книги из ГПНТБ / Хейфец А.Е. Опыт работы установок масляного блока на сернистом сырье

количество атмосферно-вакуумных установок различной мощ­ ности (от 600 тыс. до 2000 тыс. тонн в год), рассчитанных на пе­ реработку сернистых нефтей. На действующих заводах произво­ дительность установок АВТ всех типов значительно превышает проектную.

Для переработки сернистых нефтей с целью получения смазоч­ ных масел находятся в эксплуатации установки проектной про­ изводительностью 600 тыс. тонн в год (АВТ-масляные, или АВТМ) и 1000 тыс. тонн в год (укрупненные АВТ). В настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах строятся комбинированные установки ЭЛОУ и АВТ мощностью 2000 тыс. тонн в год.

По проекту на установках АВТ должны получаться следующие продукты.

На атмосферной части: компонент автобензина, керосиновая фракция, дизельное топливо.

Из вакуумной колонны: вакуумный газойль — I фракция вакуумной колонны, фракция— 300—400° С (или 300—350° С),

фракция 400—450° С (или 350—420° С), фракция 450—500° С (или 420—500° С), гудрон (остаток, выкипающий выше 500° С).

На рис. 1 приведена принципиальная технологическая схема укрупненной установки АВТ.

Одним из наиболее важных факторов, предопределяющих эффективность всего технологического процесса производства смазочных масел (деасфальтизация, селективная очистка, депа­ рафинизация), является фракционный состав масляных дистил­ лятов и гудрона, вырабатываемых на установках АВТ. Опыт пуска и длительной промышленной эксплуатации установок АВТ показал, что в их работе имеется целый ряд серьезных недостат­ ков, не позволяющих до настоящего времени достигнуть проект­ ных показателей по отбору и фракционному составу масляных дистиллятов и гудрона.

Широкий фракционный состав масляных дистиллятов и гудрона значительно ухудшает технологические показатели установок по производству смазочных масел. Наличие в масляных дистил­ лятах фракций, выкипающих до 350° С, приводит к ухудшению эффекта очистки масел фенолом, так как при регенерации фенола из экстрактного и рафинатного растворов происходит загрязнение последнего так называемым «легким маслом» и его избирательные свойства снижаются. В циркулирующем феноле накапливается значительное количество «легкого масла», которое отделить от фенола не удается. Содержание в масляном дистилляте тяжелых фракций, выкипающих выше 500° С, также отрицательно сказы­ вается на последующих процессах очистки масел. При очистке такого дистиллята фенолом затрудняется извлечение из него смо­ листых веществ и полициклических ароматических углеводородов, повышается коксуемость получаемого рафината и ухудшается его цвет.

10

В дальнейшем, при депарафинизации такого рафината возни­ кают большие трудности, поскольку в тяжелых масляных фрак­ циях содержатся церезины, забивающие при фильтрации поры фильтровальной ткани барабанных вакуум-фильтров. Это вызывает частую промывку вакуум-фильтров, а также снижение произво­ дительности установок и отбора депарафинированного масла.

Наличие в гудроне значительного количества масляных фракций, выкипающих ниже 500° С, снижает его вязкость, тре­ бует подбора специального режима на установках деасфальтиза­ ции и в ряде случаев приводит к потерям ценных высоковязких компонентов масел, которые в результате неполного извлечения остаются в асфальте.

Анализируя работу установок АВТ с точки зрения получения качественного сырья для производства смазочных масел, следует подробно остановиться на причинах, ухудшающих технологиче­ ские показатели процесса.

В первую очередь следует отметить недостаточную погоно­ разделительную способность атмосферной части установок.

Данные промышленного обследования действующих устано­ вок АВТ Ново-Уфимского и Ново-Куйбышевского НПЗ, прове­ денного БашНИИ НП в 1957—1959 гг., показали, что в резуль­ тате нечеткой работы атмосферной части в мазуте остается 3,5— 4,0% на нефть дизельных фракций, причем их налегание по тем­ пературам разгонки составляет 70—80° С [3, 4, 5]. В некоторой степени это объясняется необходимостью получения из атмосфер­ ной колонны дизельного топлива с содержанием серы не выше 1 %, а при переработке сернистых нефтей это достигается снижением температуры конца кипения дизельного топлива, т. е. за счет об­ легчения фракционного состава мазута. Строительство установок для гидродоочистки сернистых дизельных топлив позволит решить проблему утяжеления мазута за счет получения в атмосферной

