проект установки атмосферной и вакуумной перегонки нефти в Нигерии, 2023 год, 100 баррелей в сутки.

Установка атмосферной и вакуумной дистилляции нефти: технические детали и конкурентные преимущества

Установка атмосферной и вакуумной дистилляции (AVDU) является первой фундаментальной стадией переработки нефти. Часто называемая «сердцем нефтеперерабатывающего завода», ее основная функция — разделение сложной смеси углеводородов, содержащихся в нефти, на отдельные фракции или «срезы» в зависимости от их температуры кипения. Это первоначальное разделение обеспечивает основные строительные блоки для всех последующих технологических установок.

Эта статья рассматривает технические нюансы и значительные преимущества этой ключевой инфраструктуры нефтеперерабатывающего завода.

Часть 1: Технические детали

Процесс логически разделен на два этапа: атмосферную дистилляцию и вакуумную дистилляцию.

1.1 Предварительная обработка: обессоливание

Перед поступлением в колонны дистилляции нефть должна пройти процесс обессоливания. В нефти обычно содержится вода, неорганические соли (в основном хлориды натрия, кальция и магния) и осадочные примеси.

Процесс: Сырая нефть нагревается и смешивается с пресной водой для растворения солей. Затем смесь направляется в сосуд-обессоливатель, где применяется электростатическое поле высокого напряжения. Это поле способствует коалесценции мелких капель воды в более крупные, которые оседают на дно и выводятся.

Назначение: Удаление солей имеет решающее значение для предотвращения загрязнения, коррозии и отравления катализаторов в последующих установках. При нагревании соли могут образовывать соляную кислоту (HCl), что приводит к сильной коррозии в системах верхней части колонн атмосферной перегонки.

1.2 Атмосферная установка перегонки (ADU)

Обессоленная нефть дополнительно нагревается до приблизительно 350°C - 380°C в ряде теплообменников (предварительная нагревательная система) и в трубчатой печи прямого нагрева (называемой печью-трубопроводом или трубчатой печью).

Затем горячая, частично испаренная нефть подается в атмосферную ректификационную колонну. Это большой цилиндрический сосуд, работающий под давлением, немного превышающим атмосферное, чтобы предотвратить проникновение воздуха.

Внутренняя конструкция: колонна оснащена несколькими горизонтальными поддонами или насадкой, что способствует массо- и теплообмену между поднимающимся паром и нисходящей жидкостью.

Фракционирование: по мере подъема пара он охлаждается. Компоненты с более высокой температурой кипения конденсируются на нижних поддонах, в то время как более легкие компоненты продолжают движение вверх. Боковые потоки отбираются на разных высотах для сбора определенных фракций:

Легкие фракции: газы (C1-C4) и легкий нафта выходят сверху колонны.

Тяжелая нафта: отбирается в верхней части, является предшественником бензина.

Керосин / реактивное топливо: отбирается ниже, является фракцией со средней температурой кипения.

Дизельное топливо / газойль: отбирается еще ниже.

Рефлюкс: часть конденсированной жидкости сверху перекачивается обратно в верхнюю часть колонны в качестве рефлюкса. Это критично для контроля температуры колонны и повышения эффективности разделения верхних продуктов.

Продукт снизу: Остаток с дна атмосферной колонны, называемый атмосферный остаточный нефтепродукт или «длинный остаток», слишком тяжелый, чтобы испариться при атмосферном давлении без крекинга (термического разложения). Этот остаток подается в вакуумную дистилляционную установку.

1.3 Вакуумная дистилляционная установка (VDU)

Чтобы испарить более тяжелые молекулы из атмосферного остатка без их крекинга, давление резко снижается.

Процесс: Атмосферный остаток нагревается в вакуумной печи до температуры около 380°C - 420°C и подается в вакуумную дистилляционную колонну. Эта колонна работает под высоким вакуумом (абсолютное давление 10 до 40 мм рт. ст.), что значительно снижает температуру кипения углеводородов.

Создание вакуума: Вакуум поддерживается в основном серией паровых эжекторов (часто с последующими жидкостно-кольцевыми вакуумными насосами). Паровые эжекторы используют эффект Вентури для отсасывания газов (воздуха и легких углеводородов) с верхней части колонны.

