Санкт-Петербургский Государственный Технологический Институт
Кафедра: Технологии нефтехимическихиуглехимических производствРеферат
Тема:Атмосферная перегонка нефти
Выполнил:Шеков А.П.
Проверил:Сыроежко А.М.
С.-Петербург
2007
Введение
Нефть представляетсобой сложную смесь парафиновых, нафтеновых, ароматических и другихуглеводородов с различными молекулярными массами и температурами кипения. Также в нефти содержаться сернистые, кислород и азотсодержащие органическиесоединения. И поэтому, для получения из нефти товарных продуктов различногоназначения, применяют методы разделения нефти на фракции или группыуглеводородов. И при необходимости, изменяют их химический состав, дальнейшимпроведением каталитических и термических процессов.
Различают первичные ивторичные методы переработки нефти. Первичными процессами называют процессыразделения нефти на более или менее однородные фракции без химическогопреобразования входящих в неё веществ. Основным приёмом разделения являетсядистилляция (перегонка) – процесс разделения жидких веществ по температурам ихкипения. Атмосферная перегонка относится к первичному процессу и отсюда можновыделить основное её назначение – разделить нефть на фракции, и использоватьмаксимальные возможности нефти по количеству и качеству получаемых исходныхпродуктов.
Атмосферную перегонкуможно осуществить следующими способами: 1) с однократным испарением втрубчатой, печи и разделением отгона в одной ректификационной колонне; 2)двухкратным испарением и разделением в двух ректификационных колоннах — в колоннепредварительного испарения (эвапораторе) с отделением легких бензиновых фракцийи в основной колонне; 3) Постепенным испарением.
Сырьём установкиатмосферной перегонки может служить как нефть, так и газовый конденсат.Физико-химические свойства нефтей и составляющих их фракций оказывают влияниена выбор технологии получения нефтепродуктов. Поэтому, при определениинаправления переработки нефти нужно стремиться по возможности максимально,полезно использовать индивидуальные природные особенности её химическогосостава.
Для Справки:
Впервые создалиустройство для перегонки нефти братья Дубинины. Завод Дубининых был оченьпрост. Котёл в печке, из котла идёт труба, через бочку с водой в пустую бочку.Бочка с водой – являлась холодильником, а пустая бочка – приёмником длякеросина.
Устройство простых исложных колонн
Для осуществленияпроцесса перегонки используют ректификационные колонны. Различают колонныпростые, для разделения сырья на два компонента (дистиллят и кубовый остаток) исложные. В среднюю часть простой колонны вводится разделяемое сырьё, нагретоедо необходимой температуры, в виде паров, жидкости или их смеси. Зона, вкоторую вводят сырье, называется эвопарационной, т.к. в ней происходитоднократное испарение. Через каждую тарелку проходит четыре потока:
1. Жидкость– флегма, стекающая с верхней тарелки
2. Пары,поступающие с ниже лежащей тарелки
3. Жидкость– флегма, уходящая на ниже лежащую тарелку
4. Пары,поднимающиеся на выше лежащую тарелку
Жидкость с верхнейтарелки стекает на ниже лежащую тарелку, поступает в зону относительно высокойтемпературы и из неё испаряется часть низкокипящего компонента. С другойстороны, контактирующий на ней пар с ниже лежащей тарелки несколько охлаждаетсяи из него конденсируется высоко кипящий компонент. Парциальный состав паров ижидкости по высоте колонны непрерывно изменяется. Часть расположенная вышеввода сырья называется концентрационной, а ниже – отгонной. С верхаконцентрационной зоны выводят готовый продукт в виде пара (ректификат), а сниза, обогащённую низко кипящим компонентом жидкость. В отгонной зонеокончательно отгоняется низко кипящий компонент. С низа колонны отбираетсявторой продукт ректификации – кубовый остаток. Для нормальной работы колоннынеобходимо непрерывное её орошение жидким продуктом, поэтому часть ректификата,после его охлаждения и конденсации в виде флегмы направляют на верхнюю тарелкуколонны. С другой стороны, чтобы отогнать низко кипящий компонент необходимо внижнюю часть колонны подавать тепло. Для этого часть остатка после подогрева подаютна одну из нижних тарелок.
