Отпарные колонны их классификация и принцип работы

Назначение

Отпарная колонна – тепломассообменный аппарат для выделения из жидких смесей легколетучих примесей, например, растворенных газов.

Отпарные колонны широко применяют:

1. в нефтепереработке на установках АВТ и каталитического крекинга для отпарки легких углеводородов из керосинов, дизельных фракций,
2. в процессах очистки сточных вод от органических соединений,
3. для извлечения газов, поглощенных в процессе абсорбции.
4. для удаления сероводорода и аммиака из газопродуктовых смесей реакторов гидроочистки.

 Принцип работы

Принцип работы отпарной колонны можно рассмотреть на примере отпарной колонны блока гидроочистки. В качестве сырья выступает нестабильный гидрогенизат после РБ гидроочистки, прошедший сепаратор для удаления ВСГ из газопродуктовой смеси.

Нестабильный гидрогенизат проходит через межтрубное пространство теплообменника Т‑1, нагреваясь за счет тепла выводимого кубового продукта. Нагретое сырье поступает в качестве питания в колонну К-1. В колонне используются тарелки клапанного типа.

Для подвода необходимого количества тепла в колонну используется печь П-1. Часть продукта с куба колонны параллельными потоками подается в печь, где нагревается за счет сжигания жидкого или газообразного топлива.

На выходе из печи потоки объединяются и поступают в колонну. Кубовым продуктом колонны К-1 является стабильный гидрогенизат, который под давлением выводится из колонны и поступает на дальнейшую переработку в зависимости от типа установки.

Балансовое количество стабильного гидрогенизата из куба колонны поступает в трубное пространство теплообменника Т-1, где отдает свое тепло нестабильному гидрогенизату – сырью отпарной колонны.

С верха отпарной колонны К-1 выводится верхний продукт – пары углеводородов, воды, аммиак, водород и сероводород. После охлаждения и конденсации в воздушном холодильнике-конденсаторе ХВ-1 и водяном холодильнике Х-1 верхний продукт поступает в емкость орошения Е-1.

В емкости орошения отпарной колонны происходит отделение углеводородного газа от жидкой фазы, разделение жидкой фазы на углеводородную фазу (сжиженный углеводородный газ или головная фракция) и кислую воду. Часть сжиженного газа из емкости Е-1 насосом Н-2 подается в качестве орошения в отпарную колонну К-1.  Балансовое количество СУГ с нагнетания насоса Н-2 выводится с установки и направляется на установку газофракционирования. Газ из емкости Е-1 выводится на установку сероочистки.

Чертеж 

Аппарат представляет собой ректификационную колонну, состоящую из цилиндрических обечаек диаметром 1,4 и 2,2 м, соединенных конусным переходом. Внутри колонны установлены 34 клапанные тарелки. СМОТРЕТЬ ЧЕРТЕЖ.

В верхней части колонны ввиду низких паровых и жидкостных нагрузок устанавливаются однопоточные тарелки (19-34), в нижней части колонны, ниже тарелки питания, установлены двухпоточные тарелки (1-18). Расстояние между тарелками составляет порядка 500-800 мм.

Выбор поточности тарелок позволяет адаптировать паровые и жидкостные нагрузки внутри колонны. Кроме того, чем выше поточность тарелок, тем меньше может быть диаметр колонны. Чем меньше диаметр колонны, тем меньше металла необходимо потратить на ее изготовление. В особенности, если речь идет о легированных сталях, экономия капитальных затрат может быть весьма существенной.

Питание в колонну подается через жидкостной распределитель для более равномерного распределения жидкости по тарелке.

На верхнюю тарелку колонны подается холодное орошение (флегма) из емкости орошения для создания противотока парам, поднимающимся из нижней части колонны и для улучшения качества разделения. Тарелки в отпарной колонне обеспечивают тесный контакт между парами нефтепродуктов, поднимающимися вверх по колонне, и жидкими нефтепродуктами, стекающими вниз.

По высоте колонны присутствуют люки-лазы для проведения работ во время плановых ремонтов.

Расчетная температура работы колонны составляет 200^○С, расчетное давление 16 кгс/см².

Расчетное давление в рабочих условиях для каждого расчетного сечения и пробное давление, измеряемое в верхней части колонны – по ГОСТ 14249-80.

Расчетную температуру для каждого элемента колонного аппарата следует определять по ГОСТ 14249-80.

Классификация 

Отпарные колонны в зависимости от области их применения, могут отличаться как технологическим оформлением, так и контактными устройствами.

В промышленности потоки жидкости и пара в отпарной колонне могут иметь потоки:

1. Параллельные
2. Противоточные

Тип контактных устройств

По типу контактных устройств колонны можно разделить на следующие категории:

1. тарельчатые колонны
2. насадочные колонны
3. распылительные колонны

Отпарка чаще всего осуществляется в тарельчатых и насадочных колоннах и реже в колоннах с распылителями, пузырьковых колоннах и центробежных экстракторах.

Тарельчатые колонны представляют собой вертикальный аппарат, в котором жидкая фаза стекает сверху вниз по колонне и выводится снизу. Паровая фаза входит в нижнюю часть колонны и выходит из ее верхней части. Внутри колонны находятся тарелки. Жидкая фаза движется горизонтально по тарелке и стекает вниз, в то время как пар поднимается вверх через отверстия в тарелках. Назначение тарелок – увеличить площадь контакта между жидкой и паровой фазами.

Насадочные колонны схожи с тарельчатыми колоннами в том, что потоки жидкости и пара входят в колонну и выходят из нее таким же образом. Различие состоит в том, что насадочные колонны не имеют тарелок. Однако, насадка используется для увеличения площади контакта паровой и жидкой фазы. Существует много разных типов насадок, и у каждого есть свои преимущества и недостатки.

Технологическое оформление («острый пар»)

По типу технологического оформления существуют следующие типы отпарных колонн:

• С подачей «острого» пара в куб колонны (колонны типа «стриппинг»)

При фракционировании нефти и нефтяных остатков получают большое число дистиллятов. Для такого разделения применяют многоколонную систему. Сложные колонны АВТ подразделяются на следующие виды: вакуумные колонны, отпарные колонны. В отпарных колоннах происходит отпарка легких фракций водяным паром.  Конструктивно отпарные колонны могут быть размещены внутри ректификационных колонн либо в виде самостоятельных колонок.

Выносные отпарные колонны бывают односекционные и многосекционные. Боковой отгон перетекает на верхнюю тарелку соответствующей отпарной. В зависимости от требуемой четкости погоноразделения выносные колонны имеют от 4 до 8 тарелок. Боковые погоны извлекаются с «глухих» тарелок в основной колонне. Каждый поток обычно комплектуется соответствующим насосом. При извлечении из колонны продукт находится в равновесии с паром, поднимающимся через отверстия в клапанах тарелки. Следовательно, жидкий продукт будет содержать часть легких углеводородов, которые будут влиять на требуемые свойства продукта, такие как температура вспышки и его дистилляция по ASTM. Чтобы исправить это, боковой погон отпаривается паром в отдельной тарельчатой ​​отпарной колонне. Такое расположение показано на рисунке.

Подобные отпарные колонны широко применяются на установках АВТ, каталитического крекинга при выделении в ректификационной колонне фракций керосина, дизельного топлива.

Рабочее давление отпарной колонны может влиять на эффективность и надежность работы колонны. При более низких рабочих давлениях достигается большая летучесть и более низкие рабочие температуры. Струйные колонны, работающие в вакууме, могут быть дорогостоящими, но высокоэффективными; они позволяют использовать пластиковые внутренние устройства для борьбы с воздействием агрессивных систем. Эксплуатация колонны при атмосферном давлении или вблизи него приводит к повышению летучести и снижению рабочих температур без дополнительных затрат на вакуумную систему. При более высоких рабочих давлениях растворимость растворенного вещества увеличивается, и разделение становится более трудным для выполнения. Кроме того, при более высоких давлениях требуется большее количество пара, подаваемого в колонну, чтобы произошло такое же разделение.

Также, подача острого водяного пара в куб отпарной колонны широко применяется при очистке сточных вод от органических соединений.

• Без подачи «острого» пара в куб колонны

Такие колонны применяются в нефтепереработке для удаления полученного в результате процесса гидроочистки аммиака, сероводорода, воды и других соединений, являющихся каталитическими ядами для различных катализаторов.

Также отпарные колонны применяются для извлечения из насыщенного абсорбента поглощенных газов в процессах абсорбции. Именно поэтому процесс отпарки очень часто называют процессом «десорбции».

По способу подвода и отвода тепла

Отпарные колонны могут отличаться друг от друга способом подвода тепла в нижнюю часть колонны. Это могут быть варианты организации нагрева через ребойлер, ребойлерную печь, с подачей «острого» пара в куб колонны.

Для соблюдения теплового баланса колонны необходим отвод тепла из верхней части колонны. И здесь также существуют различные варианты. Существуют схемы с конденсацией паров и подачей орошения на верхнюю тарелку колонны, как, в описываемой схеме колонны блока гидроочистки. Для отпарных колонн типа «стриппинг», конденсация паров не предусматривается, пары с верха колонны направляются в основную ректификационную колонну.