

с 20 4 (350-к.к.) = 0,9810 (350-к.к.) = 0,9836

Молекулярная масса бензина 85-120 о С определяется по формуле Крэгга:

Тогда N б = = 274,05кмоль/ч;

N вод.пар = = 946,33кмоль/ч

Так как в колонне применяется острое верхнее орошение, выводимое в виде паров вместе с парами балансового бензина и водяным паром через шлемовую трубу колонны, то при определении температуры верха колонны необходимо учитывать это орошение, изменяющее молярную концентрацию и парциальное давление паров бензина.

Для нормальной работы атмосферной колонны достаточно 1 - 2-кратного орошения . В соответствии с этой рекомендацией зададимся кратностью орошения 2. Тогда количество острого верхнего орошения составит:

G ор = 2G б = 229622кг/ч = 59244 кг/ч; N ор = = 548,1кмоль/ч

Молярная концентрация паров бензина: == 0,4649

Общее давление наверху колонны К-2 принимается равным атмосферному давлению или несколько превышающему его. Примем = 1,5атм = 1 140 мм рт. ст. Тогда парциальное давление паров бензина составит:

Р б = 1,5 0,4649 = 0,697атм = 530мм рт. ст.

Следовательно, температура паров, выходящих с верха колонны К-2, составит t в2 =88 о С.

По данным заводской практики, температура низа атмосферной колонны должна быть на 20-30 о С ниже температуры в питательной секции. Примем t н2 = 305 - 20 = 285 о С.

Температура острого верхнего орошения составляет 35 о С, примем t ор = 35 о С.

Температуру перегретого водяного пара, подаваемого в колонну, примем равной = 350 о С. Этот пар обычно получают путем перегрева отработанного (мятого) пара от насосов с давлением 0,2-0,3 МПа в змеевике, расположенном в сырьевой или в специальной печи.

Количество тарелок в концентрационной секции колонны К-2 установим по перепаду температур между сечением ввода сырья (t п.с.2 = 305 о С) и верхним сечением (t в2 = 88 о С), исходя из перепада температур между соседними тарелками в 5-10 о С (принимаем 6 о С):

36,2, принимаем = 37 тарелок.

Пусть для отбора керосиновой фракции 120-240 о С будем отводить с 13-ой тарелки, тогда дизельную фракцию 240-350 о С будем отводить с 25-ой тарелки. Число тарелок в отгонной секции атмосферной колонны составляет от 5 до 7 штук, примем = 7 тарелок. В зависимости от требуемой четкости погоноразделения выносные колонны имеют от 4 до 8 тарелок . Примем число тарелок в стриппинг-секции N стрип. = 7.

Температура бокового погона устанавливается по началу соответствующей кривой ОИ, так как выводимый из колонны жидкий боковой погон находится на тарелке при температуре закипания. В сечении вывода боковых погонов находятся и более легкокипящие компоненты, снижающие парциальное давление паров, а потому истинные температуры вывода боковых погонов обычно на 10-20 о С ниже температур начальных точек их кривых ОИ, построенных при атмосферном давлении.

Определим температуру вывода керосиновой фракции 120-240 о С аналогичным описанному выше способом:

N КФ = = 1087,24кмоль/ч

N вод.пар = = 946,33кмоль/ч

Давление на 13-ой тарелке отвода фракции, исходя из того, что давление на верху колонны равно 1,5 атм (1140 мм рт ст.), а в питательной секции 2 атм (1520 мм рт ст.) и перепад между тарелками должен быть 5-10 мм рт ст. . Проверим это предположение:

Следовательно количество тарелок было выбрано верно. Давление на 13-ой тарелке будет равно:

мм рт ст. = 1,671атм

Парциальное давление КФ:

Р КФ = 15 = 1,6710,535 0,894атм

Температура вывода керосиновой фракции из колонны К-2 соответствует температуре 0 %-ого отгона по кривой ОИ, построенной при Р КФ = 0,894атм =679 мм рт. ст. и составляет = 141 о С.