В случае, когданеобходимо отбирать не одну, а несколько фракций с достаточно чёткими границамираздела по температурам кипения, прибегают к сложным колоннам. Она представляетсобой сочетание простых колонн. Сырьё поступает в среднюю часть колонны иразделяется на паровую и жидкую часть. Жидкость стекает по тарелкам в низколонны, а пары поднимаются вверх, причём обе части подвергаются ректификации.
a)С различных по высоте колонны тарелок отбираются боковые погоны, которыеотводятся на верхнюю тарелку боковых отпарных (стриппинг колонн). Под нижнюютарелку стриппинг колонны подаётся навстречу потоку жидкости водяной пар, стемпературой чуть выше кипения данной фракции. С низа каждой секции отбираетсянужная фракция. А водяной пар вместе с легкокипящим компонентом возвращается восновную колонну. Таким образом, отпарные колонны служат отгонными частями,выделенные в самостоятельные колонны. Необходимость их использования заключатсяи в том, что в целевом продукте, в результате недостаточно чёткого разделения,могут находиться более легкокипящие фракции, т.е. происходит наложение фракции.Это значит, например, что в отбираемой фракции может находиться некотороеколичество другой фракции. Поэтому без дополнительной ректификации качество небудет соответствовать заданным нормам.
На рис. 1 показанасхема работы сложной ректификационной колонны с отпарными секциями.
/>
Рис. 1
Обычно наверхатмосферной колонны в качестве острого орошения подают верхний дистиллят, а вразличные точки по высоте колонны – несколько промежуточных циркуляционныхорошений. Для осуществления циркуляционного орошения часть флегмы забирается старелки, проходит через теплообменник, отдаёт своё тепло, и охладившись дозаданной температуры, поступает на тарелку выше той, с которой забираласьфлегма на охлаждение. При этом поддерживается определённый температурный режимна тарелке отбора флегмы, и создаются условия, необходимые для поддержанияпотока флегмы на нижележащих тарелках. Циркуляционных орошений может бытьвплоть до трёх.
Промежуточное орошениечаще всего отводят с одной из тарелок, расположенных непосредственно ниже точкивывода бокового дистиллята (погона) в выносную отпарную колонну. По другомуварианту в качестве промежуточного орошения используют сам боковой погон,который после охлаждения возвращают в колонну выше или ниже точки ввода в неёпаров из отпарной выносной колонны.
Применение промежуточногоциркуляционного орошения позволяет рационально использовать избыточное теплоколонны для подогрева нефти в теплообменниках, при этом выравниваются нагрузкипо высоте колонны, что обеспечивает оптимальные условия её работы. Верхнимбоковым потоком отбирают керосиновую фракцию, затем лёгкую дизельную фракцию иещё ниже более тяжёлую дизельную.
Чёткость иэффективность ректификации зависит от способа контактирования паров и жидкости.Контакт паров и жидкости в вертикальных цилиндрических аппаратах — колоннах,снабжённых специальными ректификационными тарелками или насадками,обеспечивающих тесный контакт поднимающихся вверх по колонне паров и стекающимим навстречу жидкостям.
Увеличение отборасветлых и качества дистиллятов.
Увеличение глубиныотбора светлых из нефти является важнейшей задачей первичной перегонки нефти.Повышение чёткости погоноразделения является также одной из важных задачперегонки, поскольку основные показатели качества дистиллятных фракцийсущественным образом зависят от их фракционного состава. В атмосферной колоннеосуществляется основное разделение нефти на дистиллятные фракции и мазут. Помере утяжеления фракции чёткость разделения ухудшается вследствие уменьшенияотносительной летучести разделяемых фракций и флегмового числа. По результатамперегонки большое влияние оказывает давление. При увеличении давления отбордистиллятов уменьшается, при этом значительно ухудшается качество продуктов,т.е. чёткость ректификации. При повышенном давлении не удаётся полностьюотобрать светлые дистилляты, их выход составляет примерно 70-80% от потенциала;не достигается и ожидаемое увеличение производительности колонны. В тоже времяиспользование пониженного давления, близкое к атмосферному, и умеренный вакуумдаёт возможность не только повысить качество получаемых продуктов, но иулучшить технико-экономические показатели процесса. Пониженное давлениепозволяет отказаться от применения водяного пара и даёт возможность сэкономитьтепла до 5%.
