Дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель всех современных производств состоит в получении максимально высокой прибыли. В связи с этим снижение эксплуатационных затрат представляется весьма актуальной задачей, поскольку данным способом предприятие имеет возможность уменьшить себестоимость выпускаемой продукции, а значит, достигнуть наилучших результатов своей деятельности и оставаться конкурентоспособным.

В настоящее время экономия энергоресурсов является одной из важнейших задач, что связано с высокой стоимостью топлива. Эксплуатация технологических печей на нефтеперерабатывающих предприятиях всегда связана с большим расходом топлива, поэтому необходимо искать пути сокращения энергозатрат. Одним из таких путей является применение рекуператоров. Продукты сгорания топлива выносят значительное количество тепла, которое может быть использовано для нагревания воздуха перед подачей его в печи АВТ-1. Применение рекуператоров на тепловых трубах позволит существенно сократить расход топливного газа на П-1 и П-2.

На современном этапе развития промышленности вопросам экологии уделяется все больше внимания. Нормы по выбросам различных веществ в окружающую среду становятся все более жесткими. Согласно экологической политике Нефтяной Компании «ЛУКОЙЛ» необходимо постоянно уменьшать количество выбросов в окружающую среду с целью улучшения экологической обстановки и снижения непроизводительных расходов на оплату штрафов. Сокращение выбросов окислов азота особенно важно, поскольку они являются основным компонентом смога. В связи с этим целесообразно дооборудовать печи П-1 и П-2 системами подавления окислов, что позволит уменьшить выбросы и соответствовать самым высоким европейским стандартам.

Целью данного дипломного проекта является оценка возможности дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1 системами подавления окислов азота и рекуперации тепла дымовых газов с помощью рекуператоров на тепловых трубах.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ  ОБЗОР

1.1. Первичная перегонка  нефти

Поступающее на нефтетехнологические установки нефтяное сырье значительно различается по физико-химическим константам: углеводородному составу, плотности, вязкости, содержанию растворимых в нефтях минеральных солей, газа, серы, парафина, механических примесей и др. Кроме углерода и водорода, которые обычно составляют 95 - 97 мас, % (в том числе С - 84 - 85 мас. %, Н - 12 - 14 мас. %), в нефти находится не менее 3-4 мас. % побочных элементов и соединений - кислорода, фосфора, серы, газа, воды и др. Присутствие этих побочных элементов и соединений в нефти вызывает затруднения в процессе ее переработки.

Для современных промышленных установок, перерабатывающих типовые восточные нефти, рекомендуются следующие фракции, из которых составляются материальные балансы переработки: бензин 62 - 140°С (180°С), керосин 140 (180) - 240°С, дизельные топлива 240 - 350°С, вакуумные дистилляты 350 - 490°С (500°С), тяжелый остаток - гудрон > 490°С (500°С). Нефти сильно различаются по фракционному составу. Некоторые нефти богаты содержанием компонентов светлых, и количество в них фракций, выкипающих до 350°С, достигает 60 - 70 мас. %. Фракционный состав нефтей играет важную роль при составлении и разработке технологической схемы процесса, расчете ректификационной системы и отдельных аппаратов установки. Температуры выкипания отдельных фракций зависят от физико-химических свойств нефти. Последние учитываются при разработке и выборе схем первичной переработки, аппаратурном и материальном оформлении установки. Так, при переработке нефтей, содержащих серу, требуются дополнительные процессы гидроочистки для обессеривания нефтепродуктов, а для парафинистых нефтей - депарафинизационные установки по обеспарафиниванию фракций, особенно керосино-газойлевых. Для проектирования новых установок необходимо разработать соответствующий регламент и получить нужные рекомендации.

Наипростейшей схемой первичной перегонки нефти является атмосферная трубчатая установка (AT). Из сырых нестабильных нефтей извлекают компоненты светлых нефтепродуктов - бензина, керосина, дизельных топлив. Остатком атмосферной перегонки является мазут; он подвергается вакуумной перегонке. При этом получают масляные фракции и тяжелый остаток - гудрон. Для получения из мазута масляных фракций сооружают атмосферно - вакуумные установки (АВТ).

Наиболее распространены установки АВТ, на которых нефть перерабатывают при сравнительно низких температурах (до 420°С) и абсолютном давлении около 2 кгс/см2.

