ВАКУУМСОЗДАЮЩАЯ СИСТЕМА В АППАРАТАХ ДЛЯ ПЕРЕГОНКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Область техники, к которой относится полезная
Полезная модель относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для перегонки нефтепродуктов, в том числе мазута, под вакуумом.
Предшествующий уровень техники
Известен способ создания вакуума в промышленных аппаратах, в том числе в вакуумных колоннах для перегонки мазута, включающий отсасывание из аппаратов и ступенчатое сжатие с частичной конденсацией парогазовой смеси, содержащей газы, пары воды и жидких углеводородов, с использованием насосно-эжекторной вакуумсоздающей системы и циркулирующей, частично обновляемой при необходимости углеводородной рабочей жидкости путем ввода подпитки, использование в первом по ходу месте подачи рабочей жидкости многоступенчатого аппарата, состоящего из струйного и вихревых эжекторов, разделение образовавшейся парогазожидкостной смеси после каждого места подачи рабочей жидкости на парогазовую и жидкую фазы, подготовку рабочей жидкости путем охлаждения, вывода из контура циркуляции распитки, как балансового избытка рабочей жидкости, и вывода газов и воды, как подлежащих утилизации примесей, с использованием трехфазного сепаратора под давлением предпочтительно выше атмосферного (патент RU №2094070, кл. B01D 3/10, C10G 7/06, 27.10.1997).
Основными недостатками данного решения являются большие расходы подпитки и циркулирующей рабочей жидкости, а также затраты на ее охлаждение до температуры 30-40°C, которые в совокупности и определяют энергозатраты на процесс создания вакуума с использованием насосно-эжекторных вакуумсоздающих систем. Это объясняется трудностью извлечения примесей (газов и воды) с малым содержанием из большого количества парогазожидкостной смеси, поступающей в трехфазный сепаратор. Другим недостатком данного изобретения является получение некондиционного продукта, насыщенного водой и газами балансового избытка рабочей жидкости (распитки).
Следует заметить, что охлаждение циркулирующей рабочей жидкости является необходимыми условием работы насосно-эжекторной вакуумсоздающей системы, поскольку при сжатии парогазовой смеси в эжекторах и повышении давления жидкости в насосах выделяется тепловая энергия, и, при отсутствии холодильника, во всех аппаратах вакуумсоздающей системы будет неконтролируемо повышаться температура до полной потери работоспособности вакуумсоздающей системы. Температурный режим в вакуумсоздающей системе в целом определяется температурой охлаждения рабочей жидкости в холодильнике устанавливаемой, как правило, ниже 40°C, при этом температура в сепараторах может быть значительно выше.
Известна установка для создания вакуума при перегонке жидкого продукта, содержащая емкость под вакуумом с линией отвода парогазовой фазы и вакуумсоздающее устройство, включающее соединенные между собой линиями входной и выходной жидкостно-газовые струйные аппараты (эжекторы первой и второй ступеней), вакуумный и выходной сепараторы, являющиеся соответственно сепараторами первой и второй ступеней, и насос, при этом линия отвода парогазовой фазы подключена к газовому входу первого струйного эжектора, выход которого подключен к вакуумному сепаратору первой ступени, выход по газу последнего подключен к газовому входу струйного эжектора второй ступени, при этом последний подключен выходом к выходному сепаратору второй ступени и входом по жидкости - к насосу, который в свою очередь подключен входом к выходному сепаратору второй ступени. При этом установка снабжена циркуляционным насосом, подключенным выходом к входному струйному эжектору первой ступени, и сепаратором-гидрозатвором, подключенным входом к выходу жидкости из вакуумного сепаратора первой ступени и выходом к входу в циркуляционный насос (патент RU №2112577, кл. B01D 3/10, C10G 7/06, 10.06.1998).
В данной вакуумсоздающей системе тоже не исключены условия для насыщения рабочей жидкости водой в обоих контурах циркуляции: в основном контуре - из-за вывода воды в жидкой фазе, при котором хотя бы растворенная часть этой примеси остается в жидкой фазе; во вспомогательном контуре - из-за невозможности полного извлечения воды в холодильнике-конденсаторе и постепенного насыщения циркулирующей рабочей жидкости этой примесью. В результате повышается давление насыщенных паров циркулирующих потоков жидкости в обоих контурах, снижается их вакуумсоздающая способность и повышается расход, требуется больше подпитки, или же снижается глубина создаваемого вакуума в аппаратах.
