БЛОК ОЧИСТКИ МАЗУТА ОТ СЕРОВОДОРОДА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к нефтепереработке и предназначена для использования в технологических процессах удаления сероводорода из мазута.
Известно устройство для осуществления способа очистки мазута от сероводорода, содержащее массообменный аппарат в виде отпарной колонны, снабженной тарелками в качестве контактных устройств (патент на изобретение RU №2417248). В верхнюю часть колонны насосом подается сырье - мазут и нефтяные фракции - компоненты мазута. Очистка сырья от сероводорода осуществляется подачей противотоком снизу отпарной колонны продувочного газа. В качестве продувочного газа применяется инертный газ, например, азот, либо водород, либо углеводородные газы первичной перегонки нефти. Процесс очистки проводят при температуре не ниже 80°C и не выше температуры начала разложения сернистых соединений очищаемых компонентов. Для циркуляции газа продувки используется компрессор, а для восстановления использованного газа применяют охлаждение его в холодильнике, отделение в сепараторе унесенных углеводородов и дальнейшую очистку от сероводорода в абсорбере. После этого газ вновь направляют в отпарную колонну.
Недостатком описанной установки является широкий диапазон температур проведения процесса - от 80°C до температуры начала разложения сернистых соединений, которая может составить от 150°C до 260°C. Проведение очистки при температурах близких к 80°C гарантирует отсутствие разложения сернистых соединений, однако понижает производительность процесса из-за снижения КПД контактных устройств отпарной колонны (тарелок или насадок) вследствие уменьшения подвижности высоковязкого сырья и замедления процесса десорбции сероводорода при понижении температуры. Кроме того применение для очистки инертного газа (например азота) или углеводородного газа первичной перегонки нефти имеет такие недостатки, как громоздкость подогревателей газа и конденсатора парогазовой смеси (из-за низкого коэффициента теплоотдачи газов), а также трудность полного извлечения отгоняемых углеводородов из газового потока.
Указанных недостатков не имеет установка для десорбции сероводорода из высококипящих нефтепродуктов (патент на полезную модель RU №92421). Установка содержит блок десорбции сероводорода, выполненный в виде отпарной колонны, оснащенной мелкожалюзийными тарелками. К верху колонны подключен трубопровод подачи сырья через теплообменник и фильтр для улавливания частиц кокса. К нижней части колонны подключена линия подачи перегретого пара. Верх отпарной колонны подключен через холодильник к сепаратору. Низ колонны подключен к линии отвода обработанного мазута, снабженной теплообменником и холодильником. Процесс десорбции сероводорода в описываемой установке проводят при поддержании температуры сырья не выше 260°C для исключения возможности распада сероорганических соединений и повышения из-за этого концентрации сероводорода. Недостатком описанного устройства является то, что поддержание требуемой температуры в колонне осуществляется путем охлаждения поступающего сырья в теплообменнике трубопровода подачи сырья, подключенного к верху отпарной колонны. При этом снизу колонны для десорбции сероводорода вводится перегретый водяной пар, от тепла которого температура в кубе колонны может приблизиться к верхнем}' допустимому порогу. Для предотвращения перегрева потребуется снизить температуру сырья на входе с помощью теплообменника. Однако такая регулировка имеет значительную инерционность, в связи с чем повышается риск образования в кубе колонны вторичного сероводорода из-за перегрева очищаемых компонентов. Описанная установка наиболее близка по конструкции к предлагаемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение возможности образования вторичного сероводорода в кубе колонны и повышение производительности установки.
Для достижения указанного технического результата предлагается в первом варианте блок очистки мазута от сероводорода, содержащий отпарную колонну с контактными устройствами, к верху которой подключены система сбора и утилизации нефтяных газов и линия подачи сырья с насосом и теплообменником. К низу отпарной колонны подключены линия подачи водяного пара и линия отвода очищенного мазута с насосом и охлаждающим устройством. Дополнительно к низу отпарной колонны подключена линия рецикла очищенного мазута, снабженная регулирующим клапаном и присоединенная к линии отвода очищенного мазута за насосом и охлаждающим устройством.