тического или термического крекингов. Это мероприятие имеет особенно важное значение для тех установок, которые выпускают облегченные марки дизельных топлив (зимнее и специализирован­ ное). В настоящее время тяжелый газойль не отбирается. » Кроме того, недостаточный отбор светлых нефтепродуктов, в особенности дизельного топлива, и облегчение фракционного

состава мазута обусловлены низкой температурой в низу атмо­ сферной колонны, которая в среднем составляет 330—340° С (для улучшения погоноразделительной способности колонн ее следо­ вало бы поднять на 30—40° С). Нечеткое погоноразделение в ат­

12

мосферной части установок АВТ и связанное с этим ухудшение качества мазута оказывают отрицательное влияние и на ректифи­ кационную способность вакуумной части.

Вследствие перегрузки верхней части вакуумных колонн па­ рами легких дизельных фракций ухудшается качество масляных дистиллятов, снижается их отбор и резко увеличиваются потери нефтепродуктов с водами барометрического конденсатора. Эти по­ тери на действующих установках АВТ являются довольно высо­ кими и составляют примерно 0,6—0,8% на нефть [4, 5]. Уже одно это достаточно наглядно показывает, какое важное значение при­ обретает вопрос улучшения работы атмосферной части и получе­ ния мазута необходимого фракционного состава.

На работе вакуумной части АВТ отрицательно сказалось и

гические показатели ухудшились, что привело к снижению отбора

икачества масляных дистиллятов.

Впоследние годы производительность установок АВТМ в сред­ нем составила около 140%, при этом отбор масляных дистилля­ тов находится на уровне 17,9—18,9% вместо 21% по проекту.

Мощность укрупненных АВТ превышает проектную на 25%, а отбор масляных дистиллятов составляет всего 10—14% вместо

Длительный опыт эксплуатации установок АВТ на различных зацодах показал, что для получения трех масляных дистиллятов, выкипающих в пределах 50—80° С, восемнадцати ректификацион­ ных тарелок (в том числе 14 в концентрационной части) недоста­ точно [5, 27 ]. На практике получаемые масляные дистилляты имеют более широкий фракционный состав, и температурное нале­ гание соседних фракций составляет 100—150° С, а в отдельных случаях 150-220° С [5, 26, 27].

13

Вопросу улучшения погоноразделительной способности ва­ куумной части установок АВТ в последние 3—4 года уделяется бо­ лее серьезное внимание; выявилось несколько направлений, целью которых является повышение отбора и улучшение качества масляных дистиллятов.

Одним из таких мероприятий является наращивание вакуум­ ной колонны и увеличение числа ректификационных тарелок с 18 до 24, осуществленное в 1959—1960 гг. на укрупненных АВТ Черниковского и Волгоградского НПЗ, позволившее несколько улучшить фракционный состав масляных дистиллятов и умень­ шить взаимное налегание соседних фракций по температурам разгонки.

Зарубежные данные по работе установок АВТ, а также дли­ тельный опыт эксплуатации установки Грозненского НПЗ [301 свидетельствуют о том, что для получения масляных дистиллятов более узкого фракционного состава количество ректифика­ ционных тарелок в вакуумной колонне должно быть значительно' больше (28—30) и, кроме того, на каждую выводимую масля­ ную фракцию следует иметь отпарную секцию с подогревом нижней части и подачей водяного пара для отпарки легких фракций [4].

Однако значительное увеличение числа ректификационных та­ релок в вакуумной колонне отрицательно сказывается на величине вакуума в зоне испарения и при прочих равных условиях приво­ дит к снижению глубины отбора [26 ].

Более перспективной, на наш взгляд, является двухступен­ чатая вакуумная перегонка, при которой в первой вакуумной колонне от мазута отбирается широкая масляная фракция, по­ следняя во второй колонне разделяется на более узкие. Зарубеж­ ные данные [28] показывают, что при двухступенчатой вакуумной перегонке налегание масляных фракций значительно меньше и составляет всего 10—20° С против 43—1110 С при одноступен­ чатой перегонке. В настоящее время двухступенчатая вакуумная перегонка находится в стадии внедрения на установках НовоКуйбышевского и Ново-Уфимского НПЗ.