На современных установках сооружаются блоки ЭЛОУ, поскольку содержание соли и воды в нефтях, поступающих на перерабатывающую установку, строго нормируется: соли не более 5-7 мг/л воды 0,2 мас. %. Обессоленная и обезвоженная нефть направляется в секции атмосферной перегонки, и в результате термической обработки из нефти выделяются легкие компоненты, выкипающие в пределах 62 - 350°С. В вакуумной части установки мазут, во избежание термического разложения высококипящих компонентов, перерабатывают при остаточном давлении наверху вакуумной колонны 40 - 60 мм рт. ст. При этом получают отдельные фракции или широкую вакуумную фракцию, включающую компоненты, выкипающие при 350 - 500°С, и остаток - гудрон. Температуры выкипания отдельных фракций зависят от физико-химических свойств перерабатываемой нефти. На установках первичной переработки нефти суммарный выход целевых продуктов достигает 65 - 75 мас. %.

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фракции, которые различаются по температуре кипения. Физическая сущность ректификации, протекающей в процессе перегонки нефти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между потоками пара и жидкости при высокой турбулизации контактирующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, и жидкость - из высококипящих компонентов. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации части парового потока вверху колонии, а паровое орошение при ректификации жидкости - путем испарения части ее внизу колонны.

Конструкция аппаратов, предназначенных для ректификации, зависит от способа организации процесса в целом и способа контакта фаз. Наиболее простая конструкция ректификационных аппаратов при движении жидкости от одной ступени контакта к другой под действием силы тяжести.

На установках первичной перегонки нефти основным аппаратом процесса ректификации является ректификационная колонна - вертикальный аппарат цилиндрической формы. Внутри колонны расположены тарелки -одна над другой. На поверхности тарелок происходит контакт жидкой и паровой фаз. При этом наиболее легкие компоненты жидкого орошения испаряются и вместе с парами устремляются вверх, а наиболее тяжелые компоненты паровой фазы, конденсируясь, остаются в жидкости. В результате в ректификационной колонне непрерывно идут процессы конденсации и испарения.

При ступенчатом осуществлении процесса ректификации контакт пара и жидкости может происходить в противотоке, в перекрестном токе и в прямотоке. Если ректификация идет непрерывно во всем объеме колонны, то контакт пара и жидкости при движении обеих фаз может происходить только в противотоке.

На большей части действующих установок ректификация протекает нечетко. Получаемые компоненты светлых и масляных дистиллятов не соответствуют требуемому фракционному составу, наблюдается налегание фракций, часть наиболее тяжелых фракций светлых нефтепродуктов -дизельного топлива - проваливается в низ колонны, в мазут. Поэтому исследованию и анализу работы ректификационных колонн, разработке и испытанию новых типов барботажных тарелок, совершенствованию методов их расчета уделяется большое внимание.

Современные ректификационные аппараты классифицируются в зависимости от их технологического назначения, давления, способа осуществления контакта между паром и жидкостью и внутреннего устройства, обеспечивающего этот контакт. По технологическому назначению на современных комбинированных установках АВТ ректификационные аппараты делятся на колонны атмосферной перегонки нефти, вакуумной перегонки мазута, стабилизации легких .фракций, абсорбции жирных газов переработки нефти, вторичной перегонки широкой бензиновой фракции и др. По проводимому процессу различают следующие ректификационные колонны: атмосферные, вакуумные, стабилизаторы и др. В зависимости от давления колонны делятся на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением. В качестве контактного устройства в колоннах применяют тарелки. Часто эти колонны именуются тарельчатыми. По способу контакта между паром (газом) и жидкостью все ректификационные аппараты на установках первичной перегонки нефти характеризуются непрерывной подачей обеих фаз. На конструкцию ректификационной колонны оказывают влияние технологические особенности: система подачи сырья, отвод боковых жидких погонов, подача орошений, пара и др.

Типовая схема работы атмосферной ректификационной колонны состоит в следующем: нагретое до 340 - 350°С сырье (в основном в парожидкостном состоянии) поступает в среднюю часть колонны. Сверху отбирается парогазовая смесь — продукт, обогащенный низкокипящими компонентами и содержащий водяной пар. В средней части с соответствующих тарелок отбирают боковые флегмы -компоненты светлых нефтепродуктов, а снизу остаток -мазут, обогащенный высококипящими компонентами. Часть колонны, расположенная выше ввода сырья, называется концентрационной, или укрепляющей, а расположенная ниже ввода сырья, - отгонной, или исчерпывающей. Верхняя тарелка отгонной части колонны, на которую поступает сырье, обычно называется тарелкой питания.