Недостатком данного решения является также сложность реализованной на основе вакуумсоздающей системы технологической схемы, заключающейся в необходимости использования двух высоконапорных насосов, двух сепараторов под давлением выше атмосферного, двух холодильников-теплообменников, холодильника-конденсатора, множества точек ввода и вывода потоков.
Наиболее близким к заявленной полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является решение вакуумсоздающей системы в аппаратах для перегонки нефтепродуктов, содержащей контур циркуляции рабочей жидкости, выполненный с возможностью обновления рабочей жидкости по линиям ввода подпитки, и содержащий главную, сопряженную и совмещенные части контура циркуляции, включающими первый струйный эжектор в главной части, второй струйный эжектор и основной сепаратор под давлением предпочтительно выше атмосферного в сопряженной части и вакуумный сепаратор, теплообменник-холодильник и высоконапорный насос в совмещенной части, а также содержащая линии вывода из контура циркуляции газов, воды и распитки, как балансового избытка рабочей жидкости (патент RU №2146778, F04F 5/54).
В соответствии с вышеописанной вакуумсоздающей системой и реализованной в ней способа создания вакуума использование вакуумного сепаратора в совмещенной части контура циркуляции рабочей жидкости способствует более полной дегазации рабочей жидкости и распитки, однако это не решает проблему более полного извлечения из них воды. Проблема усугубляется еще примененной в данном решении схемы охлаждения рабочей жидкости, часть которой охлаждают путем циркуляции через теплообменник-холодильник и вакуумный сепаратор. При этом ухудшаются условия извлечения как воды, так и газов из рабочей жидкости из-за уменьшения в ней концентрации этих примесей. Вследствие этого, для обеспечения требуемой глубины вакуума в аппаратах требуется увеличенный расход подпитки, низкая температура охлаждения рабочей жидкости. При их постоянстве снижается глубина вакуума в аппарате для перегонки нефтепродукта, т.е. снижается эффективность работы насосно-эжекторной вакуумсоздающей системы в целом, а значительная часть энергозатрат приходится на испарение и конденсацию воды, циркулирующей в вакуумсоздающей системе. Исходя из вышеизложенного, очевидно, что для достижения достаточно глубокого вакуума (до остаточного давления 2 кПа и ниже) требуются существенные энергозатраты на дополнительное охлаждение рабочей жидкости, что приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.
Сущность полезной модели
Настоящая полезная модель направлена на повышение эффективности создания вакуума в аппаратах с использованием насосно-эжекторных вакуумсоздающих систем, заключающейся в первую очередь в снижении расхода подпитки и затрат на охлаждение рабочей жидкости. При необходимости эти эффекты могут быть направлены на углубление вакуума, снижение расхода рабочей жидкости или повышение производительности вакуумсоздающей системы.
Указанная задача решается за счет того, что используют вакуумсоздающую систему аппаратов для перегонки нефтепродуктов содержащую контур циркуляции рабочей жидкости, выполненный с возможностью обновления рабочей жидкости по линиям ввода подпитки, и содержащий главную, сопряженную и совмещенную части контура циркуляции, включающими, по меньшей мере, первый струйный эжектор в главной части, по меньшей мере, второй струйный эжектор и основной сепаратор под давлением предпочтительно выше атмосферного в сопряженной части, и, по меньшей мере, вакуумный сепаратор, теплообменный аппарат и высоконапорный насос в совмещенной части, а также содержащую линии вывода из контура циркуляции газов, воды и распитки, как балансового избытка рабочей жидкости, при этом, сопряженная часть контура циркуляции рабочей жидкости снабжена линиями вывода воды в жидкой фазе, а теплообменный аппарат выполнен с обеспечением возможности контролируемой подготовки рабочей жидкости с охлаждением и поддержанием ее температуры не ниже 40°C.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели теплообменный аппарат выполнен с обеспечением возможности поддержания температуры рабочей жидкости в пределах диапазона 40-100°C.
Сопряженная часть контура циркуляции рабочей жидкости может быть снабжена средненапорным насосом.
Тогда как, совмещенная часть контура циркуляции рабочей жидкости может быть снабжена вихревым эжектором, установленным перед вакуумным сепаратором.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели на выходе рабочей жидкости основного сепаратора в сопряженной части контура циркуляции рабочей жидкости могут быть включены дополнительные эжектор и насос, соединенные последовательно. При этом дополнительный эжектор может быть выполнен вихревого типа, с обеспечением возможности подачи парогазожидкостной смеси из первого эжектора в вакуумный сепаратор.
