способ поточной перегонки мазута и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ поточной перегонки мазута, содержащий его ступенчатый нагрев, упаривание, ступенчатое фракционирование под вакуумом, охлаждение продуктов фракционирования, отличающийся тем, что упаривание мазута проводят ступенчато, фракционирование осуществляют в процессе упаривания путем сепарации паров и последующей их конденсации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сепарация паров включает их промывку.

3. Установка для поточной перегонки мазута, содержащая систему рекуперативных подогревателей, печь, ступенчатое фракционирующее устройство, сборники, насосы, конечные холодильники, систему вакуумирования, линии подвода мазута и отвода продуктов перегонки, отличающаяся тем, что система рекуперативных подогревателей содержит конденсаторы и конечные холодильники, применена печь ступенчатого нагрева и упаривания мазута, причем каждая ступень выполнена в виде испарителя с паросепаратором, каждая ступень фракционирующего устройства состоит из паросепаратора и соединенного с ним конденсатора, все конденсаторы соединены линиями с системой вакуумирования.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что система рекуперативных подогревателей содержит, по меньшей мере, одну ступень фракционирующего устройства.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что паросепараторы преимущественно включают паропромыватели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке нефти и может быть использовано в процессах и установках вакуумной перегонки мазута. Известны различные способы и установки вакуумной перегонки мазута. Наиболее простой является перегонка по топливному варианту, в котором используют схему однократного испарения с получением широкой масляной фракции с температурами выкипания 350-500^oC как сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга. Остаток перегонки - гудрон - служит сырьем для производства битумов. Находит также применение способ перегонки с промежуточным упариванием, в котором предусмотрен ступенчатый нагрев мазута с межступенчатым отделением атмосферного газойля. В обоих случаях фракционирование включает ступенчатую конденсацию масляных фракций в вакуумной колонне [1].

Более сложной является перегонка мазута по масляному варианту с получением узких фракций дистиллятов. Полученные фракции должны соответствовать требованиям по вязкости, цвету, температуре вспышки. Перегонку ведут с получением фракций, имеющих интервалы выкипания 50-60^oC. Налегание температур выкипания соседних фракций не должно превышать 20-25^oC, при этом содержание фракции, выкипающей ниже номинальной температуры не должно превышать 15%, а выкипающей выше - 2%.

Для удовлетворения этих условий используют способы и установки однократного или двукратного испарения как по широкой масляной фракции, так и по остатку. Установки включают соответственно одну или две печи в паре с вакуумными колоннами, отпарные колонны, системы циркуляционного орошения с отводом теплоты, охлаждения и конденсации паров.

Глубоковакуумная перегонка мазута решает задачу углубления отбора дистиллятов за счет повышения температуры конца кипения до 560-580^oC с целью расширения сырьевой базы процессов каталитического и гидрокрекинга, а также производства масел и смазок. В процессах и установках применяют также одно- или двукратное испарение и фракционирование под вакуумом.

Во всех указанных способах и устройствах находит применение перегретый водяной пар в качестве энергоносителя, который позволяет углубить отбор дистиллятов из мазута и повысить четкость фракционирования.

Недостатками каждого описанного способа являются повышенные энергозатраты и, как следствие, повышенное загрязнение окружающей среды токсичными компонентами дымовых газов и стоков.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение по двухступенчатой вакуумной перегонке мазута, в котором применен классический способ фракционирования путем ступенчатой конденсации дистиллятов из паровой фазы широкого фракционного состава [2].

Согласно этому решению в первой ступени установки исходное сырье подогревают в рекуперативных теплообменниках, затем догревают и испаряют в первой печи. Полученный парожидкостный поток с температурой 435^oC подают на тарелку питания отгонной секции первой вакуумной колонны. В низ колонны подают перегретый водяной пар для углубления отбора дистиллятов. Верх колонны соединен с системой вакуумирования. Низом колонны отводят гудрон, в качестве боковых погонов отводят соляр и масляный дистиллят широкого фракционного состава с пределами выкипания 350-575^oC. Во второй ступени установки масляный дистиллят широкого состава разделяют на три целевых фракции:

- парафинистый дистиллят (350-460^oC),

- автоловый - (460-490^oC);

- цилиндровый (>490^oC).

