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

Сравнение струйных тарелок с интенсификаторами, расположенными непосредственно на полотне в слое жидкости, по величине гидравлического сопротивления показало, что при сопоставимых режимах струйная тарелка с интенсификаторами типа диффузор — конфузор имеет наименьшее гидравлическое сопротивление. Это объясняется взаимодействием газовых струи с интенсификаторами под острым, а не под прямым углом, как в других сравниваемых конструкциях. Струйные тарелки с интенсификаторами типа диффузор - конфузор целесообразно использовать при больших жидкостных нагрузках (до 70 м3 /(м*ч)) и скорости газа в свободном сечении колонны 1,5 - 2,9 м/с. Такие тарелки внедрены в колонне К-2 установки АВТ Рязанского НПЗ.

М.Н. Миннуллин, М.М. Калимуллин, Г.Г. Теляшев, Р.Ф. Кадыров, С.Г. Миннулдина. Ф.А. Арсланов, В.В. Набержнев предложили модернизировать колонную аппаратуру на установках АВТ АО «НОВО-УФИМСКИЙ НПЗ» [2]. Колонная аппаратура является сердцевиной нефтепереработки и от того, как работает фракционирующее оборудование, во многом зависит качество и отбор продуктов, энергозатраты и затраты на эксплуатацию и ремонт. Из-за нестабильных поставок нефти, или затруднений со сбытом нефтепродуктов в настоящее время более гибкими в эксплуатации являются установки АВТ мощностью 1-3 млн. т нефти в год. На многих заводах эксплуатируются или находятся в резерве такие установки, однако длительная эксплуатация или консервация требует обновления контактных устройств. В АО «Ново-Уфимский НПЗ» разработан ряд конструкций массообменного оборудования, которые по эффективности, технологичности изготовления, монтажа, ремонта и эксплуатационным характеристикам не уступают лучшим мировым образцам, а по некоторым показателям превосходят их. Много лет надежно эксплуатируются прямоточные клапанные тарелки с отбойниками, эжекционные клапанные тарелки. Разработаны и испытаны на крупногабаритных холодных и горячих стендах, а также прошли промышленные испытания насадки, работающие по принципу противотока и перекрестного тока, изготовленные из просечно - вытяжного листа [2]. Хорошие показатели получены при испытаниях на стендах и в промышленных колоннах трапециевидных клапанных тарелок. На двух установках АВТ в отгонных частях атмосферных колонн желобчатые тарелки были заменены на эжекционные клапанные, что позволило сократить подачу водяного пара на 300 - 500 кг/ч, в мазуте при этом остается 4-6 мас. % светлых, выкипающих до 360°С. Следует отметить, что в некоторых случаях, увеличивая отбор дизельного топлива за счет модернизации отгонной части (4-5 тарелок), утяжеляется по концу кипения и дизельное топливо. В связи с этим рекомендуется замена желобчатых или прямоточных клапанных тарелок конструкции ВНИИнефтемаша на эжекционные или трапециевидные клапанные тарелки. Некоторые современные колонны в отгонной части имеют трапециевидные клапанные тарелки конструкции ВНИИнефтемаша [2]. Хотя эти тарелки обладают довольно высоким КПД, однако клапаны на полотнах расположены таким образом, что на тарелках не достигается эффективный барботажный слой. Это объясняется большим промежутком между рядами клапанов по направлению движения газожидкостного слоя (180 - 200 мм). Заглушив отверстия в полотнах тарелок, рекомендовано установить на этих же полотнах эжекционные клапанные или трапециевидные конструкции Ново-Уфимского НПЗ. Наустановке АВТМ сняты проблемы по вспышке и фракционному составу путем установки в отпарной колонне диаметром 1 м четырех эжекционных клапанных тарелок. В настоящее время ужесточаются требования по качеству топлив, в связи с чем разрабатываются мероприятия по добавлению различных модификаторов, присадок. Однако экономически выгоднее прежде всего улучшать фракционный состав за счет модернизации контактных устройств (тарелок, насадок). Отбор, качество, энергозатраты в вакуумных колоннах в основном зависят от работы внутренних устройств колонн. Наряду с контактными устройствами важное значение имеют устройства ввода сырья, конструкция отбойника, температура нагрева, вакуум создающая система и другие. В вакуумных колоннах на заводе разработан ряд оригинальных конструкций ввода сырья, отбойников из просечно-вытяжного листа.

