21.Вауумная колонна , её отличия от атмосферной. Ректификационная колонна нефть принцип работы


Простая перегонка – Журнал «Сибирская нефть» — ПАО «Газпром нефть»

Нефть состоит из множества компонентов — фракций, — свойства, область применения и технологии переработки которых различны. Первичные процессы нефтеперерабатывающего производства позволяют выделить отдельные фракции, подготовив тем самым сырье для дальнейшего получения всем нам хорошо знакомых товарных продуктов — бензина, дизеля, керосина и многих других

Стабильность прежде всего

Прежде чем попасть на производство, нефть еще на промысле проходит перво-начальную подготовку. При помощи газонефтяных сепараторов из нее уда-ляют наиболее легкие, газообразные составляющие. Это попутный нефтяной газ (ПНГ), состоящий преимуществен-но из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, то есть из углеводоро-дов, в молекулах которых содержится от одного до четырех атомов углерода (от Ch5 до C4h20). Этот процесс называется стабилизацией нефти — подразумевается, что после него нефть будет сохранять свой углеводородный состав и основные физико-химические свойства при транспортировке и хранении.

Объективно говоря, разгазирование пластовой нефти начинается еще в скважине по мере продвижения ее наверх: из-за падения давления в жидкости газ из нее постепенно выделяется. Таким образом, наверху приходится иметь дело уже с двухфазным потоком — нефть / попутный газ. Их совместное хранение и транспортировка оказываются экономически невыгодными и затруднительными с технологической точки зре-ния. Чтобы переместить двухфазный поток по трубопроводу, необходимо соз-дать в нем условия постоянного перемешивания, чтобы газ не отделялся от нефти и не создавал в трубе газовые пробки. Все это требует дополнительных затрат. Намного проще оказывается пропустить газонефтяной поток через сепаратор и максимально отделить от нефти ПНГ. Получить абсолютно стабильную нефть, составляющие которой совсем не будут испаряться в атмосферу, практически невозможно. Некоторое количество газа все равно останется и будет извлечено в процессе нефтепереработки.

Кстати, сам попутный нефтяной газ — это ценное сырье, которое может использоваться для получения электро энергии и тепла, а также в качестве сырья для нефтехимических производств. На газоперерабатывающих заводах из ПНГ получают технически чистые отдельные углеводороды и их смеси, сжиженные газы, серу.

Из истории дистилляции

Дистилляция, или перегонка, — процесс разделения жидкостей путем их испарения и последующей конденсации. Считается, что впервые этот процесс освоили в Древнем Египте, где он применялся при получении из кедровой смолы масла для бальзамирования тел умерших. Позднее смолокурением для получения кедрового масла занимались и римляне. Для этого горшок со смолой ставили на огонь и накрывали шерстяной материей, на которой собиралось масло.

Аристотель описал процесс дистилляции в своей работе «Метеорология», а также упоминал вино, пары которого могу вспыхнуть — косвенно подтверждение того, что его предварительно могли подвергнуть перегонке, чтобы повысить крепость. Из других источников известно, что вино перегоняли в III веке до н. э. в Древнем Риме, правда, не для получения бренди, а для изготовления краски.

Следующие упоминания дистилляции относятся к I веку н. э. и связаны с работами александрийских алхимиков. Позднее этот метод у греков переняли арабы, которые активно использовали его в своих опытах. Также достоверно известно, что дистилляцией алкоголя в XII веке занимались в Салернской врачебной школе. В те времена, впрочем, дистилляты спирта употреблялись не как напиток, а в качестве лекарства. В XIII веке флорентийский медик Тадео Альдеротти впервые осуществил фракционирование (разделение) смеси жидкостей. Первая книга, целиком и полностью посвященная вопросам дистилляции, была опубликована в 1500 году немецким врачом Иеронимом Бруншвигом.

Долгое время для перегонки применялись достаточно простые устройства — аламбик (медный сосуд с трубкой для отвода пара) и реторта (стеклянная кол-ба с узким и длинным наклонным носиком). Техника стала совершенствоваться в XV веке. Однако предшественники современных ректификационных колонн для перегонки нефти, в которых происходит теплообмен между противонаправленными потоками жидкости и пара, появились лишь в середине XIX века. Они позволили получать спирт крепостью 96% с высокой степенью очистки.

Также на месторождении от нефти отделяют воду и механические примеси. После этого она поступает в магистральный нефтепровод и отправляется на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). Прежде чем приступить к пере-работке, нефть необходимо очистить от содержащихся в ней солей (хлоридов и сульфатов натрия, кальция и магния), которые вызывают коррозию оборудования, оседают на стенках труб, загрязняют насосы и клапаны. Для этого используются электрообессоливающие установки (ЭЛОУ). Нефть смешивают с водой, в результате чего возникает эмульсия — микроскопические капельки воды в нефти, в которых растворяется соль. Получившуюся смесь подвергают воздействию электрического поля, из-за чего капли соленой воды сливаются друг с другом и затем отделяются от нефти.

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и неуглеводородных соединений. с помощью первичной перегонки ее можно разделить только на части — дистилляты, содержащие менее сложную смесь. из-за сложного состава нефтяные фракции выкипают в определенных температурных интервалах.

Фракционный состав

Многие процессы на НПЗ требуют подогрева нефти или нефтепродуктов. Для этого используются трубчатые печи. Нагрев сырья до требуемой температуры происходит в змеевиках из труб диаметром 100–200 мм.

Нефть состоит из большого количества разных углеводородов. Их молекулы различаются массой, которая, в свою очередь, определяется количеством составляющих их атомов углерода и водорода. Чтобы получить тот или иной нефтепродукт, нужны вещества с совершенно определенными характеристиками, поэтому переработка нефти на НПЗ начинается с ее разделения на фракции.

Согласно исследованию нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, проведенному Американским нефтяным институтом, номенклатура нефтепродуктов, выпускаемых на современных НПЗ и имеющих индивидуальные спецификации, насчитывает более 2000 пунктов.

В одной фракции могут содержаться молекулы разных углеводородов, но свойства большей части из них близки, а молекулярная масса варьируется в определенных пределах. Разделение фракций происходит путем перегонки и основано на том, что у разных углеводородов температура кипения различается: у более легких она ниже, у более тяжелых — выше. Этот процесс называется перегонкой (дистилляцией).

Основные фракции нефти определяют по интервалам температур, при которой кипят входящие в них углеводороды: бензиновая фракция — 28–150°C, керосиновая фракция — 150–250°C, дизельная фракция, или газойль, — 250–360°C, мазут — выше 360°C. Например, при температуре 120°C большая часть бензина уже испарилась, но керосин и дизельное топливо находятся в жидком состоянии. Когда температура поднимается до 150°C, начинает кипеть и испаряться керосин, после 250°C — дизель.

Существует ряд специфических названий фракций, используемых в нефтепереработке. Так, например, головной пар — это наиболее легкие фракции, полученные при первичной переработке. Их разделяют на газообразную составляющую и широкую бензиновую фракцию. Боковые погоны — это керосиновая фракция, легкий и тяжелый газойль.

От колонны к колонне

Простейшую атмосферную перегонку нефти можно провести путем обычного нагревания жидкости и дальнейшей конденсации паров. Весь отбор здесь заключается в том, что собирается конденсат паров, образовавшихся в разных интервалах температуры кипения: сначала выкипают и затем конденсируются легкие низкокипящие фракции, а затем средние и тяжелые высококипящие фракции углеводородов. Конечно, при таком способе говорить о разделении на узкие фракции не приходится, так как часть высококипящих фракций переходит в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться в своем температурном диапазоне. Чтобы получить более узкие фракции, применяют перегонку с ректификацией, для чего строят ректификационные колонны

