Атмосферно-вакуумные трубчатые установки

Введение

 

Основным энергоносителем и основным источником углеводородного сырья в России является нефть. Темпы развития нефтяной промышленности в бывшем Советском Союзе не имели аналогов в мире. В 1988 г. в России было добыто максимальное количество нефти и газового конденсата - 568,3 млн. т, или 91% общесоюзной добычи нефти. Ежегодный прирост добычи нефти составлял в среднем 25-20 млн. т. Начиная с 1999 г. ежегодный прирост добычи нефти в России составлял от 6,3 до 10,9% и суммарный темп добычи за последние пять лет вырос на 52% (соответственно с 302 млн. т до 458 млн. т). При этом нефтяная промышленность России унаследовала наращивание добычи нефти без должного учета последствий для промышленной и экологической безопасности. Ее деятельность в настоящее время сопряжена с работой нефтяных заводов, находящихся в упадочном техническом состоянии (средняя глубина переработки нефти не более 65%), и оборудования устаревшей системы автоматизации и высокой степенью изношенности. Поэтому предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России, - в том числе - по добыче и переработки нефти, несмотря на снижение объемов производства, остаются крупнейшими источниками загрязнения окружающей среды. На их долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, 27% сброса загрязненных сточных вод и до 70% общего объема парниковых газов.

Влияние нефтяной отрасли на состояние окружающей среды и здоровье населения земли неоспоримо является глобальным. Решение проблемы лежит в социально - экологическом воспитании общества и осознании того, что последствия будут иметь тоже глобальный характер.

Проблема выбросов газов и пыли является не менее актуальной, чем другие. Нефтеперерабатывающими предприятиями выбрасывается в атмосферу свыше 1050 тыс. т загрязняющих веществ, при этом доля улова на фильтрах составляет только 47,5%. Основной состав выбросов предприятия в атмосферу: 23% - углеводороды; окислы: 16,6% - серы, 7,3% - углерода, 2% - азота. По некоторым данным в российской нефтеперерабатывающей промышленности выбрасывается в атмосферу около 0,45% перерабатываемого сырья, в то время как на Западе - 0,1%. Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносит и факельное хозяйство НПЗ. При сжигание топлива в факельных печах образуются аэрозольные частицы - продукт конденсации углерода и канцерогенные углеводороды типа бенз(а) пирен.

Влияние процессов сгорания углеводородных систем в двигателях транспортных средств и печах приводит к резкому увеличению содержания СО и СО₂ и кислых газов в атмосфере. Сжигание нефти, газа и угля сопровождается выбросом до 5 млрд. т. в год углекислого газа. На фоне уменьшения площади лесов наблюдается рост концентрации СО₂ в атмосфере от 0,03 до 0,041%. В воздухе городов над промышленными зонами доля СО₂ может достигать 0,1% отсюда следует реальность парникового эффекта.

В работе рассмотрены вопросы негативного влияния нефтеперерабатывающих производств на атмосферу. Описаны основные источники загрязнения атмосферного воздуха, его современное состояние. Рассмотрены источники загрязнения, на примере технологических печей атмосферно-вакуумной трубчатой установки и методы снижения выбросов в атмосферу от рассматриваемой установки.

 

Теоретический раздел

Технологические печи

 

Трубчатые печи (рисунок 5) на АВТ установках служат для нагрева нефти (отбензиненной нефти), мазута и бензина, они обеспечивают основной поток тепла, вносимого в ректификационные колонны, и энергетический потенциал их разделительной способности.

 

- форсунки; 2 - муфели; 3 -футеровка; 4 -огнеупорная перевальная стена; 5 -несущие конструкции свода; 6 - кровля; 7, 8 -потолочный и подовый экраны; 9 -конвекционная секция змеевика; 10 - дымоход; I и II - вход и выход нагреваемого потока

Рисунок 5 - Двухкамерная трубчатая печь с наклонным сводом

 

Трубчатая печь - высокотемпературное термотехнологическое устройство с рабочей камерой, огражденной от окружающей атмосферы.