Совмещенная часть контура циркуляции рабочей жидкости может быть также снабжена секционной буферной емкостью, которая, в частном случае осуществления полезной модели, подключена в линии циркуляции рабочей жидкости перед насосом и может быть выполнена с возможностью вывода распитки в жидкой фазе и/или ввода подпитки по подключенным линиям. При этом буферная емкость может быть дополнительно снабжена коалесцером с обеспечением возможности вывода воды в жидкой фазе.
Совмещенная часть контура циркуляции рабочей жидкости может быть также снабжена самоочищающимся фильтром, установленным на линии циркуляции перед первым и вторым эжекторами.
Сопряженная часть контура циркуляции рабочей жидкости может быть также снабжена линиями вывода распитки, выполненными с обеспечением возможности вывода распитки отдельно или в смеси с водой. При необходимости вода из сопряженной части контура циркулирующей рабочей жидкости может быть выведена по линии вывода в смеси с газами в парогазовой фазе.
Кроме того, сопряженная часть контура циркуляции рабочей жидкости может быть снабжена линией вывода распитки в смеси с газами и водой в парогазовой фазе.
Краткое описание чертежей
На Фигуре представлен чертеж принципиальной технологической схемы установки, реализующей предлагаемую вакуумсоздающую систему применительно к перегонке мазута. Пунктирные линии на схеме относятся к некоторым возможным вариантам реализации решения.
Раскрытие варианта осуществления полезной модели
Вакуумсоздющая система согласно заявляемой полезной модели, как представлено на чертеже (см. Фигура) включает первый струйный эжектор 16 (ЭС-1) и второй струйный эжектор 24 (ЭС-2), вакуумный сепаратор 22 (С-1) и основной сепаратор 27 (С-2) под давлением выше атмосферного и насос 44 (Н-1) с обеспечением возможности циркуляции рабочей жидкости в системе, при этом насос 44 всасывающей стороной подключен через теплообменный аппарат 38 к вакуумному сепаратору 22 и нагнетательной стороной ко входам эжекторов 16 и 24, выходы эжекторов 16 и 24 подключены соответственно к сепараторам 22 и 27, соединенных друг с другом, причем парогазовый выход сепаратора 22 подключен к газовому входу эжектора 24, при этом система снабжена линиями вывода газов 28, воды 29 и распитки 34, как балансового избытка рабочей жидкости.
Вакуумсоздающая система согласно полезной модели работает следующим образом.
Нагретый в печи мазут, содержащий воду, воздух и продукты термического разложения высококипящих соединений (газы, в том числе сероводород и низкокипящие углеводороды), поступают в колонну 1 (К-1) по линии 2. В необходимых случаях в колонну подают отпаривающий агент, например, водяной пар по линии 3. Проникающий через неплотности в колонну 1 и ее вакуумсоздающую систему воздух учитывают путем условного ввода в колонну 1 по линии 4. По линии 5 выводят остаток вакуумной перегонки (гудрон) тяжелый и легкий вакуумные газойли выводят соответственно по линии 6 и 7. Из верхней секции 8 колонны 1, представляющей собой зону верхнего циркуляционного орошения, выводят по линии 9 суммарный поток циркуляционного орошения и балансового избытка вакуумного соляра, и после охлаждения в теплообменно-холодильной системе 10 (ТХС-1) первый из этих потоков возвращают по линии 11 в верх колонны 1, а второй выводят по линии 12 в качестве продукта перегонки. С верха колонны 1 выводят по линии 13 парогазовую смесь, содержащую газы разложения и воздух (газы), пары воды и жидких углеводородов. В случае подачи в колонну 1 водяного пара парогазовую смесь охлаждают в конденсационно-холодильной и сепарационной системе 14 (КХСС-1), образовавшийся конденсат (воду с небольшим содержанием углеводородов) после сепарации выводят по линии 15 и направляют в дренажную систему установки, а парогазовую смесь - по линии 13 в первый струйный эжектор 16 (ЭС-1), относящийся к главной части контура циркуляции рабочей жидкости. При работе колонны 1 без водяного пара парогазовую смесь, выходящую с верха колонны по линии 13, направляют в первый струйный эжектор 16 непосредственно (без охлаждения, частичной конденсации и сепарации). В этот эжектор по линии 17 подают