Для этого масляный дистиллят нагревают и упаривают во второй печи и полученный парожидкостный поток с температурой 385^oC подают на фракционирование во вторую вакуумную колонну, в низ которой с целью повышения четкости фракционирования подают водяной пар. Низом этой колонны отводят цилиндровый дистиллят и в качестве боковых погонов отводят парафинистый и автоловый дистилляты, причем последний - через отпарную колонну.

Теплоту продуктов фракционирования частично рекуперируют, оставшуюся часть ее используют для получения водяного пара, а остальное отводят в окружающую среду.

Недостатками выбранного прототипа являются повышенные энергозатраты на фракционирование и повышенное загрязнение окружающей среды токсичными компонентами дымовых газов и водяных стоков.

Недостатки обусловлены выбранным способом фракционирования путем ступенчатой конденсации дистиллятов из паровой фазы широкого фракционного состава, неглубокой рекуперацией теплоты продуктов, применением водяного пара в качестве транспортирующего агента и недостаточно высоким КПД использования теплоты внешнего энергоносителя.

Изобретение решает задачу сокращения энергозатрат на фракционирование и уменьшения загрязнения окружающей среды токсичными компонентами дымовых газов и стоков.

Задача решается тем, что в способе поточной перегонки мазута, содержащем его ступенчатый нагрев, упаривание, ступенчатое фракционирование под вакуумом, охлаждение продуктов фракционирования, упаривание мазута проводят ступенчато, фракционирование осуществляют в процессе упаривания путем сепарации паров и последующей их конденсации. Сепарация паров включает их промывку.

В известном техническом решении в первой ступени фракционирования под вакуумом мазут разделяют на соляровую фракцию, масляную фракцию широкого фракционного состава и остаток - гудрон. Во второй ступени масляную фракцию разделяют на узкие фракции. В обеих ступенях выделение дистиллятов проводят путем ступенчатой конденсации из паровой фазы широкого фракционного состава. При этом имеет место перегрев низкокипящих фракций до температур конечного нагрева и кипения высококипящих фракций, что требует в технологическом процессе дополнительных энергозатрат. Кроме того, двухступенчатое выделение масляных дистиллятов, сначала в комплексе и только затем в виде целевых продуктов с межступенчатой конденсацией, также увеличивает суммарные энергозатраты.

В предлагаемом техническом решении упаривание мазута выполняют ступенчато, под вакуумом, на стадиях как рекуперативного нагрева, так и при нагреве за счет внешнего энергоносителя. При этом в составе паров узких целевых фракций перегрев низкокипящих компонентов не превышает пределов выкипания их высококипящего компонента, что составляет небольшую долю от теплоты фазового перехода. Пары целевых фракций после каждой ступени фракционирования отводят на конденсацию, т.е. они не участвуют в последующих ступенях нагрева и упаривания остатка мазута, поэтому исключен перегрев целевых фракций и расход теплоты на его осуществление. Сокращение перегрева уменьшает расход топлива и соответственно снижает объем дымовых газов, выводимых в атмосферу.

В предлагаемом техническом решении сепарация паров включает их промывку флегмой для предотвращения загрязнения дистиллятов брызгоуносом.

Предлагаемое техническое решение не предусматривает применения технологического пара для процесса фракционирования мазута, что позволяет уменьшить общий объем стоков предприятия.

Следовательно, предлагаемый способ по сравнению с прототипом не только энергосберегающий, но и более чистый экологически.

Таким образом, техническое решение по предлагаемому способу имеет существенные отличия от известных технических решений и прототипа.