Печь предназначена для нагрева углеводородного сырья теплоносителем, а также для нагрева и осуществления химических реакций за счет тепла выделенного при сжигании топлива непосредственно в этом аппарате. Трубчатые печи используют при необходимости нагрева среды (углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т.е. примерно свыше 230⁰ С. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур. В качестве топлива могут применяться продукты отходов различных процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвреживанием этих отходов.

Современная печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, т.е. упорядоченную совокупность, состоящую из непосредственно печи, средств обеспечения печного процесса, а также систем автоматизированного регулирования и управления печным процессом и средствами его обеспечения.

Трубчатая печь - это строительно-технологическое сооружение, состоящее из следующих функциональных узлов: фундамента, каркаса, футеровки, змеевика, горелок, утилизаторов тепла, дымовой трубы и гарнитуры.

Фундаментпечи сооружают из монолитного или сборного железобетона и конструктивно изолируют от воздействия высоких температур. На фундамент через несущие стойки каркаса печи опирается вся масса печи.

Каркас печи - основная несущая металлическая конструкция, воспринимающая нагрузки от веса огнеупорной футеровки, трубчатого змеевика, вспомогательных узлов (а в некоторых печах - и дымовой трубы).

Футеровка предназначена для защиты каркаса печи от воздействия высоких температур и создания вторичного теплового излучения, повышающего тепловую эффективность (к. п. д.) печи. Для снижения теплопотерь через футеровку и создания безопасных условий эксплуатации печи с внешней стороны футеровка покрывается слоем теплоизоляции.

Технологический змеевик печи - это наиболее ответственная часть печи, изготовляемая из дорогостоящих горячекатаных бесшовных труб и работающая в наиболее тяжелых температурных и коррозионных условиях. Цельносварной змеевик проще по устройству, надёжен, герметичен, а главное - он целиком помещается в топку печи или камеру конвекции, что позволяет лучше герметизировать топку и в целом печь и исключить вредные подсосы воздуха извне.

Горелки (или форсунки) служат для сжигания топлива, подаваемого в топку печи. При этом они должны обеспечивать полное сжигание топлива, давать устойчивый факел пламени, иметь высокую производительность (для сокращения числа горелок на одну печь), быть конструктивно несложными и простыми в эксплуатации, обладать возможностью их включения в систему автоматического регулирования работы печи.

По типу используемого топлива различают горелки газовые, горелки на жидком топливе (мазутные) и комбинированные на газовом и жидком топливе (газо-мазутные). Газовые горелки по организации сжигания в них топлива бывают пламенные и беспламенные (панельные).

В пламенных горелках газ сжигается с образованием факела, являющегося основным первичным излучателем в топке, а в беспламенных - в многотуннельной керамической панели так, что пламя из нее не выходит, а сама она раскаляется до высокой температуры и служит излучателем тепла. Из таких панелей набирается основная площадь боковых стен топки, и эти стены излучают тепло на экран змеевика. Все остальные типы горелок подают в топку факелы пламени. Горелка ГП может работать как раздельно на газе или мазуте, так и одновременно сжигать оба вида топлива.

Дымовая труба выполняет две основные функции - создает необходимую тягу в топке печи и отводит вредные дымовые газы (содержащие оксиды углерода, азота, серы и углеводороды) на большую высоту для лучшего их рассеяния в атмосфере. Естественная тяга создается дымовой трубой за счет разницы плотностей окружающего воздуха и дымовых газов. При этом, чем больше высота трубы, тем выше разрежение в топке или на выходе из конвекционной камеры. Обычно при высоте трубы 40 м разрежение после воздухоподогревателя составляет 0,2-0,3 кПа. Если естественная тяга, создаваемая дымовой трубой, оказывается недостаточной для создания минимально допустимого разрежения в топке - 0,1-0,2 кПа (из-за большого гидравлического сопротивления печи по газовому тракту или малой высоты трубы), то создают принудительную тягу. Для этого на потоке дымового газа после его выхода из воздухоподогревателя устанавливают дымосос (вентилятор), отсасывающий дымовой газ из печи и выбрасывающий его в дымовую трубу.

По своей конструкции и компоновке с печью дымовые трубы бывают трех типов - металлические индивидуальные, металлические общие и железобетонные. [7]

Индивидуальные металлические дымовые трубы обслуживают обычно одну печь и устанавливаются либо непосредственно на печи (если камера конвекции расположена над топкой), либо рядом с печью (если дымовые газы отводятся через газоход под подом печи).

