ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ МАЗУТА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Х

И

М

И

Ч

Е

С

К

И

Е

НАУКИ

В.М. Бычков

ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ МАЗУТА

В статье рассмотрены варианты совершенствования процесса вакуумной перегонки мазута. Проанализированы различные варианты проведения процесса.

Ключевые слова: вакуумная перегонка, АВТ, совершенствование, насадки, механоактивация.

В настоящее время в связи с модернизацией и строительством новых установок каталитического крекинга возникла возможность переработки вакуумного газойля с концом кипения до 360 °С. Это, в свою очередь, увеличивает ресурс сырья вакуумного газойля, а также повышает вязкость гудрона и позволяет его использовать в большем составе дорожного битума без окисления.

Важной задачей является также увеличение производительности уже построенных установок ЭЛОУ-АВТ, в том числе при изменении состава сырья, например, в сторону увеличения в нем содержания легкого и тяжелого вакуумного газойля.

Целью работы является поиск путей совершенствования процесса вакуумной перегонки мазута промышленного аналога на установке ЭЛОУ-АВТ-1 с производительностью по мазуту 2,8 млн. т/год. Процесс проводят под вакуумом в колонне, оборудованной регулярной насадкой КоЛ^ШзсЬ Анализ способа производства показал, что основные проблемы возникают при обеспечении высокой доли отгона без заметного разложения углеводородов при минимальном уносе жидкости на нижнюю тарелку, а также применение контактных устройств низкой массообменной эффективностью и высоким гидравлических сопротивлением. Для достижения цели работы рассмотрим основные направления модернизации процесса вакуумной перегонки мазута.

Увеличение отбора и повышение качества вакуумного газойля в новых и модернизированных установках АВТ определяется возможностями оборудования вакуумного блока данных установок, а также путем внедрения комплекса мероприятий:

-оснащением вакуумной колонны регулярной насадкой с низким гидравлическим сопротивлением; -предварительной механоактивацией нефтяного сырья;

© В.М. Бычков, 2022.

Научный руководитель: Анищенко Оксана Витальевна - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.

-путем установки дополнительной колонны.

Использование регулярной насадки с низким гидравлическим сопротивлением.

Вначале в блоках вакуумной перегонки мазута в качестве контактных

устройств вакуумных колонн применялись тарелки, обладающие низкой массообменной эффективностью и высоким гидравлических сопротивлением. Это приводило к увеличению энергозатрат на перегонку, количества образующихся газов разложения и снижению качества получаемых вакуумных дистиллятов [1].

В мировой нефтепереработке в настоящее время для вакуумной перегонки мазута широко применяют насадочные контактные устройства регулярного типа, обладающие значительно меньшим гидравлическим сопротивлением на единицу теоретической тарелки, по сравнению с тарельчатыми контактными устройствами.

Применяемые в настоящее время вакуумные колонны с регулярными насадочными устройствами по способу организации взаимного движения контактирующих потоков жидкости и пара можно подразделить на два типа: противоточные и перекрестноточные [2].

Противоточные насадки изготавливаются из просечных гофрированных листов, которые затем скрепляются между собой в готовые секции.

Основные отличительные особенности противоточных насадок от тарельчатых контактных устройств:

-значительно меньшее гидравлическое сопротивление; -высокая разделительная способность.

Тем не менее, регулярные насадочные устройства обладают также рядом недостатков, таких как:

-высокая стоимость и сложность изготовления;

-сложность организации равномерного распределения орошения по всей площади насадки. Перегонка мазутов в промышленных условиях обычно сопровождается

вводом в куб вакуумной колонны водяного пара в количестве до 1,5 % от массы мазута. Наряду с позитивным влиянием (улучшение отпарки углеводородов) имеют место и отрицательные эффекты: необходимость увеличения площади сечения колонны, разбавление паров углеводородов и снижение за счет этого КПД тарелок ректификационных колонн, увеличение нагрузки на систему создания вакуума.

Частичным решением данной проблемы является реконструкция вакуумной колонны с оснащением ее регулярными насадками с низким гидравлическим сопротивлением. Гидравлическое сопротивление колонны напрямую влияет на отбор вакуумного газойля согласно следующей основной закономерности: гидравлическое сопротивление увеличивается пропорционально квадрату увеличения отбора вакуумного газойля. Так регулярные насадки с низким гидравлическим сопротивлением фирмы «Koch - Glitsch», с распределителями пара и жидкости, позволяют повысить суммарный выход вакуумных дистиллятов и улучшить их качество.

