Дипломный проект установки гидрокрекинга вакуумного газойля. I. литературный обзор II. Технологическая часть
![]()
|
2.3. Описание технологической схемы установки Технологическая схема одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля приведена на рис. 2.3. Вакуумный газойль подается сырьевым насосом (1) на смешение с циркулирующим водородсодержащим газом, который нагнетается компрессором (18). Газо-сырьевая смесь нагревается в теплообменнике (5) и печи (2) до температуры реакции. Нагретое и частично испаренное сырье вместе с циркуляционным газом поступает сверху в реактор (3), выходит снизу, далее поступает сверху в реактор (4) и выходит снизу. В каждом из реакторов катализатор укладывается слоями на специальных решетках. Между слоями в реакторы подводится холодный циркулирующий водород с целью отвода избыточного тепла реакции. Выходящая из реактора смесь циркуляционного газа и продуктов реакции охлаждается в теплообменнике (5), холодильнике (6) и поступает в сепаратор высокого давления (7). Здесь происходит отделение циркуляционного водородсодержащего газа от продуктов реакции, находящихся в жидкой фазе. Продукты реакции с низа сепаратора (7) под собственным давлением поступают в погоноразделительную часть установки, состоящую из атмосферной колонны (9), вакуумной колонны (12) и сопутствующей аппаратуры и оборудования. Циркуляционный газ отмывается от сероводорода в растворе моноэтаноламина и поступает на прием компрессора (18). Компрессор вновь подает газ на смешение с сырьем. Поскольку в реакторе происходит обеднение циркуляционного газа водородом и обогащение его метаном, этаном и пропаном, выделяющимися при реакциях гидрокрекинга, содержание водорода в циркуляционном газе после реактора становится ниже допустимых пределов. Поэтому часть циркуляционного газа из системы выводится (отдувается) и заменяется водородом с установки риформинга или со специальной установки получения водорода. Высокий тепловой эффект реакции приводит к разогреву реакционной смеси и катализатора, что нежелательно, так как разогрев алюмокобальтмолибденового катализатора выше 435 оС ведет к усиленному коксообразованию. По этой причине приходится вводить непосредственно в реакторы охлаждающий агент – циркулирующий водородсодержащий газ или смесь этого газа и дизельной фракции, получаемой на установке. При охлаждении реакционной смеси только водородсодержащим газом его расход чрезмерно велик, особенно для установок большой производительности. Применением газо-жидкостного охлаждения дает возможность снизить количество хладагента за счет затраты тепла на испарение жидкости. 3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ 3.1. Материальный баланс установки За годы промышленного применения гидрокрекинг стал одним из наиболее гибких процессов нефтепереработки. Область использования процесса гидрокрекинга очень разнообразна как с точки зрения перерабатываемого сырья- от бензина до тяжелых нефтяных остатков, так с точки зрения ассортимента получаемых продуктов- от сниженных газов (С3–С4) до остаточных котельных топлив с пониженным содержанием серы. Однако основное направление гидрокрекинга- получение светлых нефтепродуктов: бензина, реактивного и дизельного топлива. При использовании алюмокобальтмолибденового катализатора Д.И. Орочко и соавторы предлагает следующие кинетические уравнения для расчета выхода фракций [10]: дизельного топлива (160–360оС) ![]() легкого бензина (н.к.-160оС) ![]() газа ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Примем по практическим данным степень превращения сырья 60% [9] и рассчитаем по формулам (3.1) – (3.3) выход продуктов гидрокрекинга. Выход дизельного топлива (160–350оС); ![]() Выход легкого бензина ( н.к.–160оС): ![]() ![]() Выход газа: ![]() Выход остатка рассчитывается из следующего равенства: ![]() Расчет материального баланса установки проводится согласно действующим нормам технического проектирования на 340 рабочих дней [11]. На основании всех приведенных выше данных материальный баланс установки производительностью 650 тыс. т/год можно записать следующим образом. (таблица 3.1): Таблица 3.1 Материальный баланс установки гидрокрекинга
