Лабораторные исследования разрушения водонефтяных эмульсий

Способ обезвоживания и обессоливания нефти был испытан в лабораторных условиях на высокостойкой эмульсии, полученной в результате смешения нефтей с нескольких месторождений Саратовской области. Исходное содержание воды в нефти составляло 9%, а солей - 2560 мг/л. Основное количество капель воды эмульсии до обработки СВЧ-сигналом имело диаметры в пределах 10-16 мкм с хорошо видимыми бронирующими оболочками. После обработки нефти СВЧ-сигналом в режиме взаимного захвата частоты с одновременной турбулизацией потока и воздействием магнитным полем диаметры капель составили 30-68 мкм, причем бронирующие оболочки на каплях отсутствовали. Увеличение температуры основного объема нефти относительно первоначальной составило 5^oC. При дальнейшем движении нефти по трубопроводу происходило укрупнение капель воды до диаметра 800-900 мкм с последующим разделением потока на нефть и воду. Содержание остаточной воды в отделенной нефти составляло 1,2%, солей - 210 мг/л.
Для обработки тех же высокостойких эмульсий, но имеющих диаметры водяных капель, лежащие в пределах 5-17 мкм, был испытан способ обработки СВЧ-сигналом в режиме частичного увеличения частоты каждого из трех объединенных в систему источников СВЧ-колебаний с одновременной турбулизацией потока и при воздействии магнитного поля. Режим частичного увеличения частоты реализуется в автогенераторе, когда частота внешнего воздействующего сигнала находится за пределами полосы захвата и состоит в том, что частота автогенератора смещается в сторону частоты воздействующего сигнала. В системе трех источников СВЧ-колебаний с частотами автоколебаний f₁< f₂< f₃ за счет связи между ними осуществляется их воздействие друг на друга, т.е. сигналы ближайших по частотам источников (1-2, 2-3) являются внешними друг для друга и при условии что частотные разносы Δf_1,2= f₂-f₁ и Δf_2,3= f₃-f₂ шире, чем необходимо для осуществления режима захвата, реализуется режим частичного увлечения частоты каждого из источников системы. При этом, за счет неустойчивого состояния системы трех генераторов частота каждого из них непрерывно изменяется в определенной полосе, что и позволяет осуществить обработку более широкого диапазона диаметров капель воды в нефтяной эмульсии.

Исследования возможности применения заявленного способа для обработки малообводненной нефти с высоким содержанием солей проводилось на нефти одного из месторождений Оренбургской области. Исходная обводненность нефти составляла 1,5%, а содержание солей - 6450 мг/л. Нефть обрабатывалась в лабораторных условиях диспергированием пресной промывочной воды в количестве 7% к объему нефти. Образованная водонефтяная эмульсия до СВЧ-обработки характеризовалась размерами глобул в пределах 10-15 мкм. После обработки нефти СВЧ-сигналом в режиме взаимного захвата частоты с одновременной турбулизацией потока и воздействием магнитным полем диаметры капель составили 50-70 мкм. Увеличение температуры основного объема нефти относительно первоначальной составило 4^oC. Остаточное содержание воды в нефти после обработки - 1%, солей - 220 мг/л.

Выводы

Таким образом, способ позволяет, существенно снизив энергозатраты (в 10 раз), производить эффективное (с содержанием остаточной воды в отделенной нефти менее 1% и солей менее 100 мг/л) и ускоренное (в течение 5-6 минут) разделение фаз нефть-вода.

Способ универсален для различных типов нефтей, в том числе для малообводненных. Способ обезвоживания и обессоливания нефти отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют как результирующий сигнал системы источников непрерывных колебаний в режиме взаимного захвата частоты, в режиме частичного увлечения частоты каждого из источника СВЧ-колебаний, либо в стохастическом режиме.

Особенность СВЧ излучения состоит в том, что оно вызывает нагревание вещества одновременно по всему объему нагреваемого объекта, а не только через его поверхность, как при применении других способов. Это позволяет достигать высокой скорости и эффективности нагрева значительных масс вещества.

Магнетроны очень дешевы, а их применение в нефтяной и газовой отрасли может быть очень эффективным.

1. Новые подходы в процессах перегонки нефти

Вакуумная перегонка — процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла, парафины и церезины и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Остающийся после этого тяжелый остаток называется гудроном. Может служить сырьем для получения битумов.

