Использование водяного пара при перегонке углеводородных смесей

Использование водяного пара в процессе перегонки углеводородных жидких смесей вызвано стремлением понизить температуру перегонки и тем самым предохранить от разложения недостаточно стойкие соединения. Той же цели можно достигнуть, проводя перегонку под вакуумом, т.е. поддерживая пониженное давление с помощью соответствующего оборудования. Однако во многих случаях применение водяного пара практически более целесообразно, так как при отгонке, например, сравнительно малолетучих веществ вакуумная перегонка трудно осуществима, а использование вакуум-насоса удорожает стоимость перегонной установки.

В процессе перегонки водяной пар непосредственно вводится в массу перегоняемой жидкости, что приводит к понижению парциального давления, которое должны иметь углеводородные пары, чтобы жидкость закипела; это позволяет вести перегонку при более низкой температуре. Вместо водяного пара может быть использован любой химически нейтральный или, как говорят, инертный газ или пар, например азот или двуокись углерода. Однако при этом возникают дополнительные трудности, связанные с последующим улавливанием этого газа или пара и его отделением от трудно в этих условиях ожижаемого дистиллята. Отработанный же водяной пар всегда имеется на нефтезаводах в значительном количестве, а отделение воды от ожиженного дистиллята осуществляется простым отстоем, чем и объясняется широкое применение водяного пара во многих случаях перегонки углеводородных систем. Так, водяной пар используется в случаях отгонки небольших летучих примесей, или для разделения высококипящих веществ, или для их отделения от еще более высококипящих соединений, когда из-за их недостаточной термостойкости простой нагрев не достигает цели даже при низком давлении.

В зависимости от условий проведения процесса перегонки водяной пар может присутствовать в равновесной парожидкостной системе в насыщенном либо перегретом состоянии.

Использование В.П. – применяется, когда создать паровой поток за счет нагрева сырья нельзя из-за температурных ограничений.

В.П. понижает парциальное давление углеводородов, при этом снижается температура кипения углеводородов и предотвращается их термическая деструкция. В.П. проходит всю РК и уходит с верхним продуктом, понижая температуру в ней на 10-20⁰С. Расход В.П. зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу РК. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу РК необходимо, чтобы около 25% ее переходило в паровую фазу.

В нефтепереработке используется перегретый В.П. с температурой равной или чуть выше температуры подаваемого сырья (Р=2-3 ат, Т=350-450⁰С). Не практикуется использование насыщенного В.П., т.к. его Р и Т взаимосвязаны, например, при Т=350⁰С его Р= 170 ат. Стоимость пара с высоким давлением высокая, поэтому его использование не экономично. Насыщенный пар низкого давления имеет низкую температуру (например, Р=10 ат, Т=180⁰С), в колонне часть тепла идет на его нагрев, что также не экономично.

Преимущества использования В.П.:

-увеличивается турбулизация кипящей жидкости, что способствует испарению НКК;

-создается большая поверхность испарения за счет испарения у/в внутрь пузырька пара;

-предотвращает местный перегрев и закоксовывание труб при разделении тяжелых остатков.

Однако, применение В.П. имеет и свои недостатки:

-увеличиваются затраты на перегонку (его необходимо сконденсировать, нагрузка на конденсатор-холодильник возрастает);

-увеличение нагрузки колонны по парам, что вызывает унос жидкости между тарелками;

-снижается парциальное давление нефтяных паров, из-за чего уменьшается температура перегонки и ухудшаются условия теплообмена и регенерации тепла;

-ухудшается массообмен, т.к. В.П. выполняет роль инертного компонента;

-возрастает сопротивление в трубопроводе от колонны до вакуумсоздающего устройства, что приводит к повышению давления в колонне;

-обводняются нефтепродукты, что требует дополнительной их обработки (обводненность бензина 0,02-0,03%, керосина 0,013-0,02%, ДТ 0,01-0,015%);

-корродирует оборудование (особенно в присутствии сернистых соединений).

Эти недостатки заставляют ограничивать расход В.П. и даже полностью его исключать. Вместо пара можно использовать инертный газ, но это направление не получило распространения из-за низкого коэффициента теплоотдачи (громоздкие подогреватели газа) и трудности извлечения отгоняемого нефтепродукта от газа.

Известно использование в качестве испаряющего агента легких у/в фракций. Чем ниже температура кипения испаряющего агента и больше его расход, тем ниже температура перегонки. Однако, чем легче н/п, тем выше его потери, поэтому чаще применяют лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

Горячая струя - используется для низкотемпературных колонн, когда от нефти отбирается только бензиновая фр.и температура в низу колонны не более 200-250⁰С, подвод тепла осуществляют циркуляцией остатка колонны через печь и подачи нагретого до 300-350⁰С потока в отгонную часть.

Рибойлер- для ректификации более легких нефтепродуктов(стабил. бензина), когда тепло вниз колонны подводится с помощью кипятильников: паровой поток – в колонну, а остаток выводится из кипятильника или весь поток в парожидком состоянии возвращается в колонну, а остаток R выводится с низа колонны.