Следует отметить, что горизонтальные отбойники из гофрированного просечно-вытяжного листа более эффективны, чем из обычной сетки. Насадки, обладая преимуществом по гидравлическому сопротивлению, требуют правильно сконструированного, изготовленного и смонтированного распределительного устройства, что не всегда удается сделать. Многие известные конструкции распределителей жидкости очень чувствительны к колебаниям нагрузок, что существенно ухудшает работу насадок. На установке АВТ в вакуумной колонне диаметром 4200 мм были смонтированы в концентрационной части насадки конструкции ВНИИнефтемаша, работающие по принципу противотока. В отгонной части были установлены четыре модернизированные желобчатые тарелки. После пуска колонны отбор вакуумного газойля составил около 16 мас. %. При вскрытии после эксплуатации в течении 6 лет обнаружены недостатки при монтаже распределителей жидкости, а также значительные разрушения в элементах насадки. Насадки были демонтированы, взамен установлены клапанные тарелки с отбойниками. Над вводом был смонтирован горизонтальный отбойник из просечно-вытяжного листа, перераспределено орошение колонны. В отгонной части две желобчатые тарелки были заменены на две трапециевидные. После пуска колонны отбор выводимых вакуумных газойлей (легкого и тяжелого) достиг 20 мас. % и более при хорошем качестве.

Сидоров Г.М., Деменков В.Н., Мощенко Г.Г., Ливенцев В.Т., Демьяненко Е.А., Бапанич А.А., Кондратьев А.А. (УНИ, Павлодарский НПЗ) предложили получать тяжелые фракции сырья процесса риформинга в колоннах фракционирования нефти [3]. За последние 15-20 лет выход прямогонных бензиновых фракций возрос за счет увеличения производительности установок первичной переработки нефти и облегчения состава нефтей. Это привело, к повышению нагрузки колонн стабилизации бензина по сырью, в результате чего не обеспечивается качество продуктов разделения. В рефлюксе, направляемом на газофракционирующую установку (ГФУ), содержится до 30-40 мас. % бензиновых фракций, в то же время в стабильном бензине остается значительное количество растворенных газов. Вот почему при отсутствии блока вторичного фракционирования бензина остаток колонны, направляемый на риформинг, содержит большое количество газовых компонентов и фракций бензина н.к. - 80°С. Это приводит к увеличению нагрузки установки риформинга по сырью, снижению выхода и октановой характеристики риформата.

С целью уменьшения нагрузки стабилизатора бензина по сырью и улучшения качества продуктов разделения возможно раздельно получать легкий бензин в колонне К-1 для частичного отбензинивания нефти, а тяжелую фракцию его в сложной атмосферной колонне К-2 и далее подвергать стабилизации лишь бензин колонны К-1, а тяжелую фракцию направлять на риформинг. Однако такая схема выделения бензина из нефти связана с необходимостью предварительного защелачивания тяжелой фракции, что требует расхода щелочи и кроме безвозвратных потерь ценных сернистых соединении приводит к ухудшению экологических условий работы завода.

Другая возможная схема раздельного получения легкой и тяжелой фракций бензина - отбор тяжелой фракции боковым погоном из колонн К-1 и К-2. Такая схема может быть использована при наличии достаточного количества тарелок в укрепляющей секции обеих колонн и отпарной секции для получения тяжелой фракции бензина, не требующей при этом ее защелачивания. Этим условиям удовлетворяет схема установки ЛК-6У. Вывод тяжелой фракции бензина по этой схеме осуществляют в виде верхнего бокового погона колонны К-2 через отпарную секцию, что позволяет разгрузить стабилизатор бензина и улучшить подготовку сырья для риформинга. Однако дальнейшее снижение нагрузки стабилизатора по сырью за счет уменьшения вывода бензина с верха колонн К-1 и К-2 и увеличения вывода из колонны К-2 тяжелой фракции бензина было бы нежелательным, вследствие необходимости увеличения тепловой мощности печи для нагрева частично отбензиненной нефти и нагрузки тарелок колонны К-2. В связи с этим разработана схема, включающая вывод из средней части укрепляющей секции колонны К-1 тяжелой фракции бензина и подачу ее совместно с верхним боковым погоном колонны К-2 в отпарную секцию. Для этой схемы расчетами на ЭВМ выбрано место вывода бокового погона из колонны К-1 и его расход. Расчеты обеих колонн К-1 и К-2 проводились на основе данных, снятых при работе действующей установки.

