Материал: Техническое и программное обеспечение системы автоматизации колонны отбензинивания нефти

Техническое и программное обеспечение системы автоматизации колонны отбензинивания нефти

Вступление

Колонна отбензинивания нефти является частью установки первичной переработки нефти.

Установка первичной переработки нефти предназначена для получения прямогонного бензина (нафты), дизельных топлив автомобильных и судовых, мазута топочного. Возможен при необходимости отбор фракции керосина. Предусмотрено получение топлив для судовых энергетических установок компаундированием остаточных фракций с керосино-газойлевой фракцией.

Нефть, поступающая на переработку, имеет в своем составе пластовую воду, различные минеральные соли (хлористый натрий, хлористый магний, хлористый кальций и др.), механические примеси в незначительных количествах.

Переработка такой нефти без предварительной ее подготовки приводит к интенсивной коррозии оборудования и трубопроводов, вследствие гидролиза хлористых солей щелочно-земельных металлов с образованием кислот, отложению на стенках аппаратов и трубопроводов механических примесей, накипи, солей и, как следствие, к снижению коэффициента теплопередачи поверхностей нагрева и охлаждения, повышению давления в аппаратах и ухудшению четкости ректификации, эрозии внутренней поверхности аппаратов, насосов и трубопроводов, повышению зольности остатков нефтепереработки из-за накопления в них солей и мехпримесей.

После электродегидратора обезвоженая и обессоленная нефть с содержанием воды не более 0,1 % масс., и хлоридов не более 3 мг/л вторично подогревается в трубном пространстве теплообменника до температуры 145¸165 оС и направляется в колонну отбензинивания, затем из куба колонны нефть поступает в печь для дальнейшего нагрева и переработки.

Литературный осмотр

Ректификация (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся температурами кипения, путем многократных испарения жидкости и конденсации паров. В этом основные отличие ректификация от дистилляции, при которой в результате однократного цикла частичное испарение -конденсация достигается лишь предварительное (грубое) разделение жидких смесей.

Для ректификации обычно используют колонные аппараты (см., например, Насадочные аппараты, Тарельчатые аппараты), называют ректификационными колоннами, в которых осуществляется многократный контакт между потоками паровой и жидкой фаз. Движущая сила ректификация - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния, в результате чего пар при контакте с жидкостью обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами (ЛЛК), а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами (ТЛК). Поскольку жидкость и пар движутся, как правило, противотоком (пар - вверх, жидкость - вниз), при достаточно большой, высоте колонны в ее верх. части можно получить практически чистый целевой компонент.

В зависимости от температур кипения разделяемых жидкостей ректификация проводят под различные давлением: атмосферным (температура кипения 30-150 °С), выше атмосферного (при разделении жидкостей с низкими температурами кипения, например сжиженных газов), в вакууме (при разделении высококипящих жидкостей для снижения их температур кипения). ректификация можно осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификация применяют колонны, состоящие из двух ступеней: верхней - укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ЛЛК) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение ЛЛК и обогащение ее ТЛК). При периодической ректификация в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификация бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.

Рисунок 1.1 - Ректификационная установка непрерывного действия: 1 -куб-испаритель; 2-колонна; 3-дефлегматор.

Рисунок 1.2 - Графическое определение числа теоре-тич. тарелок; ОE-равновесная кривая; АВ и ВС- рабочие линия для укрепляющей в исчерпывающей частей колонны; 1-6-тарелки.

Рисунок 1.3 - Положение рабочих линий непрерывной ректификации на у-х-диаграмме.

Ректификация бинарных смесей

Процесс осуществляют при дискретном (ступенчатом) контакте фаз в тарельчатых колоннах или непрерывном контакте фаз в насадочных колоннах.

Рисунок 1.4 - Установка с тепловым насосом: 1-колонна; 2-компрессор; 3- флегма; 4-дистиллят.