Общие металлические дымовые трубы устанавливаются на земле для обслуживания группы печей (2-4 печи), независимо от направления вывода дымовых газов из печи. В этом случае система отвода дымовых газов из каждой печи объединяется в общий газоход (под землей или над печами) и по нему газы вводятся в дымовую трубу. При установке таких труб непосредственно на печи их высота обычно небольшая (20-30 м), а в случае, если труба устанавливается рядом с печью на земле, ее высота может достигать 50-60 м.

Металлические дымовые трубы, как и газоподводящие коллекторы (газоходы) до них, внутри облицовывают теплостойким слоем торкретбетона, защищающим металл трубы от воздействия высоких температур и паров слабой кислоты, образующейся при температурах ниже точки росы. Кроме того, футеровка трубы защищает ее и от эрозионного износа твердыми частицами, содержащимися в дымовых газах.

Железобетонные дымовые трубы устанавливают на современных мощных установках для обслуживания всей группы из 4-5 печей с общим для всех печей дымососом. Высота их обычно составляет 120-180 м. Изнутри такие трубы футеруют тепло-кислотостойкой облицовкой.

Гарнитура трубчатой печи включает ее вспомогательные конструкционные и эксплуатационные узлы - подвески и трубные решетки для змеевика, предохранительные окна и люки-лазы, гляделки, шиберы дымоходов.

Трубчатые печи (рисунок 6) имеют камеру сгорания 1, в которой факелообразно сгорает жидкое или газовое топливо, поступающее через форсунки 2, и отделённую перевальной стенкой 3 конвекционную камеру 4. В потолочной и фронтовой частях камеры сгорания, расположены трубы 5, обогреваемые непосредственно лучеиспусканием факела трубы конвекционной камеры. [11]

 

1 - камера сгорания; 2 - форсунки; 3-стенка; 4 - камера конвекционная; 5 - трубы камеры сгорания, 6 - трубы конвекционной камеры.

Рисунок 6 - Схема трубчатой печи

 

Общие сведения о НПЗ

ЗАО «Краснодарский нефтеперерабатывающий завод ― Краснодарэконефть», г. Краснодар, ул. Захарова 1.

Завод по первичной переработке нефти ЗАО «Краснодарэконефть» основан в 1911 году. Проектная мощность 3 млн. т/г. Общая численность работающих ЗАО «Краснодарэконефть» ― 1000 человек. Количество рабочих дней в году ― 365 при непрерывном цикле производства.

ЗАО «Краснодарэконефть» является предприятием топливного профиля с глубиной переработки ― 61,08%. Сырье предприятия ― малосернистые краснодарские и западносибирские нефти с содержанием серы до 0,6%, поступающие на предприятие по трубопроводу. ЗАО «Краснодарэконефть» вырабатывают широкий ассортимент товарной продукции: бензин прямой гонки, бензин «Экстра», топливо реактивное, дизельное, моторное, печное, мазут, битумы дорожные и строительные.

В состав ЗАО «Краснодарэконефть» входят:

Основное производство:

― установка АВТ;

― установка АТ-2;

― экстракционная установка;

― установка БУ-3;

― установка производства нафтената натрия (МНУ);

― цех резервуарных парков и коммуникации (ЦРП и К);

― цех ВИК.

Вспомогательное производство:

― паро-котельный цех;

― электроцех;

― ремонтно-механический цех (РМЦ);

― слесарная мастерская КИП;

― центральная заводская лаборатория (ЦЗЛ);

― автотранспортный цех;

― стоянка личного автотранспорта;

― маневровый тепловоз;

― пожарная часть ПЧ-15;

― столовая;

― прачечная.

ЗАО «Краснодарэконефть» имеет 5 установок по переработке нефти:

― электрообессоливающая (ЭЛОУ);

― атмосферновакуумная трубчатка (АВТ);

― атмосферная трубчатка (АТ);

― экстракционные (два года не работают, т.к. высокая себестоимость);

― битумные. КТНЭ.280202.З10.КР.ГП. Генеральный план предприятия.