Температуру КФ на выходе из отпарной колонны принимают на 20 о С ниже температуры жидкости на входе в стриппинг-секцию , то есть:

141 - 20 = 121 о С

Определим температуру вывода дизельной фракции 240-350 о С аналогичным описанному выше способом:

N ДФ = = 746,77кмоль/ч

N вод.пар = =747,22кмоль/ч

Давление на 25-ой тарелке отвода фракции:

25 = 1 140 + 25 10 = 1 390 ммрт. ст. = 1,83атм

Парциальноедавление ДФ:

Р ДФ = 25 = 1,83 0,50,915атм

Температура вывода дизельной фракции из колонны К-2 соответствует температуре 0 %-ого отгона по кривой ОИ, построенной при Р ДФ = 0,915 атм = 695,4 мм рт. ст. и составляет = 259 о С.

Температуру ДФ на выходе из отпарной колонны принимают на 20 о С ниже температуры жидкости на входе в стриппинг-секцию , то есть:

259 - 20 = 239 о С

Тепловой баланс колонны К-2.

В колонну К-2 тепло подается с нагретой в печи полуотбензиненной нефтью, а также с подаваемым в низ колонны водяным паром.

Отводится тепло с верхним продуктом - бензиновой фракцией, боковыми погонами - КФ и ДФ и остатком, а также отводится острым (испаряющимся) орошением.

Расчет теплового баланса основной ректификационной колонны К-2 производится аналогично расчету теплового баланса колонны предварительного испарения К-1.

Приход тепла:

Количество тепла, вносимое сырьем (полуотбензиненной нефтью) -Q пон, определяется с учетом доли паровой и жидкой фаз. Доля отгона е определяется по кривой ОИ полуотбензиненной нефти при температуре входа сырья в колонну К-2, или, что то же, нагрева в печи (305 о С) и давлении, равном давлению в питательной секции колонны (2 атм= 1 520 мм рт. ст.). Графически получаем е = 0,415

Q пон = G пон ,

где G пон - количество полуотбензиненной нефти, поступающей в колонну, кг/ч;

е - доля отгона полуотбензиненной нефти при температуре нагрева в печи;

907,86 кДж/кг- теплосодержание паров полуотбензиненной нефти при температуре выхода из печи (рассчитано ранее в тепловом балансе К-1)

682,57 кДж/кг- теплосодержание жидкой фазы полуотбензиненной нефти при температуре выхода из печи.

Q пон = 961765*(0,415*907,86 + (1-0,415)*682,57)= 746392491 кДж/ч

Количество тепла, вносимого водяным паром:

Q вод.пар = G вод.пар q =G вод.пар (-),

где G вод.пар - количество водяного пара, кг/ч;

3176,59кДж/кг- теплосодержание водяного пара на входе в колонну К-2, кДж/кг;

2657,81кДж/кг- теплосодержание водяного пара на выходе из колонны К-2, кДж/кг; (из Сарданашвили)

Q вод.пар = 9618*(3176,59-2657,81) = 4989626 кДж/ч

Расход тепла:

с верхним продуктом: Q б = G б,

где G б - количество паров бензина, кг/ч;

255,07*(4-0,7304)-308,99 = 525 кДж/кг

Q б =29622*525 = 15551550 кДж/ч

с боковым продуктом: Q КФ = G КФ,

301,57 кДж/кг

Q КФ = 179177*301,57 = 54034408 кДж/ч

с боковым продуктом:

Q ДФ = G ДФ,

где G пон - количество дизельной фракции, кг/ч;

588,09 кДж/кг

Q ДФ = 191584*588,09 = 112668635 кДж/ч

с остатком: Q ост = G ост,

где Q ост - количество остатка (мазута), кг/ч;

624,21 кДж/кг

Q ост = 561382*624,21 = 350420258 кДж/ч

с острым (испаряющимся) орошением: Q ор = G ор q ор = G ор (-),

где G ор - количество острого орошения (по составу острое орошение идентично верхнему продукту), кг/ч; при кратности орошения 2 получим G ор = 2G б;

525кДж/кг - теплосодержание паров орошения при температуре верха колонны t в2 = 88 о С;

71,57 кДж/кг

Q ор = 2*29622*(525-71,57) = 26863007 кДж/ч

Найдем количество тепла, которое необходимо снимать циркуляционным орошением:

Q ц.о. = Q прих - Q расх = (Q пон + Q вод.пар) - (Q б + Q КФ + Q ДФ + Q ост + Q ор) = (746392491 + 4989626) - (15551550 + 54034408 + 112668635 + 35040258 + 26863007) = 191844259кДж/ч