В 1958—1959 гг. двухступенчатая вакуумная перегонка была успешно опробована при выработке трансформаторного дистил­ лята (фракция 300—400° С) на установке Ново-Уфимского НПЗ, где вторичной перегонке подвергалась смесь I и II масляных фрак­ ций [8, 9, 27]. Более эффективной в данном случае оказалась пред­ ложенная работниками Ново-Уфимского НПЗ рециркуляция из­ бытка I масляной фракции на нижние тарелки атмосферной ко­ лонны. При этом погоноразделительная способность вакуумной колонны (качество III и IY фракций) несколько улучшилась как за счет увеличения отбора дизельного топлива на 2% на нефть, так и за счет повышения температуры выхода нефти из атмосфер­ ной печи на 35—40° С [8, 9, 27 ]. В случае вывода тяжелого газойля

14

из атмосферной колонны необходимость в рециркуляции I масля­ ной фракции отпадет и нагрузка верхней части вакуумной ко­ лонны будет снижена за счет уменьшения количества паров лег­ ких дизельных фракций.

Использование двухступенчатой вакуумной перегонки при незначительных капитальных затратах, безусловно, позволит ре­ шить проблему получения качественного сырья для установок масляного блока.

Для обеспечения четкости процесса ректификации огромное значение имеет конструкция тарелок. Это особенно важно для ва­ куумных колонн, диаметр которых составляет 6,4 м, где обеспе­ чение равномерности работы тарелок и качественный их монтаж связаны с серьезными трудностями.

В колоннах диаметром выше 2,4 ж ректификационные тарелки выполняются из сборных элементов — сегментов — и от того, как выполнен монтаж тарелок и насколько надежно осуществлено уплотнение сегментов в местах соединений, зависит работа колонны. В качестве уплотнения элементов сборных ректифика­ ционных тарелок с круглыми и желобчатыми колпачками, при­ меняемых в вакуумных колоннах, используется асбестовый шнур, который при работе часто выходит из строя, причем момент нарушения уплотнения в период эксплуатации установки опреде­ лить практически невозможно. В результате этого происходит нарушение контакта между парами и жидкостью на тарелке и качество масляных дистиллятов ухудшается. Неудовлетвори­ тельная работа тарелок объясняется недостатками конструкций применяемых в настоящее время желобчатых и колпачковых тарелок. На ряде установок АВТ-масляных Ново-Уфимского НПЗ в 1959 г. места соединений сборных элементов ректификационных тарелок в вакуумных колоннах полностью заварены, что ре­ шило вопрос уплотнения тарелок, улучшило работу колонны [27], одновременно это создало определенные трудности при ремонтах колонн и демонтаже тарелок.

В последние годы разработаны и испытаны более совершенные конструкции тарелок. В первую очередь к ним следует отнести недавно разработанную Гипронефтемашем конструкцию ситчатой тарелки с отбойными элементами, которая в 1959—1960 гг. успешно прошла стендовые испытания и в настоящее время уста­ новлена на атмосферной колонне АВТ Ново-Куйбышевского НПЗ. Первые промышленные испытания этих тарелок дали весьма об­ надеживающие результаты.

Аналогичные промышленные испытания таких тарелок следует провести на вакуумных колоннах АВТ, вырабатывающих сырье для производства масел, с целью выявления их фракционирующей способности при перегонке мазута. На действующих установ­ ках целесообразно было бы испытать рекомендуемые фирмой «Баджер» [32] промывные тарелки и сетчатые фильтры, которые

15

дополнительно устанавливаются над испарительной секцией ко­ лонны для предотвращения заноса в дистилляты частиц остатка.

Особо следует остановиться на технологическом режиме ва­ куумной части установок АВТ.

Наиболее важной причиной налегания масляных фракций являются трудности, связанные с созданием в колонне глубокого вакуума. В связи с трудностью создания вакуума, предусмотрен­ ного проектом (720 мм pm. cm), на действующих установках в целях облегчения процесса испарения мазута в вакуумные колонны подают большое количество водяного пара (до 5% на мазут), что отрицательно сказывается на фракционировке. Ва­ куум в верхней части колонн поддерживается на уровне 600— 680 мм pm. cm.

На большинстве установок, стремясь к повышению произво­ дительности по обессоленной нефти, часть труб вакуумной печи переключали для нагрева атмосферного потока, что привело к снижению температуры мазута при входе в вакуумную колонну до 395—410° С вместо 425—430° С по проекту. Недостаточная тем­ пература мазута, поступающего в вакуумную колонну, отражается на отборе и качестве масляных дистиллятов, при этом происходит обогащение гудрона фракциями, выкипающими до 500° С.

В целях углубления отбора и утяжеления гудрона на НовоУфимском НПЗ [5, 27] в 1958 г. были осуществлены опытные про­ беги, во время которых температура нагрева мазута в печи была доведена до 420° С. Во избежание разложения мазута в потолоч­ ный экран вакуумной печи подавался водяной пар в количестве 1,2—1,5% на мазут. Это мероприятие позволило увеличить отбор масляных фракций на 2,0—2,3% на нефть, причем особенно уве­ личилось количество и улучшилось качество IV масляной фрак­ ции (повысилась ее вязкость). Температурное налегание масляных фракций значительно снизилось, а фракционный состав гудрона улучшился за счет снижения содержания фракций, выкипающих до 500° С. Во время опытного пробега было выявлено, что дальней­ шее повышение температуры мазута и увеличение расхода пара приводят к снижению Вакуума и ухудшению качества IV фракции за счет заноса смолистых веществ [5, 27].

Схема регулировки подачи мазута через трубчатую печь в ва­ куумную колонну, предусмотренная проектом для АВТМ, ока­ залась неудачной. По этой схеме подача мазута связана с уров­ нем в атмосферной колонне, и при колебаниях уровня происходят колебания загрузки вакуумной печи, а это резко отражается на работе колонны. На большинстве установок эта схема регулиро­ вания была изменена. В настоящее время регулируется постоян­ ство расхода мазута через трубчатую печь, что позволяет стаби­ лизировать работу вакуумной части.

На большинстве вакуумных колонн действующих установок не производится подача промежуточного циркуляционного оро­

16

шения, целью которого является съём излишнего количества тепла. На установках подается только верхнее орошение, крат­ ность которого в связи с этим значительно увеличивается, однако в ряде случаев отсутствие промежуточного циркуляционного оро­ шения не компенсируется.

Отсутствие промежуточного съёма тепла и недостаток верх­ него орошения, особенно на укрупненных АВТ, привели к тому, что во многих случаях температура верха вакуумной колонны составляет 140—180° С вместо 75—125° С по проекту. Это, в свою очередь, влечет за собой увеличение потерь нефтепродуктов с во­ дами барометрического конденсатора. На величину вакуума в верхней части колонны серьезное влияние оказывает темпера­ тура охлаждающей воды, подаваемой в барометрический конден­ сатор. В летнее время на нефтеперерабатывающих заводах необ­ ходимую температуру воды не всегда удается обеспечить. Важную роль играет и чистота охлаждающей воды, ибо наличие в ней раз­ личных примесей (минеральные соли, ил и т. д.) приводит к засо­ рению тарелок барометрического конденсатора.

Трудности, связанные с получением из вакуумных колонн АВТ узких дистиллятных фракций 350—420° С и 420—500° С, вынудили на ряде установок вместо них выводить широкую ди­ стиллятную фракцию 350—500° С, что в некоторой степени позво­ лило увеличить отбор [5]. В дальнейшем на некоторых заводах эта фракция после селективной очистки и депарафинизации под­ вергается вторичной вакуумной перегонке с целью получения более узких фракций, из которых путем компаундирования полу­ чают различные сорта масел. Однако вторичная перегонка очи­ щенных дистиллятных масел отрицательно влияет на их стабиль­ ность и приводит к появлению побочных продуктов [31 ]. На ряде заводов установки вторичной вакуумной перегонки масел переоборудованы для разгонки гача депарафинизации с целью получения сырья узкого фракционного состава для производства парафина, поэтому не всегда представляется возможным осуще­ ствить вторичную перегонку широкой масляной фракции.

Получение широкой масляной фракции на установках АВТ не решает вопроса улучшения работы установок масляного блока и ограничивает ассортимент смазочных масел, выпускаемых неф­ теперерабатывающими заводами.

На некоторых действующих заводах выполнен ряд техниче­ ских мероприятий, направленных на улучшение технологических показателей работы вакуумной части АВТ. Работники НовоУфимского НПЗ внесли в технологическую схему вакуумной части установок следующие изменения:

1. Вывод III масляной фракции на укрупненной АВТ произ­ водится не с 9-й тарелки, как это было предусмотрено проектом, а с 11-й, что позволяет добиваться более четкого разделения III и IV масляных фракций [10, 27].

17

2. Горизонтальные вакуумприемники на одной из АВТМ за­ менены вертикальными, внутри которых смонтированы по 4 же­ лобчатые тарелки и подведен перегретый пар, что позволяет по­ высить температуру вспышки и улучшить качество масляных дистиллятов.

3. Увеличена поверхность холодильников верхнего циркуля­ ционного орошения и насос типа 5НГК-5 X1 заменен более мощным типа 6НГ-7 X 2 с электродвигателем мощностью 90 кет,, что по­ зволило снизить температуру верха вакуумной колонны со 180° С

до 140-160° С [10, 27].