В настоящее времяразрабатываются перспективные схемы замены водяного пара потокомнефтепродуктов. Довольно эффективно также ступенчатое понижение давленияперегонки раздельно в зонах питания и отпаривания. Наибольшее понижениедавление в отпарных секциях достигается при полной конденсации отгона.Охлаждённый отгон рекомендуется подавать в линию горячей струи первой колонны,в качестве испаряющего агента; в печь основной колонны; в качестве орошенияосновной колонны, ниже или выше отбора бокового погона. Поскольку отгонпредставляет собой легкокипящие фракции соответствующего потока, тоиспользование их в качестве орошения выше лежащих секций колонны являетсяпредпочтительным.
Однократное и двукратноеиспарение нефти
По числу ступенейиспарения (количеству ректификационных колон) различают трубчатые установки:
a) однократногоиспарения — на одной ректификационной колонне получает все дистилляты — отбензина до вязкого цилиндрового. Остатком перегонки является гудрон.
b) двукратногоиспарения — сначала при атмосферном давлении нефть перегоняется до мазута,который потом перегоняется в вакууме до получения в остатке гудрона. Этипроцессы идут в двух колоннах.
c)трехкратногоиспарения — используются две атмосферные колонны и одна вакуумная. В первойколоне из нефти отбирают только бензин, во второй — отбензиненая нефтьперегоняется до мазута, в третей — мазут перегоняется до гудрона.
d) четырехкратногоиспарения — установка с доиспарительной вакуумной колонной для гудрона вконцевой части.
Выбор технологическойсхемы и режим перегонки зависит от качества нефти.
Перегонку нефтей сбольшим количеством растворённых газов (0,5-1,2%), с относительно не высокимсодержанием бензина (12-15% фракций до 1800С) и выходом фракций до3500С, не более 45%, выгодно осуществлять на установках АТ соднократным испарением и последующим фракционированием образовавшихся паровой ижидкой фаз в сложной ректификационной колонне.
Для перегонки лёгкихнефтей с высоким выходом фракций до 3500С (50-65%), повышеннымсодержанием растворённых газов (1,5-2,2%) и бензиновых фракций (20-30%)целесообразно применять установки АТ двукратного испарения. Предпочтительнойявляется схема с предварительной ректификационной колонной частичногоотбензинивания нефти и последующей перегонкой остатка в сложной атмосфернойколонне. В первой колонне из нефти отбирают большую часть газа и низкокипящихбензиновых фракций. Чтобы более полно сконденсировать их, поддерживаютповышенное давление. Благодаря этому становится возможным понизить давление ватмосферной колонне и тем самым реализовать условия перегонки (а именнотемпературу питания и расход водяного пара в отгонную часть атмосфернойколонны), обеспечивающие высокий отбор от потенциала в нефти суммы светлыхнефтепродуктов. Схема перегонки нефти, с колонной предварительного частичногоотбензинивания и сложной основной ректификационной колонной, получила наиболееширокое применение в нефтепереработке. Она обладает достаточной гибкостью иуниверсальностью.
Разновидностьюперегонки нефти с двукратным испарением является схема с предварительнымиспарителем и атмосферной колонной. Пары из испарителя и остаток после нагревав печи направляются в атмосферную колонну. Основными достоинствами такой схемыявляются: сокращение затрат на перегонку, за счёт снижения гидравлическогосопротивления змеевика печи; и уменьшения металлоёмкости колонн иконденсаторов. Схема применима для перегонки нефтей со средним уровнемсодержания растворённого газа (1%) и бензина (18-20%) в нефтепереработкевстречается редко.
Технологическая схемаЭЛОУ-АВТ и её возможные варианты
Рассмотрим установкуЭЛОУ-АВТ с двукратным испарением нефти. Атмосферная перегонка на такихустановках осуществляется в одной колонне. Предпочтительным сырьём для нихявляются нефти с относительно невысоким содержанием бензиновых фракций ирастворённых газообразных углеводородов. Принципиальная технологическая схемаустановки представлена на рис. 2.