Промышленная применимость предлагаемого технического решения подтверждена технологическими и теплотехническими расчетами, результаты которых отражены в приведенном ниже примере.

Известна также установка двухступенчатой вакуумной перегонки мазута, содержащая систему рекуперативного подогрева, состоящую из теплообменников, печь первой ступени фракционирования, первую фракционирующую колонну, сборники, печь второй ступени фракционирования, вторую фракционирующую колонну, отпарную колонну, насосы, паровые подогреватели, котлы-утилизаторы, конечные холодильники, систему вакуумирования, линии подвода мазута и отвода продуктов фракционирования.

Недостатком описанной установки являются повышенные энергозатраты на фракционирование и повышенное загрязнение окружающей среды токсичными компонентами дымовых газов и стоков.

Изобретение решает задачу сокращения энергозатрат на фракционирование и уменьшения загрязнения окружающей среды токсичными компонентами дымовых газов и стоков.

Задача решается тем, что в установке для поточной перегонки мазута, содержащей систему рекуперативных подогревателей, печь, ступенчатое фракционирующее устройство, сборники, насосы, конечные холодильники, систему вакуумирования, линии подвода мазута и отвода продуктов перегонки, система рекуперативных подогревателей содержит конденсаторы и конечные холодильники, применена печь ступенчатого нагрева и упаривания мазута, причем каждая ступень выполнена в виде испарителя с паросепаратором, каждая ступень фракционирующего устройства состоит из паросепаратора и соединенного с ним конденсатора, все конденсаторы соединены линиями с системой вакуумирования. Система рекуперативных подогревателей содержит по меньшей мере одну ступень фракционирующего устройства. Паросепараторы преимущественно включают паропромыватели.

В известном техническом решении теплоту продуктов фракционирования частично рекуперируют, частично используют для получения водяного пара, остальную низкотемпературную часть отводят в конечных холодильниках в окружающую среду с помощью систем технического водоснабжения. В предлагаемом техническом решении система рекуперативных подогревателей, состоящая преимущественно из конденсаторов и конечных холодильников продуктов перегонки, позволяет углубить рекуперацию теплоты продуктов и, следовательно, снизить энергозатраты.

Применение печи ступенчатого нагрева и упаривания мазута, в которой каждая ступень выполнена в виде испарителя с паросепаратором, позволяет отводить из печи отдельно пары каждого целевого дистиллята, тем самым устраняет необходимость перегревать пары низкокипящих фракций и за счет этого снижает энергозатраты.

Выполнение фракционирующего устройства в виде нескольких ступеней, каждая из которых состоит из паросепаратора и конденсатора, обеспечивает фазовое разделение потоков без перегрева низкокипящих фракций и конденсацию с рекуперацией теплоты. Устранение перегрева и рекуперация теплоты снижают энергозатраты.

Индивидуальное подключение конденсаторов каждой ступени фракционирующего устройства к системе вакуумирования позволяет независимо регулировать давление испарения в ступенях и тем самым регулировать пределы выкипания целевых фракций и отказаться от использования водяного пара для этих целей.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по установке имеет существенные отличия от известных технических решений и прототипа.

Совокупность описанных новых технических решений по способу и установке позволяет существенно сократить энергозатраты и уменьшить загрязнение окружающей среды промышленными выбросами.

На чертеже приведена принципиальная схема основных узлов установки в соответствии с изобретением. На схеме изображены: трубопровод мазута 1, насос 2, конечные холодильники 3, 4, 5, 6, 7, 27, теплообменник 9, конденсаторы 8, 10, 11, 12, 13, паросепаратор 14, испарители 15, 16, 17, 18, циклонная топка 19, циркуляционный газоход 20, дымосос 21, воздухоподогреватель 22, вентилятор 23, труба 24, система вакуумирования 25, сборники 26, насосы 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34.