3.2. Расчет основного аппарата Основным аппаратом установки гидрокрекинга является реактор, в котором происходят основные химические реакции и превращения сырья. Исходные данные для расчета: Сырье – вакуумный газойль нефти месторождения Танатар; Плотность сырья ![]() Содержание серы ![]() Коксуемость ![]() Температура в реакторе t = 420–460 оС Давление в реакторе ![]() Объемная скорость подачи сырья ![]() Циркуляция водород содержащего газа (ВСГ) ![]() Расход водорода 1–3 % масс Процесс гидрокрекинга в реакторе можно представить следующей схемой [10]: ![]() где ![]() ![]() ![]() Отсюда можно получить приближенную математическую модель статики процесса гидрокрекинга: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Отсюда массовая доля сырья в реакционной смеси ![]() Подчитываем выход продуктов по уравнениям (3.6) – (3.10). Выход углеводородного газа: ![]() Выход бензина: ![]() Выход дизельного топлива: ![]() Выход остатка: ![]() Расход водорода: ![]() Составим материальный баланс для реактора гидрокрекинга и сведем расчеты в таблицу 3.2. Таблица 3.2 Материальный баланс реактора
Тепловой баланс реактора Температура в реакторе ![]() Степень превращения сырья ![]() Плотность сырья ![]() Тепловой баланс реактора можно описать следующим уравнением [10]: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Определяют энтальпию сырья при 460оС, для этого необходимо определить критические параметры и приведенные параметры. Приближенно критическую температуру и давление нефтяной фракции и газов можно определить по графикам в зависимости от молекулярной массы, плотности и средней температурой кипения. Критические параметры можно подсчитать по эмпирическим формулам: ![]() ![]() где ![]() ![]() Для нафтеновых углеводородов ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Относительную плотность нефтепродукта при 15оС можно определить по следующему уравнению: ![]() где ![]() Для ![]() ![]() ![]() Молекулярную массу нефтепродукта можно определить по формуле Крэга [12]: ![]() ![]() Отсюда: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Приведенной температурой ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Приведенным давлением ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Отсюда: ![]() Находим энтальпию паров нефтепродуктов при атмосферном давлении по формуле: ![]() где ![]() ![]() Энтальпия паров вакуумного газойля при атмосферном давлении: ![]() Энтальпия паров вакуумного газойля при ![]() ![]() В процессе гидрокрекинга используется циркулирующий водородсодержащий углеводородный газ следующего состава (6% масс.): Н2=58,8; С1–5; С2–6,8; С3–29,4. Кратность циркулирующего газа 1000 м3/м3 сырья. Подсчитаем массовую теплоемкость циркулирующего газа без учета давления, так как в данном случае поправка на него мала. Подсчитаем среднюю температуру в реакторе 440оС. По графику [10] находим значение ![]() для Н2 ![]() для С1 ![]() для С2 ![]() для С3 ![]() Отсюда: ![]() Энтальпия циркулирующего газа ![]() Находим среднюю молекулярную массу сухого газа, имеющего следующий состав (в % масс.): С2Н4–21,0; С2Н6–27,0; С3Н8–41; С4Н10–11,0 ![]() Определим энтальпию сухого газа при 460оС и 7,0 МПа ![]() Энтальпия бензина: ![]() ![]() ![]() ![]() Энтальпия дизельного топлива: ![]() ![]() ![]() ![]() Энтальпия остатка: ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя молекулярная масса циркулирующего водородсодержащего газа: ![]() Средняя плотность циркулирующего газа: ![]() Масса циркулирующего газа определяется по следующей формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Подсчитываем теплоту прихода и расхода. Приходящее тепло: ![]() Уходящее тепло: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Согласно справочным данным [10] ![]() Так как по тепловому балансу ![]() Размеры реактора гидрокрекинга определяют следующим образом: 1. Определим объем катализатора в реакторе: ![]() где ![]() ![]() Объем сырья при 20оС определяют по следующей формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Если давление паров и газов выше 0,4 МПа, то формулу (3.21) необходимо ввести величину ![]() ![]() где ![]() Коэффициент (фактор) сжимаемости зависит от величины приведенных параметров: ![]() ![]() ![]() При ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определим объем циркулирующего газа (фактор сжимаемости для водорода ![]() ![]() ![]() Общий объем паров и газов: ![]() ![]() Находим общий объем катализатора в реакторе: ![]() Подсчитываем сечение и диаметр реактора по уравнениям: ![]() ![]() По стандартному ряду принимаем Д=1,8 м [13]. Общая высота катализаторного слоя в реакторе: ![]() Высота цилиндрической части реактора: ![]() Общая высота реактора: ![]() В результате расчетов были определены основные размеры и тип реактора: - Тип реактора политропический - Диаметр реактора ![]() - Общая высота реактора ![]() - Высота катализаторного слоя ![]() - Высота цилиндрической части ![]() - Количество слоев катализатора ![]() |