Помимо насадок фирмы «Koch - Glitsch» известно много других регулярных противоточных насадок с низким гидравлическим сопротивлением на одну теоретическую тарелку. На российских и зарубежных НПЗ в основном используются регулярные

противоточные насадочные устройства, разработанные такими компаниями, как «Glitsch» (Джем-пак), «Zulzer» (Mellapak), «Кедр-89» (ВАКУПАК) [3].

Главное преимущество перекрестноточной насадки перед противоточ-ной заключается в том, что противоточная насадка занимает все поперечное

сечение колонны, а пар и жидкость движутся навстречу друг другу, а перекрестноточная насадка занимает всего часть поперечного сечения колонны (в виде различных геометрических фигур: кольцо, треугольник, четырехугольник, многоугольник и др.) и течение жидкости осуществляется сверху вниз, в то время как паровая фаза идет поперек направления течения жидкости.

Представителем данного типа насадок является насадка «PETON» [4]. Разработанная регулярная перекрестноточная насадка «PETON», в отличие от известных типов контактных устройств, таких как про-тивоточная насадка, прямоточные устройства, перекрестноточная тарелка, позволяет сочетать преимущества этих устройств и в существенной мере исключить их недостатки. Перекрестноточная регулярная насадка «PETON» обладает способностью при проектировании колонны самостоятельно регулировать сечение для прохода пара в насадке от сечения для прохода жидкости. Это свойство перекрестного тока в насадке позволяет решить проблему организации эффективного контакта при неравнозначных расходах пара и жидкости в колонне.

Стендовые испытания насадки «PETON», подтвержденные промышленными испытаниями колонн в различных процессах с неравнозначными паровыми и жидкостными нагрузками, показали:

-захлебывание колонны возникает, в среднем, при нагрузках в 2,5 раза больших, чем при противотоке фаз на регулярных насадках;

-эффективность одной секции колонны с насадкой «PETON» составляет от 60 % до 99 % при высоте секций, соразмерной с межтарельчатым расстоянием в колонне, оборудованной тарелками;

-специальное секционирование и перераспределение потоков пара и жидкости увеличивает эффективность, в среднем, в 1,5 раза;

-ВЭТТ колонны с насадкой «PETON» составляет 400 - 1000 мм.

Предварительная механоактивация нефтяного сырья

Метод механоактивации нефтяного сырья, позволяющий увеличить выход вакуумного газойля при перегонке под вакуумом, на данный момент является очень неоднозначным, но достаточно перспективным.

Основным аппаратом в данном методе является дезинтеграционный агрегат высоко давления. Он представляет собой аппарат для диспергирования нефтепродуктов на молекулярном уровне вплоть до разрушения сложных органических молекул на более простые составляющие. Данный метод основан на возникновение, в процессе диспергирования, режима кавитации разной интенсивности. Возле точек схлопы-вания кавитационных пузырьков в конденсированной фазе происходит местное сосредоточение механических напряжений, во следствии чего разрушаются как межмолекулярные, так и межатомные связи. В связи с этим произойдет разупорядочивание и разрыхление надмолекулярной структуры, начнут образовываться активированные молекулы и свободные радикалы. Данные свободные радикалы, участвуя в обычных свободнорадикальных реакциях в период воздействия механических напряжений, а также после завершения их действия, образуют молекулы новых устойчивых соединений как меньшей, так и с большей молекулярной массой по сравнению с исходными компонентами обрабатываемой жидкой субстанции [5]

Ранее проведенные испытания активации нефтяного сырья свидетельствуют, что при проведении процесса при рабочем давлении сжатия 30 МПа последующая первичная перегонка тяжелых западносибирских нефтей сопровождается увеличением доли углеводородов, выкипающих до 100 °C - 200 °C, на 3 % - 7,5 % по объему. При сравнении с исходным образцом снизилась, на 9 - 18°C, температура начала кипения этих фракций после активации, что говорит о наличии деструктивных превращений.

Условия проведения процесса механоактивации играют важную роль, когда целью является повышение отбора вакуумного газойля. Если проводить процесс при давлении больше 30 Мпа, то это поспособствует перераспределению дистиллятных фракций в сторону высококипящих компонентов и создаст возможность более глубокого отбора вакуумных погонов, температура конца кипения которых может превысить 500 °C. Так проведение данного процесса при давлении сжатия 40 и 50 МПА показало повышение температуры конца кипения вакуумных газойлей до 538 °C, что позволяет увеличить выход этих дистиллятов на 7,6% по массе.