Продуктами переработки являются:

― прямогонный бензин, который далее направляется на другие завод для повышения октанового числа (до 92);

― керосин с повышенной плотностью (от 0,92 до 0,93);

― дизельное топливо (летнее, зимнее);

― мазут (гудрон - сырье для битумных установок, вакуумный газоиль - для каталитического крекинга).

Состав подземного водозабора: 12 артезианские скважины, расположенные на территории предприятия. Суммарный дебит скважин составляет 485 м³/час. Оборудование: насосы марки ЭЦВ8-25-100, эрлифты.

Забор воды из реки Кубань производится насосной станцией, расположенной на правом берегу реки Кубань на 224 км от устья. Вода насосом 6НДВ производимостью 180 м³/час подается в оборотный отсек на пополнение системы оборотного водоснабжения (СОВ). Имеется рыбозащитное сооружение.

Сброс хозбытовых сточных вод в количестве 39,7 тыс. м³/год, 157,7 м³/сутки производится в канализационный коллектор завода имени Седина и далее ― на городские очистные сооружения города Краснодара.

Сброс производственных сточных вод от основного производства в количестве 85642,2 тыс. м³/год, 23463,6 м³/сутки и вспомогательного производства в количестве 217,7 тыс. м³/год, 596,4 м³/сутки производится на комплекс очистных сооружений мощностью 24 тыс. м³/сутки по нефтеловушке, 19,2 тыс. м³/сутки по микрофлотаторам и пруды доочистки №№1 - 5. Вода из пруда №4 и первой секции пруда №5 поступает в системы оборотного водоснабжения предприятия. Сточные воды, прошедшие систему струнной аэрации пруда №5, сбрасываются по выпуску диаметром 0,5 м в реку Кубань на 224 км от устья.

Рекомендации по снижению выбросов в атмосферу от атмосферно-вакуумных трубчатых установок

Совершенствование технологических процессов и оборудования является важным фактором повышения уровня промышленной и экологической безопасности производств. Оптимизация режимов, увеличение КПД установок, снижение потребления топливно-энергетических ресурсов и воды в конечном итоге снижают экологическую напряженность и предотвращают аварийную ситуацию.

Перед большинством нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий России стоят проблемы повышения эффективности и надежности производств, оптимизации технологических процессов, повышения производительности установок и выхода целевых продуктов, осуществления энергосберегающих мероприятий. При этом вопросы модернизации современных технологических процессов, технологических установок и энергосбережения тесно связаны с решением следующих проблем промышленной и экологической безопасности.

Снижение выбросов с дымовыми газами технологических печей: внедрение горелок, обеспечивающих снижение образования оксидов азота; эффективное распыление и подогрев жидкого топлива [7,9].

Повышение КПД печей: увеличение поверхности конвекционной секции; применение в конвекционной секции оребренных труб; внедрение подогрева воздуха, поступающего на горение; отладка режимов сгорания топлива с малым избытком воздуха; внедрение непрерывного контроля содержания кислорода в дымовых газах; проверка утечек тепла через неплотности системы; внедрение сажеобдувочных агрегатов.

Снижение потерь тепла в системах пароснабжения и теплофиксации: оптимизация продувки в парогенераторах; оптимизация уровней давления пара; дросселирование конденсата высокого давления с получением пара низкого давления; снижение избыточной выработки пара низкого давления; внедрение предвключенных паровых турбин при возможности перевода систем на пар менее высокого давления; регулирование отпарки продуктов паром в соответствии с техническими требованиями на качество продукта; использование горячей циркулирующей воды для обогрева трубопроводов и резервуаров.

Реконструкция установок: применение горячей воды для обессоливания; реализация прямых связей по сырью с последующими установками; оптимизация теплообмена на основе пинч-анализа (определение оптимальной поверхности теплообмена по отношению к стоимости сэкономленного тепла и к требуемым затратам); установка дополнительных теплообменников и применение параллельной схемы подогрева сырой нефти вместо общепринятой последовательной (обеспечивается повышение температуры нефти до 285⁰С на атмосферном и вакуумной блоках); применение усовершенствованных методов регулирования расходов нефти в параллельных теплообменниках; применение усовершенствованной системы регулирования (минимизации расходов пара при отпарке в боковых стриппингах), применение стриппингов с ребойлерами; отказ от подачи сухого пара; оптимизация распределения тепловых нагрузок циркулирующего орошения; в некоторых случаях - использование предварительного эвапоратора сырья; применение электродвигателей с регулируемым числом оборотов[4].

Меры, которые проводятся для минимизации риска использования химических продуктов. Для минимизации риска использования химических продуктов в соответствии с уровнем наших знаний этой проблемы в странах ЕС в 1982 г. Был введен в действие так называемый «Закон о химических продуктах». В процессе проверки его исполнения в течение нескольких лет проводились мероприятия по оптимизации технологий, биологических и физико-химических испытаний, а также по уточнению терминологии, стандартных веществ и методов отбора проб. Химический закон устанавливает правила допуска на рынок всех новых химических продуктов.

Технические мероприятия, используемые для предотвращения опасности промышленных выбросов. Для сокращения и уменьшения выбросов химических веществ на промышленных предприятиях необходимо проводить следующие меры:

Необходимо проектировать любое производство так, чтобы выбросы были заведомо минимальны.

Необходимо строго соблюдать технологические режимы производства.

Необходима обязательная герметизация оборудования на производствах, где присутствуют и получаются химические соединения (это касается не только химической промышленности).

Необходимо внедрение непрерывных технологических процессов и замкнутого круга производства, оборотного водопотребления.

Необходимо проводить меры по предотвращению аварий (например, планово-профилактический ремонт оборудования).

Борьба с потерями при транспортировке (предотвращение аварий газо- и нефтепроводов).

Борьба с эмиссией (выделением) промышленных газов в атмосферу.

Необходимо применение систем очистки сточных вод и борьбы с загрязнением.

Обязательная переработка и утилизация отходов, вторичное использование отходов[9].

 

 

Заключение

 

В настоящее время человечество переживает углеводородную эру. Нефтяная отрасль является главной для мировой экономики. В нашей стране эта зависимость особенно высока. К сожалению, российская нефтяная промышленность находиться сейчас в состоянии глубокого кризиса и имеет немало проблем.

Проблема охраны окружающей среды является одной из самых актуальных и должна стать государственной проблемой в каждой стране. Рациональное использование ресурсов биосферы, минеральных ресурсов Земли, вторичное использование отходов, создание новых экотехнологий, развитие альтернативных источников энергий, развитие эколого-социального воспитания общественности - единственно возможные пути решения экологических проблем.

В результате данной работы были рассчитаны валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от технологической печи П-2 установки АВТ.

валовые выбросы оксида углерода составили 1,51 т/период;

валовые выбросы оксида азота составили 10,35 т/период;

валовые выбросы метана составили 0,40 т/период;

валовые выбросы оксида серы составили 3,95 т/период;

валовые выбросы бензапирена составили 0,29·10^-6 т/период

Также в данной работе были предложены меры по защите окружающей среды от промышленных загрязнений. Даны рекомендации по снижению выбросов в атмосферу от технологической печи.

Итак, в работе мною были рассмотрены некоторые аспекты химического загрязнения окружающей среды. Это далеко не все аспекты этой огромной проблемы и только малая часть возможностей решения ее. Чтобы полностью не разрушить место своего обитания и обитания всех остальных форм жизни, человеку необходимо очень бережно относится к окружающей среде. А это значит необходим строгий контроль прямого и косвенного производства химических веществ, всестороннее изучение этой проблемы, объективная оценка влияния химических продуктов на окружающую среду, изыскание и применение методов минимизации вредного воздействия химических веществ на окружающую среду.

