ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ПУТЁМ ВЫЯВЛЕНИЯ ЕЁ ОПТИМАЛЬНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
Как известно, путем перегонки (ректификации) нефти, газового конденсата и их смесей получают углеводородные фракции, являющиеся промежуточными продуктами для моторных топлив. Процесс перегонки нефтяного сырья осуществляется в установке первичной перегонки, имеющей ректификационную и отгонные колонны, а также целую систему теплообменного оборудования - теплообменники, испарители, конденсаторы, трубчатые печи, аппараты воздушного охлаждения и водяные холодильники.
Анализ состояния первичной перегонки углеводородного сырья в нефтеперерабатывающих предприятиях показывает, что из-за недостаточно эффективной организации движения материальных потоков в ректификационной колонне расход тепловой энергии для осуществления процесса повышается, что существенно отражается в росте себестоимости выпускаемой продукции. Поэтому совершенствование существующих процессов перегонки углеводородного сырья, разработка высокоэффективных, энерго- и ресурсосберегающих технологических процессов и аппаратов ректификации имеет значение для нефтеперерабатывающей отрасли.
В настоящее время, по существующей технологии производства, при первичной перегонке нефти в качестве отпаривающего теплоносителя используется перегретый водяной пар, непосредственно вводимый в кубовые части ректификационной и отгонных колонн. Общий расход водяного пара на процесс ректификации составляет от 2,0 до 6,5 % в зависимости от количества, поступающего в колонну сырья, его состава и технологической ориентированности производства на выпуск определенного вида продукции [1,2].
Проведенные нами исследования показывают, что в технологическом плане целесообразным является резкое сокращение расхода водяного пара на процесс перегонки нефти или же проведение данного процесса без его участия. При этом в качестве альтернативного отпаривающего агента взамен перегретого водяного пара рекомендуется использовать пары углеводородных фракций, выходящих из ректификационной колонны [3].
Применение углеводородных паров взамен водяного пара в ректификационной и отгонных колоннах дает возможность освободить часть технологического пространства тепло- и массообменных аппаратов (2,5-6,5 %), ранее занимаемого водяным паром, его конденсатом и неконденсирующимися газами в составе углеводородных паров. Однородность рабочей среды и увеличение полезного технологического пространства аппаратов способствуют повышению эффективности проведения процессов тепло- и массообмена при конденсации углеводородных паров. Вследствие отсутствия водяного пара в конденсирующихся парах нефтепродуктов устраняется возможность обводнения нефтепродуктов, снизится расход тепловой энергии на перегонку, оборотной воды в конденсаторах и электроэнергии на воздушные охладители [4,5].
Для выявления оптимальных гидродинамических режимов в ректификационной колонне нами проанализированы гидромеханические, тепло- и массообменные процессы, протекающие в основных конструктивных частях ректификационной колонны. Анализ процессов показывает существование некоторых конструктивнотехнологических возможностей, способствующих улучшению структуры потоков в ректификационной колонне, в частности:
- разработка конструкции нового барботажного устройства, равномерно распределяющего пара в большом объеме вязкой среды в кубовой части колонны;
- установление степени влияния основных физико-химических свойств местного сырья (нефти, газового конденсата и их смесей) на гидродинамический режим движения материальных потоков в колонне;
- установление оптимального соотношения компонентов перерабатываемой смеси (нефти и газового конденсата) на гидродинамический режим движения материальных потоков в колонне;
- выбор типа контактных устройств (тарелок) с целью достижения минимально возможного значения гидравлического сопротивления паровому потоку и увеличения создаваемой ими площади контакта взаимодействующих фаз.
Результаты расчета процесса ректификации нефтегазоконденсатных смесей с использованием углеводородных паров показывают, что при этом увеличится интенсивность массоотдачи в 2,6 раз, а гидравлическое сопротивление колонны потоку пара уменьшается на 39 % (по сравнению с аналогом).
Таким образом, применение углеводородных теплоносителей в ректификационной колонне и выявление оптимальных гидродинамических режимов аппарата позволяют значительно интенсифицировать процессы тепло- и массопередачи, способствуют сокращению расхода тепловой энергии на процесс, снижению потребляемой насосами электроэнергии и повысит качество выпускаемых моторных топлив. Поэтому разработка рекомендаций по оптимизации гидродинамических режимов движения материальных потоков в ректификационных аппаратах соответствует направлениям дальнейшего развития нефтеперерабатывающей отрасли экономики, техническому и технологическому перевооружению предприятий, интенсификацию технологических процессов и модернизации морально устаревшей техники.