В колонне К-1, имеющей диаметр 5 м, установлены 32 клапанные тарелки. Нефть в количестве 880 т/ч подается на четырнадцатую тарелку (с низа колонны). Исходя из промышленных показателей работы колонны, массо- и теплообменный коэффициент полезного действия тарелок укрепляющей секции принят равным 0,55, отгонной секции 0,45, что соответствует КПД относительно теоретической тарелки 0,40 и 0,30 соответственно. Давление верха колонны 0,47 Мпа. Сырье - малосернистая, западносибирская нефть с содержанием фр. Н.к. - 360 °С по ИТК, равным 66,9 мас. %, а содержание в ней фр. Н.к. -180°С составляет 28,2 мас %. Температура нефти на входе в колонну 190°С. В низ колонны подается около 30 % на нефть горячей струи с температурой 350°С.

В укрепляющей секции колонны К-2 установлено 46, в отгонной 5 и в боковых отпарных секциях по десять клапанных тарелок. Диаметр колонны К-2 7 м за исключением верхней части, имеющей диаметр 5 м (12 тарелок). Массо- и теплообменный КПД тарелок укрепляющей секции принят равным 0,65, отгонной и отпарных секций 0,45, что соответствует КПД относительно теоретической тарелки 0,50 и 0,30 соответственно. Давление верха колонны 0,21 Мпа. Перепад давления на одну тарелку, как и в колонне К-1, принят равным 0,0007 Мпа, в паровых трубопроводах 0,20 Мпа. Температура частично отбензиненной нефти на входе в колонну 350°С. В низ колонны и отпарные секции керосина и фракции легкого дизельного топлива вводится водяной пар. Имеются два промежуточных циркуляционных орошения. Одно из них организовано в зоне под тарелкой вывода керосина в отпарную секцию, другое - под тарелкой вывода фракции легкого дизельного топлива. С верха колонны К-2 выводится бензин. Часть его подается на орошение, а остальное количество поступает на смещение с легким бензином, выводимым с верха колонны К-1, и смесь бензинов в количестве 18 - 19 % на нефть подается в стабилизатор. Из-за перегрузки по сырью стабилизатор не обеспечивает необходимое качество продуктов разделения. Между тем в укрепляющей секции колонны К-1 имеется достаточное количество тарелок, чтобы вывести боковым погонном тяжелую фракцию бензина, которую после отпарки из нее легких фракций можно использовать в качестве сырья для установки риформинга без дополнительной стабилизации.

Для расчета на ЭВМ системы разделения с выводом фракции тяжелого бензина из обеих колонн составлялись две эквивалентные схемы, соответствующие колонне К-1 и колонне К-2 с отпарными секциями. В начале рассчитывалась колонна К-1, а затем колонна К-2.

Рассчитано несколько вариантов работы колонн К-1 и К-2. Варианты отличаются величиной вывода из укрепляющих секций обеих колонн тяжелой фракции бензина (фр. 80 - 180°С), направляемой после отпарки из нее легких фракций в отпарной секции на риформинг, минуя блок стабилизации. Вывод бокового погона в отпарную секцию осуществляется с двадцать четвертой тарелки (с низа колонны). В расчетах по всем вариантам принято одинаковое суммарное количество бензина, получаемого с верха колонны К-1 и боковым погоном. В принятых условиях по мере увеличения отбора боковым погоном тяжелой фракции бензина состав легкой фракции бензина, выводимой с верха колонны, облегчается, и ухудшаются условия ее конденсации, что приводит к увеличению потерь бензина с газом. Так, если в промышленном варианте суммарное количество газа и сконденсировавшейся части бензина при температуре 60°С в емкости орошения составляет около 5 т/ч, то в расчетном варианте 1 оно равно 7,1 т/ч, а в варианте 4 - 9,4 т/ч. В то же время с увеличением отбора бокового погона уменьшается тепловая нагрузка конденсаторов - холодильников колонны К-1, что показано в табл. 1.1. При имеющейся поверхности конденсаторов - холодильников уменьшение тепловой нагрузки позволяет поддерживать более низкую температуру в емкости орошения и сократить потери легких фракции бензина с газом.

Уменьшение тепловой нагрузки конденсаторов -холодильников колонны К-1 объясняется тем, что при отборе тяжелой фракции бензина боковым погоном сокращается количество бензина, получаемого с верха колонны. При этом тяжелая фракция бензина выводится боковым погоном с более высокой температурой, чем бензин из емкости орошения.