 

Введение

 

Основным энергоносителем и основным источником углеводородного сырья в России является нефть. Темпы развития нефтяной промышленности в бывшем Советском Союзе не имели аналогов в мире. В 1988 г. в России было добыто максимальное количество нефти и газового конденсата - 568,3 млн. т, или 91% общесоюзной добычи нефти. Ежегодный прирост добычи нефти составлял в среднем 25-20 млн. т. Начиная с 1999 г. ежегодный прирост добычи нефти в России составлял от 6,3 до 10,9% и суммарный темп добычи за последние пять лет вырос на 52% (соответственно с 302 млн. т до 458 млн. т). При этом нефтяная промышленность России унаследовала наращивание добычи нефти без должного учета последствий для промышленной и экологической безопасности. Ее деятельность в настоящее время сопряжена с работой нефтяных заводов, находящихся в упадочном техническом состоянии (средняя глубина переработки нефти не более 65%), и оборудования устаревшей системы автоматизации и высокой степенью изношенности. Поэтому предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России, - в том числе - по добыче и переработки нефти, несмотря на снижение объемов производства, остаются крупнейшими источниками загрязнения окружающей среды. На их долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, 27% сброса загрязненных сточных вод и до 70% общего объема парниковых газов.

Влияние нефтяной отрасли на состояние окружающей среды и здоровье населения земли неоспоримо является глобальным. Решение проблемы лежит в социально - экологическом воспитании общества и осознании того, что последствия будут иметь тоже глобальный характер.

Проблема выбросов газов и пыли является не менее актуальной, чем другие. Нефтеперерабатывающими предприятиями выбрасывается в атмосферу свыше 1050 тыс. т загрязняющих веществ, при этом доля улова на фильтрах составляет только 47,5%. Основной состав выбросов предприятия в атмосферу: 23% - углеводороды; окислы: 16,6% - серы, 7,3% - углерода, 2% - азота. По некоторым данным в российской нефтеперерабатывающей промышленности выбрасывается в атмосферу около 0,45% перерабатываемого сырья, в то время как на Западе - 0,1%. Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносит и факельное хозяйство НПЗ. При сжигание топлива в факельных печах образуются аэрозольные частицы - продукт конденсации углерода и канцерогенные углеводороды типа бенз(а) пирен.

Влияние процессов сгорания углеводородных систем в двигателях транспортных средств и печах приводит к резкому увеличению содержания СО и СО₂ и кислых газов в атмосфере. Сжигание нефти, газа и угля сопровождается выбросом до 5 млрд. т. в год углекислого газа. На фоне уменьшения площади лесов наблюдается рост концентрации СО₂ в атмосфере от 0,03 до 0,041%. В воздухе городов над промышленными зонами доля СО₂ может достигать 0,1% отсюда следует реальность парникового эффекта.

В работе рассмотрены вопросы негативного влияния нефтеперерабатывающих производств на атмосферу. Описаны основные источники загрязнения атмосферного воздуха, его современное состояние. Рассмотрены источники загрязнения, на примере технологических печей атмосферно-вакуумной трубчатой установки и методы снижения выбросов в атмосферу от рассматриваемой установки.

 

Теоретический раздел

Атмосферно-вакуумные трубчатые установки

Технологические установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фракции и последующей переработки или использования их как компонентов товарных нефтепродуктов. Они составляют основу НПЗ. На них вырабатываются практически все компоненты моторных топлив, смазочных масел, сырье для вторичных процессов и для нефтехимических производств. От их работы зависят ассортимент и качество получаемых компонентов и технико-экономические показатели последующих процессов переработки нефтяного сырья. Процессы перегонки осуществляют на так называемых атмосферных трубчатых (АТ) и вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках.

Атмосферные трубчатые установки могут быть следующих типов:

с однократным испарением всех отгоняемых фракций в одной колонне;

с предварительным испарением легких бензиновых фракций;

с двукратным испарением в двух колоннах.

Схема перегонки нефти, основанная на принципе однократного испарения, приведена на рисунке 1. Нефть насосом 4 прокачивается через теплообменники в водогрязеотделитель 2 и далее под давлением, создаваемым тем же насосом, поступает в трубчатую печь 3, а затем в ректификационную колонну 5.

 

1 - сырьевой насос; 2, 4 - теплообменники; 3 - электродегидратор; 5 - печь; 6 - ректификационная колонна; I - сырая нефть; II - вода и соли; III - парогазовая смесь; IV - орошение; V-VII - компоненты светлых нефтепродуктов; VIII - мазут; IХ - водяной пар

Рисунок 1 - Перегонка нефти по схеме однократного испарения

 

По схеме перегонки при двукратном испарении (рисунок 2) нефть, подаваемая насосом 1, подогревается в первой группе теплообменников 2 и, отделенная от воды и грязи в водогрязеотделителе 3, проходит группу теплообменников 4, подается в первую ректификационную колонну 5, где из неё отбирается бензин. Отбензиненная нефть насосом 6 прокачивается через печь 7 во вторую ректификационную колонну 8, где разделяется на целевые фракции: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут.

