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. На рисунке 7 представлена принципиальная конструкция вакуумной перекрестноточной насадочной колонны, внедренной на АВТ-4 ПО «Салаватнефтеоргсинтез». Она предназначена для вакуумной перегонки мазута арланской нефти с отбором широкого вакуумного газойля - сырья каталитического крекинга. Она представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат (ранее бездействующая вакуумная колонна) с расположением насадочных модулей внутри колонны по квадрату. Диаметр колонны 8 м, высота укрепляющей части около 16 м. В колонне смонтирован телескопический ввод сырья, улита, отбойник и шесть модулей из регулярной насадки УГНТУ. Четыре верхних модуля предназначены для конденсации вакуумного газойля, пятый является фракционирующим, а шестой служит для фильтрации и промывки паров. Для снижения крекинга в нижнюю часть колонны вводится охлажденный до 320°С и ниже гудрон в виде квенчинга. Поскольку паровые и жидкостные нагрузки в ПНК различны по высоте, насадочные модули выполнены различными по высоте и ширине в соответствии с допустимыми нагрузками по пару и жидкости. Предусмотрены циркуляционное орошение, рецикл затемненного продукта, надежные меры против засорения сетчатых блоков механическими примесями, против вибрации сетки и проскока брызгоуноса в вакуумный газойль.
Давление в зоне питания колонны составило 20-30 мм рт. ст. (27-40 ГПа), а температура верха - 50-70 °С; конденсация вакуумного газойля была почти полной: суточное количество конденсата легкой фракции (180-290 °С) в емкости - отделителе воды - составило менее 1 т. В зависимости от требуемой глубины переработки мазута ПНК может работать как с нагревом его в вакуумной печи, так и без нагрева за счет самоиспарения сырья в глубоком вакууме, а также в режиме сухой перегонки. Отбор вакуумного газойля ограничивался из-за высокой вязкости арланского гудрона и составлял 10-18 % на нефть.
8. Перекрестноточные посадочные 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 (см. рис. 5,б) с переводом ее на одноколонный вариант четкого фракционирования мазута в ПНК. Принципиальная конструкция этой колонны представлена на рисунке 8.
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 следующие результаты по работе ПНК и качеству продуктов разделения:
Показатели До После
реконструкции реконструкции
Производительность, т/ч 46—48 55
Остаточное давление, мм рт. ст
на верху колонны 40-70 40-60
в зоне питания 96-126 53-73
Температура, °С
сырья 365-375 350-360
верха 165-175 165 -175
низа 340-355 340-350
Расход, т/ч
верхнего циркуляционного
орошения 30-35 30-48
водяного пара 0,5-0,8 0,2-0,42
Число теоретических тарелок
в укрепляющей секции 5,6 10,8
Отбор на нефть, % масс.
I погон 8,6-9,0 10,0-10,4
II погон 9,0-9,5 13,0-15,6
Температурный интервал
выкипания фракций, °С (tк95%- tк5%)
I масляный погон 130-140 100 110
II масляный погон 150-160 105-125
Налегание масляных фракций, °С 70-105 27-60
Температура вспышки, °С
I масляный погон 175-178 184-190
II масляный погон 213-217 214 -221
гудрон 247-268 260-290
Вязкость при 50 °С, сСт
I масляный погон 10,5-14 11,7-17
II масляный погон 35-59 39-60
Цвет, ед. ЦНТ
I масляный погон 1,5-2,0 1,5-2,0
II масляный погон 4,5-5,0 3,5-4,5
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%.
9. 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 (рис. 9):
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.
