Вакуумный блок установки АВТ

Вакуумный блок, работающий обычно в комплексе с атмосферным блоком установки АВТ, предназначен для глубокой перегонки мазута (остатка атмосферной перегонки нефти). В вакуумном блоке мазут разделяется до гудрона с получением или широкой дистиллятной фракции (350-500)^оС, являющейся сырьем установок каталитического крекинга, гидрокрекинга, реже термокрекинга (топливный вариант работы), или с получением узких масляных фракций (веретенное, трансформаторное, машинное, цилиндровое) и остаточных масел (авиационное, дизельное) при работе по масляному варианту. Одновременно в колонне выделяется и фракция легкого вакуумного газойля (t_кип. > 360 ^оС), которую не удалось выделить в атмосферном блоке) и которая используется как компонент дизельного топлива. Большая часть вакуумных установок работает по схеме однократного испарения мазута (рис. 2.2).

При работе по топливному варианту число боковых отборов сокращается до одного – двух, поскольку на дальнейшую переработку (каталитический крекинг) отправляется полная сумма всех масляных фракций.

Для понижения рабочей температуры и снижения термодеструкции тяжелых углеводородов в колонне создается вакуум, а в качестве теплоносителя и одновременно инертного компонента для понижения температуры кипения вводится перегретый водяной пар. Расход водяного пара в вакуумной колонне существенно больше, чем в атмосферном блоке – (5-8) % в расчете на сырье (мазут). Мазут подогревается в дистиллятных полугудроновых и гудроновых теплообменниках, доводится в трубчатой печи до температуры (375-400) °С и поступает в ректификационную колонну, отгонная часть которой имеет меньший диаметр, чем концентрационная часть. Благодаря этому сокращается время пребывания жидкого остатка в колонне, что способствует снижению глубины его разложения. Боковыми погонами выводятся фракции масляных дистиллятов. Вакуум в колонне создается физико-механическим способом, т.е. конденсацией паров (обычно в барометрическом конденсаторе) и отсасыванием несконденсировавшихся газов вакуумными насосами (например, пароэжекторного типа). Конденсат откачивают насосами или удаляют свободным истечением.

Рис. 2.2. Принципиальная схема одноколонной ректификации мазута вакуумного блока установки АВТ-6 (масляный вариант разделения):

1 – вакуумная колонна; 2 – печь; 3 – пароэжекторный вакуумный насос;

I – мазут (из блока АТ); II – легкий вакуумный газойль; III – вакуумный газойль; IV - затемненная фракция; V – гудрон; VI – водяной пар; VII – газы разложения; VIII – водный конденсат

В вакуумной колонне стремятся создать условия, обеспечивающие высокую долю отгона сырья (перехода его в паровую фазу) и его минимальное разложение. Для этого необходимо уменьшать время пребывания мазута в печи, снижать гидравлические сопротивления во всех элементах системы и применять вакуумсоздающие системы, обеспечивающие поддержание минимального давления в колонне (20¸50 мм.Hg).

Таблица 2.2

Показатели режимов работы вакуумного блока АВТ-6 [1]

Для обеспечения высокоинтенсивного, но кратковременного цикла нагрева мазута применяют радиантные печи с экранами двухстороннего облучения, а также вводят в змеевики печи водяной пар (снижает интенсивность коксообразования и его отложения на стенках труб), увеличивают диаметр труб змеевика, последних по ходу сырья, соединения труб змеевиков производят с помощью калачей, а не ретурбендов, трансферную линию выполняют с минимальным числом поворотов.

Несложно видеть, что все эти мероприятия направлены на максимальное снижение гидравлического сопротивления всех элементов блока, используемых для нагрева сырья (мазута) перед его вводом в систему ректификации.

Выносные отпарные секции в вакуумных блоках используются достаточно редко. Наиболее оправдано их применение только в схемах разделения для масляного варианта работы, когда на первое место выходит требование к качеству узких масляных фракций в отношении наложения соседних фракций друг на друга. Это объясняется тем, что наличие отпарных секций за счет вода в них дополнительного количества водяного пара приводит к увеличению паровых нагрузок в основной колонне, что, в свою очередь, приводит к росту гидравлического сопротивления колонны.

Следует отметить, что разложение мазутных фракций определяется температурой, а следовательно, и давлением, которое складывается в кубовой части аппарата. Это давление определяется как

(2.1)

Поэтому глубина вакуума, создаваемая вакуумсоздающей системой (ВСС) в верхней части ректификационной колонны, далеко не всегда будет определять интенсивность разложения тяжелых углеводородов в колонне. Действительно при снижении P_в будет иметь место возрастание скорости движения паров по колонне, которое при определенных условиях может приводить даже к росту P_н. Более полезным представляется снижение гидравлического сопротивления КУ, что ещё раз подчеркивает системный характер задачи проектирования сложных колонн и необходимость использования при проектировании оптимизационных процедур.

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Массо- теплообмен между противоточно движущимися неравновесными паровой и жидкой фазами в ректификационных и абсорбционных колоннах осуществляется на контактных устройствах (КУ), которые часто называются “тарелками”. В ректификационных колоннах поток парового орошения создается нагревательными элементами (печь, ввод перегретого водяного пара), а жидкого – конденсационными устройствами (холодильники – конденсаторы, холодные циркуляционные орошения). В результате взаимодействия между паровой и жидкой фазами на КУ в соответствии с законами термодинамического парожидкостного равновесия паровая фаза обогащается легкокипящими, а жидкая – тяжелокипящими компонентами. Поэтому именно КУ и определяют в значительной мере общую эффективность процесса разделения.

Для нефтяных колонн вообще и для колонн АВТ, в частности, можно выделить ряд присущих им характерных особенностей:

· очень высокая производительность по сырью (до 1000 м³/ч для атмосферной колонны);

· подвод тепла в разделительную систему осуществляется огневым нагревом сырья в трубчатой печи (основная и вакуумная колонны АВТ), вводом перегретого водяного пара (практически все колонны) и циркуляцией «горячей струи» (отбензиневающая колонна АТ);

· последнее обстоятельство предполагает применение специальных сепарационных зон для разделения паровой и жидкой фаз;

· в схеме ректификации присутствуют выносные отпарные секции, а также циркуляционные орошения, что предполагает возможность организации на КУ боковых отборов жидкой фазы и подводов как паровой, так и жидкой фаз в нескольких точках по высоте колонны.

Эти особенности должны учитываться при выборе конструкций контактных устройств в задачах проектирования блоков разделения нефти.