7.8. Технологические схемы выделения бензольных углеводородов
из поглотительного масла
Выделение бензольных углеводородов из насыщенного поглотительного масла осуществляется в настоящее время на отечественных коксохимических заводах по двум схемам: получение сырого бензола, выкипающего до 180°С (марки БС) и получение двух бензолов.
Получение при дистилляции насыщенного масла двух продуктов может осуществляться по схеме с паровым нагревом масла перед дистилляцией и с огневым нагревом.
На рис. 15 приведена технологическая схема получения сырого бензола при работе на каменноугольном масле с паровым нагревом насыщенного масла перед дистилляцией.
Насыщенное бензольными углеводородами поглотительное масло из последнего по ходу масла бензольного скруббера центробежным насосом передается на десорбцию. Масло проходит через паромасляный теплообменник (дефлегматор) 1, в котором нагревается отходящими из колонны 2 парами сырого бензола. Насыщенное масло поступает в трубное пространство нижних трубчаток, а пары из колонны проходят в межтрубном пространстве снизу вверх. Верхняя трубчатка дефлегматора охлаждается технической водой. Из дефлегматора насыщенное масло проходит масляный теплообменник 3, где нагревается стекающим из колонны обезбензоленным маслом и поступает в паровой подогреватель 4. Подогретое глухим паром насыщенное масло из подогревателя поступает на питательную тарелку бензольной дистилляционной колонны 2. В колонне с помощью острого пара из масла отгоняются бензольные углеводороды, а также часть поглотительного масла и воды.
Из нижней части колонны 2 обезбензоленное масло откачивается насосом 5 в трубчатый теплообменник 3, где отдает тепло поступающему на дистилляцию насыщенному маслу. Окончательное охлаждение обезбензоленного масла происходит
1 – паромасляный теплообменник (дефлегматор); 2 – дистилляционная колонна; 3 – масляный теплообменник; 4 – паровой подогреватель; 5, 8, 10, 11, 19, 20 – насосы; 6 – оросительный холодильник; 7 – сборник; 12, 13, 17, 24 – сепараторы; 14 – разделительная колонна; 15 – холодильник; 16 – конденсатор-холодильник; 18 – сборник; 21 – рефлюксный бачок; 22 – регенератор; 23 – сборник для полимеров
технической водой в оросительных холодильниках 6, после чего оно поступает в сборник 7, а затем насосом 8 подается в скрубберы для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа.
Пары бензольных углеводородов, легких погонов поглотительного масла и воды с верхней тарелки дистилляционной колонны 2 поступают в межтрубное пространство паромаслянного теплообменника (дефлегматора) 1.
В нижней секции дефлегматора пары охлаждаются насыщенным маслом, а в верхней секции – холодной технической водой. Тяжелая и легкая флегмы из паромаслянного теплообменника 1 поступают в соответствующие сепараторы 12 и 13. Тяжелую и легкую флегмы из обеих сепараторов объединяют и добавляют в цикл насыщенного масла, идущего на дистилляцию, а воду после дополнительного отстоя из масла отводят в фенольную канализацию.
Необходимость установки двух сепараторов объясняется тем, что образующаяся в паромаслянных теплообменниках флегма по плотности приближается к воде и плохо от нее отстаивается. Поэтому из нижней части паромаслянного теплообменника отводится флегма с большей, а из верхней части с меньшей плотностью. Это приводит к лучшему и более быстрому отделению флегмы от воды в обоих сепараторах. При работе на соляровом масле устанавливается один сепаратор, т.к. флегма хорошо отстаивается от воды.
Разделительная колонна состоит из двух частей: нижней, испарительной и верхней, ректификационной. Бензольные углеводороды и вода с нижней тарелки верхней части колонны стекают в сепаратор 24, откуда, после отделения от воды возвращаются на верхнюю тарелку нижней испарительной части разделительной колонны. В нижней части колонны глухим и острым паром из тяжелого бензола отгоняются более легкие фракции и поступают в ректификационную часть колонны. Из нижней части колонны через холодильник 15 выводится на склад второй бензол.
Пары первого бензола и неконденсировавшаяся часть паров воды из верхней части разделительной колонны 14 отводится в конденсатор-холодильник 16, из которого конденсат стекает в сепаратор 17. В сепараторе после отделенеия от воды первый сырой бензол поступает в рефлюксный бачок 21, из которого избыток продукта стекает в сборник 18 и насосом 19 подается на склад. Часть первого сырого бензола из бачка 21 насосом 20 подается на верх ректификационной части разделительной колонны 14 в виде рефлюкса. Соотношение между количествами отводимого на склад продукта и возвращаемого в колонну рефлюкса составляет примерно 1 : 3.
