Современные АВТ имеют максимальную мощность по нефти 3-8 млн. т/г, число получаемых дистиллятов от 6 до 10, являются одним из энергоемких процессов: удельный расход топлива 20-22 кг/т нефти (AT) или 30-35 кг/т нефти (АВТ). Общие энергозатраты на АВТ (считая электроэнергию, воду, воздух и др.) составляют 45-50 кг/т нефти, т.е. 4,5-5,0% от всей перерабатываемой нефти.
Температура. Температурный режим колонны выбирается так, чтобы обеспечить необходимую долю отгона, и в то же время, самая высокая температура в колонне должна быть ниже температуры разложения углеводородов.
Давление. Ректификацию проводят как под атмосферным давлением, так и при давлениях выше и ниже атмосферного. Давление ниже атмосферного применяется для разделения высококипящих смесей, ректификацию при повышенном давлении применяют, когда разделяемая смесь при атмосферном давлении находится в газообразном состоянии. С повышением давления четкость разделения падает, т.е. для процесса ректификации пониженное давление более благоприятно. Однако при понижении давления возникает проблема с конденсацией ректификата и с созданием нисходящего потока орошения.
Флегмовое число - отношение количества жидкости, поступающей на ректификационную тарелку, к количеству паров, покидающих ее. Чем выше флегмовое число, тем выше четкость ректификации, то тем больше энергетические затраты на процесс. Отношение отбора дистиллята к сырью - чем меньше отбор, тем больше четкость ректификации.
Количество тарелок. Чем оно больше, тем больше число ступеней контакта и выше четкость разделения, но тем выше колонны и, соответственно, возрастают капитальные затраты.
Четкость разделения любой колонны зависит от ресурса подведения (и отвода) тепла.
Максимальный поток тепла вносится с сырьем, исходя из максимально допустимых температур нагрева. Чтобы тепло подвести качественно, поток нагретого сырья вводится тангенциально. Если температура сырья выше чем температура низа, то подводят горячую струю. Иногда вводят водяной пар для снижения парциального давления. Для низкотемпературных колонн тепло может подводиться двумя способами: через кипятильник - продукт с низа колонны проходит через кипятильник и вносится в колонну или рибойлерный подвод тепла - пары идут в колонну, а жидкость отводится.
Отводится тепло орошениями: верхним острым (испаряющимся), промежуточным циркуляционным орошением, верхним или нижним циркуляционным орошением и выносной системой конденсации (для вакуумных колонн).
Ректификационные колонны. На АВТ установках используются ректификационные колонны нескольких типов, которые подразделяются:
по числу получаемых в них дистиллятов - на простые и сложные колонны. Простые колонны (без вывода боковых погонов) - это колонны стабилизации, вторичной перегонки бензина или дизельного топлива. Сложные колонны - это основные колонны установки - атмосферная и вакуумная;
по типу внутренних контактных устройств - на насадочные и тарельчатые. В первых контакт и массообмен пара и жидкости происходят в пленочном режиме на развитой поверхности специальной насадки (обычно это вакуумные колонны), а во-вторых - путем барботажа пара через слой жидкости на специальных тарелках;
по уровню давления в колоннах - на атмосферные, вакуумные и с высоким избыточным давлением. К атмосферным относят колонны, где абсолютное давление не превышает 200-250 кПа (атмосферные колонны перегонки нефти). В вакуумных колоннах абсолютное давление обычно составляет 3-10 кПа, а в колоннах высокого давления (стабилизационные) давление достигает 1,0 МПа (1000 кПа).
Трубчатые печи на АВТ установках служат для нагрева нефти (отбензиненной нефти), мазута и бензина, они обеспечивают основной поток тепла, вносимого в ректификационные колонны, и соответственно энергетический потенциал их разделительной способности.
На ранней стадии становления нефтепереработки (в 1920-40-е годы) применяли трубчатые печи коробчатого типа (одно- и двухкамерные) с центральным расположением конвекционной камеры и горизонтальным расположением радиантных и конвекционных труб. Трубы змеевика печи длиной 9-12 м экранировали основную часть стен топочного пространства. Отвод дымовых газов осуществлялся через дымоход под конвекционной камерой.
Печи шатрового типа были металлоемкими, имели большие габариты при относительно невысокой тепловой мощности, и поэтому, когда началось внедрение АВТ установок мощностью 3-6 млн. т/г., они уступили место новому поколению трубчатых печей - узкокамерным форсированным печам.
Теплообменные аппараты. Процесс дистилляции нефти, как и любой тепловой процесс, реализуется путем подвода теплового потока в ректификационную колонну и отвода из нее соответствующего количества низкопотенциального тепла.
Общий поток высокопотенциального тепла, подводимый нефтью в колонну, слагается из тепла сырой нефти из резервуаров Qн, тепла, регенерированного нефтью от горячих дистиллятов колонны Qр, и полезного тепла, подведенного на нагрев сырья в печи Qпол. Как отмечалось выше, доля Qполот всего тепла сгорания топлива в печи Qт составляет 75-85% (к. п. д. печи), а остальная часть в виде тепловых потерь печи Qпп теряется. Из колонны тепло отводится в несколько потоков. Основной поток - это та часть тепла, которая регенерируется на нагрев сырой нефти в теплообменниках. Другой поток - это та часть тепла, которая отводится в конденсаторах и холодильниках Qохл при конденсации паров сверху колонны, охлаждения циркуляционных орошений и охлаждения товарных дистиллятов до температур, при которых они откачиваются в парк. Наконец, третий поток тепла -это тепло всех охлажденных до 40-80 °С дистиллятов, откачивающихся в приемный парк Qнп. Небольшая часть тепла (1-3%) теряется в окружающую среду Qпос. Из этой схемы видно, что чем большая доля тепла будет регенерирована на нагрев нефти, тем меньше придется затратить тепла на нагрев ее в печи и меньше израсходовать топлива. А это существенно улучшает экономические показатели процесса перегонки нефти. Соотношение это характеризуют коэффициентом регенерации тепла Кр = Qp/Qпол, который для действующих АВТ составляет от 0,5 до 0,8.
Функции регенерации тепла горячих потоков дистиллятов, а также их конденсации, охлаждения, дополнительного нагрева и испарения выполняет на установках АВТ разветвленная система теплообменных аппаратов различного устройства.