По второму варианту предлагается блок очистки мазута от сероводорода, содержащий отпарную колонну с контактными устройствами, к верху которой подключены система сбора и утилизации нефтяных газов и линия подачи сырья с насосом и теплообменником. К низу отпарной колонны подключены линия подачи водяного пара и линия отвода очищенного мазута с насосом и охлаждающим устройством. Дополнительно к низу отпарной колонны подключена линия рецикла очищенного мазута, снабженная регулирующим клапаном и охладителем и присоединенная к линии отвода очищенного мазута между насосом и охлаждающим устройством.
Оба варианта обеспечивают достижение одинакового технического результата и отличаются компоновкой. Так, в блоке очистки мазута по первому варианту охлаждение очищенного продукта и мазута, направляемого на рецикл, осуществляется одним и тем же охлаждающим устройством. По второму варианту линия рецикла очищенного мазута снабжена дополнительным охладителем.
В обоих вариантах целесообразно оснащение линии подачи сырья рекуперативным теплообменником, подключенным к линии отвода очищенного мазута до охлаждающего устройства. При этом за счет ускорения нагрева поступающего сырья усиливается основной технический результат, и дополнительно уменьшаются энергозатраты на проведение процесса вследствие возврата тепла в рекуперативном теплообменнике.
Отличительными признаками от прототипа являются наличие линии рецикла очищенного мазута, снабженной регулирующим клапаном и подключенной к низу отпарной колонны. При этом по первому варианту устройства линия рецикла очищенного мазута подключена к линии отвода очищенного мазута за насосом и охлаждающим устройством. По второму варианту линия рецикла очищенного мазута содержит дополнительный охладитель и подключена между насосом и охлаждающим устройством линии отвода очищенного мазута.
Указанные особенности конструкции по обоим вариантам позволяют быстро регулировать температуру в кубе колонны введением через регулирующий клапан охлажденного и очищенного продукта при приближении температуры сырья к верхнему допустимому порогу.
В прототипе поддержание температуры в кубе колонны осуществляется либо охлаждением поступающего сырья в верхнюю часть отпарной колонны, что приведет к желаемому снижению температуры в кубе с задержкой по времени, либо путем замедления подачи сырья и водяного пара в отпарную колонну. В обоих случаях технологический процесс будет замедляться. Кроме того при более быстром осуществлении процесса очистки (с температурой в кубе колонны близкой к верхнему допустимому порогу) повышается риск образования вторичного сероводорода из-за перегрева сырья. Таким образом предлагаемый блок очистки мазута от сероводорода позволяет в сравнении с прототипом уменьшить возможность образования вторичного сероводорода в кубе колонны и повысить производительность.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами - фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки по первому варианту, а на фиг. 2 - по второму варианту.
Блок очистки мазута от сероводорода по первому варианту (фиг. 1) содержит отпарную колонну 1 с контактными устройствами 2 (например, каскадными тарелками). К верху отпарной колонны подключена линия 3 подачи сырья с насосом 4 и теплообменником 5. Также к верху отпарной колонны подключена система 6 сбора и утилизации нефтяных газов, в качестве которой могут применяться различные известные системы. В качестве одного из возможных вариантов система сбора и утилизации нефтяных газов содержит аппарат воздушного охлаждения 7, вертикальный сепаратор 8, насос 9 для вывода конденсата углеводородной фракции, насос 10 для кислой воды. К верху сепаратора 8 подключена линия 11 отвода сероводородсодержащего газа. К низу отпарной колонны 1 подключена линия 12 подачи водяного пара и линия 13 отвода очищенного мазута с насосом 14 и охлаждающим устройством 15. Также к низу отпарной колонны подключена линия 16 рецикла очищенного мазута с регулирующим клапаном 17, присоединенная к линии 13 отвода очищенного мазута за насосом 14 и охлаждающим устройством 15. Линия 3 подачи сырья может быть снабжена рекуперативным теплообменником 18, подключенным к линии 13 отвода очищенного мазута до охлаждающего устройства 15.