Сепараторная вода из сепаратора 17 направляется в канализацию фенольных вод. Для вывода конденсата воды, образующегося вверху разделительной колонны, с верхних ее тарелок отводится первый бензол и вода в верхнюю часть сепаратора 24 и после отделения от воды первый бензол возвращается в колонну на третью сверху тарелку.
Количество выводимых из регенератора полимеров составляет от 10 до 40% от масла, взятого на регенерацию.
По мере надобности в цикл оборотного масла добавляется свежее из сборника свежего масла.
Для улучшения работы охлаждающей аппаратуры техническая вода умягчается и отстаивается от механических взвесей. Температура воды, поступающей на охлаждение, не должна превышать 25°С.
Показатели режима работы установки характеризуются следующими данными:
-
Температура насыщенного масла,°С, после:
скрубберов
25–30
паромасляных теплообменников
75–85
масляных теплообменников
105–115
паровых подогревателей
135–145
Температура обезбензоленного масла,°С, после:
колонны
130–135
масляных теплообменников
90–100
холодильников масла
30–35
Температура бензольных углеводородов,°С, после:
паромасляных теплообменников
90–92
разделительной колонны
73–75
Температура продуктов после конденсатора холодильника, °С, не выше
30
Расход пара на 1т сырого бензола составляет 4,5–5,0 т, воды 120–130 м3. Количество сточных вод находится в пределах 2,5–3,0 м3.
При улавливании бензольных углеводородов соляровым маслом технологическая схема дистилляции сырого бензола имеет некоторые особенности. Для выделения из солярового масла шлама, образующегося в процессе работы, в технологической схеме предусматривается специальная аппаратура.
Обезбензоленное масло после охлаждения в оросительных холодильниках сначала поступает в отстойник, на входе которого промывается технической водой, а затем отстаивается от шлама, воды и эмульсии. Освобожденное от шлама масло перетекает в сборник, откуда насосом подается в скрубберы. Вода из отстойника отводится в фенольную канализацию, шлам и эмульсия в деэмульсатор, где при нагреве глухим паром эмульсия разрушается с разделением на масло, воду и шлам. Масло из деэмульсатора возвращается в цикл, вода отводится в фенольную канализацию, а шлам является отходом производства.
Остальные технологические операции дистилляции сырого бензола те же, что и в схеме при работе на каменноугольном масле.
В настоящее время получила применение схема дистилляции сырого бензола с использованием огневого подогрева насыщенного поглотительного масла в трубчатых печах.
На рис. 15 приведена технологическая схема получения сырого бензола при работе на каменноугольном масле с огневым нагревом.
Отличительной особенностью схемы является: нагрев насыщенного масла в трубчатой печи и охлаждение обезбензоленного масла в кожухотрубных холодильниках: для лучшего выделения из оборотного масла нафталина и, следовательно, понижения его содержания в газе после бензольных скрубберов, принята нафталиновая колонна. Работа бензольного отделения по этой схеме отличается температурным режимом дистилляционной и теплообменной аппаратуры, что сказывается на габаритах последней.
Насыщенное бензольными углеводородами масло после скрубберов насосом подается в дефлегматор 8, где нагревается до 50–60°С парами, поступающими из дистилляционной колонны 4. После дефлегматора масло направляется в масляные теплообменники 24, где нагревается обезбензоленным маслом до 130–145°С и поступает в трубчатую печь 1. В трубчатой печи масло нагревается до 180°С, при этом образуется двухфазная система из жидких продуктов и парообразных, поступающих на питательную тарелку дистилляционной колонны 4. Пары бензольных углеводородов, воды и масла из дистилляционной колонны поступают в дефлегматор 8 и далее в разделительную колонну 14, где сырой бензол делится на два продукта – первый бензол и второй (тяжелый). Пары первого бензола поступают в конденсационно-охладительную аппаратуру, в сепаратор и сборник. Часть продукта используется на орошение колонны 14 в виде рефлюкса. Второй бензол после охлаждения подается на склад.
В дефлегматоре также образуется две флегмы (легкая и тяжелая), которые после отстаивания в сепараторах 9 и 10 объединяются и направляются в сборник 11, откуда насосом 12 флегма подается на верхнюю тарелку дистилляционной колонны 4 и частично на питательную тарелку нафталиновой колонны 3.
Обезбензоленное масло из нижней части дистилляционной колонны 4 забирается насосом 6 и подается для охлаждения в теплообменники 24, а затем в кожухотрубные холодильники 20, охлаждаемые технической водой, и направляется в скрубберы для улавливания бензольных углеводородов.
Масло для регенерации (около 1%) в паровом регенераторе отбирается из трубопровода, по которому оно из трубчатой печи подается в дистилляционную колонну. Образовавшиеся полимеры из регенератора направляются в сборник, а затем их добавляют к смоле.
Рис. 15. Схема получения сырого бензола с огневым нагревом поглотительного масла:
1 – трубчатую печь; 3 – нафталиновая колонна; 4 – дистилляционной колонна; 6, 12 – насосы; 8 – дефлегматор; 9, 10 – сепараторы; 11 – сборник; 14 – разделительная колонна; 20 – кожухотрубный холодильник; 21 – сборник; 24 – масляный теплообменник; 25 – паровой подогреватель
Убыль поглотительного масла, находящегося в обороте, непрерывно пополняется свежим маслом, которое из сборника 21 подается в дистилляционную колонну.
В качестве резерва на случай ремонта трубчатой печи по схеме предусматривается паровой подогреватель 25 для подогрева насыщенного масла перед дистилляционной колонной.
Технологический режим установки характеризуется следующими показателями:
-
Температура масла, насыщенного бензолом, °С:
до дефлегматоров
30
после дефлегматоров
50
после теплообменников
138
после трубчатой печи
180
Температура обезбензоленного масла, °С, после:
дистилляционной колонны175
теплообменников
83
холодильников
30
Температура паров, °С, после:
дистилляционной колонны
110
дефлегматоров
80–82
разделительной колонны
75
Применение трубчатой печи для подогрева насыщенного масла перед дистилляцией позволяет:
1) резко сократить расход пара на подогрев 1 кг сырого бензола до 180°С;
2) увеличить степень отгонки сырого бензола из масла, что при применении парового подогрева сопряжено с резким возрастанием расхода пара;
3) уменьшить объемы десорбционной и конденсационной аппаратуры в связи с сокращением объема паров и этим снизить расход металла на ее изготовление;
4) уменьшить расход воды, потребляемой для конденсации в основном водяных паров и охлаждения водного конденсата.
Для интенсификации десорбции бензольных углеводородов на некоторых заводах применяется колонна с провальными тарелками. В трубчатых печах предусматривается нагрев поглотительного масла для дистилляции и для регенерации.
Обезбензоленное масло и пары сырого бензола охлаждают в аппаратах воздушного охлаждения.
7.9. Основные аппараты бензольного отделения
Современные бензольные отделения оснащаются дистилляционной и ректификационной колоннами, теплообменной аппаратурой для утилизации тепла паров бензольных углеводородов и обезбензоленного масла, трубчатой печью или паровым подогревателем для окончательного подогрева насыщенного масла перед дистиляцией, конденсационно-охладительной аппаратурой для продуктов дистилляции и др.
Размеры и конструкция аппаратуры зависят от производительности установки и технологической схемы отделения.
В дистилляционной колонне бензольные углеводороды отгоняются острым паром из предварительно нагретого масла.
В установках с паровым подогревом масла применяются колонны диаметром 2,6–3,2 м с 12–14 тарелками, имеющими колпачки туннельного типа, производительностью от 80 до 180 м3/ч поглотительного масла. В установках с огневым подогревом масла получили применение колонны, имеющие 23 тарелки с колпачками капсульного типа. Диаметр колонны 2,6–2,8 м. Корпус колонны изготавливается из двухслойной стали, тарелки и колпачки из стали специальных марок.
Разделительная колонна применяется для получения двух фракций сырого бензола и состоит из двух частей: нижней – испарительной и верхней – ректификационной. В зависимости от принятой схемы колонны имеют диаметр 1,6–2,2 м с 14–18 тарелками. Колонны изготавливаются из стали.
Для окончательного подогрева масла глухим паром применяют паровые подогреватели цилиндрической формы с горизонтальной трубчаткой, заключенной в стальной кожух. Масло движется по трубам, пар подают в межтрубное пространство, поверхность теплопередачи 140 м2. Корпус подогревателя и трубы изготавливается из стали. Для нагрева насыщенного масла перед дистилляцией получили применение трубчатые печи конструкции Гипронефтемаша с панельными беспламенными горелками. Печи имеют высокий коэффициент полезного действия: 0,80–0,85 против 0,60–0,78 у печей с пламенным горением. Конвекционную часть этих печей можно использовать для нагрева масла перед регенератором, а также для нагрева пара, необходимого для технических нужд завода.