/>
Рис. 2
Нефть, нагретая втеплообменниках 2, поступает четырьмя параллельными потоками вэлектродегидраторы 3. Обессоливание проводится в две ступени с применениемдеэмульгатора. Солёная вода из электродегидраторов второй ступени вторичноиспользуется для промывки нефти на первой ступени. Кроме того, в качестве промывочнойводы на второй ступени используют водные конденсаты, образующиеся в процессеконденсации пара на установках атмосферно-вакуумной перегонки. Обессоленнаянефть насосом прокачивается через группу регенеративных теплообменников 2 ипосле нагрева двенадцатью параллельными потоками в трубчатой печи 4 поступаетна перегонку в атмосферную колонну 5. Отводимые с верха колонны парыконденсируются в две ступени. На первой обеспечивается более низкое содержаниегазообразных углеводородов в составе орошения, чем в дистилляте.Несконденсированная газовая и жидкая фаза бензина совместно дополнительноохлаждаются и поступают в сырьевую ёмкость 9 дебутанизатора 10. Из атмосфернойколонны 5 через отпарные колонны 6 одновременно отбирают три боковых погона:фракцию 140-2500С и два компонента дизельного топлива – фракцию250-3500С и фракцию 320-3800С. Остатком атмосфернойколонны является мазут. В низ атмосферной колонны и отпарных колонн 6 подаётсяперегретый водяной пар. Стабилизация бензина проводится в дебутанизаторе 10.
Вторичной перегонке вколонне 11 подвергается примерно 62% стабильного бензина, что связано сограниченной потребностью во фракции 90-1400С. Мазут после нагрева впечи 4 поступает на перегонку в вакуумную колонну 12. Верхним боковым погономиз вакуумной колонны отводится лёгкий вакуумный газойль, средним – фракция380-5300С и нижним – затемневшая фракция. Остатком колонны являетсягудрон. В змеевик печи и низ колонны подаётся водяной пар. Через верх вакуумнойколонны 12 отводятся несконденсированный газ, водяные пары и пары нефтяныхфракций. После их охлаждения в газосепараторе 8 конденсат отделяется от газа инесконденсированных водяных паров. Смесь последних отсасывается трёхступенчатымпароэжекторным вакуумным насосом 13. Газы разложения поступают на сжигание ввакуумную печь 4. Смесь конденсата и нефтяных фракций из вакуумсоздающейсистемы поступает на разделение в отстойник 14. Ловушечный нефтепродуктоткачивается в лёгкий вакуумный газойль, а конденсат – на ЭЛОУ.
Принцип методаэлекрообессоливания заключается в том, что полярные молекулы воды вэлектрическом поле стремятся двигаться к электродам, в результате капли водыприобретают грушевидную форму, остриём обращённую к положительно заряженномуэлектроду. В процессе движения капли сталкиваются, сливаются и по мереувеличения массы оседают в нижнюю часть электродегидратора. Увеличитьэффективность можно с увеличением температуры, т.к. в этом случае вязкостьнефти значительно падает.
Заключение
Компоненты, полученныепосле первичной переработки, обычно не используются как готовый продукт. Легкиефракции проходят дополнительно крекинг, риформинг, гидрогенизационноеоблагораживание, целью которых является получение невысокой ценой наибольшегообъема конечных продуктов с наиболее точными удовлетворительными качественнымипоказателями. Тяжелые фракции после перегонки перерабатывают дополнительно набитумных, коксующих и других установках.
Список литературы
1. ГуревичИ.Л. Технология переработки нефти и газа. — М: Химия, 1979.
2. АлександровИ.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. — М: Химия, 1981.
3. БанновП.Г. Процессы переработки нефти. — Ч.1, М: ЦНИИТ, Энефтехим, 2000.
4. БанновП.Г. Процессы переработки нефти. — Ч.3, М: ЦНИИТ, Энефтехим, 2003.
5. Справочникнефтепереработчика.
6. Нефтянаяпромышленность. — М: ВНИИОЭНГ, №1, 1994.