Дипломный проект установки гидрокрекинга вакуумного газойля. I. литературный обзор II. Технологическая часть

• Название: I. литературный обзор II. Технологическая часть
• Анкор: Дипломный проект установки гидрокрекинга вакуумного газойля
• Дата: 17.02.2021
• Размер: 1.26 Mb.
• Имя файла: Дипломный проект установки гидрокрекинга вакуумного газойля.doc
• Тип: Реферат; #177157
• страница: 3 из 7

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 (160–360^оС)

(3.1)

легкого бензина (н.к.-160^оС)

(3.2)

газа

(3.3)

где и макрокинетические коэффициенты, определяемые из экспериментальных данных и зависящие от температуры процесса и активности катализатора; для гидрокрекинга вакуумного дистиллята при 10МПа 1,3; 2,0.

Примем по практическим данным степень превращения сырья 60% [9] и рассчитаем по формулам (3.1) – (3.3) выход продуктов гидрокрекинга.

Выход дизельного топлива (160–350^оС);



Выход легкого бензина ( н.к.–160^оС):





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

Продукт	% масс.	т/год	т/сут	кг/час	кг/сек
Поступило – сырье Вакуумный газойль	100	650000	1912	79657	22,1
Всего	100	650000	1912	79657	22,1
Получено – продукты Газ Бензин Дизельное топливо Остаток	13 15 32 40	84500 97500 208000 260000	248 287 612 765	10355 11949 25490 31863	2,9 3,3 7,1 8,8
Всего	100	650000	1912	79657	22,1

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 0,9102

Содержание серы 0,41%

Коксуемость 5,40%

Температура в реакторе t = 420–460 ^оС

Давление в реакторе 3–7МПа

Объемная скорость подачи сырья =0,9–2,5час^-1

Циркуляция водород содержащего газа (ВСГ) 1000м³/м³

Расход водорода 1–3 % масс
Процесс гидрокрекинга в реакторе можно представить следующей схемой [10]:

(3.4)

где соответственно сырье, углеводородный газ и бензин; массовые коэффициенты; скорость реагирования сырья, отнесенная к единице поверхности катализатора, кг/(м²∙ч).
Отсюда можно получить приближенную математическую модель статики процесса гидрокрекинга:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

где объемная скорость подачи сырья в реактор, ч^-1; массовая доля сырья в реакционной смеси; коэффициент торможения, практически независимый от температуры и составляющий 0,864-0,868 при 400–425^оС; предэкспоненциальный множитель, равный 10¹³∙ч^-1; энергия активации, равная 1,17∙10⁴кДж/(кмоль∙К); температура процесса гидрокрекинга, выход соответственно углеводородного газа, бензина, дизельного топлива и остатка гидрокрекинга, массовые доли на сырье; выход водорода на процесс, массовые доли на сырье; массовые коэффициенты, соответственно равные 0,25; 0,27 и 0,714.
При 2,0 час^-1, определим массовую долю сырья в смеси:





5





Отсюда массовая доля сырья в реакционной смеси 0,448.

Подчитываем выход продуктов по уравнениям (3.6) – (3.10).

Выход углеводородного газа:

или 13 %.

Выход бензина:

или 15 %.

Выход дизельного топлива:

или 32 %.

Выход остатка:

или 12,8 %.

Расход водорода:

или 2,6 %.

Составим материальный баланс для реактора гидрокрекинга и сведем расчеты в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 Материальный баланс реактора

Продукт	% масс.	кг/сек	кг/ч	т/сут	т/год
Поступило: Реакционная смесь в том числе Вакуумный газойль Водородсодержащий углеводородный газ	102,6 44,8 57,8	22,7 9,9 12,8	81728 35686 46042	1962 857 1105	666900 291200 375700
Всего	102,6	22,7	81728	1962	666900
Получено: Углеводородный газ Бензин (н.к.–160 оС) Дизельное топливо (160–360 оС) Остаток Водород	13 15 32 40 2,6	2,9 3,3 7,1 8,8 0,6	10355 11949 25490 31863 2071	249 287 612 765 49	84500 97500 208000 260000 16900
Всего	102,6	22,7	81728	1962	666900

Тепловой баланс реактора

Температура в реакторе 460 ^oC

Степень превращения сырья 0,6

Плотность сырья 0,9102

Тепловой баланс реактора можно описать следующим уравнением [10]:





где массы соответственно сырья, циркулирующего газа, сухого газа, бензина, дизельного топлива, остатка, кг/час; энтальпия, кДж/кг; теплота реакции кДж/кг.
Определяют энтальпию сырья при 460^оС, 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:

(3.11)



где





Для нафтеновых углеводородов 60; ароматических 6,5-7,0; парафиновых 5,0-5,3; нефтепродуктов прямой перегонки 6,3-6,4; крекинг-керосинов 6,8-7,0; среднемолекулярная температура кипения (приближенно можно взять температуру 50%-ной точки разгонки); и температуры 70 и 10% отгона от кривой разгонок, ^оС; относительная плотность ; молекулярная масса.
Относительную плотность нефтепродукта при 15^оС можно определить по следующему уравнению:

(3.13)

где относительная плотность нефтепродукта при 20^оС; α-средняя температурная поправка.
Для 0,9102; = 0,000620 [10].

0,9102+5∙0,000620=0,9133

Молекулярную массу нефтепродукта можно определить по формуле Крэга [12]:

(3.14)



Отсюда:







МПа

Приведенной температурой называют отношение температуры вещества к его критической температуре

(3.15)

где критическая температура,



Приведенным давлением называют отношение давления вещества к его критическому давлению :

(3.16)

где критическое давление, МПа.



[10].

Отсюда: кДж/кг.

Находим энтальпию паров нефтепродуктов при атмосферном давлении по формуле:

(3.17)

где энтальпия паров нефтепродуктов в зависимости от температуры [10].

кДж/кг

Энтальпия паров вакуумного газойля при атмосферном давлении:

кДж/кг

Энтальпия паров вакуумного газойля при 7 МПа.

кДж/кг

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 440^оС. По графику [10] находим значение :

для Н₂ 14,73 кДж/(кг∙К)

для С₁ 3,3 кДж/(кг∙К)

для С₂ 3,1 кДж/(кг∙К)

для С₃ 3,05 кДж/(кг∙К)

Отсюда:

кДж/кг∙К

Энтальпия циркулирующего газа

кДж/кг

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 460^оС и 7,0 МПа

кДж/кг

Энтальпия бензина:

кДж/кг

кДж/кг

Энтальпия дизельного топлива:

кДж/кг

кДж/кг

Энтальпия остатка:

кДж/кг

кДж/кг

Средняя молекулярная масса циркулирующего водородсодержащего газа:



Средняя плотность циркулирующего газа:

кг/м³

Масса циркулирующего газа определяется по следующей формуле:

(3.18)

где расход сырья, кг/ч; кратность циркуляции газа, м³/м³ сырья; плотность циркулирующего газа, кг/м³; плотность сырья, кг/м³.
кг/час.

Подсчитываем теплоту прихода и расхода.

Приходящее тепло:

кДж/ч

Уходящее тепло:















кДж/кг

Согласно справочным данным [10] 419 кДж/кг.

Так как по тепловому балансу кДж/кг, в реакторе в процессе реакции выделяется избыточное сырье, что требует дополнительного охлаждения, поэтому для процесса гидрокрекинга вакуумного газойля нефти месторождения Танатар необходимо выбрать политропический реактор с промежуточным охлаждением слоев катализатора.

Размеры реактора гидрокрекинга определяют следующим образом:

1. Определим объем катализатора в реакторе:

(3.20)

где объем сырья при 20^оС, м³/час; объемная скорость подачи сырья, час^-1.

Объем сырья при 20^оС определяют по следующей формуле:

(3.21)

где температура системы, давление в системе, МПа; расход компонента, кг/час; молекулярная масса компонента.
Если давление паров и газов выше 0,4 МПа, то формулу (3.21) необходимо ввести величину .

(3.22)

где фактор сжимаемости.

Коэффициент (фактор) сжимаемости зависит от величины приведенных параметров:

ƒ ( (3.23)

При и [10].

м³/ч

м³/ч = м³/сек

Определим объем циркулирующего газа (фактор сжимаемости для водорода ).



м³/сек

Общий объем паров и газов:

м³/с

Находим общий объем катализатора в реакторе:

м³

Подсчитываем сечение и диаметр реактора по уравнениям:

м²

м

По стандартному ряду принимаем Д=1,8 м [13].

Общая высота катализаторного слоя в реакторе:

м

Высота цилиндрической части реактора:

м

Общая высота реактора:

м

В результате расчетов были определены основные размеры и тип реактора:
- Тип реактора политропический

- Диаметр реактора 1,8 м

- Общая высота реактора 21 м

- Высота катализаторного слоя 14,39 м

- Высота цилиндрической части 19,19 м

- Количество слоев катализатора 3 слоя