Ректификационная колонна

Ректификационная колонна — вертикальный цилиндр, внутри которого расположены специальные перегородки (тарелки или насадки). Пары нагретой нефти подаются в колонну и поднимаются вверх. Чем более легкие фракции испаряются, тем выше они поднимутся в колонне. Каждую тарелку, расположенную на определенной высоте, можно рассматривать как своего рода фильтр — в прошедших ее парах остается все меньшее количе-ство тяжелых углеводородов. Часть паров, конденсировавшихся на определен-ной тарелке или не достигнув ее, стекает вниз. Эта жидкость, носящая название флегмы, встречается с поднимающимся паром, происходит теплообмен, в ре-зультате которого низкокипящие составляющие флегмы снова превращаются в пар и поднимаются вверх, а высококипящие составляющие пара конденсируются и стекают вниз с оставшейся флегмой. Таким образом удается достичь более точного разделения фракций. Чем выше ректификационная колонна и чем больше в ней тарелок, тем более узкие фракции можно получить. На современных НПЗ высота колонн превышает 50 м.

Простейшую атмосферную перегонку нефти можно провести путем обычного нагревания жидкости и дальнейшей конденсации паров. Весь отбор здесь заключается в том, что собирается конденсат паров, образовавшихся в разных интервалах температуры кипения: сначала выкипают и затем конденсируются легкие низкокипящие фракции, а затем средние и тяжелые высококипящие фракции углеводородов. Конечно, при таком способе говорить о разделении на узкие фракции не приходится, так как часть высококипящих фракций переходит в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться в своем температурном диапазоне. Чтобы получить более узкие фракции, применяют перегонку с ректификацией, для чего строят ректификационные колонны

50 метров и больше может достигать высота ректификационных колонн на современных нпз

Отдельные фракции могут подвергаться и повторной атмосферной перегонке для разделения на более однородные компоненты. Так, из бензинов широкого фракционного состава получают бензольную, толуольную и ксилольную фракции — сырье для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола). Повторной перегонке и дополнительному разделению могут подвергать и дизельную фракцию.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках может осуществляться как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках и на атмосферных секциях комбинированных установок может осуществляться разными способами: как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения. Так-же ректификационные колонны могут быть вакуумными, где конденсация паров происходит при минимальном давлении.

Фракции, кипящие при температуре свыше 360°C, при атмосферной перегонке (перегонке при атмосферном давлении) не отделяются, так как при более высокой температуре начинается их термическое разложение ( крекинг): крупные молекулы распадаются на более мелкие и состав сырья меняется. Чтобы этого избежать, остаток атмосферной дистилляции (мазут) подвергают перегонке в вакуумной колонне. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, это позволяет разделить и более тяжелые составляющие. На этом этапе выделяются фракции смазочных масел, сырье для термического или каталитического крекинга, гудрон.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках и на атмосферных секциях комбинированных установок может осуществляться разными способами: как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения. Так-же ректификационные колонны могут быть вакуумными, где конденсация паров происходит при минимальном давлении.

Фракции, кипящие при температуре свыше 360°C, при атмосферной перегонке (перегонке при атмосферном давлении) не отделяются, так как при более высокой температуре начинается их термическое разложение ( крекинг): крупные молекулы распадаются на более мелкие и состав сырья меняется. Чтобы этого избежать, остаток атмосферной дистилляции (мазут) подвергают перегонке в вакуумной колонне. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, это позволяет разделить и более тяжелые составляющие. На этом этапе выделяются фракции смазочных масел, сырье для термического или каталитического крекинга, гудрон.

В ходе первичной переработки получают разные виды сырья, которые затем будут подвергаться химическим преобразованиям в рамках вторичных процессов. У них уже привычные названия — бензин, керосин, дизель, — но они еще не соответствуют требованиям к товарным нефтепродуктам. Их дальнейшая трансформация необходима, чтобы улучшить потребительские качества, очистить, создать продукты с заданными характеристиками и повысить глубину переработки нефти.

www.gazprom-neft.ru

21.Вауумная колонна , её отличия от атмосферной

Вакуумная колонна (ВК) представляет собой сложную ректификационную колонну, работающую по принципу создания парового орошения за счет однократного испарения сырья.