На основе анализа фазовых равновесий выясняется принципиальная возможность разделения и выявляются ограничения, обусловленные, например, образованием азеотропов и наличием близкокипящих компонентов. В этом случае возникает необходимость применения азеотропной или экстрактивной ректификации Эксплуатац. затраты, связанные с расходом энергии, могут достигать при ректификации 70% общей стоимости разделения, поэтому при проектировании надо решать задачу рационального сочетания флегмового числа, от которого зависит расход энергии, и числа ТТ, т.е. высоты колонны, определяющей капитальные затраты. Оптим. схема разделения должна отвечать минимуму затрат. При выборе схемы, состоящей из ряда колонн, снижение энергетич. затрат возможно за счет рекуперации тепловых потоков благодаря различию температур кипения продуктов разделения (например, высококипящие компоненты можно использовать для подогрева низкокипящих).

Большая экономия энергии может быть достигнута путем применения схемы с тепловым насосом. В данном случае пары дистиллята, выходящие из колонны, сжимаются компрессором до давления, соответствующего требуемой температуре его конденсации в кубе колонны; при этом отпадает необходимость в дефлегматоре и сокращаются расходы пара и воды. С целью экономии капитальных затрат иногда выгодно использовать вместо несколько простых колонн одну сложную колонну с отпарными секциями (см. ниже) и боковыми отборами отдельных фракций. Такие колонны используют при разделении углеводородных газов и переработке нефти.

Типичный пример сложной колонны-колонна атм. перегонки обезвоженной и обессоленной нефти (рис.1.5); продукты разделения: газ, состоящий из углеводородов С2-С4; фракция бензина до 180 °С; фракция керосина 160-250 °С;

фракции легкого (220-300 °С) и тяжелого (280-350 °С) дизельных топлив; фракция атм. газойля 350-380 °C; мазут (фракция выше 350-380 °С). Каждый боковой погон из основные колонны направляется в спец. колонны (секции), где происходит отпарка из него легких фракций. Из отпарных колонн пары возвращаются в основные колонну, а жидкость отбирается

В виде целевых фракций ректификацию используют, наряду с указанными выше областями применения, при получении азота и кислорода из воздуха (см. Воздуха разделение), ряда чистых металлов, тяжелой воды, в промышленности органическое синтеза и др. В лабораторная практике применяют в основные те же, что и в промышленности, способы ректификации, проводимой в стеклянных насадочных либо тарельчатых ректификац. колонках; периодическую ректификацию используют для разделения небольших кол-в (несколько десятков г), непрерывную-значительной кол-в (сотни и тысячи г) смесей.

Рисунок 1.5 - Установка атмосферной перегонки нефти: 1-основные колонна; 2-отпарные колонны (секции); 3-тарелка питания; 4-отбойник; 5-конденсатор; 6-холодильник; 7-емкость орошения; 8-рабочие тарелки; I-нефть; II - газ; III -бензин; IV-керосин; V, VI-легкое и тяжелое дизельные топлива; VII-атм. газойль; VIII-мазут; IX-во да; Х-водяной пар.

Ректификация - один из самых энергоемких химический-технол. процессов. Поэтому в химический производствах все чаще применяют альтернативные процессы и методы разделения. К ним относят: испарение через мембрану (см. Мембранные процессы разделения), осуществляемое в аппаратах пленочного типа; противоточную кристаллизацию с непрерывным массообменном (экономия энергии достигается благодаря тому, что теплота плавления разделяемых веществ, как правило, существенно меньше, чем теплоты их парообразования; см. также Кристаллизационные методы разделения смесей и др. Однако, несмотря на все большее распространение этих и иных альтернативных процессов и методов, ректификация по-прежнему сохраняет свое значение в химический отраслях промышленности, особенно в нефтепереработке и нефтехимии.

1. Конструкция агрегата и технологический процесс

.1 Конструкция агрегата

Для четкого разделения нефти на фракции применяют перегонку с ректификацией. Ректификация - это тепло- и -массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости. Процесс ректификации проводится в ректификационных колоннах на специальных устройствах - ректификационных тарелках или насадках.

Колонна оборудована прямоугольно-клапанными тарелками в концентрационной части и каскадными тарелками в отгонной части.

