Назначение процесса
АВТ установка предназначена для полной глубокой переработки обезвоженной и обессоленной нефти с целью получения продуктов первичной перегонки, как светлых дистиллятов(бензина, керосина,дизельного топлива),так и для перегонки мазута под вакуумом. Такие установки первичной переработки нефти составляют основу всех НПЗ.
Обычно АВТ комбинируются с ЭЛОУ, что позволяет более эффективно использовать энергетические ресурсы процессов, уменьшить расход электроэнергии, пара, воды на охлаждение, нагрев и перегонку промежуточных продуктов, сократить расход металлов, площадь установки и численность обслуживающего персонала.
Установки АВТ включают 4 блока – ЭЛОУ, АТ, ВТ и блок стабилизации.
Назначение отбензинивающей колонны – извлечь из нефти остатки растворенного в ней газа и легкую бензиновую фракцию с температурой конца кипения 85°С (или 120°С).
Назначение блока атмосферной перегонки – разделение предварительно отбензиненной нефти на несколько светлых фракций. Обычно это стабильная бензиновая фракция, выкипающая до 160 – 180°С, керосиновая фракция (140 – 230°С) и фракция дизельного топлива (200 – 350°С).
Основное назначение установки (блока) вакуумной перегонки мазута топливного профиля — получение вакуумного газойля широкого фракционного состава (350… 500 °С), используемого как сырье установок каталитического крекинга, гидрокрекинга или пиролиза и в некоторых случаях – термического крекинга с получением дистиллятного крекинг-остатка, направляемого далее на коксование с целью получения высококачественных нефтяных коксов.
Колонна стабилизации служит для отделения от бензина газовой головки С1-С4. Узкая верхняя часть колонны способствует улучшению отделения газа от бензина за счет увеличения скорости и уменьшения давления в этой части.
Сырье
Сырьем для АВТ служит обессоленная и обезвоженная нефть, прошедшая обработку на ЭЛОУ и содержащая 5 мг/л хлористых солей,0,1 % воды и мазута.
Продукция
Бензиновая фракция (60-180 °С) используют как компонент товарного автобензина, сырье для установки пиролиза и риформинга, подвергается вторичной перегонки для получения узких фракций.
Керосиновая фракция(180-315 °С) используется как топливо для реактивных двигателей, как осветительный керосин, как сырье для гидроочистки.
Дизельная фракция(240-350 °С) используется как топливо для дизельных двигателей, сырье для установок гидроочистки.
Гудрон, остаток АВ перегонки нефти с температурой выкипания более 500 °С, используется как сырье установок термического крекинга, коксования, производства битумов.
Углеводородный газ выводится из установки в газообразном или жидком виде, направляется на ГФУ, сухой газ используется в качестве топлива печи.
Вакуумные дистилляты(350-500°С) используются в качестве сырья каталитического крекинга или гидрокрекинга. На НПЗ с масляной схемой переработки получают несколько масляных дистиллятов(350-400°С),(400-450°С),(450-500°С), которые направляют на селективную очистку.
Сущность процесса
Перегонку нефти на промышленных установках осуществляют при температуре 350-360°С, при более высоких температурах начинается процесс разложения углеводородов (крекинг),что ухудшает эксплуатационные качества углеводородов. Когда температура кипения нефтяной смеси при атмосферном давлении превышает температуру ее термического разложения при перегонке, применяют вакуум и водяной пар. Вакуум понижает температуру кипения углеводородов, также как и водяной пар. Понижая парциальное давление компонентов смеси, он вызывает кипение ее при меньшей температуре. Одновременно с понижением парциального давления нефтяных паров, водяной пар интенсивно перемешивает кипящую жидкость, предотвращая возможные местные перегревы ее, увеличивает поверхность испарения за счет образования пузырей и струй. Водяной пар применяют как при атмосферной, так и при вакуумной перегонке. Сочетание вакуума с водяным паром при перегонке нефтяных остатков обеспечивает глубокий отбор масляных фракций. Вакуум создается барометрическими конденсаторами и эжекторными вакуумными насосами, которые можно включать в разной последовательности.