Состав и расход отбираемых продуктов, а также разделительная способность вакуумной колонны могут рассматриваться как ограничения, накладываемые на ее работу . Тогда в качестве параметров, определяющих работу ВСС, следует принять долю отгона сырья, а также давление и температуру верха вакуумной колонны.

Температура нагрева сырьевого потока определяет интенсивность процесса термодеструкции этого потока, что позволяет определить выход и состав газов разложения. Компоненты газов разложения практически не попадают в продукты разделения и полностью переходят в ПГС.

Обычно вакуумная колонна работает под избыточным давлением. Корпус колонны отличается большим диаметром.

С помощью вакуумной колонны перегоняют мазут - остаток после первой переработки нефти и работает по двум схемам:

1. отделяет от мазута дистилляты

2. отделяет широкую фракцию

Вакуумные колонны используют в основном для разделения нефтяных остатков высокого кипения, имеет тарелки(контактные устройства) для обеспечения минимального перепада давления.

Отбор дизельных фракций в вакуумной колонне позволяет разгрузить атмосферную часть установки . Вакуумные перегонные установки отличаются от атмосферных тем, что они работают под разрежением. Ввиду того что температура кипения масляных дистиллятов составляет около 460°С, для их испарения необходимо нагревать мазут свыше 500°С. Но учитывая, что при такой высокой температуре происходит растепление высокомолекулярных углеводородов, для снижения нагрева продукта фракционирование производится в вакуумных установках.

22. Вакуумная перегонка

Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в ТО и по ступает на разделение в колонну частичного отбензинивания. Уходящие с верха этой колонны углев-дный газ и легк. бензин конденсируются и охлаж даются в аппаратах воздушного и во дяного охлаждения и поступают в емкость орошения. Часть конд-та возвращается на верх К-1 в кач-ве ОО. Отбензиненная нефть с низа К-1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой t и поступает в атмосферную К-2. Часть отбензиненной нефти из печи 4 возвращается в низ колонны 1 в кач-

ве горячей струи. С верха К-2 отбирается тяж. бензин, а сбоку через отпарные колонны К-3 выводятся топливные фр-и 180…220 (230), 220(230)…280 и 280…350 °С. К-2 кроме ОО

имеет 2 ЦО, к-рыми отводится тепло ниже тарелок отбора 106 фр-й 180…220 и 220…280 °С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый в. п. для отпарки легкокипящих фр-й. С низа К-2 выводится мазут, к-рый направляется на блок ВП.

Рис. 4.7. Принцип. схема блока АП нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6:

I — нефть с ЭЛОУ; II —легк. бензин; III — тяж. бензин; IV — фр-я 180…220 °С; V

— фр-я 220…280 °С; VI — фр-я 280…350 °С; VII — мазут; VIII — газ; IX — в. п.

Технол. установки перегонки нефти предназначены для разделения нефти на фр-и и послед. перераб. или использования их как компонентов товарных нефтепр-тов. Процессы перегонки нефти осуществляют на т. н. атмосферных трубчатых (AT) и вакуумных трубчатых (ВТ)

или атмосферно-вакуумных трубчатых (АВТ) установках. На установках AT осуществляют неглубокую перегонку нефти с получением топливных (бензиновых, керосиновых,

дизельных) фр-й и мазута. Установки ВТ предназначены для перегонки мазута. Получаемые на них газойлевые, масляные фр-и и гудрон используют в кач-ве сырья процессов послед. (вторичной) переработки их с получением топлив, СМ, кокса, битумов и др. нефтепр-тов.