 

- сырьевой насос; 2, 4 - теплообменники; 3 - электродегидратор; 5 - первая ректификационная колонна; 6 - насос; 7 - печь; 8 - основная ректификационная колонна; I - сырая нефть; II - смесь газов и легкого бензина; III - острое орошение; IV - горячая струя; V - парогазовая смесь; VI - орошение основной колонны; VII - IХ - компоненты светлых нефтепродуктов;, Х - мазут; ХI - водяной пар

Рисунок 2 - Перегонка нефти по схеме двукратного испарения

Схема перегонки нефти, основанная на принципе предварительного испарения легких фракций, показана на рисунке 3.

 

- сырьевой насос; 2 - теплообменник сырой нефти; 3 - дегидратор; 4 - теплообменник обезвоженной и обессоленной нефти; 5 - испаритель (эвапоратор); 6 - насос; 7 - печь; 8 - ректификационная колонна; I - сырая нефть; II - вода и соли; III - парогазовая смесь; IV - смесь водяных и бензиновых паров; V - орошение; VI-VII - компоненты светлых нефтепродуктов; IX - водяной пар.

Рисунок 3 - Перегонка нефти по схеме предварительного испарения

 

По этой схеме нефть насосом 1 подается через систему регенерации тепла (теплообменники 2) и после отделения от воды грязи в водогрязеотделителе 3, пройдя теплообменник 4, поступает в испаритель 5, где из нефти отделяются легкие фракции. Из испарителя 5 нефть горячим насосом 6подается через трубчатую печь 7 в ректификационную колонну 8. Легкие фракции из испарителя поступают в основную колонну и ректифицируются вместе с более тяжелыми фракциями. В описанной схеме испарение осуществляется двукратно, но ректификация паров проводится совместно. [1]

Эффективность процесса вакуумной перегонки мазута, как и при перегонке нефти, зависит как от параметров технологического режима, так и от конструктивных особенностей отдельных узлов блока: печи, трансферной линии, узла ввода сырья, конструкции тарелок, насадок.

Основное назначение вакуумной перегонки мазутов: получение широкой фракции 350-550⁰С (и выше) - сырья для каталитических процессов и дистиллятов для производства масел и парафинов. В отношении требований к качеству сырья эти две задачи различаются по четкости ректификации, но общим условием является максимальный отбор дистиллятов при минимуме потерь их с остатком. Эти требования влияют на технологические и конструктивные решения, а также аппаратурное оформление вакуумной перегонки мазута. К настоящему времени мощности вакуумных колонн достигают 3 млн т/год, а их диаметры увеличились до 8,6-9,0 м. В соответствии с повышением мощностей изменялись и конструкции вакуумных колонн. В практике перегонка мазута осуществляется в основном по трем схемам, приведенным на рис. 4, а, б, в.

 

Рис. 4. Варианты схем (а, б, в) вакуумной перегонки мазута

 

Состав мазута, поступающего на вакуумный блок из атмосферной колонны, регламентируется содержанием фракций, выкипающих до 350⁰С. Традиционно считают, что содержание светлых должно составлять не более5% (масс.), так как их рост приводит к увеличению диаметра вакуумной колонны, затрудняет полную конденсацию паров на верху колонны и увеличивает загрузку вакуумосоздающей системы. Необходимо отметить, что содержание светлых фракций в мазуте определяется фракционным составом (а именно температурой конца кипения) получаемого в атмосферной колонне дизельного топлива. [11]

Для регулирования (стабилизации) состава сырья вакуумной колонны и одновременно с этим повышения отбора светлых (до 98% от потенциала) между атмосферной и вакуумной колоннами в некоторых патентах рекомендуют помещать буферную ступень испарения мазута.