В XXI веке перед человечеством возникает новая серьёзная глобальная проблема, связанная с истощением извлекаемых запасов нефти. В настоящее время в мире ежегодно добывается и перерабатывается более 3 млрд. т нефти при оставшихся изведанных запасах около 100 млрд. т. В этой связи нефтепереработка должна переориентироваться на более эффективную, экологически и технологически безопасную и глубокую переработку нефтяного сырья и рациональное использование нефтепродуктов, прежде всего высококачественных моторных топлив и масел.

Нефтепереработка начинается с подготовки и первичной перегонки нефти (ЭЛОУ-АВТ) и насколько эффективно будут осуществлены эти процессы, настолько высоки будут экономические показатели процесса нефтепереработки в целом. Эффективность работы установок, АВТ на которых осуществляется первичное разделение нефти на базовые фракции фактически определяет общезаводской продуктовый баланс, и одновременно с этим установки АВТ являются самыми крупными энергопотребителями на НПЗ из-за энергоёмкости самого процесса ректификации и высокой производительности по сырью.

В условиях развития отечественной нефтеперерабатывающей промышленности для установок АВТ важно решение следующего ряда задач:

• обеспечение высоких выходов дистиллятных фракций в полном соответствии с требованиями по номенклатуре и качеству;

• снижение энергопотребления на установке;

• обеспечение устойчивой и эффективной работы установки при изменении качества поступающего на завод сырья, при изменении производительности и номенклатуры получаемых на установке продуктов.

До 1970 г. проекты установок и блоков перегонки нефти были, как правило, выполнены без оптимизационных расчетов основного массообменного оборудования на ЭВМ. Для схем их аппаратурного оформления характерно наличие как «узких мест», так и неиспользованных резервов по производительности и четкости разделения.

В научно-технической литературе описаны многочисленные варианты реконструкции установок АВТ с целью выделения следующих направлений интенсификации:

• применение высокоэффективных контактных устройств в ректификационных колоннах;

• замена устаревшего технологического оборудования;

• изменение схем и технологических режимов колонн, сопутствующей аппаратуры, блоков и установок в целом.

Рассмотрим более подробно процесс глубоковакуумной перегонки мазута, а именно способы модернизации данного процесса.

Процесс вакуумной перегонки мазута в промышленности осуществляется на установках ЭЛОУ – АВТ, поэтому в дальнейшем рассматриваются именно эти установки.

Блок вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ - АВТ - 6

Вакуумная перегонка мазута может осуществляться по топливному или масляному профилю.

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 дистиллятногокрекинг-остатка, направляемого далее на коксование с целью получения высококачественных нефтяных коксов.

О четкости разделения мазута обычно судят по фракционному составу и цвету вакуумного газойля. Последний показатель косвенно характеризует содержание смолисто-асфальтеновых веществ, то есть коксуемость и содержание металлов. Металлы, особенно никель и ванадий, оказывают отрицательное влияние на активность, селективность и срок службы катализаторов процессов гидрооблагораживания и каталитической переработки газойлей. Поэтому при эксплуатации промышленных установок ВТ исключительно важно уменьшить унос жидкости (гудрона) в концентрационную секцию вакуумной колонны в виде брызг, пены, тумана и т.д. В этой связи вакуумные колонны по топливному варианту имеют при небольшом числе тарелок (или невысоком слое насадки) развитую питательную секцию: отбойники из сеток и промывные тарелки, где организуется рециркуляция затемненного продукта. Для предотвращения попадания металлоорганических соединений в вакуумный газойль иногда вводят в сырье в небольших количествах антипенную присадку типа силоксан.