4. Колодец барометрического конденсатора заменен специаль­ ной ловушкой (металлический ящик), монтируемой вблизи ва­ куумной колонны. Из ловушки нефтепродукт, представляющий собой компонент дизельного топлива с повышенным содержанием серы (1,6 ч- 1,7%), специальным насосом, устанавливаемым под вакуумной колонной, откачивается в мерники дизельного топлива или вакуумного газойля [3, 10]. Вода из ловушки выводится в систему оборотной воды.

Необходимость расширения ассортимента смазочных масел и выпуска в широких масштабах легких низкозастывающих глубоко очищенных масел, таких как МС-6, МС-8, трансформатор­ ное и другие, предъявляет к работе вакуумной части установки АВТ весьма серьезные требования.

Достижение четкого фракционного состава и проектного вы­ хода масляных дистиллятов является одной из наиболее важных проблем технологии производства смазочных масел из сернистых нефтей.

Результаты промышленной эксплуатации и обследований уста­ новок АВТ, проведенных в последние годы БашНИИ НП, ВНИИ НИ и КуйбышевНИИ, позволяют сделать выводы о том, что без серьезной реконструкции вакуумной части установок получение масляных дистиллятов необходимого фракционного состава прак­ тически не представляется возможным.

III. ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИЯ ГУДРОНА В РАСТВОРЕ ЖИДКОГО ПРОПАНА

Сущность процесса и технологическая схема установки. Уста­ новка деасфальтизации служит для очистки масляного гудрона, вырабатываемого на вакуумных колоннах АВТ, от асфальто-смо­ листых веществ с целью получения высоковязких компонентов смазочных масел. Процесс основан на различной растворяющей способности жидкого пропана по отношению к масляной части гудрона и асфальто-смолистым веществам. Контактирование мас­ ляного гудрона и жидкого пропана с выделением асфальто-смоли­ стых веществ осуществляется в экстракционной колонне, при этом масляные углеводороды и частично смолы переходят в раствор про­ пана, а асфальто-смолистые вещества осаждаются. В экстракцион­

18

ной колонне образуются два потока: восходящий поток раствора масляных углеводородов в пропане и нисходящий поток асфальто­ смолистых веществ.

Температура в верхней части экстракционной колонны выше, чем в нижней. Разница между температурами (температурный градиент экстракции) практически составляет 12—20° С.

Давление в экстракционной колонне поддерживается в зави­ симости от температуры процесса и должно превышать упругость насыщенных паров пропана при температуре экстракции на

2—2,5 ати.

Основными факторами, влияющими на процесс деасфальтиза­ ции, являются температурный градиент экстракции, качество рас­ творителя — жидкого пропана— и его соотношение с- сырьем.

Обычно процесс деасфальтизации производится при темпера­

в нем смол и высокомолекулярных углеводородов, при этом улуч­ шается качество целевого продукта — деасфальтизата, но сни­ жается его выход. Увеличение кратности пропана к сырью при­ водит к увеличению выхода деасфальтизата за счет дополнитель­ ного извлечения высокомолекулярных масляных углеводородов и смол, но качество его при этом снижается.

Эффективность процесса деасфальтизации в значительной сте­ пени определяется и качеством применяемого пропана. Низкое качество технического пропана, в котором содержание пропана 80—85% вместо 93—95% по проекту, значительно затрудняет нормальную эксплуатацию установок. При этом снижается их производительность по сырью, уменьшается выход деасфальти­ зата и качество его не соответствует нормам (высокое коксовое число, темный цвет, низкая вязкость). Присутствие в техническом пропане пропилена снижает его избирательные свойства, а повы­ шенное содержание этана (3—5%) ведет к повышению давления

всистеме.

Впоследние годы работа деасфальтизационных установок значительно улучшилась, и в этом решающую роль сыграло улуч­ шение качества пропана. Это позволило увеличить производитель­

ность установок за счет снижения соотношения пропан — сырье с 8 : 1 д о 5 ч - 6 : 1 при сохранении требуемых качеств деасфаль­ тизата (коксовое число не выше 1,25—1,3%, вязкость кинематиче­ ская при 100° С не менее 18—20 сст).

Получаемый на установках деасфальтизат подвергается фе­ нольной очистке, а асфальт является сырьем для производства битума. Принципиальная схема установки деасфальтизации при­ ведена на рис. 2.

Сырье — гудрон — подается в среднюю часть экстракцион­ ной колонны К-1 через подогреватель-холодильник Т-1, где