Мазуты

Схема по рисунку 6 (е) с предварительным эжектором применяется для дополнительного понижения давления в колонне и создания глубокого вакуума (порядка 6,7 – 13,3 гПа). Поскольку через предварительный эжектор проходит весь объем паров из колонны, размеры его достаточно велики и значителен расход водяного пара на эжекцию, поэтому такие схемы применяют редко.

При вакуумной перегонке тяжелых остатков высокопарафинистых нефтей, когда верхний погон является парафиновым дистиллятом с температурой застывания 38 – 43 °С, возможно отложение парафина на трубках конденсатора. Во избежание этого предлагается впрыскивать в трубу до конденсатора фракцию дизельного топлива 200 – 250 °С в качестве депрессирующего компонента в количестве 40 – 60% общего расхода нефтепродуктов до конденсатора. Легкие фракции приводят к выпадению парафинов в трубе до конденсатора, откуда их удаляют механически.

В системах, приведенных на рисунке 6 (а – д), глубина вакуума в колонне определяется условиями конденсации водяного пара в конденсаторах или условиями конденсации нефтяных паров в этих же конденсаторах при перегонке без водяного пара, а достигнутая глубина вакуума поддерживается системой эжекторов. Следовательно, глубина вакуума зависит в первую очередь от температуры хладоагента в конденсаторе. Очевидно, для вакуумной перегонки мазута с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при заданной температуре охлаждения в конденсаторе. Поэтому летом вакуум падает, а зимой повышается:

 

Таблица 4

Давление насыщенных паров воды

 

Температура воды, °С	10	15	20	25	30	40	50
Давление насыщенных паров воды, гПа	1,25	17,1	23,4	32,2	42,5	74	124

Практически давление вверху колонны больше вышеуказанных  цифр на величину гидравлического сопротивления потоков паров в трубопроводах и выносных конденсаторах-холодильниках.

 

1.7 Усовершенствование системы  создания вакуума

 

Системы создания вакуума в настоящее  время значительно усовершенствованы. Конденсационно-вакуумсоздающая система современных установок АВТ состоит из системы конденсации, системы вакуумных насосов, барометрической трубы, газосепаратора и сборника конденсата.

Используемые  в современной нефтепереработке различные системы создания вакуума  в промышленных колоннах удобно классифицировать по следующим признакам:

- по способу конденсации;

- по типу применяемых вакуум-насосов;

- по типу связи сборника конденсата с окружающей средой;

Для конденсации  паров вакуумной колонны на практике применяют два способа (рисунок 7):

1) конденсация с ректификацией в верхней секции вакуумной 
колонны посредством

- верхнего циркуляционного орошения (ВЦО) или (и)

- острого орошения (ОО);

2) конденсация без ректификации вне колонны в выносных конденсаторах-холодильниках:

- поверхностного типа (ПКХ) теплообменом с водой или воздухом;

- барометрического типа (БКС) смешением с водой или газойлем, выполняющим роль хладоагента и абсорбента;

- в межступенчатых конденсаторах водой, устанавливаемых непосредственно в пароэжекторных насосах (ПЭК).

Для создания достаточно глубокого вакуума в колонне  не обязательно использование одновременно всех перечисленных выше способов конденсации. Так, не обязательно включение в КВС обоих способов конденсации паров с ректификацией в верхней секции колонны: для этой цели вполне достаточно одного из двух способов.

