Блок очистки мазута от сероводорода (варианты)
Полезная модель относится к нефтепереработке и предназначена для использования в технологических процессах удаления сероводорода из мазута. Блок очистки мазута от сероводорода, содержит отпарную колонну с контактными устройствами, к верху которой подключена 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. В первом варианте к низу отпарной колонны подключена линия рецикла очищенного мазута, снабженная регулирующим клапаном и присоединенная к линии отвода очищенного мазута за насосом и охлаждающим устройством. Во втором варианте линия рецикла очищенного мазута, снабженная регулирующим клапаном, имеет охладитель и присоединена между насосом и охлаждающим устройством. 2 н.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы.
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.
1. Блок очистки мазута от сероводорода, содержащий отпарную колонну с контактными устройствами, к верху которой подключена система сбора и утилизации нефтяных газов и линия подачи сырья с насосом и теплообменником, а к низу отпарной колонны подключены линия подачи водяного пара и линия отвода очищенного мазута с насосом и охлаждающим устройством, отличающийся тем, что к низу отпарной колонны подключена линия рецикла очищенного мазута, снабженная регулирующим клапаном и присоединенная к линии отвода очищенного мазута за насосом и охлаждающим устройством.
2. Блок очистки мазута от сероводорода, содержащий отпарную колонну с контактными устройствами, к верху которой подключена система сбора и утилизации нефтяных газов и линия подачи сырья с насосом и теплообменником, а к низу отпарной колонны подключены линия подачи водяного пара и линия отвода очищенного мазута с насосом и охлаждающим устройством, отличающийся тем, что 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.
3. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что линия подачи сырья снабжена рекуперативным теплообменником, подключенным к линии отвода очищенного мазута до охлаждающего устройства.