Установка работает следующим образом. Исходный мазут насосом 2 подают по трубопроводу 1 на установку, где его распределяют на четыре потока. Каждый поток проходит через свой конечный холодильник 3, 4, 5, 6. Один из потоков проходит также через конечный холодильник 7 и конденсатор 8.

Подогретые потоки мазута объединяют и пропускают последовательно через теплообменник гудрона 9 и конденсаторы 10, 11, 12, 13. В вакуумном паросепараторе 14 отделяют пары соляра и после освобождения от брызгоуноса на тарелках паропромывателя их направляют в конденсатор 8. Остаток мазута из паросепаратора 14 вводят в испаритель 15, в котором за счет теплоты гудрона продолжают его упаривание. Образовавшиеся в испарителе пары легкой парафинистой фракции освобождают от брызгоуноса в паропромывателе и направляют в конденсатор 10. Остаток мазута из испарителя 15 подвергают дальнейшему упариванию в печи при последовательном прохождении испарителей 16, 17, 18. Отмытые пары из каждого испарителя отводят в соответствующие конденсаторы 11, 12, 13. Упаривание остатка мазута в печи до получения гудрона осуществляют при подводе теплоты от газового теплоносителя, образованного в циклонной топке 19 путем смешения дымовых газов с отработанным теплоносителем, циркулирующим по газоходу 20 при помощи дымососа 21. Избыточный отработанный теплоноситель выводят из газохода через воздухоподогреватель 22 и через дымовую трубу 24 удаляют в атмосферу.

Дутьевой воздух нагнетают вентилятором 23, подогревают в воздухоподогревателе 22, смешивают с топливным газом в горелочном устройстве и полученную смесь вводят в циклонную топку 19. Система вакуумирования, основанная на применении многоступенчатого эжектирования инертных газов с помощью углеводородного рабочего вещества, создает достаточно глубокое разрежение в конденсаторах и паросепараторах, обеспечивая тем самым снижение температуры кипения и отбор целевых фракций. Некоторая часть паров целевых фракций попадает в систему вакуумирования, где ее конденсируют и направляют в сборник с помощью насоса 28.

Все дистилляты из конденсаторов 8, 10, 11, 12, 13 проходят через сборники 26 и конечные холодильники 7, 6, 5, 4, 3 соответственно. Насосами 30, 31, 32, 33, 34 подают на склад соответственно соляровую, парафинистую легкую, парафинистую тяжелую, автоловую и цилиндровую фракции. При этом из напорной линии насосов отбирают часть фракций на орошение соответствующих паропромывателей.

Гудрон из испарителя 18 после охлаждения в испарителе 15 и теплообменнике 9 доохлаждают в конечном холодильнике 27 и насосом 29 направляют на склад.

Пример. На переработку подают мазут следующего состава (содержание фракций, % мас.):