под высоким давлением рабочую жидкость, которая, частично испаряясь, смешивается в эжекторе с парогазовой смесью, поступающей по линии 13, и сжимает на выходе суммарную смесь. Образовавшуюся при этом парогазожидкостную смесь направляют по линии 18 в вихревой эжектор 19 (ЭВ-1), относящийся к совмещеной части контура циркуляции рабочей жидкости. Сюда же по линии 20 подают рабочую жидкость из сопряженной части контура циркуляции. Образовавшуюся суммарную парогазожидкостную смесь подают по линии 21 (барометрической трубе) в вакуумный сепаратор (с гидрозатвором) 22. Парогазовую смесь, представляющую собой концентрат газов и воды, выводят из вакуумного сепаратора 22 и направляют по линии 23 во второй струйный эжектор 24 (ЭС-2), относящийся к сопряженному контуру циркуляции рабочей жидкости. Сюда же по линии 25 подают под высоким давлением часть рабочей жидкости из совмещенной части контура ее циркуляции. Рабочая жидкость, частично испаряясь, смешивается в эжекторе с парогазовой смесью и сжимает на выходе суммарную смесь. Образовавшуюся в результате сжатия парогазожидкостную смесь направляют из второго струйного эжектора 24 по линии 26 (барометрической трубе) в основной сепаратор (с гидрозатвором) под давлением выше атмосферного 27 (С-2), снабженный коалесцером (на чертеже не указан). Из этого сепаратора выводят газы и часть воды (или всю воду) в паровой фазе и этот поток в парогазовой фазе направляют по линии 28 на утилизацию. При образовании водного конденсата его выводят по линии 29. По линии 30 выводят рабочую жидкость с остаточным содержанием газов и воды, которую средненапорным насосом 31 (Н-2) направляют по линии 20 в вихревой эжектор 19, возвращая тем самым рабочую жидкость из сопряженной части циркуляции в совмещенную часть. Возможен вариант направления рабочей жидкости из сепаратора 27 в вакуумный сепаратор 22 самотеком по линии 32, а также вариант вывода распитки (до насоса 31 или с выкида его) по линии 33 и даже по линии 34 после смешения с водным конденсатом, выводимым из сепаратора 27 по линии 29 с целью упрощения технологической схемы за счет уменьшения числа потоков, выводимых из вакуумсоздающей системы. С этой же целью возможен вывод по линии 28 воды и распитки (в случае работы вакуумсоздающей системы без подпитки или малом ее расходе) в смеси с газами в парогазовой фазе.
С низа вакуумного сепаратора 22 выводят объединенный поток рабочей жидкости (сумму поступивших из главной и сопряженной частей контура ее циркуляции) и подают его по линии 35 на прием низконапорного насоса 36 (Н-3). С выкида этого насоса рабочую жидкость выводят по линии 37, охлаждают в теплообменном аппарате 38 (ТА-1) и направляют по линии 39 в буферную емкость 40 (Е-1), разделенную перегородкой на две секции: из первой секции выводят распитку (балансовый избыток рабочей жидкости) по линии 41; во вторую секцию подают при необходимости подпитку по линии 42, эту линию используют также для первоначального заполнения вакуумсоздающей системы рабочей жидкостью. Рабочую жидкость из буферной емкости 40 выводят по линии 43 и подают на прием высоконапорного насоса 44 (Н-1), и с выкида его по линии 45 - в самоочищающийся фильтр 46 (Ф-1), далее по линии 47 направляют на струйные эжектора 16 и 24 соответственно по линиям 17 и 25.
Циркуляцию рабочей жидкости по главной и совмещенной частям контура циркуляции осуществляют по контуру «буферная емкость 40 (Е-1) - высоконапорный насос 44 (Н-1) - самоочищающийся фильтр 46 (Ф-1) - первый струйный эжектор 16 (ЭС-1) - вихревой эжектор 19 (ЭВ-1) - вакуумный сепаратор 22 (С-1) - низконапорный насос 36 (Н-3) - теплообменный аппарат 38 (ТА-1) - буферная емкость 40 (Е-1)».
Циркуляцию рабочей жидкости по сопряженной и совмещенной частям контура циркуляции осуществляют по контуру «буферная емкость 40 (Е-1) - высоконапорный насос 44 (Н-1) - самоочищающийся фильтр 46 (Ф-1) - второй струйный эжектор 24 (ЭС-2) - основной сепаратор 27 (С-2) - средненапорный насос 31 (Н-2) - вихревой эжектор 19 (ЭВ-1) - вакуумный сепаратор 22 (С-1) - низконапорный насос 36 (Н-3) - теплообменный аппарат 38 (ТА-1) - буферная емкость 40 (Е-1)».