Рабочие условия в колонне (в зависимости от перегоняемого сырья):

давление верха - 0,5 - 1,5 кгс/см2;

температура верха - 100 ¸ 200°С;

температура низа - 220 ¸ 280°С.

В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку или заменяющее ее устройство проходят два потока:

жидкость - флегма, стекающая с вышележащей на нижележащую тарелку;

пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку.

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость.

Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего - повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется.

Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода - отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты - ректификат, а с нижней тарелки - жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части происходит отпарка из этой жидкости легкокипящих фракций, а из нижней части колонны выводится второй продукт - кубовый остаток.

В колонну на определенном уровне по высоте колонны подается предварительно нагретое до заданной температуры сырье в виде парожидкостной смеси. Эта зона называется эвапорационной и разделяет колонну на две зоны - концентрационную и отгонную. В эвапорационной зоне происходит эвапорация - однократное испарение сырья и разделение его на паровую и жидкостную фазы.

Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с тарелки на тарелку непрерывно стекала орошающая жидкость - флегма. Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку в виде так называемого острого орошения-рефлюкса. При этом холодным рефлюксом регулируется температура верха колонны. Тем самым определяется качество ректификата по температуре конца кипения, по содержанию в нем высококипящих компонентов. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно поднимались пары.

Для создания восходящего потока паров, а также максимального извлечения из жидкого остатка более легкокипящих фракций, в отгонную часть колонны подводится тепло - при помощи технологической печи с огневым обогревом, ввода острого перегретого водяного пара .

В зависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта: ректификат и кубовый остаток.

Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

Отгонные части сложных колонн выделяют в самостоятельные аппараты, называющиеся отпарными колоннами (стриппингами).

Одним из методов повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти является ввод в нижнюю часть ректификационной колонны испаряющего агента.

Наиболее широко в качестве испаряющего агента при перегонке нефти применяют водяной пар. Влияние последнего заключается в следующем:

интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутри множества пузырьков водяного пара;

в присутствии водяного пара снижается парциальное давление углеводородов, а соответственно и температура кипения углеводородов.

Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру отбора фракций в пределах от 10 °С до 20 °С. Необходимо применять перегретый в печи водяной пар и вводить его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше. Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25 % ее переходило в парообразное состояние. Оптимальное количество перегретого водяного пара лежит в пределах 0,5 ¸ 3,0 % масс. на исходное сырьё. Увеличение количества пара ведёт к повышению нагрузки колонны по парам, повышению перепада давления на колонне, избыточному обводнению нефтепродуктов, усиления коррозионных явлений.

.2 Ход технологического процесса

Сырая нефть поступает на установку из сырьевых на прием сырьевого центробежного насоса. Для разрушения водо-нефтяных эмульсий на прием сырьевого насоса подается деэмульгатор из блока химреагентов. Сюда же поступает промывная вода а также некондиционные продукты. Расход промывной воды не менее 1,5 т/ч контролируется расходомером.

От насоса нефть с давлением 7- 8 кгс/см2, направляется в трубное пространство теплообменников, где подогревается до температуры 100-105°С. Температура нефти после теплообменника контролируется по прибору.

После теплообменников поток нефти направляется в электродегидратор. Расход нефти контролируется по прибору.

Далее сырая нефть с промывной водой проходит через клапан-смеситель, где за счёт дросселирования нефть перемешивается с промывной водой. После клапана-смесителя водо-нефтяная смесь поступает в нижнюю часть электродегидратора.

Нефтеводяная смесь снизу аппарата поступает в маточник, равномерно распределяется по всему горизонтальному сечению электродегидратора, проходит слой отстоявшейся воды и затем поступает в зону слабого электрического поля, создаваемого между нижним электродом и зеркалом воды. В этой зоне выпадают крупные частицы воды. Освобождённая от части воды нефть далее поступает в межэлектродное пространство с сильным электрическим полем, где обезвоживается до регламентных параметров. Далее нефть вытесняется в зону над электродами и выше к выкидному коллектору обезвоженной и обессоленной нефти, а затем поступает на вторичный подогрев в теплообменник.