Тепловой баланс колонны К-2 Таблица 14

Наименование	% масс.на нефть	% масс.на полуотб

полуотбензиненная нефть
водяной пар


фракция 85-120 0 С
фракция 120-240 0 С
фракция 240-350 0 С

острое орошение
циркуляционное орошение

Рассчитаем количество циркуляционного орошения G ц.о. , необходимого для обеспечения нормальной работы колонны (кг/ч):

где - теплосодержание жидкости (флегмы), стекающей с тарелки вывода циркуляционного орошения (при температуре t 1 на 14-ой тарелке);

Температуру t 1 принимаем исходя из равномерного перепада температур между соседними тарелками в 5-10 о С (ранее приняли 6 о С). Поскольку температура вывода керосиновой фракции с 13-ой тарелки равняется 141 о С, то получим t 1 = 141+ 1 6 = 147 о С. Температуру входа в колонну К-2 циркуляционного орошения принимаем равнойt 2 = 80 о С . Плотность циркулирующей жидкости принимаем, основываясь на предположении о равномерном перепаде данного показателя на каждую тарелку. Тогда, учитывая плотность керосиновой фракции, получим:

0,8080+ 1 0,005 = 0,8130 = 0,8168

314,8 кДж/кг

161,47 кДж/кг

Расход циркулирующей жидкости составит:

G ц.о. == 1251185,41251185 кг/ч

Определение основных размеров колонны К-2

Основные размеры основной ректификационной колонны К-2 определяются так же, как и размеры колонны предварительного испарения К-1.

При определении диаметра колонны К-2 для установления сечения, наиболее нагруженного по парам, проверяются объемы паров в испарительном пространстве (питательной секции) колонны и под тарелками, с которых выводится орошение.

1. Сечение под 1-ой тарелкой, на которую стекает холодное орошение (пары бензина, холодное орошение и водяной пар, подаваемый в низ К-2 и стриппинг-секции):

G пар = G б + G хол.ор. + G вод.пар = 29622 + 59244 + (9618 + 3584 + 3832) = 105900 кг/ч

2. Сечение под 13-ой тарелкой (циркуляционное орошение, пары, поступающие из отпарнойколонны, и то же суммарное количество водяных паров):

G пар = G стрип. + G вод.пар + G ц.о. = 1251185+0,19179177+ (9618 + 3584 + 3832) = 1302263кг/ч,

где G стрип. = е КТ G КФ - количество паров отпариваемых в стриппинг-секции (доля отгона е КФ = 0,19 определяется графически в соответствии с температурой входа фракции КФ в отпарную колонну, равной 141 о С)

3. Сечение под 25-ой тарелкой (циркуляционное орошение, пары, поступающие из отпарной колонны, и водяные пары):

G пар = G стрип. + G вод.пар + G ц.о. =0,25*191584 +1251185 + (9618 + 3832) = 1312531 кг/ч,

где G стрип. = е ДФ G ДФ - количество паров отпариваемых в стриппинг-секции (доля отгона е ДФ = 0,25 определяется графически в соответствии с температурой входа фракции ДФв отпарную колонну, равной 259 о С).

4. Сечение под 37-ой тарелкой (пары отбензиненной нефти и водяной пар, подаваемый в низ К-2):

G пар = G неф.пар. + G вод.пар = e k-2 *G пон + G 1 = 0,415*961765 + 9618 = 408750 кг/ч

Как видно из предлагаемых расчетов, наиболее нагруженным является сечение под 25-ой тарелкой, где нагрузка по парам составляет: G пар = 1312531кг/ч.

Исходя из этого рассчитаем объем паров по уравнению Менделеева-Клапейрона:

На основании практических данных линейная скорость паров в свободном сечении для колонны К-2 составляет w = 0,6 1,15 м/с . Примем w = 1,0 м/с, тогда площадь поперечного сечения колонны составит:

Диаметр колонны рассчитывается по уравнению:

В соответствии со стандартом принимаем значение диаметра атмосферной колонны К-2 равным D К-2 = 7 м.

Расстояние между верхней тарелкой и верхним днищем колонны принимаем равным половине диаметра колонны, то есть h 1 = 7 / 2 = 3,5 м.

Высота концентрационной части колонны К-2 (n = 37):

h 2 = (n - 1) H т = (37 - 1) 0,600 = 21,6 м

Высота питательной секции колонны:

h 3 = (2 3) H т = 2 0,600 = 1,2 м

Высота отгонной части колонны К-2 (n = 7):

h 4 = (n - 1) H т = (7 - 1) 0,600 = 3,6 м

Расстояние от уровня жидкости внизу колонны до нижней тарелки принимают равнымh 5 = 1 2 м, чтобы пар равномерно распределялся по сечению колонны.