Вакуумные трубчатые установки обычно сооружают в едином комплексе с атмосферной ступенью перегонки нефтей. Комбинирование процессов атмосферной и вакуумной перегонки на одной установке имеет следующие преимущества: сокращение коммуникационных линий; меньшее число промежуточных емкостей; компактность; удобство обслуживания; возможность более полного использования тепла дистиллятов и остатков; сокращение расхода металла и эксплуатационных затрат; большая производительность труда. Применение отбензинивающей колонны позволяет также снизить давление на сырьевом насосе, предохранить частично сложную колонну от коррозии, разгрузить печь от легких фракций, тем самым несколько уменьшить требуемую тепловую ее мощность.
Недостатками двухколонной AT является более высокая температура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что требуются затраты дополнительной энергии. Кроме того, установка оборудована дополнительной аппаратурой: колонной, насосами, конденсаторами-холодильниками и т. д.
Описание технологической схемы
Технологические параметры процесса
Обессоленная на ЭЛОУ и нагретая в теплообменниках до температуры 210-230°С нефть поступает в колонну предварительной отгонки бензина. Назначение этой колонны выделить из нефти легкую бензиновую фракцию примерно 50-70 % бензина, газа, которые отбираются из верха колонны. Частично отбензиненная нефть из нижней части колонны поступает в трубчатую печь, где нагревается до температуры 35-360°С, и направляется в атмосферную ректификационную колонну. Часть потока полуотбензиненной нефти возвращается в отбензинивающую колонну. В атмосферной колонне нефть разделяется на несколько фракций. В куб ректификационной колонны подается водяной пар который изменяет давление по всей колонне, понижает парциальное давление нефтяных паров позволяя жидкости испаряться при более низкой температуре. Из верхней части атмосферной ректификационной колонны в паровой фазе отводится тяжелый бензин фракцией НК 180°С. Из боковых погонов через отпарные колонны (стриппинг-колонны) отбирается керосин фракцией 180-315°С,легкое дизельное топливо 240-280°С,тяжелое дизельное топливо 240-360°С.Мазут из нижней части атмосферной колонны подается в печь где нагревается до температуры 400-420°С и поступает в вакуумную колонну, работающую при остаточном давлении 40-60 мм. рт. столба, где разделяется на вакуумные дистилляты и гудрон, водяные пары, газообразные продукты разложения и некоторое количество легких нефтепродуктов(дизельные фракции) из верхней части вакуумной колонны поступает в систему создания вакуума. К боковым погонам колонны является фракция вакуумный газойль. Остаток гудрон выводится из нижней части колонны, эти продукты через теплообменники подогрева нефти и концевые холодильники выводятся из установки. Вакуум в вакуумной колонне создается с помощью системы паровых эжекторов. Газожидкостная смесь поступает в вакуумный сепаратор, откуда жидкость стекает по вертикальной трубе длиной 10 м в отстойник, газы и воздух отсасываются из сепаратора тремя последовательно соединенными эжекторами. После каждого эжектора они поступают в конденсатор водяного пара, образующийся конденсат стекает в отстойник, газ отводится из системы к форсункам трубчатых печей, где используется как топливо, в отстойнике легкий газойль отделяется от воды и далее насосом откачивается из установки. Водяной конденсат обычно используется для промывки нефти в блоки ЭЛОУ. Бензины, полученные из колонны предварительной отгонки бензина и из атмосферной колонны, смешивают и отводят в колонну стабилизации бензина. В колонне стабилизации из бензиновой фракции удаляют растворенные газы, которые выводят из верхней части колонны и направляют в аппарат воздушного охлаждения, затем в сепаратор, в котором "жирный" газ отделяется от сконденсировавшихся легких углеводородов-сжиженного газа (рефлюксана). Циркуляционная часть сжиженного газа подается в верхнюю часть колонны в качестве орошения. Головной продукт стабилизации нефти направляется на ГФУ, туда же и направляется "жирный" газ, стабильный бензин из нижней части поступает на блок вторичного фракционирующего бензина. Для снижения температуры в нижней части колонны и более полного извлечения дистиллятных фракций в атмосферные вакуумные колонны подается водяной пар избыточное тепло снимается циркуляционным орошением, в стабилизационной колонне получают в верхней части головку стабилизации сжиженный у/в газ, а из нижней части стабильный бензин не содержащий у/в С3,С4. Колонна предварительной отгонки бензина работает под давлением 3-4 атм., т.е. газ полностью растворяется в бензине, температура верхней части атмосферной колонны 150-160°С и давлении 0,2-0,6 атм. В вакуумной колонне температура в нижней части 345-380°С, давление в верхней 40-60 мм. рт. столба.