Температура нагрева сырьевого потока (мазута) определяется температурой его термического разложения, которое ведет к образованию неконденсируемых газов разложения.

Схемы орошения вакуумных колонн определяют как отбор и качество продуктов, так и стабильность режима работы. Одной из существенных особенностей вакуумных колонн является использование верхнего орошения, предназначенного для полной конденсации паров, поэтому верхняя секция часто называется конденсационной.

Для полной конденсации паров вверху вакуумной колонны (по сравнению с атмосферной) требуется значительно больше тарелок циркуляционного орошения, чтобы обеспечить те же значения тепла конденсации. [7]

Для создания максимального температурного напора и равномерной нагрузки на тарелки ВЦО рекомендуется схема порционной подачи охлажденной флегмы. Предполагается, что при такой схеме, кроме углубления конденсации и сокращения потерь сверху колонны, обеспечивает гибкость и стабильность режима верха колонны и вакуумосоздающего устройства.

Промежуточное циркуляционное орошение (ПЦО) почти во всех вакуумных колоннах создается за счет подачи части охлажденного выводимого бокового погона на несколько тарелок выше его вывода. В вакуумных колоннах вторичной перегонки широкой масляной фракции ПЦО часто работает индивидуально, под тарелкой вывода бокового погона.

Во многих проектах нижнее циркуляционное орошение - НЦО располагается на самых нижних тарелках концентрационной секции колонны или на две-три тарелки выше секции ввода сырья. НЦО играет роль конденсатора смешения и его не следует помещать вблизи ввода сырья, так как конденсируются и охлаждаются не только тяжелые, но и целевые компоненты.

Обычно перегонка мазутов осуществляется с вводом водяного пара в низ отгонной части колонны в количестве 1-7% на мазут. Однако с позиций повышения эффекта отпарки углеводородных фракций существует верхний предел расхода пара в 1,5%. Подача водяного пара в вакуумную колонну вызывает много отрицательных эффектов. К тому же экспериментально показано, что ввод водяного пара до 7% увеличивает высоту колонны на размер эквивалентной тарелки.

Важным конструктивным элементом вакуумной колонны является узел ввода сырья и разделения паровой и жидкой фаз в сечении питания. От того, насколько полно отделена паровая фаза сырья от жидкой и насколько равномерно по сечению колонны они распределены, во многом зависит работа вакуумной колонны в части отбора дистиллятов и их качества. Поэтому проектирование узла ввода питания имеет важное значение. [7]

 

Технологические печи

 

Трубчатые печи (рисунок 5) на АВТ установках служат для нагрева нефти (отбензиненной нефти), мазута и бензина, они обеспечивают основной поток тепла, вносимого в ректификационные колонны, и энергетический потенциал их разделительной способности.

 

- форсунки; 2 - муфели; 3 -футеровка; 4 -огнеупорная перевальная стена; 5 -несущие конструкции свода; 6 - кровля; 7, 8 -потолочный и подовый экраны; 9 -конвекционная секция змеевика; 10 - дымоход; I и II - вход и выход нагреваемого потока

Рисунок 5 - Двухкамерная трубчатая печь с наклонным сводом

 

Трубчатая печь - высокотемпературное термотехнологическое устройство с рабочей камерой, огражденной от окружающей атмосферы.

Печь предназначена для нагрева углеводородного сырья теплоносителем, а также для нагрева и осуществления химических реакций за счет тепла выделенного при сжигании топлива непосредственно в этом аппарате. Трубчатые печи используют при необходимости нагрева среды (углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т.е. примерно свыше 230⁰ С. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур. В качестве топлива могут применяться продукты отходов различных процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвреживанием этих отходов.

Современная печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, т.е. упорядоченную совокупность, состоящую из непосредственно печи, средств обеспечения печного процесса, а также систем автоматизированного регулирования и управления печным процессом и средствами его обеспечения.

Трубчатая печь - это строительно-технологическое сооружение, состоящее из следующих функциональных узлов: фундамента, каркаса, футеровки, змеевика, горелок, утилизаторов тепла, дымовой трубы и гарнитуры.

Фундаментпечи сооружают из монолитного или сборного железобетона и конструктивно изолируют от воздействия высоких температур. На фундамент через несу