Для ректификации многокомпонентных смесей на установках AT и АВТ применяется ректификационная колонна, состоящая фактически из нескольких отдельно работающих колонн (по числу отбираемых фракций). Сырьем для каждой последующей колонны может служить дистиллят или остаток предыдущей колонны. Такие колонны весьма сложны, так как кроме верхнего и нижнего продуктов (бензин и мазут) в них получают несколько боковых погонов: лигроин, керосин, дизельное топливо. Каждый боковой погон, отводимый из колонны, отправляется в свою отпарную колонну, где отпариваются легкие фракции, направляемые затем обратно в основную колонну. Отпарные колонны конструктивно выполнены в одном корпусе, но отделены друг от друга глухой перегородкой. В отпарных колоннах создается орошение водяным паром, который снижает парциальное давление нефтяных паров и способствует их испарению. Недостаток сложной колонны -наличие при одном верхнем орошении различных паровых и жидкостных нагрузок в разных сечениях. В связи с этим в каждой секции весьма целесообразно создание самостоятельного циркулирующего орошения. Атмосферные и вакуумные колонны с промежуточным циркуляционным орошением широко применяются.

Один из способов повышения эффективности работы атмосферных колонн за счет экономии энергоресурсов. Ряд энергосберегающих мероприятий может быть предложен для блоков вторичной перегонки бензинов установок АВТ. На этих установках обычно используют схемы, состоящие из нескольких ректификационных колонн, в каждой из которых затрачивается энергия на испарение жидкости и конденсацию пара соответственно в кипятильниках и дефлегматорах. Таким образом, в этих колоннах тепловые потоки создаются за счет тепла печи, водяного пара и т.д., а также в результате затрат электроэнергии в воздушных холодильниках.

С внедрением контактных тарелок на 40% повысилась производительность азеотропных установок и на 10% производительность установки АВТ. Кроме того, на азеотропных установках стало возможным получение «суммарных» ксилолов, а на установке АВТ -авиационного керосина ТС-1.

Особенно широкое применение нашли клапанные прямоточные тарелки, отличающиеся высокой производительностью (в 1,5 - 2 раза выше, чем у желобчатых), достаточно высокой эффективностью в широком диапазоне нагрузок и относительно низким перепадом давлений (267 - 400 Па) на одну тарелки Последнее очень важно для вакуумных колонн, rze перегоняются тяжелые остатки. С использованием этих тарелок осуществлен перевод установки ТК на схем> ЭЛОУ-АТ, Подернизированных установках АВТ и блок переработки смолы пиролиза. В результате увеличилась пропускная способность ректификационных колонн, снизился объем ремонтных работ внутри аппаратов из-за отсутствия коррозии деталей тарелок, улучшилось качество получаемых продуктов. Большая работа проведена по модернизации желобчатых и колпачковых тарелок. С большим эффектом эти тарелки работают в отгонных секциях атмосферных и вакуумных колонн установок АВТ, где при сниженном расходе водяного пара внизу аппаратов достигнут повышенный отбор фракции дизельного топлива от мазута.

Для повышения эффективности работы высокопроизводительных струйных тарелок было предложено использовать разного рода интенсификаторы, например продольные вертикальные перегородки с окнами, оснащенными козырьками, направленными навстречу друг другу и образующими диффузоры и конфузоры [1]. При работе тарелки газожидкостный поток разделяется, одна часть его, обтекая козырьки, направляется в окна, другая -в диффузоры. В результате изменения направления движения и скорости газожидкостного потока в диффузорах и контактирования его с козырьками перегородок под острым углом происходят турбулизация жидкой фазы, вследствие чего повышается эффективность массообмена при незначительном росте гидравлического сопротивления.

Конструкция струйной тарелки с интенсификаторами типа диффузор -конфузор исследована на полупромышленном стенде с колонной диаметром 1200 мм, состоящей из трех царг высотой 700 мм. На полотне тарелки из стального листа, в шахматном порядке выштампованы полукруглые лепестки радиусом 25 мм, отогнутые под углом 30° в сторону движения жидкости. Свободное сечение тарелки составляет 12,6 % свободного сечения колонны. Тарелки снабжены сплошной переливной планкой высотой 40 мм. Продольные вертикальные перегородки высотой 100 мм установлены над полотном с зазором 25 мм. Конструктивные параметры исследуемых интенсификаторов девяти модификаций изменялись в следующих пределах: ширина каналов между перегородками — от 150 до 250 мм; угол отгиба козырьков — от 25 до 45°.

Эксперименты проводили на системе вода - воздух. Унос жидкости замеряли фотоколориметрическим методом. Режимные параметры изменяли в следующих пределах: плотность орошения - от 5 до 70 м /(мхч), скорость газа в свободном сечении колонны - от 1,6 до 2,9 м/с.