Первичная переработка нефти - это тепловой процесс связанный с существенными затратами энергоресурсов: топливо, вода, электроэнергия на перекачивание,водяной пар,воздух на охлаждение.
Удельные энергозатраты для АВТ мощностью 6 млн.т в год:
Топливо, сжигаемое в печах.....................35-38 кг/т
Вода оборотная для охлаждения технологических потоков...........3-7 м3/т
Электроэнергия...............................78 кВт в час/т
Водяной пар........................................100-150 МДж/т
Если перевести по соответствующим эквивалентам все эти энергоносители на топливный эквивалент, то первичная переработка 1т нефти в среднем затрачивает 50-60 кг топлива с теплотой сгорания близкой к теплоте сгорания нефти.
Установки АВТ являются главной и неотъемлемой частью НПЗ, обеспечивающие качественную переработку нефти с целью получения ценных товарных продуктов.
Физические основы
Очень важным элементом технологии ректификации нефти на фракции являются подвод и отвод тепла в колонны, поскольку ректификация – это термодинамический процесс с непрерывным подводом и отводом тепла, что позволяет формировать температурный профиль по высоте колонны и соответственно движущую силу процесса ректификации. Чем больший тепловой поток подводится в колонну, тем больше будет в колонне кратность орошения (отношение количества флегмы на тарелках к количеству отбираемого ректификата) и тем выше будет в итоге четкость ректификации.
Подвод тепла в ректификационной колонне осуществляется в двух сечениях – ниже укрепляющей части, потоком нагретого во внешнем нагревателе сырья, и внизу отгонной части.
Отвод тепла осуществляется только в укрепляющей части колонны и служит для создания жидкого потока внутреннего орошения тарелок. В простых колоннах, не имеющих отбора тепловых дистиллятов, тепло отводится всегда в одном сечении – наверху колонны. В сложных колоннах, где кроме верхнего дистиллята выводятся через стриппинги боковые дистилляты, тепло может отводиться как в одном сечении (наверху), так и в нескольких сечениях по высоте колонны.
В атмосферном блоке предусматривается подвод тепла в нижнюю часть колонны и отвод тепла с верхней части колонны, в связи, с чем температура в аппарате постепенно снижается от низа к верху. В результате сверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций конденсируются в соответствующих частях колонны и выводятся, мазут остаётся жидким и откачивается с низа колонны.
В вакуумном блоке перегонку ведут при остаточном давлении 40-60 мм рт. ст., что позволяет снизить максимальную температуру в аппарате до 360-380°С. Разряжение в колонне создается при помощи соответствующего оборудования, ключевыми аппаратами являются паровые или жидкостные эжекторы.
Продукты первичной переработки нефти охлаждаются в теплообменниках, в которых отдают тепло поступающему на переработку холодному сырью, за счет чего осуществляется экономия технологического топлива, в водяных и воздушных холодильниках и выводятся с производства.