Так, на некоторых  НПЗ в КВС отсутствуют поверхностные  конденсаторы-холодильники по той причине, что они, позволяя уменьшить объём  эжектируемых паров, существенно повышают гидравлическое сопротивление в системе. Из способов конденсации паров без ректификации вне колонны на установках АВТ старых поколений применялись преимущественно барометрические конденсаторы смешения, характеризующиеся низким гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью теплообмена, кроме того, при этом отпадает необходимость в использовании газосепаратора. Существенный недостаток БКС - загрязнение нефтепродуктом и сероводородом оборотной воды при использовании последней как хладоагента. В этой связи более перспективно использование в качестве хладоагента и одновременно абсорбента охлажденного вакуумного газойля. По экологическим требованиям в КВС современных высокопроизводительных установок АВТ, как правило, входят только поверхностные конденсаторы-холодильники в сочетании с газосепаратором. Не обязательно также включение в КВС одновременно обоих способов конденсации паров с ректификацией в верхней секции колонны: для этой цели вполне достаточно одно из двух способов. Однако ВЦО значительно предпочтительнее и находит более широкое применение, поскольку по сравнению с ОО позволяет более полно утилизировать тепло конденсации паров, поддерживать на верху вакуумной колонны оптимально низкую температуру в пределах 60-80 °С, тем самым значительно уменьшить объем паров и газов.

 

 

ВЦО – верхнее циркуляционное орошение; ОО – острое орошение; ПКХ – в поверхностных конденсаторах-холодильниках; БКС – в барометрических конденсаторах смешения; ПЭК – в промежуточных конденсаторах пароэжекторного насоса; Е – емкость-сепаратор; КБ – колодец барометрический;

Рисунок 7 – Основные способы конденсации паров, применяемые в конденсационно-вакуумсоздающих системах вакуумных колонн

 

В качестве вакуумных насосов в  нефтепереработке применяют в основном струйные насосы – одно-, двух- и  трехступенчатые эжекторы – на водяном  паре с промежуточной его конденсацией (ПЭН) и реже вакуум-насосы с электрическим приводом (ЭВН). Пароэжекционные вакуумные насосы обладают рядом принципиальных недостатков (низкий коэффициент полезного действия, значительный расход водяного пара и охлажденной воды для его конденсации, загрязнение охлаждающей воды и воздушного бассейна и т.д.). в этой связи на перспективу надо рассматривать возможность замены их на вакуум-насосы с электрическим приводом. Применение последних, несмотря на более высокую стоимость электроэнергии, в целом выгоднее за счёт возможности как уменьшения энергии на создание вакуума дополнительной утилизацией паров и газов, так и. что очень важно, исключения загрязнения сточных вод и воздушного бассейна.

По признаку связи  с окружающей средой различают сборники конденсата открытого типа – барометрические колодцы (Б К) и закрытого типа – емкости-сепараторы (Е). Вместо широко использовавшихся ранее барометрических колодцев на современных установках АВТ применяют сборники преимущественно закрытого типа, обеспечивающие более высокую экологическую безопасность для обслуживающего персонала.

Анализ схем вакуумсоздающих систем большого числа вакуумных колонн действующих в настоящее время установок АВТ показывает, что в промышленности используют в основном пять типов КВС (таблица 6). Из общего числа установок, по которым получены данные для анализа, 40% работают по схеме КВС-I, т.е имеют открытую систему, 12% - КВС-II, 17% - КВС-III и 23% - по схеме КВС-IV и КВС-V, т.е. только 23% установок имеют полностью закрытую систему.

Следует отметить, что вакуумные колонны вновь  строящихся мощных современных АВТ имеют только закрытую систему КВС-IV или V типов.

 

Таблица 6

Классификация промышленных конденсационно-вакуумсоздающих систем вакуумных колонн

 

КВС	Способ конденсации  паров							Тип сборника конденсата		Тип вакуум-насоса
	ВЦО		ОО	ПКХ		БКС	ПЭК	КБ	Е	ПЭН	ЭВН
КВС-I КВС-II КВС-III КВС-IV КВС-V	+ + - - +	- - + + +		- + + + +	+ + + - -		+ + + + +	+ + + - -	- + + + +	+ + + + +	- - - - -

 

Значительно более  высокий вакуум в колонне можно  создать перегонкой без подачи водяного пара, т.е сухой перегонкой или же, в принципе, использованием КВС с предварительным эжектором, устанавливаемым на участке между верхом колонны и выносными конденсаторами-холодильниками. Так, КВС с предварительным эжектором позволяет обеспечить остаточное давление в верху колонны порядка 6 – 7 гПа при температуре охлаждающей воды 30 °С. Однако такие схемы находят на практике исключительно ограниченное применение, поскольку предварительный эжектор имеет значительные размеры и требует больших расходов водяного пара на эжекцию всего объёма паров, уходящих с верха колонны.