Было исследовано влияние изменении номера тарелки вывода бокового погона на его качество при отборе 6 % на нефть. Как и ожидалось, при переходе от отбора с нижерасположенных тарелок к вышерасположенным, содержание в боковом погоне нежелательной фр. 180°С - к.к. уменьшается. Однако при этом возрастает содержание легких, также нежелательных фракций, что ведет к увеличению теплоподвода в кипятильник отпарной секции и нагрузки верхних тарелок и конденсаторов-холодильников колонны К-2. Поэтому в дальнейших расчетах вывод бокового погона из колонны K-I осуществлялся с 21-й тарелки, что обеспечивает допустимое содержание фр. 180°С - к.к. в тяжелой фракции бензина, получаемой в виде смеси боковых погонов колонн К-1 и К-2, после отпарки из нее легких фракций в отпарной секции.

Было также исследовано влияние изменения величины отбора целевой фр. 80 - 180°С при одинаковом суммарном отборе продуктов разделения обеих колонн. Расчеты показали, что в исследованном интервале отбора фр. 80 - 180°С существует оптимальная величина, равная 62,5 т/ч. Ей соответствует вывод из колонны К-2 бокового погона в количестве 38 т/ч (4,3 % на нефть). При одинаковой величине тепловой нагрузки кипятильника отпарной секции увеличение расхода бокового погона колонны К-2 с 38 до 48 т/ч и соответственно фр. 80-180°С с низа отпарной секции с 62,5 до 72,5 т/ч приводит к существенному увеличению содержания фр. н.к. - 80°С в целевой фр. 80 -180°С (с 4,82 до 7,18 мас. %).

При снижении расхода бокового погона с 38 до 22 т/ч содержание фр. н.к. - 80°С во фр. 80 - 180°С уменьшается с 4,82 до 3,32 мас. %, что показано в табл. 1.2. В то же время отбор целевой фракции сокращается с 62,5 до 46,5 т/ч, что ведет к повышению отбора бензина с верха колонна К-2 и к перегрузке стабилизатора бензина.

Изучали также выбор места вывода бокового погона на показатели работы колонны К-2 при отборе его в количестве 38 т/ч. При изменении тарелки вывода бокового погона с шестой на девятую (счет с верха колонны) содержание в целевой фр. 80 - 180°С фр. н.к. - 80°С снижается с 4,82 до 3,7 % масс, но при этом почти в два раза (с 2,28 до 4,5 мас. %) увеличивается содержание в ней фр. 180°С - к.к. При переходе с шестой тарелки на третью содержание фр. н.к. - 80°С во фр. 80 - 180°С существенно возрастает (с 4,8 до 7,1 мас. %). Поэтому было принято выводить боковой погон из колонны К-2 с шестой тарелки. Таким образом, вывод боковым погоном тяжелой фракции бензина в количестве около 6 % из укрепляющей секции колонны К-1 и 4,3 % на нефть из атмосферной колонны с последующей отпаркой из нее легких фракций позволяет использовать ее в качестве сырья риформинга, не подвергая стабилизации. При этом на 20 - 25 % снижается отбор бензина с верха колонн К-1 и К-2 и на эту же величину разгружается колонна стабилизации бензина по сырью.

В связи с тем, что тяжелая фракция бензина выделяется примерно при тех же энергозатратах, что и по традиционной промышленной схеме работы колонны, и, минуя блок стабилизации, подается на риформинг, то такой способ, кроме улучшения работы стабилизатора бензина и качества продуктов разделения его, позволяет снизить энергозатраты на стадии стабилизации бензина.

Оптимальный расход тяжелой фракции бензина, выводимой боковым погоном, зависит от фракционного состава нефти, схемы и технологического режима работы колонн К-1 и К-2. В связи с этим для подтверждения, возможности получения тяжелой фракции бензина и на других установках были проведены расчеты фракционирования нефти в условиях отсутствия отпарной секции для целевой фр. 80 - 180°С. В связи с этим для отпарки легких фракций бензина из бокового погона предложено использовать кипятильник с паровым пространством по эффективности разделения эквивалентный одной теоретической тарелке. Кроме того, боковой погон, выводится лишь из укрепляющей секции колонны К-1, так как малое количество тарелок в верхней секции колонны К-2 выше места отбора керосина не позволяет осуществить отбор тяжелого бензина необходимого качества.