В процессах вакуумной перегонки, помимо проблемы уноса жидкости усиленное внимание уделяется обеспечению благоприятных условий для максимального отбора целевого продукта без заметного его разложения. Многолетним опытом эксплуатации промышленных установок ВТ установлено, что нагрев мазута в печи выше 420-425°С вызывает интенсивное образование газов разложения, закоксовывание и прогар труб печи, осмоление вакуумного газойля. При этом, чем тяжелее нефть, тем более интенсивно идет газообразование и термодеструкция высокомолекулярных соединений сырья. Вследствие этого при нагреве мазута до максимально допустимой температуры уменьшают время его пребывания в печи, устраивая многопоточные змеевики (до четырех), применяют печи двустороннего облучения, в змеевик печи подают водяной пар и уменьшают длину трансферного трубопровода (между печью и вакуумной колонной). Для снижения температуры низа колонны организуют рецикл (квенчинг) частично охлажденного гудрона. С целью снижения давления на участке испарения печи концевые змеевики выполняют из труб большего диаметра и уменьшают перепад высоты между вводом мазута в колонну и выходом его из печи. В вакуумной колонне применяют ограниченное количество тарелок с низким гидравлическим сопротивлением или насадку; используют вакуумсоздающие системы, обеспечивающие достаточно глубокий вакуум. Количество тарелок в отгонной секции также должно быть ограничено, чтобы обеспечить малое время пребывания нагретого гудрона. С этой целью одновременно уменьшают диаметр куба колонн.

В процессах вакуумной перегонки мазута по топливному варианту преимущественно используют схему однократного испарения, применяя одну сложную ректификационную колонну с выводом дистиллятных фракций через отпарные колонны или без них. При использовании отпарных колонн по высоте основной вакуумной колонны организуют несколько циркуляционных орошений.

Особенности технологии вакуумной перегонки мазута по масляному варианту

Основное назначение процесса вакуумной перегонки мазута масляного профиля (ВТМ) – получение узких масляных фракций заданной вязкости, являющихся базовой основой для получения товарных масел путем последующей многоступенчатой очистки от нежелательных компонентов (смолистых, асфальтеновых соединений, полициклических ароматических углеводородов, твердых парафинов).

Многие показатели качества (вязкость, индекс вязкости, нагарообразующая способность, температура вспышки и др.) товарных масел, а также технико-экономические показатели процессов очистки масляного производства во многом предопределяются качеством исходных нефтей и их масляных фракций. Поэтому в процессах ВТМ, по сравнению с вакуумной перегонкой топливного профиля, предъявляются более строгие требования к четкости погоноразделения и выбору сырья. Наиболее массовым сырьем для производства масел в нашей стране являются смеси западно-сибирских (самотлорская, усть-балыкская, сосниская) и волго-уральских (туймазинская, ромашкинская, волгоградская) нефтей. Для получения масел высокого качества из таких нефтей рекомендуется получать узкие 50-градусные масляные фракции (350-400; 400-450 и 450-500°С) с минимальным налеганием температур кипения смежных дистиллятов (не более 30-60°С). Для обеспечения требуемой четкости погоноразделения на ректификационных колоннах ВТМ устанавливают большее число тарелок (до 8 на каждый дистиллят), применяют отпарные секции; наряду с одноколонными широко применяют двухколонные схемы (двухкратного испарения по дистилляту) перегонки.

Следует отметить, что одноколонные ВТМ превосходят двухколонные по капитальным и эксплуатационным затратам, но уступают по четкости погоноразделения: обычно налегание температур кипения между смежными дистиллятами достигает 70-130°С.

Вакуумная (глубоковакуумная) перегонка мазута в насадочных колоннах

В последние годы в мировой нефтепереработке все более широкое распространение при вакуумной перегонке мазута получают насадочные контактные устройства регулярного типа, обладающие, по сравнению с тарельчатыми, наиболее важным преимуществом: весьма низким гидравлическим сопротивлением на единицу теоретической тарелки. Это достоинство регулярных насадок позволяет конструировать вакуумные ректификационные колонны, способные обеспечить либо более глубокий отбор газойлевых (масляных) фракций с температурой конца кипения вплоть до 600°С, либо при заданной глубине отбора существенно повысить четкость фракционирования масляных дистиллятов.

Применяемые в настоящее время высокопроизводительные вакуумные колонны с регулярными насадками по способу организации относительного движения контактирующихся потоков жидкости и пара можно подразделить на следующие 2 типа: противоточные и перекрестноточные.

Противоточные вакуумные колонны с регулярными насадками конструктивно мало отличаются от традиционных малотоннажных насадочных колонн: только вместо насадок насыпного типа устанавливаются блоки или модули из регулярной насадки и устройства для обеспечения равномерного распределения жидкостного орошения по сечению колонны. В сложных колоннах число таких блоков (модулей) равно числу отбираемых фракций мазута.

Принципиальная конструкция вакуумной насадочной колонны противоточного типа фирмы Гримма (ФРГ) предназначена для глубоковакуумной перегонки мазута с отбором вакуумного газойля с температурой конца кипения до 550°С. Отмечаются следующие достоинства этого процесса:

- высокая производительность – до 4 млн. т/год по мазуту;

- возможность получения глубоковакуумного газойля с температурой конца кипения более 550°С с низкими коксуемостью (менее 0,3 % масс.по Конрадсону) и содержанием металлов (V+10Ni + Na) менее 2,5 ppm;

- пониженная (на 10-15 °С) температура нагрева мазута после печи;

- более чем в 2 раза снижение потери давления в колонне;

- существенное снижение расхода водяного пара на отпарку.

На Шведском НХК (ФРГ) эксплуатируются две установки этой фирмы производительностью по 2 млн. т/г по мазуту. Вакуумная колонна оборудована регулярной насадкой типа «Перформ-Грид». Давление вверху и зоне питания колонны поддерживается соответственно 7 и 36 гПа (5,2 и 27 мм рт. ст.).

На ряде НПЗ развитых капиталистических стран эксплуатируются аналогичные высокопроизводительные установки вакуумной (глубоковакуумной) перегонки мазута, оборудованные колоннами с регулярными насадками типа «Глитч-Грид».

На некоторых отечественных НПЗ внедрена и успешно функционирует принципиально новая высокоэффективная технология вакуумной перегонки мазута в перекрестноточных насадочных колоннах. Разработчики - профессор Уфимского государственного нефтяного технического университета К.Ф.Богатых с сотрудниками.

Гидродинамические условия контакта паровой и жидкой фаз в перекрестноточных насадочных колоннах (ПНК) существенно отличаются от таковых при противотоке. В противоточных насадочных колоннах насадка занимает все поперечное сечение колонны, а пар и жидкость движутся навстречу друг другу. В ПНК насадка занимает только часть поперечного сечения колонны (в виде различных геометрических фигур: кольцо, треугольник, четырехугольник, многоугольник и т.д.). Перекрестноточная регулярная насадка изготавливается из традиционных для противоточных насадок материалов: плетеной или вязаной металлической сетки (так называемые рукавные насадки), просечно-вытяжных листов, пластин и т.д. Она проницаема для пара в горизонтальном направлении и для жидкости в вертикальном направлении. По высоте ПНК разделена распределительной плитой на несколько секций (модулей), представляющих собой единую совокупность элемента регулярной насадки с распределителем жидкостного орошения. В пределах каждого модуля организуется перекрестноточное (поперечное) контактирование фаз, то есть движение жидкости по насадке сверху вниз, а пара – в горизонтальном направлении. Следовательно, в ПНК жидкость и пары проходят различные независимые сечения, площади которых можно регулировать (что дает проектировщику дополнительную степень свободы), а при противотоке – одно и то же сечение. Поэтому перекрестноточный контакт фаз позволяет регулировать в оптимальных пределах плотность жидкого и парового орошений изменением толщины и площади поперечного сечения насадочного слоя и тем самым обеспечить почти на порядок превышающую при противотоке скорость паров (в расчете на горизонтальное сечение) без повышения гидравлического сопротивления и значительно широкий диапазон устойчивой работы колонны при сохранении в целом по аппарату принципа и достоинств противотока фаз, а также устранить такие дефекты, как захлебывание, образование байпасных потоков, брызгоунос и другие, характерные для противоточных насадочных или тарельчатых колонн.

Экспериментально установлено, что перекрестноточный насадочный блок конструкции Уфимского государственного нефтяного университета (УГНТУ), выполненный из металлического сетчатовязаного рукава, высотой 0,5 м, эквивалентен одной теоретической тарелке и имеет гидравлическое сопротивление в пределах всего 1 мм рт. ст. (133,3 Па), то есть в 3-5 раз ниже по сравнению с клапанными тарелками. Это достоинство особенно важно тем, что позволяет обеспечить в зоне питания вакуумной ПНК при ее оборудовании насадочным слоем, эквивалентным 10-15 тарелкам, остаточное давление менее 20-30 мм рт. ст. (27-40 ГПа) и, как следствие, значительно углубить отбор вакуумного газойля и тем самым существенно расширить ресурсы сырья для каталитического крекинга или гидрокрекинга. Так, расчеты показывают, что при глубоковакуумной перегонке нефтей типа западно-сибирских (выход утяжеленного вакуумного газойля 350-690°С составит 34,1 % на нефть), что в 1,5 раза больше по сравнению с отбором традиционного вакуумного газойля 350-500°С (выход которого составляет 24,2 %). С другой стороны, процесс в насадочных колоннах можно осуществить в режиме обычной вакуумной перегонки, но с высокой четкостью погоноразделения, например, масляных дистиллятов. Низкое гидравлическое сопротивление регулярных насадок позволяет «вместить» в вакуумную колонну стандартных типоразмеров в 3-5 раза большее число теоретических тарелок. Возможен и такой вариант эксплуатации глубоковакуумной насадочной колонны, когда перегонка мазута осуществляется с пониженной температурой нагрева или без подачи водяного пара.