Важно отметить, что применение гидродинамической кавитации с давлением, составляющим 50 Мпа, позволило увеличить в составе газойля долю тяжелой части (460 - 538°C) до 68,8%, в то время как у исходного образца данный показатель составляет 66,8%. Это очень важный параметр, так как газойль применяется в качестве сырья для процесса каталитического крекинга. Было выяснено, что после обработки данным процессом при 40 МПа вакуумного газойля увеличилось содержание в нём погона, выкипающего выше 420 °C с 57,4% до 70,4% по массе. Таким образом при каталитическом крекинге активированного газойля повысился суммарный выход целевого продукта, а именно углеводородных газов С3 - С4, высокооктанового бензина и легкого газойля, на 10%, а также снизилось на 13% коксообразование на катализаторе [6].

Однако данный процесс имеет свои весьма существенные недостатки.

Несмотря на высокие показатели отбора вакуумных дистиллятов при проведении процесса механоактивации (40 МПа, 50 МПа) суммарное повышение выхода дистиллятных фракций составило всего 0,7 % по массе. При этом увеличение в нефти концентрации компонентов, кипящих выше 430 °С, компенсировалось за счет снижения доли низкокипящих соединений. Так же большим недостатком является низкая изученность данного процесса в связи с проведением в основном лабораторных исследований при редком промышленном применении.

Применение дополнительной колонны

Существует вариант увеличения отбора тяжелого вакуумного газойля путём установки дополнительной колонны, которая работает в условиях глубокого вакуума с остаточным давлением в верхней части колонны до 0,65 кПа, использующей в качестве сырья полугудрона из основной вакуумной колонны без его предварительного нагрева [7].

Данный способ имеет свои преимущества.

-В полугудроне, полученном на выходе из основной вакуумной колонны, отсутствуют низкокипя-щие компоненты легкого вакуумного газойля, в результате чего при глубоком вакууме объем паров позволит создать колонну сравнительно небольших размеров по диаметру и высоте;

-Отсутствует необходимость вывода лёгкого вакуумного газойля, что требует меньшее число теоретических тарелок, чем в основной колонне;

-Уменьшение числа теоретических тарелок, в свою очередь, снизит гидравлическое сопротивление, что позволит снизить давление в зоне ввода сырья;

-Поскольку основной количество газов разложения отпаривается в основной колонне и практически не содержится в полугудроне, то его применение в качестве сырья в дополнительной колонне потребует применение вакууумсоздающей системы небольшой производительности.

Главной целью процесса вакуумной перегонки нефти является повышение отбора фракций углеводородов от их потенциального содержания, а также повышение производительности установки в целом.

Наиболее целесообразным способом, на данный момент, является замена регулярной насадки Кох-Глитч на регулярную перекрестноточную насадку «PETON». Она имеет более низкое гидравлическое сопротивление, за счёт чего увеличивается скорость движения паровой фазы по высоте колонны, что способствует повышению производительности колонны и увеличению выхода вакуумного газойля. Применение данной насадки будет значительно повышать эффективность работы вакуумной колонны.

Библиографический список

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

352 с.

2.Савченков, А.Л. Первичная переработка нефти и газа: учебное пособие / А.Л. Савченков. - Тюмень: ТмГНГУ, 2014. - 128 с.

3.Максимов, С.В. Модернизация вакуумной колонны установки АВТ-6 / С.В. Максимов, А.И. Колошин, О.Л. Карпиловский // Химия и технология топлив и масел. - 2000. - №4. - с.28-35

4.Пат. № 2607730 РФ, МПК B01D 3/14. Массообменная колонна с перекрестным током жидкой и газовой (паровой) фаз системы " ПЕТОН "/ Мнушкин Игорь Анатольеви; заявитель и патентообладатель Мнушкин Игорь Анатольевич- № 2015147040; заявл. 2015-11-02; опубл. 2017-01-10, Бюл. № 1.

5.Торховский В.Н, использование гидродинамической кавитации для увеличения глубины отбора вакуумных дистиллятов при переботки битуминозных углеводородов / В.Н. Торховский // нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты: сборник научных трудов. Выпуск 23 - Москва: РАЕН, 2016. - 224с.

6.Воробьев С.И. Механодеструкция углеводородов нефти с помощью дезинтегратора высокого давления / С.И. Воробьев // Химия и технология органических веществ. - 2008. - №3, с. 78-85

7.Клыков М.В. Модернизация вакуумного блока установки ЭЛОУ АВТ-4 / М.В. Клыков // Химическая техника. -2011. -№4. - С.28

БЫЧКОВ ВЛАДИСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия;