Ректификационная колонна

Введение  

     Нефтяная отрасль является самостоятельной составной частью топливно-энергетического комплекса Республики Казахстан. Она имеет свои особенности, специфическую техническую базу и организацию производства, условия развития и размещения. Отрасль формирует целая цепь производственных процессов, органически связанных между собой и охватывающих все нефтегазовое хозяйство, начиная с поисков, разведки и подготовки нефтяных и газовых месторождений, включая их рациональную разработку, завершая производством обширного ассортимента ценнейшей для народного хозяйства продукции.

      Нефтяная отрасль Республики Казахстан промышленной специализации подразделяется на четыре подотрасли: нефтедобывающую, нефтеперерабатывающую, газодобывающую и газоперерабатывающую. Они взаимно переплетены и дополняют друг друга в процессе добычи и переработки.

     Сегодня Республика Казахстан является одной из крупных нефтяных держав. Площадь перспективных нефтегазоносных районов республики равна 1 млн. 700 тыс. км², что составляет более 62% всей территории Казахстана. На сегодня открыто более 208 нефтегазовых месторождений.

     Нефть для Казахстана – не только экспертный продукт. Нефть – важный символ стабильности, с которым связаны перспективы государства и общества и в целом – будущее развития Казахстана.

     В современных условиях устойчивое и поступательное развитие экономики страны во многом зависит от перспектив развития одной из базовых и приоритетных отраслей материального производства – нефтеперерабатывающей промышленности. Основной предпосылкой развития нефтеперерабатывающей отрасли является нефтедобыча.

     Нефтегазовые месторождения республики сосредоточены в Атырауской, Мангистауской, Актюбинской, Западно-Казахстанской, Кызылординской и Жезказганской областях. Основным центром нефтедобывающей промышленности республики является Западный Казахстан. На территории Атырауской и Мангистауской областей находится более 70% месторождений, содержащих крупные промышленные запасы нефти, 91% разрабатываемых месторождений также сконцентрированы на территории этих областей.

     К наиболее крупных месторождениям углеводного сырья относятся:

- Тенгизское (нефтегазовое)  - начальные извлекаемые запасы нефти составляли 721, 9 млн. тг;

- Узеньское (нефтегазовое)  - остаточные извлекаемые запасы нефти составляют 231,9 млн. тг;

- Карачаганакское (нефтегазоконденсатное) – остаточные извлекаемое запасы нефти составляют 166,4 млн. тг;

- Жанажолское (нефтегазоконденсатное) – остаточные извлекаемое запасы нефти составляют 115,3 млн. тг;

- Каламкас (нефтегазоконденсатное) – остаточные извлекаемое запасы нефти составляют 92,9 млн. тг;

     Бурное развитие и еще более впечатляющие перспективы нефтедобывающей отрасли Республики Казахстан создают благоприятные условия для формирования здесь мощной перерабатывающей индустрии, способной не только полностью удовлетворять внутренние рынки. Развитие нефтеперерабатывающей промышленности страны в целом ориентировано на устойчивое обеспечение потребностей во всех видах нефтепродуктов, создание дополнительных мощностей по первичным и вторичным процессам для углубления переработки сырья как за счет реконструкции и расширения действующих, так и за счет ввода новых.

     По официальным данным, сегодня республика занимает 13-е место в мире по объему разведанных запасов нефти. Запасы разрабатываемых и подготовленных к разработке 202 месторождений составляют 2,2 млрд. тонн нефти, 0,7 млрд. тонн газового конденсата и 1,8 трлн. Кубических метров газа. Казахстан находится на 26-м месте среди стран, добывающих углеводородное сырье.

     Согласно даже самым скромным оценкам, нефтяной потенциал Казахстана составляет 25-35 млрд. баррелей. Как известно, анализ баланса ресурсов нефти, спроса и предложения на нефть на мировом рынке, сочетание стратегических целей и экономической выгоды определяют маршруты экспертных нефтепроводов из Казахстана.

     Казахстан обладает значительными запасами углеводородного сырья – 3,3% мирового запаса (извлекаемые запасы нефти составляют 4,8 млрд. тонн и извлекаемые запасы газа, с учетом новых месторождений на Каспийском шельфе, достигли более 3 трлн.куб.м, а потенциальные ресурсы оцениваются в 6-8 трлн.куб.м).

     Дальнейшему наращиванию ресурсного потенциала нефтегазовой отрасли Казахстана будет способствовать проводимое республикой широкомасштабное изучение участков недр в акватории Каспийского и Аральского морей.

     Открытие в 2000 году Кашаганского месторождения на севере Каспия с прогнозными извлекаемыми запасами 2,02 млрд. тонн уже названо самым значительным событием в мировой практике за последние 30 лет.

     Перспективы поисков нефти и газа связываются и с неизученными глубокопогруженными структурами в Прикаспийской впадине, Приаралье, а также с выявленными результатом региональных сейсмических работ объектами в Северном, Центральном и Южном Казахстане.

     В нефтегазовом секторе проводятся работы над дальнейшим развитием нефтегазового комплекса страны, по прогнозированию и выявлению новых перспективных месторождений нефти и газа, ускорением их разведки, разработки и ввода в эксплуатацию.

     Запасы нефти и газа в Казахстане позволяют обеспечить внутренние потребности в течение длительного времени. Однако на нефтегазовый сектор возложено задача, не только обеспечивать внутренние поставки, но и быть катализатором экономического подъема в республике, что налагает особую ответственность при выборе стратегии и тактики развития отрасли.

     По подтвержденным запасам нефти Казахстан входит в число 15 ведущих стран мира. Этих цифров достаточно, чтобы смело и уверенно сказать, что у Казахстана есть нефтяное будущее. Вопрос заключается лишь в одном – разумном использовании богатств Казахстана и рачительном отношении к его природному и людскому потенциалу. Эту задачу может и должно решать государство через всю систему имеющихся в его распоряжении методов и рычагов воздействия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Литературный  обзор

     Нефть представляет собой сложную смесь  парафиновых, нафтеновых, ароматических  и других углеводородов с различными молекулярными массами и температурами  кипения. Так же в нефти содержаться  сернистые, кислород и азотсодержащие органические соединения. И поэтому, для получения из нефти товарных продуктов различного назначения, применяют  методы разделения нефти на фракции  или группы углеводородов. И при  необходимости, изменяют их химический состав, дальнейшим проведением каталитических и термических процессов.

     Различают первичные и вторичные методы переработки нефти. Первичными процессами называют процессы разделения нефти  на более или менее однородные фракции без химического преобразования входящих в неё веществ. Основным приёмом разделения является дистилляция (перегонка) – процесс разделения жидких веществ по температурам их кипения. Атмосферная перегонка  относится к первичному процессу и отсюда можно выделить основное её назначение – разделить нефть  на фракции, и использовать максимальные возможности нефти по количеству и качеству получаемых исходных продуктов.

     Атмосферную перегонку можно осуществить  следующими способами: 1) с однократным  испарением в трубчатой, печи и разделением  отгона в одной ректификационной колонне; 2) двухкратным испарением и разделением в двух ректификационных колоннах - в колонне предварительного испарения (эвапораторе) с отделением легких бензиновых фракций и в основной колонне; 3) Постепенным испарением.

     Сырьём  установки атмосферной перегонки  может служить как нефть, так  и газовый конденсат. Физико-химические свойства нефтей и составляющих их фракций оказывают влияние на выбор технологии получения нефтепродуктов. Поэтому, при определении направления переработки нефти нужно стремиться по возможности максимально, полезно использовать индивидуальные природные особенности её химического состава. 

                           Устройство простых и сложных колонн 

     Для осуществления процесса перегонки используют ректификационные колонны. Различают колонны простые, для разделения сырья на два компонента (дистиллят и кубовый остаток) и сложные. В среднюю часть простой колонны вводится разделяемое сырьё, нагретое до необходимой температуры, в виде паров, жидкости или их смеси. Зона, в которую вводят сырье, называется эвопарационной, т.к. в ней происходит однократное испарение. Через каждую тарелку проходит четыре потока:

1. Жидкость – флегма, стекающая с верхней тарелки
2. Пары, поступающие с ниже лежащей тарелки
3. Жидкость – флегма, уходящая на ниже лежащую тарелку
4. Пары, поднимающиеся на выше лежащую тарелку

     Жидкость  с верхней тарелки стекает  на ниже лежащую тарелку, поступает  в зону относительно высокой температуры  и из неё испаряется часть низкокипящего  компонента. С другой стороны, контактирующий на ней пар с ниже лежащей тарелки  несколько охлаждается и из него конденсируется высоко кипящий компонент. Парциальный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется. Часть расположенная выше ввода  сырья называется концентрационной, а ниже – отгонной. С верха  концентрационной зоны выводят готовый  продукт в виде пара (ректификат), а с низа, обогащённую низко кипящим компонентом жидкость. В отгонной зоне окончательно отгоняется низко кипящий компонент. С низа колонны отбирается второй продукт ректификации – кубовый остаток. Для нормальной работы колонны необходимо непрерывное её орошение жидким продуктом, поэтому часть ректификата, после его охлаждения и конденсации в виде флегмы направляют на верхнюю тарелку колонны. С другой стороны, чтобы отогнать низко кипящий компонент необходимо в нижнюю часть колонны подавать тепло. Для этого часть остатка после подогрева подают на одну из нижних тарелок.

     В случае, когда необходимо отбирать не одну, а несколько фракций с  достаточно чёткими границами раздела  по температурам кипения, прибегают  к сложным колоннам. Она представляет собой сочетание простых колонн. Сырьё поступает в среднюю  часть колонны и разделяется  на паровую и жидкую часть. Жидкость стекает по тарелкам в низ колонны, а пары поднимаются вверх, причём обе части подвергаются ректификации.

      С различных по высоте колонны тарелок отбираются боковые погоны, которые отводятся на верхнюю тарелку боковых отпарных (стриппинг колонн). Под нижнюю тарелку стриппинг колонны подаётся навстречу потоку жидкости водяной пар, с температурой чуть выше кипения данной фракции. С низа каждой секции отбирается нужная фракция. А водяной пар вместе с легкокипящим компонентом возвращается в основную колонну. Таким образом, отпарные колонны служат отгонными частями, выделенные в самостоятельные колонны. Необходимость их использования заключатся и в том, что в целевом продукте, в результате недостаточно чёткого разделения, могут находиться более легкокипящие фракции, т.е. происходит наложение фракции. Это значит, например, что в отбираемой фракции может находиться некоторое количество другой фракции. Поэтому без дополнительной ректификации качество не будет соответствовать заданным нормам.

      На рис. 1 показана схема работы сложной ректификационной колонны с отпарными секциями: 
 
 
 
 
 
 

     Обычно  наверх атмосферной колонны в  качестве острого орошения подают верхний  дистиллят, а в различные точки  по высоте колонны – несколько  промежуточных циркуляционных орошений. Для осуществления циркуляционного  орошения часть флегмы забирается с  тарелки, проходит через теплообменник, отдаёт своё тепло, и охладившись до заданной температуры, поступает на тарелку выше той, с которой забиралась флегма на охлаждение. При этом поддерживается определённый температурный режим на тарелке отбора флегмы, и создаются условия, необходимые для поддержания потока флегмы на нижележащих тарелках. Циркуляционных орошений может быть вплоть до трёх.

     Промежуточное орошение чаще всего отводят с  одной из тарелок, расположенных  непосредственно ниже точки вывода бокового дистиллята (погона) в выносную отпарную колонну. По другому варианту в качестве промежуточного орошения используют сам боковой погон, который после охлаждения возвращают в колонну выше или ниже точки ввода в неё паров из отпарной выносной колонны.