Блок АП нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6. При выборе технол. схемы и режима АП нефти руководствуются гл. обр. ее ФС, и пр. вс. содерж-ем в ней газов и бензиновых фр-й. Перегонку стабилизированных нефтей постоянного состава с небольшим кол-вом растворенных газов (до 1,2 %

по С4 включительно), относительно невысоким содерж-ем бензина (12…15 %) и выходом фр-й до 350 °С не более 45 % энергетически наиб. выгодно осуществлять на установках (блоках) AT по схеме с однократным испарением, т. е. с одной сложной РК с боковыми отпарными секциями. Установ-

ки такого типа широко применяются на зарубежных НПЗ. Они просты и компактны, благодаря осуществлению совместного испарения легк. и тяж. фр-й требуют min t нагрева нефти для обеспечения заданной доли отгона, характ-ся низкими энергетическими затратами и металлоемкостью. Осн. их недостаток — меньшая технол. гибкость и пониженный (на 2,5…3,0 %) отбор светлых нефтепр-тов, кроме того, по ср. с 2-колонной схемой, они требуют более качественной

подготовки нефти. Для перегонки легк. нефтей с высоким содерж-ем р-римых газов (1,5… 2,2 %) и бензиновых фр-й (до 20…30 %) и фр-й до 350 °С (50…60 %) целесообразно применять АП 105

двухкратного испарения, т. е. установки с предварительной отбензинивающей колонной и сложной РК с боковыми отпарными секциями для разделения частично отбензиненной нефти на топливные фр-и и мазут. 2-колонные установки АП нефти получили в отеч. нефтеперераб. наиб. распространение. Они обладают достаточной технол. гибкостью, универсальностью и способностью перерабатывать нефти разл. ФС, т. к. первая колонна, в к-рой отбирается 50…60 % бензина от потенциала, выполняет функции стабилизатора, сглаживает колебания в ФС нефти и обеспечивает стабильную работу осн. РК. Применение отбензинивающей колонны позволяет также снизить давл. На сырьевом насосе, предохранить частично сложную колонну от коррозии, разгрузить печь от легк. фр-й, тем самым несколько уменьшить ее требуемую тепловую мощность. Недостатками 2-колонной AT явл. более высокая t нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания t низа первой колонны горячей струей, на что требуются затраты доп. энергии. Кроме того, установка оборудована доп. аппаратурой: колонной, насосами, конд-торами-холодильниками и т. д. Блок АП нефти высокопроизводительной, наиб. распространенной в нашей стране установки ЭЛОУ-АВТ-6

функцио нирует по схеме 2-кратного испарения и 2-кратной рект-и

studfiles.net

Принцип работы/действия ректификационной колонны | Алкопроф

Очень часто в рекламных заголовках домашних дистилляторов встречается упоминание «ректификационной колонны». Нет, это не та огромная конструкция, предназначенная для разделения жидкостей на фракции в промышленных масштабах. Но именно ректификационная колонна позволяет добиться максимальной чистоты продукта, а именно – этилового спирта. Максимально возможная крепость этанола в нормальных условиях составляет 96 градусов. Именно такую крепость имеет медицинский спирт-ректификат.

Купить самогонный аппарат с ректификационной колонной (рекомендуем выбрать аппарат марки Luxstahl) в наши дни достаточно просто. И получение спирта любой крепости в домашних условиях – не преступление (преступлением является только его незаконная продажа). А применить спирт высокой степени очистки и крепости в домашних условиях можно на самые разнообразные нужды: от дезинфекции и обезжиривания до приготовления лекарственных рецептов настоек из самогона в домашних условиях.

Устройство и работа ректификационной колонны в самогонном аппарате

Принцип работы самогонного аппарата с ректификационной колонной или без нее остается неизменным – в основе всего лежит дистилляция. Однако именно колонна позволяет осуществить в процессе дистилляции максимально точное разделение фракций и убрать все ненужные примеси.

Какова ее конструкция?

Ректификационные колонны бывают:

  • тарельчатые,
  • насадочные.

Соответственно, внутри колонны имеются тарелки или насадки (например, РНП – регулярная насадка Панченкова). Они могут располагаться не по всей высоте колонны, а заполнять лишь нижнюю ее часть.

