Ректификация нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Перегонка нефти - разделение нефти на составные части (фракции) по их температурам кипения в целях получения товарных нефтепродуктов или их компонентов. Перегонка нефти -- начальный процесс переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, основанный на том, что при нагреве нефти образуется паровая фаза, отличающаяся по составу от жидкости. Фракции, получаемые в результате перегонки обычно представляют собой смеси углеводородов. С помощью методов многократной перегонки нефтяных фракций удаётся выделить некоторые индивидуальные углеводороды. П. н. осуществляется методами однократного испарения (равновесная дистилляция) или постепенного испарения (простая перегонка, или фракционная дистилляция); с ректификацией и без неё; в присутствии перегретого водяного пара --испаряющего агента; при атмосферном давлении и под вакуумом. При равновесной дистилляции разделение нефти на фракции происходит менее четко по сравнению с простой перегонкой. Однако в первом случае при одной и той же температуре нагрева в парообразное состояние переходит большая часть нефти. В лабораторной практике в основном применяется простая перегонка с ректификацией паровой фазы на установках периодического действия. В промышленности используется перегонка с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз. Такое сочетание позволяет проводить перегонку на установках непрерывного действия и добиваться высокой чёткости разделения нефти на фракции, экономного расходования топлива на её нагрев. Применение водяного пара приводит к снижению температурного режима, увеличению отбора нефтяных фракций и повышению концентрации высококипящих компонентов в остатке. На промышленных установках перегонка вначале проводится при атмосферном давлении, а затем под вакуумом.

При атмосферной перегонке нефть нагревается не выше 370 °С, так как при более высокой температуре начинается расщепление углеводородов -- крекинг, а это нежелательно из-за того, что образующиеся непредельные углеводороды резко снижают качество и выход целевых продуктов.

В результате атмосферной перегонки отгоняются фракции, выкипающие примерно от 30 до 350--360°С, и в остатке остаётся мазут. Из нефтяных фракций, выкипающих до 360°С, получаются различные виды топлив (бензины, топлива для реактивных и дизельных двигателей), сырьё для нефтехимического синтеза (бензол, этилбензол, ксилолы, этилен, пропилен, бутадиен), растворители и др. Дальнейшая перегонка мазута проводится под вакуумом (остаточное давление 5,3--8 кг/м2, или 40--60 мм рт. ст.), чтобы свести к минимуму крекинг углеводородов.

перегонка нефть ректификация колонна

Технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти

Рис.2. Принципиальная технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Аппараты: 1, 3 -- атмосферные ректификационные колонны; 2 -- печи для нагрева нефти и мазута; 4 -- вакуумная ректификационная колонна; 5 -- конденсаторы-холодильники; 6 теплообменники. Линии: I -- нефть; II -- лёгкий бензин; III -- отбензиненная нефть; IV -- тяжёлый бензин; V -- керосин и газойль; VI -- водяной пар; VII -- мазут; VIII -- газы разложения и водяной пар; IX -- масляные фракции; Х -- гудрон

Ректификация

Ректификация - разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся температурами кипения, путем многократных испарения жидкости и конденсации паров. В этом основное отличие ректификации от дистилляции, при которой в результате однократного цикла частичное испарение - конденсация достигается лишь предварительное разделение жидких смесей.

Для ректификации обычно используют колонные аппараты наз. ректификационными колоннами, в которых осуществляется многократный контакт между потоками паровой и жидкой фаз. Движущая сила ректификации - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния, в результате чего пар при контакте с жидкостью обогащается легколетучими (низко - кипящими) компонентами (ЛЛК), а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами (ТЛК). Поскольку жидкость и пар движутся, как правило, противотоком (пар - вверх, жидкость - вниз), при достаточно большой, высоте колонны в ее верх. части можно получить практически чистый целевой компонент.