Внутренняя конструкция: Для минимизации перепада давления по колонне используется насадка с низким перепадом давления вместо тарелок. Диаметр колонны также больше, чем у атмосферной колонны.

Фракционирование: Колонна разделяет остаток на:

Вакуумные газойли (VGO): Отбираются в виде боковых потоков; это важные компоненты для установок каталитического крекинга (FCC) и гидрокрекинга.

Вакуумный остаток / «Короткий остаток»: Продукт, получаемый внизу колонны, который часто используется для производства битума, смешивания топливного масла или как сырьё для установки замедленного коксования.

Часть 2: Технические преимущества

Конструкция и работа современной установки АВДУ обеспечивают несколько важных преимуществ:

1. Высокая степень энергетической интеграции и эффективности

Современные атмосферные установки (AVDU) представляют собой образцовое применение тепловой интеграции. Обширная сеть теплообменников («предварительный подогревательный блок») использует горячие потоки продуктов для предварительного подогрева поступающей холодной сырой нефти. Это значительно снижает расход топлива в печах, уменьшая эксплуатационные расходы и углеродный след нефтеперерабатывающего завода. Использование теплообменников на транспортных линиях (TLEs) сразу после печи дополнительно позволяет утилизировать тепло высокого потенциала.

2. Гибкость в эксплуатации

Хорошо спроектированная атмосферная установка может перерабатывать широкий ассортимент сырой нефти различных марок (от легкой малосернистой до тяжелой высокосернистой). Операторы могут регулировать ключевые параметры — температуру на выходе из печи, соотношение орошения и скорости отбора продуктов — чтобы оптимизировать выход наиболее ценных продуктов (например, максимизировать выход дизельного топлива вместо мазута) в соответствии с рыночным спросом и составом исходной нефти.

3. Основа для последующих процессов переработки

Атмосферная установка обеспечивает очищенное и разделенное сырьё для специализированных установок последующих процессов:

Нафту направляют в каталитические риформеры для производства высокооктанового бензина.

Газойль для гидроочистки с целью удаления серы.

Вакуумный газойль (VGO) направляется в каталитический крекинг (FCC) или гидрокрекинг для расщепления тяжелых молекул на бензин и дизельное топливо.

Это первоначальное эффективное разделение имеет ключевое значение для надежности и долговечности этих сложных вторичных установок.

4. Системы продвинутого процессного контроля (APC)

Современные установки оснащены сложными распределенными системами управления (DCS) и алгоритмами продвинутого процессного контроля. APC обеспечивает:

Строгий контроль качества: постоянное соблюдение спецификаций продукции (например, температура вспышки, диапазон кипения).

Максимизацию производительности: безопасное увеличение гидравлических нагрузок на колонны для повышения объемов переработки нефти.

Оптимизацию энергопотребления: динамическую настройку параметров работы для минимизации затрат на энергию.

5. Повышение выхода и ценности продукции

Вакуумный блок, в частности, добавляет существенную ценность. Используя вакуумную дистилляцию вместо атмосферной, НПЗ может перерабатывать топливное масло низкой ценности в нефтяной газ высокой ценности (VGO), который затем перерабатывается в моторные топлива (бензин, дизельное топливо, реактивное топливо). Это значительно увеличивает общий выход ценных продуктов с каждого барреля нефти.

6. Надежность и продолжительность кампаний

Хотя блок подвержен коррозии и загрязнению, AVDU является надежной и проверенной технологией. При правильном выборе материалов (например, плакированные тарелки для обеспечения коррозионной стойкости), эффективной химической обработке (например, антисажевых присадках, ингибиторах коррозии) и тщательном техническом обслуживании эти установки могут работать непрерывно в течение 3–5 лет между капитальными остановками (ремонтами), обеспечивая высокую готовность НПЗ.

Заключение

Атмосферно-вакуумная установка перегонки — это шедевр химической инженерии, объединяющий фундаментальные физические принципы с высокоразвитыми технологиями. Ее технические преимущества, варьирующиеся от беспрецедентной энергоэффективности и эксплуатационной гибкости до обеспечения основы для всего современного нефтеперерабатывающего производства, укрепляют ее незаменимую роль в преобразовании нефти в жизненно важные продукты, которые обеспечивают функционирование мировой экономики. Постоянное совершенствование материалов, процессов управления и тепловой интеграции гарантирует, что она остается эталоном эффективности и надежности.