Испарение воды в вакуумном сепараторе при повышенной температуре, создаваемой за счет поддержания теплообменным аппаратом температуры рабочей жидкости в диапазоне 40-100°C, обеспечивает более полное ее обезвоживание по сравнению с разделением двух жидких фаз отстаиванием при температуре охлаждения ниже 40°C в соответствии с известными способами, включая прототип. При этом повышается также степень дегазации рабочей жидкости. Следует отметить, что известные способы создают достаточно глубокий вакуум (с остаточным давлением ниже 4 кПа) при охлаждении рабочей жидкости ниже 40°C.
Вывод воды из сопряженной части рабочей жидкости позволяет уменьшить до минимума остаточное содержание воды в рабочей жидкости, направляемой на эжектора. Это становится возможным благодаря концентрированию воды (и газов) в меньшем количестве парогазожидкостной смеси, поступающей в основной сепаратор из второго эжектора, за счет осуществления процесса разделения парогазовой смеси от рабочей жидкости в вакуумном сепараторе при повышенной температуре.
Эти существенные отличительные признаки предлагаемого решения вносят основной вклад в повышение эффективности работы вакуумсоздающей системы: позволяют снизить расход подпитки при установившемся режиме вплоть до нуля и не применять низкотемпературные хладагенты для охлаждения рабочей жидкости.
Вовлечение средненапорного насоса в сопряженную часть контура циркуляции рабочей жидкости позволяет, во-первых, подвести дополнительную энергию в парогазожидкостной поток, направляемый из первого эжектора в вакуумный сепаратор через вихревой эжектор, уменьшив тем самым нагрузку на высоконапорный насос; во-вторых, транспортировать рабочую жидкость из основного сепаратора в вакуумный сепаратор при любом их расположении относительно друг друга; в-третьих, осуществлять при необходимости откачку распитки с вовлечением или без вовлечения воды.
Вовлечение вихревого эжектора в совмещенную часть контура циркуляции рабочей жидкости позволяет интенсифицировать процесс эжектирования за счет закручивания парогазожидкостной смеси и углубить вакуум в аппаратах.
Вовлечение двухсекционной буферной емкости в совмещенную часть контура циркуляции рабочей жидкости позволяет более эффективно использовать подпитку за счет ее подачи (при необходимости) во вторую секцию и вывода распитки из первой секции, а также обеспечивает надежность и технологичность процесса благодаря созданию большего запаса рабочей жидкости, облегчает пуск вакуумсоздающей системы.
Вовлечение самоочищающегося фильтра в совмещенную часть контура циркуляции рабочей жидкости позволяет увеличить межремонтный цикл работы вакуумсоздающей системы за счет уменьшения вероятности засорения и износа элементов эжекторов.
Вывод распитки отдельно или в смеси с водой из сопряженной части контура циркуляции рабочей жидкости при необходимости (например, при работе без подпитки и/или при отсутствии требований к качеству распитки по содержанию воды) позволяет упростить технологическую схему за счет уменьшения количества выводимых из системы потоков.
Вывод воды из сопряженной части контура циркуляции рабочей жидкости при необходимости (например, при отсутствии требований к газам по содержанию воды) в смеси с газами в парогазовой фазе позволяет повысить степень дегазации и обезвоживания рабочей жидкости в основном сепараторе.
Вывод распитки из сопряженной части контура циркуляции рабочей жидкости в смеси с газами и водой в парогазовой фазе при необходимости (например, при отсутствии требований к газам по содержанию жидких углеводородов и воды) обеспечивает максимальную степень дегазации и обезвоживания рабочей жидкости в основном сепараторе и сводит к минимуму (к единице) количество выводимых из системы потоков, упрощая тем самым технологическую схему вакуумсоздающей системы.
Совокупность существенных признаков предлагаемого решения вакуумсоздающей системы позволяет концентрировать воду в относительно небольшом объеме парогазожидкостной смеси, поступающей в основной сепаратор, и извлечь ее там же. В результате расход подпитки может быть снижен вплоть до нуля без сильного охлаждения рабочей жидкости, при этом может быть снижен и расход рабочей жидкости.
Таким образом, предлагаемая вакуумсоздающая система позволяет повысить эффективность ее функционирования при реализации наиболее экологичного способа создания вакуума, при перегонке нефтепродуктов, в том числе мазута.