Высота, занимаемая жидким остатком в колонне, подсчитывается исходя из 5-10-минутного запаса жидкости при температуре низа колонны (329,4 о С):

V ост = 55,5 м 3 /ч,

где- абсолютная плотность остатка при температуре низа колонны (285 о С), кг/ м 3:

981 - 0,522 (285 - 20) = 842,67 843

5 мин = 0,083 ч - запас времени, ч.

Отсюда высота, занимаемая жидким остатком:

Высоту постамента принимаем h 7 = 4,0 м.

При расчете высоты концентрационной секции колонны учтем, что через 4 тарелки по высоте колонны установлено 10 люков для обеспечения монтажа и ремонта тарелок. В этих сечениях принимаем расстояние между тарелками Н т = 800 мм. Тогда:

h 2 = 21,6 + 10 0,8 = 29,6 м

Полезная высота колонны Н пол (без учета высоты опорной обечайки h 7):

Н пол = = 3,5 + 29,6 + 1,2 + 3,6 + 2,0 + 1,44 = 41,34 м.

Полная высота колонны:

Н К-2 = Н пол + h 7 = 41,34 + 4,0 = 45,34 м? 46 м

Технология первичной переработки нефти основана на разделении нефти методом ректификации на узкие нефтяные фракции и определяется направлениями использования фракций, выделяемых на установках АВТ.

По типу работы этих установок различают:

Топливные (выделяемые фракции предназначены преимущественно для производства моторных топлив)
Масляные (предусматривается выделение узких масляных фракций)
Топливно – масляные

Поэтому отечественные установки переработки нефти (АТ и АВТ) характеризуются большим разнообразием используемых схем ректификации в зависимости от ассортимента выпускаемых фракций. Однако во всех случаях выдерживаются несколько основных принципов:

Процесс первичной ректификации нефти проводится в сложных колоннах, характеризующихся наличием нескольких зон ввода питания и отбора целевых продуктов.
В процессе ректификации для обеспечения теплоподвода в систему и снижения парциального давления нефтяных паров широко используется острое паровое орошение (в систему вводится перегретый водяной пар).
Для промежуточной конденсации паровой фазы по высоте колонны используются выносные холодные циркуляционные орошения.
В схемах ректификации используются выносные отпарные колонны (стриппинг – секции), что приводит к появлению в системе дополнительных рецикловых связей.
Сырьевое обеспечение производств зачастую характеризуется наличием нескольких поставщиков нефти, а значит и колебаниями во времени фракционного состава исходного сырья.
Требования к качеству выделяемых фракций, в первую очередь в части снижения эффекта наложения соседних фракций друг на друга, постоянно повышаются.

Указанные обстоятельства существенно усложняют как схему реализации процесса, так и его конструктивное оформление. Технология разделения (схема) и конструктивное оформление оказывают существенное влияние друг на друга и должны рассматриваться совместно. Поэтому расчетное исследование процесса и особенно процедура его оптимизации становится чрезвычайно сложной задачей, которую невозможно решать без использования УМП.

Схема атмосферного блока установки АВТ

Принцип работы атмосферного блока (АТ)

Наиболее распространенной схемой реализации процесса для атмосферного блока АВТ является схема двукратного испарения и двукратной ректификации нефти (рис. 2.1). По этой схеме работает широко распространенная , входящая в типовые блоки ЛК-6У многих нефтеперерабатывающих заводов РФ.

Установка ЭЛОУ-АВТ-6

Обезвоженная и бессоленная нефть с блока ЭЛОУ (блок подготовки нефти – электрообезвоживание и обессоливание нефти) после подогрева до температуры 195-205 о С за счет рекуперации тепла материальных потоков, отходящих с установки, поступает на разделение в колонну частичного отбензиневания сырья К-1 .

Назначение К-1 – отбор из нефти легкого бензина и основной части растворенных газов для нормализации количества бензиновых углеводородов в основной колонне К-2 и стабилизации режима её работы при возможных колебаниях состава сырья.

Дистиллятные пары из К-1 конденсируются в аппаратах воздушного и/или водяного охлаждения и разделяются в сепараторе С-1 на жидкую (II) и газовую (VIII) фазы.