Отмеченное выше другое преимущество ПНК – возможность организации высокоплотного жидкостного орошения - исключительно важно для эксплуатации высокопроизводительных установок вакуумной или глубоковакуумной перегонки мазута, оборудованных колонной большого диаметра. Для сравнения сопоставим потребное количество жидкостного орошения применительно к вакуумным колоннам противоточного и перекрестноточного типов диаметром 8 м (площадью сечения 50 м2). При противотоке для обеспечения даже пониженной плотности орошения 20 м3/м2ч требуется на орошение колонны 50x20=1000 м3/ч жидкости, что технически не просто осуществить. При этом весьма сложной проблемой становится организация равномерного распределения такого количества орошения по сечению колонны.

В ПНК, в отличие от противоточных колонн, насадочный слой занимает только часть ее горизонтального сечения площадью на порядок и более меньшую. В этом случае для организации жидкостного орошения в вакуумной ПНК аналогичного сечения потребуется 250 м3/ч жидкости, даже при плотности орошения 50 м3/м2ч, что энергетически выгоднее и технически проще.

Перекрестноточные насадочные колонны для четкого фракционирования мазута с получением масляных дистиллятов

Перекрестноточные насадочные колонны (ПНК) в зависимости от количества устанавливаемых в них насадочных блоков и, следовательно, от достигаемого в зоне питания глубины вакуума можно использовать в следующих вариантах:

а) вариант глубоковакуумной перегонки с углубленным отбором, но менее четким фракционированием вакуумных дистиллятов, если ПНК оборудованы ограниченным числом теоретических ступеней контакта;

б) вариант обычной вакуумной перегонки, но с более высокой четкостью фракционирования отбираемых дистиллятов, когда ПНК оборудована большим числом теоретических ступеней контакта.

Второй вариант особенно эффективен для фракционирования мазута с получением масляных дистиллятов с более узким температурным интервалом выкипания за счет снижения налегания температур кипения смежных фракций.

На одном из НПЗ России («Орскнефтеоргсинтез») проведена реконструкция вакуумного блока установки АВТМ, где ранее отбор масляных дистиллятов осуществлялся по типовой двухколонной схеме с двухкратным испарением по дистилляту с переводом ее на одноколонный вариант четкого фракционирования мазута в ПНК.

При реконструкции вакуумной колонны было смонтировано 20 перекрестноточных насадочных блоков (из просечно-вытяжного листа конструкции УГНТУ с малым гидравлическим сопротивлением), в т.ч. 17 из которых – в укрепляющей части, что эквивалентно 10.8 теоретическим тарелкам (вместо 5,6 до реконструкции).

При эксплуатации реконструированной установки АВТМ были получены результаты по работе ПНК и качеству продуктов разделения, которые приведеныв таблице 1.

Таблица 1 – Результаты работы колонны с перекрестноточнойнасадкой.

Как видно из приведенных выше данных, применением ПНК достигается значительная интенсификация процесса вакуумной перегонки на установках АВТМ. По сравнению с типовым двухколонным энергоемким вариантом вакуумной перегонки энергосберегающая технология четкого фракционирования мазута в одной перекрестноточной насадочной колонне имеет следующие достоинства:

- исключается из схемы вакуумной перегонки вторая трубчатая печь и вторая вакуумная колонна со всем сопутствующим оборудованием и вакуумсоздающей системой;

- температура нагрева мазута на входе в ПНК ниже на 10-15°С;

- расход водяного пара меньше в 2 раза;

- масляные дистилляты имеют более узкий фракционный состав: 100-110 вместо 130-140 °С;

- отбор масляных дистиллятов увеличивается с 18,5 до 25 % на нефть;

- производительность вакуумного блока увеличивается примерно на 10%.