КВС эксплуатируемых ныне АВТ существенно различаются между собой по таким показателям, как расход охлаждающей воды и расход пара на эжекцию. В частности, расход воды для каждой их схем КВС колеблется в пределах 1 – 5 м³/т, а расход пара на эжекцию – от 1 до 5% (масс.) по отношению к сырью колонны и является соизмеримым расходу острого пара, подаваемого в низ колонны.

Проблема уменьшения загрязнения  окружающей среды обусловливает поиск решений создания вакуума без загрязнения воды и воздуха. Положительный длительный опыт применения дизельных фракций в качестве конденсирующего и охлаждающего агента в барометрическом конденсаторе (вместо воды) позволил использовать дизельные фракции и в качестве эжектирующего агента. Замена водяного пара в эжекторах на жидкостной эжектирующий агент повышает КПД процесса эжекти- рования. Известно, что энергетический КПД эжекторов, в которых в качестве рабочего агента используется водяной пар, достигает максимального значения 10—12 %. При использовании жидкостного рабочего тела КПД эжектора достигает 38—39 %. Сочетание процессов конденсации и эжектирования позволяет еще больше увеличить КПД эжектора.

Таким образом, новые системы создания вакуума основаны на циркуляции жидких нефтяных фракций (дизельная или газойлевая) через специальные инжекторные системы. Одноступенчатая схема создания вакуума представлена на рисунке 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – вакуумная колонна; 2 – жидкостной эжектор; 3 – вертикальный стояк; 4 –разделительная емкость; 5 – насосы; 6 – холодильник;

I – сырье-мазут; II – гудрон; III – несконденсированные пары и газы; IV –циркулирующий нефтепродукт; V – газ; VI – избыток нефтепродукта; VII –дистилляты

Рисунок 8 – Схема одноступенчатой системы создания вакуума с жидкостным эжектором

Новая система позволила полностью  исключить сброс загрязненной воды и за счет разности стоимости пара и электроэнергии только на блоке  вакуумной разгонки мазута значительно  повысить экономическую эффективность. Исследование показало, что в вакуумных  газах, направляемых на сжигание в печь, за счет промывки газов дизельной  фракцией или газойлем значительно  уменьшается содержание сернистых газов. Достигаемая глубина вакуума (остаточное давление 20— 25 мм рт. ст., или 2,6—3,3 кПа) позволила прекратить подачу пара в низ вакуумной колонны. Циркулирующее дизельное топливо или газойль постоянно обновляется. Часть циркулирующей жидкости выводится из системы на гидроочистку и затем используется по целевому назначению.

Известно, что увеличение числа  ступеней эжектирования позволяет уменьшить расход энергии на сжатие газов. Принципиальная схема многоступенчатой системы, внедренной на одном из отечественных НПЗ, представлена на рисунке 9. Многоступенчатая схема позволила уменьшить мощность насосов и достигнуть высокой глубины вакуума (остаточное давление 14—15 мм рт. ст., или 1,8—2 кПа) при неполном включении всей системы. При включении всех ступеней эжектирования остаточное давление на верху колонны достигает 5—7 мм рт. ст. (0,67-0,93 кПа).

 

 

1 – колонна; 2 – жидкостной эжектор; 3 – промежуточные эжекторы; 4 – стояк; 5 – разделительная емкость; 6 – холодильник; 7 – насосы;

I – сырье-мазут; II – гудрон; III – несконденсированные пары и газы; IV –циркулирующий нефтепродукт; V – газ; VII – избыток нефтепродукта; VII –дистилляты;

Рисунок 9 – Схема многоступенчатой системы создания вакуума с жидкостными эжекторами