По второму варианту (фиг. 2) блок очистки мазута от сероводорода содержит отпарную колонну 1 с контактными устройствами 2 (например, каскадными тарелками). К верху отпарной колонны подключена линия 3 подачи сырья с насосом 4 и теплообменником 5. Также к верху отпарной колонны подключена система 6 сбора и утилизации нефтяных газов, в качестве которой могут применяться различные известные системы.
В качестве одного из возможных вариантов система сбора и утилизации нефтяных газов содержит аппарат воздушного охлаждения 7, вертикальный сепаратор 8, насос 9 для вывода конденсата углеводородной фракции, насос 10 для кислой воды. К верху сепаратора 8 подключена линия 11 отвода сероводородсодержащего газа. К низу отпарной колонны 1 подключена линия 12 подачи водяного пара и линия 13 отвода очищенного мазута с насосом 14 и охлаждающим устройством 15. Также к низу отпарной колонны подключена линия 16 рецикла очищенного мазута с регулирующим клапаном 17 и охладителем 19, присоединенная к линии 13 отвода очищенного мазута между насосом 14 и охлаждающим устройством 15. Линия 3 подачи сырья может быть снабжена рекуперативным теплообменником 18, подключенным к линии 13 отвода очищенного мазута до охлаждающего устройства 15.
Работает предлагаемый блок очистки мазута от сероводорода следующим образом. В первом варианте компоновки (фиг. 1) сырье - мазут с повышенным содержанием сероводорода - с помощью насоса 4 поступает в верхнюю часть отпарной колонны 1 по линии 3. При этом в теплообменнике 5 сырье подогревается до температуры 200°C с использованием в качестве теплоносителя, например, водяного пара. В нижнюю часть отпарной колонны 1 по линии 12 подается перегретый водяной пар, который поднимаясь вверх, контактирует с сырьем, стекающим по тарелкам 2. При этом происходит десорбция сероводорода водяным паром, который вместе с испарившимися углеводородными фракциями выводится сверху колонны в систему 6 сбора и утилизации нефтяных газов. Для достижения высокой степени очистки рекомендуется поддерживать температуру поступающего в отпарную колонну сырья с помощью теплообменника 5 в пределах не менее 200°C и не более температуры начала разложения сернистых соединений, например, до 210°C. Проведение процесса очистки мазута в рекомендованном температурном диапазоне позволяет получить еще и высокую производительность.
Очищенный мазут из куба отпарной колонны - из ее нижней части - отводится по линии 13 с помощью насоса 14 и, охлаждаясь в охлаждающем устройстве 15, подается в товарный парк. При этом целесообразен отбор тепла отводимого мазута на нагрев поступающего в колонну сырья с помощью рекуперативного теплообменника 18, установленного в линии 3 подачи сырья и подключенного к линии 13 до охлаждающего устройства 15. В кубе отпарной колонны 1 - в ее нижней части - прошедший очистку мазут дополнительно охлаждается введением по линии рецикла 16 части охлажденного и очищенного мазута, забираемого из линии 13 отвода очищенного мазута. Для этого линия рецикла 16 подключена к линии 13 за насосом 14 и охлаждающим устройством 15 и снабжена регулирующим клапаном 17, с помощью которого изменяется подача охлаждающего рециркулята для поддержания температуры в кубе колонны на уровне 180°C во избежание образования вторичного сероводорода в очищенном мазуте. Таким образом на контактных устройствах поддерживается рекомендуемая температура сырья от 200°C до 210°C, что дает высокую производительность, а в кубе колонны предпочтительна температура 180°C, так как необходимо избежать образования вторичного сероводорода в очищенном мазуте. Без дополнительного охлаждения мазута в кубе отпарной колонны возможен его перегрев, в том числе и местный от водяного пара, подаваемого в низ колонны. Рекомендуемые дополнительные параметры процесса: давление в отпарной колонне 3,0-3,5 ата, подача водяного пара в количестве 2-3% от исходного сырья колонны, температура и давление водяного пара - 350°C и 33,0 ата соответственно, температура очищенного мазута после охлаждения в охлаждающем устройстве 15-100°C. Расчетное количество очищенного и охлажденного мазута, направляемого по линии 16 рецикла, составляет 25-30% от исходного сырья.