НК-350 - 4,7

350-400 - 13,0

400-450 - 13,0

450-500 - 13,0

500-550 - 12,9

>550 - 43,4

Исходный мазут 1 в количестве 100 т/ч, имеющий температуру 20^oC, подают на переработку насосом 2. В установке мазут разделяют на четыре потока, которые проходят через конечные холодильники дистиллятов 3, 4, 5, 6 с расходами 31,6; 26,7; 22,1; 19,6 т/ч соответственно. Четвертый поток проходит также через конечный холодильник 7 и конденсатор 8. Подогретые в указанных устройствах потоки мазута объединяют и смесь при температуре 196^oC подают последовательно в теплообменник 9 и конденсаторы 10, 11, 12, 13, где мазут нагревается до температуры 302^oС. При снижении давления в паросепараторе 14 до 26 кПа и указанной температуре начинает выкипать соляровая фракция. После промывки флегмой, расход которой составляет 0,3 т/ч, пары соляровой фракции при расходе 5 т/ч отводят в конденсатор 8. Адиабатное упаривание мазута в паросепараторе 14 снижает его температуру до 292^oC. Остаток мазута при расходе 95,3 т/ч из паросепаратора 14 самотеком поступает в испаритель 15, в котором осуществляется упаривание остатка за счет теплоты гудрона при следующих параметрах процесса: температура в зоне кипения 340^oC, давление - 26 кПа, расход паров 13,7 т/ч, расход флегмы на промывку паров 0,7 т/ч; температура гудрона на входе 434^oC, на выходе 300^oC, расход гудрона 43,4 т/ч. Пары легкой парафинистой фракции отводят в конденсатор 10. Из испарителя 15 остаток мазута с температурой 340^oC и расходом 82,3 т/ч направляют в испаритель 16 печи, в котором выпаривают тяжелую парафинистую фракцию за счет внешней теплоты циркулирующего газового теплоносителя. Пары направляют в конденсатор 11. Параметры процесса следующие: температура в зоне кипения 350^oC, давление 10 кПа, расход паров 13,7 т/ч, расход флегмы 0,7 т/ч. Из испарителя 16 остаток мазута самотеком поступает в испаритель 17 при температуре 350^oC и расходе 69,3 т/ч. В этой ступени упаривания остатка мазута поддерживают следующие параметры процесса: температура в зоне кипения 394^oC, давление 9 кПа, расход паров 13,7 т/ч, расход флегмы 0,7 т/ч. Пары автоловой фракции направляют в конденсатор 12. В последней ступени нагрева и упаривания остатка мазута отделяют пары цилиндровой фракции при следующих параметрах процесса: температура в зоне кипения 434^oC, давление 6,7 кПа, расход паров 13,6 т/ч, расход флегмы 0,7 т/ч, питания - 56,3 т/ч, температура питания 394^oC, отвод гудрона - 43,4 т/ч, температура его - 434^oC. Вакуум в конденсаторах и паросепараторах создают с помощью многоступенчатой пароэжекторной установки.

Из конденсаторов 8, 10, 11, 12, 13 через индивидуальные сборники 26 и соответствующие конечные холодильники 7, 6, 5, 4, 3 отводят охлажденные до 40-50^oC дистилляты соляровой, легкой и тяжелой парафинистой, автоловой и цилиндровой фракций в количествах соответственно 4,7; 13,0; 13,0; 13,0; 12,9 т/ч.

Гудрон, охлажденный в испарителе 15 и теплообменнике 9, доохлаждается с температуры 216 до 120^oC в конечном холодильнике 27 и в количестве 43,4 т/ч поступает на склад.

Упаривание остатка мазута в печи осуществляют за счет теплоты внешнего газового теплоносителя, получаемого в циклонной топке 19 путем смешения продуктов сгорания топлива с отработанным теплоносителем, циркулирующим по газоходу 20 при помощи дымососа 21. Температура горячего теплоносителя - 670^oC, отработанного - 370^oC, расход - 58500 м³/ч при нормальных условиях (0^oC, 1 ата). Температура горения в циклонной топке в присутствии балласта отработанного газового теплоносителя - 1200^oC. Расход дутьевого воздуха - 11900 м³/ч при нормальных условиях, температура рекуперативного его подогрева - 280^oC.

Расход углеводородного топливного газа - 780 кг/ч или удельный - 7,8 кг на 1 т перерабатываемого мазута. Объем удаляемых в атмосферу дымовых газов - 12500 м³/ч при нормальных условиях или удельный - 126 м³ на 1 т перерабатываемого мазута. Концентрация основных токсичных компонентов продуктов сгорания - монооксида углерода и оксидов азота не превышает 100 мг/м³ каждого указанного компонента. Коэффициент рекуперации теплоты в установке составляет 0,77-0,78; КПД печи 87-89%.

Источники информации

1. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. - М.: Химия, 1981. -С. 174-196.

2. Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа / Под ред. Б.И.Бондаренко. - М.: Химия, 1983. -С. 21-22 (прототип).