Конденсационно-вакуумсоздающие системы вакуумных колонн

Заданная глубина вакуума в вакуумных колоннах создается с помощью конденсационно-вакуумсоздающих систем (КВС) установок АВТ путем конденсации паров, уходящих с верха колонн, и эжектирования неконденсирующихся газов и паров (водяной пар, H2S, СО2, легкие фракции и продукты термического распада сырья и воздух, поступающий через неплотности КВС).

Конденсационно-вакуумсоздающая система современных установок АВТ состоит из системы конденсации, системы вакуумных насосов, барометрической трубы, газосепаратора и сборника конденсата.

Для конденсации паров на практике применяются следующие два способа:

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. 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. 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.

В качестве вакуум-насосов в настоящее время применяют струйные насосы – одно- и преимущественно двух- или трехступенчатые эжекторы на водяном паре и промежуточной его конденсацией (ПЭН). 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.).

По признаку связи с окружающей средой различают сборники конденсата открытого типа – барометрические колодцы (БК) 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.

КВС установок АВТ обязательно включают барометрическую трубу (БТ) высотой не менее 10 м, которая выполняет роль гидрозатвора между окружающей средой и вакуумной колонной.

Глубина вакуума в колоннах при прочих идентичных условиях зависит в значительной степени от температуры хладоагента, подаваемого в выносные конденсаторы-холодильники. При вакуумной перегонке с водяным паром остаточное давление в колонне не может быть меньше давления насыщенных паров воды при температуре их конденсации:

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.

Поэтому обычно летом вакуум падает, а зимой повышается. Практически давление вверху колонны больше вышеуказанных цифр на величину гидравлического сопротивления потоков паров в трубопроводах и выносных конденсаторах-холодильниках.

В последние годы на вакуумных колоннах ряда НПЗ (Московском.Мозырском. Мажейкяйском, Комсомольском. «Уфанефтехиме» и др.) внедрена и успешно эксплуатируется новая высокоэффективная экологически чистая КВС с использованием жидкостного струйного устройства – вакуумного гидроциркуляционного (ВГЦ) агрегата. В ВГЦ агрегате конденсация паров и охлаждение газов осуществляется не водой, а охлаждающей рабочей жидкостью (применительно к АВТ – газойлевой фракцией, отводимой из вакуумной колонны). По сравнению с традиционным способом создания вакуума с использованием паровых эжекторов КВС на базе ВГЦ агрегатов обладает следующими преимуществами:

- не требует для своей работы расхода воды и пара;

- экологически безопасно, работает с низким уровнем шума, не образует загрязненных сточных вод;

- создает более глубокий вакуум (до 67 Па или 0,5 мм рт. ст.);

- полностью исключает потери нефтепродуктов и газов, отходящих с верха вакуумной колонны;

- значительно уменьшает потребление энергии и эксплуатационные затраты на тонну сырья;

- позволяет дожимать газы разложения до давления, необходимого для подачи их до установок сероочистки.

Вакуумная перегонка мазута без подачи водяного пара

ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ» – Башкирский научно-исследовательский институт по переработке нефти (ГУП ИНХП РБ – БашНИИНП) разработана и внедрена установка вакуумной перегонки мазута без применения водяного пара. Данная технология является энергосберегающей и экологичной. Особенности технологии – применение гидроэжекторнойвакуумсоздающей системы и углеводородного испаряющего агента. Для работы в режиме глубокого отбора вакуумных дистиллятов введена колонна стабилизации. В итоге – мягкий режим нагрева мазута в печи, глубокий отбор дистиллятов с концом кипения 520-540°С.

Примеры вакуумных колонн

1) Вакуумная колонна К-6 (D=8000 мм) установки АВТ-4 ОАО "Салаватнефтеоргсинтез", г. Салават (рис. 1).

Производительность колонны по мазуту 280 т/ч, перерабатывается высокосернистая Арланская нефть.

В колонне впервые в России использована глубоковакуумная "сухая" перегонка мазута без подачи водяного пара.

В 1985 году на практики вакуумной колонны применен новый тип контактных устройств ПЕРЕКРЕСТНОТОЧНАЯ РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА.