Часть жидкой фазы возвращается в К-1 в качестве флегмы , а балансовый избыток (фракция легкого бензина II) отводится с установки.

Газовая фаза отводится на газофракционирующую установку (ГФУ ). Частично отбензиненная нефть из низа К-1 поступает в печь П-1 , нагревается до температуры 360-370 о С и подается на тарелку питания колонны К-2 .

Одновременно часть нагретой нефти (кубовый продукт К-1 ) возвращается в К-1 в виде «горячей струи» для создания парового орошения в исчерпывающей секции колонны.

Дистиллятные пары с верха К-2 конденсируются в аппаратах АВО и поступают в сепаратор С-2 . Часть жидкой фазы возвращается в качестве флегмы в К-2 , а балансовый избыток (фракция тяжелого бензина III) отводится с установки. С промежуточных тарелок укрепляющей секции К-2 в виде боковых погонов выводятся топливные фракции 180-220 о С , 220-280 о С и 280-350 о С , которые направляются в отпарные колонны К-3, К-4 и К-5 соответственно.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Установка каталитического крекинга

В низ колонны К-2, а также в низ отпарных колонн подается перегретый водяной пар (поток IX) для отпарки из продуктовых потоков более легких фракций. Отпаренные фракции вместе с водяными парами возвращаются в основную колонну К-2 выше точек отбора боковых погонов.

Использование отпарных колонн позволяет существенно снизить содержание легких фракций в отбираемых дистиллятных продуктах и за счет этого повысить их качество.

Рис. 2.1. Принципиальная схема двукратной ректификации нефти атмосферного блока установки АВТ: К – ректификационные колонны;

П – печь; С – сепараторы; Т – теплообменники. Потоки: I – сырье (нефть с ЭЛОУ); II – лёгкий бензин; III – тяжелый бензин; IV — фракция 180-220 о С;

V – фракция 220-280 о С; VI – фракция 280-350 о С; VII – мазут; VIII – газ;

IX – водяной пар

В процессе ректификации нефти водяной пар играет особую роль, определяемую тем обстоятельством, что вода и углеводороды в жидкой фазе практически взаимно нерастворимы и образуют раздельно кипящую смесь .

В этих условиях водяной пар не только вносит в систему тепло, необходимое для отпарки легких углеводородов, но и снижает парциальное давление нефтяных паров, что в свою очередь приводит к понижению температуры кипения углеводородной (нефтяной) фазы и одновременно к увеличению относительной летучести всех углеводородных пар компонентов.

Поэтому ввод водяного пара в определенной мере эквивалентен понижению давления в ректификационной системе, что особенно важно для колонн, работающих под вакуумом .

На тарелках ректификационных колонн установок АВТ водяной пар при используемых режимах работы не конденсируется , проходит всю колонну снизу вверх и конденсируется только во внешних конденсационных узлах. Расход водяного пара в атмосферном блоке составляет (1,2–3,5 ) % масс. В расчете на сырье установки.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Установка производства серной кислоты

Использование водяного пара приводит и к отрицательным эффектам:

увеличиваются затраты энергии на проведение процесса;
заметно возрастают паровые нагрузки в ректификационных колоннах, поскольку молекулярная масса воды существенно меньше молекулярной массы разделяемых углеводородов;
в результате возрастают диаметры ректификационных колонн и их гидравлическое сопротивление;
происходит обводнение нефтепродуктов, что вызывает необходимость их последующей осушки;
образуются химзагрязненые сточные воды.

Поэтому в мировой практике наблюдается тенденция использования в качестве испаряющего агента взамен воды углеводородной фазы (бензиновой и керосино-газойлевой фракций).

Однако в отечественной практике эти решения широкого распространения не нашли. В укрепляющей секции колонны К-2 (рис. 2.1) расположены 2 холодных циркуляционных орошения, которые обеспечивают промежуточную конденсацию парового потока в К-2.

При этом возрастают расходы потоков жидкого орошения (внутренней флегмы) и обеспечивается более полный отбор целевых топливных фракций. Охлаждение циркуляционных орошений производится в выносных холодильниках.

На разных НПЗ режимы работы колонн атмосферного блока, а также аппаратурное оформление технологического процесса могут существенно различаться, что подтверждает необходимость проведения оптимизационных решений при анализе и совершенствовании показателей работы каждой конкретной установки. Характерные показатели режимов работы атмосферного блока установки АВТ-6 при переработке западносибирской нефти приведены в табл. 2.1.