Водяной пар вместе с углеводородными фракциями, выведенный с верха отпарной колонны 1, поступает в систему 6 сбора и утилизации нефтяных газов, в качестве которой может применяться одна из известных систем. В качестве примера, смесь углеводородных газов и водяного пара, насыщенного сероводородом после отпарной колонны проходят через аппарат воздушного охлаждения 7, где они охаждаются и конденсируются и поступают далее в вертикальный сепаратор 8. С верха сепаратора по линии 11 отводится углеводородный газ с сероводородом, которые могут использоваться известными способами в качестве сырья для технологических установок, например в печах, или в установках производства серы. Сбоку сепаратора 8 насосом 9 выводится конденсат углеводородной фракции. Кислая вода с низа сепаратора насосом 10 откачивается на установку очистки (не показана) одним из известных способов.
Работа блока очистки мазута от сероводорода по второму варианту (фиг. 2) осуществлятся следующим образом. Сырье - мазут с повышенным содержанием сероводорода - с помощью насоса 4 поступает в верхнюю часть отпарной колонны 1 по линии 3. При этом в теплообменнике 5 сырье подогревается до температуры 200°C с использованием в качестве теплоносителя, например, водяного пара. В нижнюю часть отпарной колонны 1 по линии 12 подается перегретый водяной пар, который поднимаясь вверх, контактирует с сырьем, стекающим по тарелкам 2. При этом происходит десорбция сероводорода водяным паром, который вместе с испарившимися углеводородными фракциями выводится сверху колонны в систему 6 сбора и утилизации нефтяных газов. Для достижения высокой степени очистки рекомендуется поддерживать температуру поступающего в отпарную колонну сырья с помощью теплообменника 5 в пределах не менее 200°C и не более температуры начала разложения сернистых соединений, например, до 210°C. Очищенный мазут из куба отпарной колонны - из ее нижней части - отводится по линии 13 с помощью насоса 14 и, охлаждаясь в охлаждающем устройстве 15, подается в товарный парк. При этом целесообразен отбор тепла отводимого мазута на нагрев поступающего в колонну сырья с помощью рекуперативного теплообменника 18, установленного в линии 3 подачи сырья и подключенного к линии 13 до охлаждающего устройства 15.
В кубе отпарной колонны 1 - в ее нижней части - прошедший очистку мазут дополнительно охлаждается введением по линии рецикла 16 части охлажденного и очищенного мазута, забираемого из линии 13 отвода очищенного мазута. Охлаждение мазута осуществляется в охладителе 19 линии рецикла 16, а с помощью регулирующего клапана 17 изменяется подача охлаждающего рециркулята для поддержания температуры в кубе колонны на уровне 180°C во избежание образования вторичного сероводорода в очищенном мазуте. Рекомендуемые дополнительные параметры процесса: давление в отпарной колонне 3,0-3,5 ата, подача водяного пара в количестве 2-3% от исходного сырья колонны, температура и давление водяного пара - 350°C и 33,0 ата соответственно, температура очищенного мазута после охлаждения в охлаждающем устройстве 15-100°C. Расчетное количество очищенного и охлажденного мазута, направляемого по линии 16 рецикла, составляет 25-30% от исходного сырья. Водяной пар вместе с углеводородными фракциями, выведенный с верха отпарной колонны 1, поступает в систему 6 сбора и утилизации нефтяных газов, в качестве которой может применяться одна из известных систем. В качестве примера, смесь углеводородных газов и водяного пара, насыщенного сероводородом после отпарной колонны проходят через аппарат воздушного охлаждения 7, где они охаждаются и конденсируются и поступают далее в вертикальный сепаратор 8. С верха сепаратора по линии 11 отводится углеводородный газ с сероводородом, которые могут использоваться известными способами в качестве сырья для технологических установок, например в печах, или в установках производства серы. Сбоку сепаратора 8 насосом 9 выводится конденсат углеводородной фракции. Кислая вода с низа сепаратора насосом 10 откачивается на установку очистки (не показана) одним из известных способов.