Достигнуто:

- перепад давления по всей высоте колонны на уровне 0,3 кПа при остаточном давлении верха до 1,3 кПа;

- отбор газойлевых фракций до 500°С на уровне 90% от потенциального содержания (22%) в мазуте;

- получена широкая фракция вакуумного газойля с к.к. до 510°С, соответствующая требованиям качества сырья установки каталитического крекинга с шариковым катализатором;

- колонна работает стабильно при производительности 20% от проектной и выше;

- колонна работает устойчиво с 1985 года по настоящее время.

Рисунок 1.

2) Вакуумная колонна К-10 (D=9000 мм) установки ЭЛОУ-АВТ-6 Сызранский НПЗ НК "ЮКОС", г. Сызрань (рис. 2).

Производительность колонны по мазуту 370 т/ч, на установке Западно-Сибирская нефть.

Фирмой "ПЕТОН" в колонне К-10 смонтирована перекрестноточная насадка.

В результате:

- перепад давления не более 15 мм.рт.ст по всей высоте колонны;

- 98% отбор вакуумного газойля с к.к. 520°Сот потенциала содержание в газойле фракции до 350°С не более 1% масс.;

- получен гудрон ВУ80 с вязкостью 100 сек. являющийся сырьем для производства неокисленных битумов;

- колонна работает устойчиво при производительности 35% от проектной.

3) Вакуумная колонна D=6400 мм установки АВТ, ОАО "БИТРАН" г. Ухта (рис. 3).

В колонне производительностью 130 т/ч в течение 26 дней демонтированы тарелки в зоне вывода тяжелой моторной фракции и в отгонной части колонны и смонтирована насадка ПЕТОН.

Переделан узел ввода сырья и установлен специальный отбойник ПЕТОН. Результат:

- снижен расход водяного пара вниз колонны с 2,5 до 0,5 т/ч;

- снижена температура нагрева сырья на 5°С;

- увеличен отбор всех трех масляных погонов на 3-4% от мазута.

4) Вакуумная колонна D=7000 мм установки АВТ, ОАО "Комсомольского НПЗ" НК РОСНЕФТЬ (рис. 4).

В колонне все тарелки заменены на перекрестноточную насадку ПЕТОН, без изменения технологической обвязки и опорных конструкций тарелок.

По заданию колонна должна работать с нагревом и без нагрева мазута в печи при остаточном давлении в верху 53-78 кПa в условиях "сухой" перегонки. Исходя из этого, перепад давления по колонне запроектирован не более 7,89 кПa.

Достигнуты следующие показатели:

- перепад давления не более 5,26 кПa при остаточном давлении верха до 17,1 кПa;

- отборы и качество продуктов на уровне проектных. Отбор газойля при работе без нагрева 10-12% на нефть, с подогревом до 19-20%.

Стоит отметить, что создание в колонне глубокого вакуума с помощью инжекторнойвакуумсоздающей системы позволит после некоторой модификации насадки ПЕТОН в верхней части колонны, осуществить "сухую" глубоковакуумную перегонку мазута.

5) Вакуумная колонна D=8000 мм установки ВТ-1, Туркменбашинского НПЗ, Республика Туркменистан (рис. 5).

В колонне производительностью 240 т/ч, после аварии смонтирована перекрестноточная насадка ПЕТОН.

Основная функция работы колонны - получение сырья для выработки на установке Bituroks (фирма ПЕРНЕР) широкого ассортимента битумов из высокопарафинистой нефти.

В отгонной части смонтирована специальная насадка ПЕТОН, обеспечивающая не менее 3-х теоретических тарелок, и рассчитана на работу, как с прямогонным, так и с окисленным мазутом.

После выполненных "под ключ" работ, произведенных за 70 дней, значительно улучшилось функционирование работы колонны.

Достигнуто:

- перепад давления по всей высоте колонны не более 0,7 кПa, при остаточном давлении вверху 4 кПа;

- снижена температура нагрева мазута на 15°C;

- отбор вакуумного газойля с к.к. 540°C составил 98% от потенциала;

- выход затемненного продукта составил не более 1,5% масс.на сырье;

- обеспечено устойчивое получение проектных отборов и заданного качества продуктов, в т.ч. гудрона, при колебаниях состава мазута по содержанию фракции до 350°C от 4 до 40% масс.;

- качество гудрона легко регулируется изменением расхода пара подаваемого вниз колонны. Расход пара минимальный, не более 0,4% на гудрон. Содержание фракции до 510°C в гудроне не более 5% об.;

- безостановочная работа колонны в течение 4 лет показала, что насадка и распределители ПЕТОН не требуют какого-либо обслуживания.