В зависимости от температур кипения разделяемых жидкостей ректификацию проводят под различным давлением: атмосферным (т. кип. 30-150 °С), выше атмосферного (при разделении жидкостей с низкими т-рами кипения, напр. сжиженных газов), в вакууме (при разделении высококипящих жидкостей для снижения их температур кипения). Ректификацию можно осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификации применяют колонны, состоящие из двух ступеней: верхней - укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ЛЛК) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение ЛЛК и обогащение ее ТЛК). При периодической ректификации в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификацию бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.

Рис. 2. Ректификационная установка непрерывного действия: 1-куб испаритель; 2-колонна; 3-дефлегматор

Непрерывная ректификация

При ректификации в тарельчатых аппаратах (рис. 2) исходная смесь в кол-ве F с концентрацией низкокипящего компонента xF поступает в среднюю часть колонны; верхний продукт-дистиллят в кол-ве D с концентрацией низкокипящего компонента XD отбирается из дефлегматора, а обедненный этим компонентом остаток в кол-ве W с концентрацией xw отводится в качестве нижнего продукта из куба-испарителя (F, D, W-в моль/ч, Хр, XD, XW-B молярных долях). Образующиеся в нем пары поднимаются по колонне, контактируя на тарелках со стекающей жидкостью, и поступают в дефлегматор, откуда часть образовавшегося конденсата, наз. флегмой (Ф моль), возвращается в верхнюю часть колонны.

Материальный баланс по ЛЛК для всей колонны имеет вид:

При работе колонны в адиабатических условиях и равенстве молярных теплот испарения компонентов в каждом сечении укрепляющей части (выше ввода питания) концентрация ЛЛК в паре связана с его концентрацией в жидкости х уравнением рабочей линии:

где R = Ф/D - флегмовое число. Уравнение рабочей линии для исчерпывающей части колонны (ниже ввода питания):

где f = F/D. Зависимость между предельными, или равновесными, концентрациями распределяемого вещества в фазах изображается графически равновесной линией.

Для анализа работы колонны, расчета состава дистиллята и остатка и распределения концентраций ЛЛК по высоте аппарата используют понятие о теоретической ступени разделения, или теоретической тарелке (ТТ). Такая ступень (тарелка) соответствует некоторому гипотетическому участку аппарата, где жидкость и покидающий ступень пар находятся в равновесии. Число ТТ (nт), необходимое для получения дистиллята и остатка заданного состава, можно найти графически с помощью у-х-диаграммы описывающей зависимость между равновесными молярными концентрациями паровой (у*) и жидкой (х) фаз. Для определения пт на графике строят ступенчатую линию между равновесной кривой у* = f(х) и ломаной линией AВС. Линия АВ отвечает уравнению (3), линия ВС-- уравнению (2). В представленном примере для разделения исходной смеси на дистиллят состава xD и остаток состава xW требуется по 3 ТТ в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны. Более точный метод расчета составов дистиллята и остатка при известном числе ТТ основан на последовательном вычислении составов пара и жидкости на каждой тарелке с использованием уравнений рабочих линий и теплового баланса.

Литература

Обрядчиков С. Н., Принципы перегонки нефти, М.-- Л., 1940;

Трегубов А. М., Теория перегонки и ректификации, 3 изд., Баку, 1946;

Сарданашвили А. Г. Технология переработки нефти и газа, ч. 1, М., 1972;

Коган В. Б., Азеотропная и экстрактивная ректификация, 2 изд., Л., 1971; Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 9 изд., М., 1973, с. 496-546;

Багатуров С. А., Основы теории и расчета перегонки и ректификации, 3 изд., М., 1974;

Жаров В. Т., Серафимов Л. А., Физико-химические основы дистилляции и ректификации, Л., 1975;

Александров И. А., Массопсредача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей, Л., 1975;

Кафаров В. В., Основы массопередачи, 3 изд., М., 1979;

Гсльперин Н. И., Основные процессы и аппараты химической технологии, кн. 2, М., 1981, с. 513-59;

Петлюк Ф. Б., Серафимов Л. А., Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет, М., 1983. В. А. Малюсов

Размещено на Allbest.ru