Обратите особое внимание: если колонна совершенно полая – она не может называться ректификационной. Это просто бражная (пленочная) колонна. И то с оговоркой, что эта самая трубка оборудована дефлегматором (дополнительным, укрепляющим холодильником). Если нет и дефлегматора, то это не колонна, это просто кусок трубы, не имеющий ничего общего с качественной очисткой дистиллята.

Некоторые аппараты с бражной колонной можно доукомплектовать царгами (имеют наполнение насадками, но не оборудованы дефлегматором). Тогда в случае использования царги качество очистки спирта существенно увеличивается, и колонна может называться ректификационной.

Таким образом, ректификационная колонна в самогонном аппарате – это вертикальная трубка (высотой 1200-1500 мм, диаметром 30-40 мм), имеющая внутри контактные насадки, оборудованная дефлегматором (охлаждающей «рубашкой»). В верхней части колонны в обязательном порядке должен быть установлен термометр. Ну, или должна быть возможность установки термометра, если производитель экономит на комплектации. Термометр нужен для точного контроля температуры паров внутри колонны и, соответственно, для точного соблюдения технологии разделения фракций.

Разные вещества имеют разную температуру кипения, и разделение их происходит за счет испарения жидкости и конденсации пара на контактных насадках (или тарелках), повторяющиеся многократно. Контактируя с жидкостью, пар «выхватывает» из нее легкокипящие вещества, а жидкость «забирает» из пара тяжелокипящие. Плюс происходит и обмен теплом.

Таким образом, в ректификационной колонне при контакте пара и жидкости происходит постоянный тепломассообмен.

Жидкость, обогащенная тяжелокипящими примесями (флегма), стекает обратно в перегонный куб, тогда как спиртовые пары, укрепляясь, поднимаются вверх и переходят уже в конденсирующий холодильник. В верхней части колонны и происходит «отбор» практически чистых компонентов. При более низких температурах покидают колонну эфиры, альдегиды и спирты, а при более высоких – так называемые «сивушные масла» — смесь разнообразных веществ с преобладанием многоатомных спиртов.

Принцип действия ректификационной колонны заключается в том, что в процессе перегонки происходит около 10 одновременных ступенчатых дистилляций, происходящих на разных контактных площадках по всей высоте колонны. Почему именно столько? Не вдаваясь в физические формулы и графики, поясним, что для получения чистого спирта из браги (10-12% содержания спирта по любому из рецептов браги для самогона) в теории потребуется около 10 последовательных перегонок с постепенным повышением крепости дистиллята. Но на практике дистилляция спиртосодержащих растворов крепостью выше 30 градусов связана с большой опасностью возгорания и солидными затратами энергии. То есть со всех сторон – невыгодно. Ректификационная колонна решает эту проблему.

Контактные элементы ректификационной колонны

Чем больше внутри колонны контактных элементов, тем эффективнее происходит разделение веществ по температурам кипения. Тарелки чаще всего используются только на промышленных установках, тогда как для домашнего использования применяются насадки. Насадка – это скрученная во много раз длинная проволока из нержавеющей стали или меди. Насадки многократно увеличивают площадь внутренней поверхности колонны, обеспечивая максимальный контакт пара и жидкости и, следовательно, максимальный тепломассообмен. Насадки могут быть изготовлены из нержавеющей стали или меди. В случае с медью – химически активным металлом – происходит еще и дополнительное связывание вредных соединений серы. Лучше всего использовать насадки промышленного производства, изготовленные из качественного металла, поскольку его коррозия в случае низкого качества испортит и аппарат, и дистиллят.

Подводим итог

Отзывы о самогонных аппаратах колонного типа почти всегда положительны, так как работает ректификационная колонна в самогонном аппарате очень эффективно. Однако при несоблюдении технологии или неправильной эксплуатации самой колонны может происходить снижение качества итогового напитка. Самогонный аппарат с ректификационной колонной – это сложный агрегат, требующий внимательного изучения режимов его работы и приобретения некоторых навыков в регулировке температурных режимов. Но качество получаемого на нем продукта получается ничуть не хуже, а иногда и лучше промышленного производства.

alcoprof.ru