6) Вакуумная колонна К-10 (D=9000 мм) установки ЭЛОУ-АВТ-6 Московского НПЗ (рис.6).

В колонне производительностью до 560 м3/ч в течение 15 дней демонтированы тарелки и смонтирована перекрестноточная насадка в зоне между выводами нижнего циркуляционного орошения и газойлевой фракцией 350-420°С.

Частично заменены изношенные тарелки в колонне на тарелки с прямоугольными клапанами.

Результат:

- увеличен отбор дизельной фракции с к.к. 350°С от нефти на 2-3%;

- увеличен отбор вакуумного газойля на 3-4%.

Технологическая схема и принцип работы установки вакуумной перегонки мазута МИНИ-НПЗ РЕОТЕК

Установка предназначена для вакуумной перегонки сырья и непрерывного разделения продуктов перегонки на фракции по температурам кипения методом однократного испарения сырья с последующей ректификацией в горизонтальном ректификационном аппарате. В результате сырье разделяется на легкий вакуумный газойль, вакуумный газойль и гудрон. Кроме того, отделяется небольшое количество углеводородного газа и воды.

Принципиальная технологическая схема (рис. 7) установки включает два технологически связанных модуля – нагрева (подогреватель-реактор П-1) и вакуумной перегонки ( блок Б-1 - всеостальное оборудование).

Мазут после входного контроля из промежуточного сырьевого резервуара (на схеме не показан) насосом Н-1 подается в межтрубное пространство теплообменников Т-1, Т-2 и Т-3, где подогревается за счет тепла отходящих нефтепродуктов 140 - 200 оС.

В подогревателе П-1 сырье нагревается до 400 – 420 оС.

Далее смесь поступает в эвапоратор Е-2, где происходит разделение паровой и жидкой фазы.

В установке применена «одноколонная» схема ректификации с основной атмосферной колонной. Аппарат ректификационный горизонтальный А-1 представляет собой концентрационную часть колонны, размещенную в горизонтальном положении. Эвапоратор Е-2 представляет собой исчерпывающую часть основной колонны. Паровой поток в аппарате создается подачей в него паров углеводородов, отделенных от сырья в эвапораторе Е-2.

Горизонтальное расположение секций аппарата позволяет значительно увеличить количество «тарелок» без увеличения высоты установки, что дает увеличение четкости ректификации.

Охлаждение «верха» аппарата принято по схеме острого неиспаряющегося орошения.

Пары газойлевой фракции конденсируются в конденсаторе К-1, после чего попадают в рефлюксную емкость Е-1, где разделяются на газойлевую фракцию, несконденсировавшиеся углеводородные газы и воду. Углеводородный газ дожигается в подогревателе П-1, а вода из рефлюксной емкости самотеком выводится с установки. Часть легкого вакуумного газойля в качестве орошения подается в ректификационный аппарат насосом Н-2, а балансовая часть охлажденная в теплообменнике Т-1 и холодильнике Х-1 выводится с установки в товарную емкость.

Газойлевая фракция насосом Н-6 выводится с установки в промежуточную емкость.

Из А-1 фракция вакуумного газойля прокачивается насосом Н-4 через теплообменник Т-2, холодильник Х-2 и выводится с установки в товарную емкость.

Гудрон из эвапоратора Е-2 направляется насосом Н-3 для охлаждения в теплообменник Т-3, холодильник Х-3, после чего выводится с установки. Для охлаждения горячих насосов Н-3, 4, 9 на установке предусмотрена система подачи охлаждающей жидкости в рубашки насосов (по замкнутому циклу). В качестве охлаждающей жидкости используется тосол с температурой замерзания ниже –40 оС.

Основным источником энергии, подводимой на установку, является подогреватель П-1, в котором за счет сгорания топлива нагревается сырье.

Для перегонки высококипящих углеводородов в технологическом оборудовании поддерживается вакуум глубиной 4.0 – 5.0 кПа. Вакуум поддерживается конденсационно-вакуумной системой (КВС) установки.

Установка оснащена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), обеспечивающей устойчивость и стабильность технологических параметров и получение продуктов требуемого качества.

Рисунок 7. Принципиальная технологическая схема установки вакуумной перегонки мазута МИНИ-НПЗ РЕОТЕК