Зыков И.С- Курсовая работа. Курсовая работа по дисциплине Теоретические основы химической технологии и углеродных материалов
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Часть газо-продуктовой смеси может проходить по байпасной линии теплообменника T-1 для обеспечения гибкости в регулировании температуры. Такая схема используется в тех случаях, когда катализатор свежий и необходимо более глубокое промежуточное охлаждение между головным и хвостовым реакторами. Реактора оснащены линиями продувки осушенным водородосодержащим газом, которые расположены на входе в каждый реактор. Продувка кислородосодержащего газом используется для удаления углеводородов из реактора, при выгрузке катализатора, или для охлаждения реактора во время аварийных ситуаций. Схеме также предусмотрен отбор проб исходного продукта из реакторов и теплообменника Т-1. Газо-продуктовая смесь поступает в сепаратор-холодильник, где происходит ее охлаждение до 400С и стабилизация. Охлаждения ГПС в сепараторе-холодильнике происходит с помощью оборотной воды I-ой системы. Контроль давления, температуры и уровня жидкости в сепараторе осуществляется с помощью приборов, установленных по месту. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА Схема традиционного технологического расчета реактора та же для различных процессов изомеризации. В расчете используют данные об эффективный режим и материальный баланс, полученные на укрупненной лабораторной (пилотной) установке. По этим данным определяют потоки, поступающие в блоки разделения и изомеризации, размеры и толщину стенок реактора, аэродинамический и тепловой режим, конструкции опор и распределительных устройств, а также способ теплоизоляции. В этой главе ограничимся примером чисто технологического расчета, имеющего целью определить параметры, характеризующие потоки реагирующей смеси. Схема технологического расчета не зависит от вида сырья, поэтому проиллюстрируем его для процесса получения изопентана из пентановой фракции (н.к. 850С) прямогонного бензина. Количество фракции, поступающей на переработку, составляет 300 тыс. т в год. Химический состав, ее следующий [в % (мас.)]: Таблица 1. - Схема технологического расчета
Расчет реактора возможен после составления материального баланса блока разделения. Расчет потоков в системе «разделение-изомеризация». При расчете за 1 час при стационарном режиме с 11605 кг н-пентана, что выходит из реактора будет выделено и направлено на рециркуляцию 11200 кг н-пентана. Потому что н-пентан будет выделен с небольшой примесью изопентану (10%), и величина рециркулирующего потока составит 12311,4 кг/ч и в нем будет содержаться 91% (масс.) н-пентана и 9% (масс.) изопентана. В расчете на годовую производительность (326 рабочих дней в году) величина рециркулирующего потока н-пентанової фракции составит 144487 т в год. Из сырья будет извлечено в блоке разделения: 300000·0,1674= 50220 т в год Н-пентановой фракции, и ее общий поток в реактор составит: 144487+67840=214395 т в год. Перейдем теперь непосредственно к расчету реактора. 1. Расчет часовой загрузки и объемного потока сырья. При указанном ежегодном числе дней нормальной эксплуатации реактора (326 дней) часовую загрузку G0 составит: G0=214395/(326·24)=27,4 т/час=27400 кг/час=380,6 кмоль / час. Объемный поток жидкого сырья (V0) находим по его массовому потоку G0 и плотности ρo: Vo=Go/ρo=27,4 : 0,677=40,5 м3/час. 2. Расчет количества катализатора. Изомеризацию проводят в неподвижном слое катализатора Pt на Al2O3+F при объемной скорости подачи жидкого сырья νo=1,5 ч-1. Тогда объем слоя катализатора составит Vk= =v0/v0=40,5/1,5=27 м3. При насыпной плотности катализатора, равной рнк=0,65 т/ м3, общая масса катализатора равна: Gk=27·0,65=17,55 т. 3. Расчет количества циркулирующего газа. Объемный состав (в объемных долях) циркулирующего газа задают на основе данных о работе пилотной (или аналогичной промышленной) установки. Он является следующим: Расчет количества циркулирующего газа
Заметим, что соотношение объемных потоков циркуляционного газа и жидкого сырья – кратность циркуляции (β, в м3/м3) можно рассчитать, зная мольне соотношение H2: углеводороды (δ), объемную долю водорода в циркулирующем газе (  ), молекулярную массу (М) жидкого сырья и его плотность (ρ0 , кг/м3): В рассматриваемом примере:  Для расчета массового потока циркулирующего газа (Gцг) можно использовать соотношение:  Понятно, что мольный поток циркулирующего газа равен  .4. Расчет состава газо-сырьевой смеси, поступающей в реактор. На основе полученных данных выше про количество и состав потоков, поступающих в реактор, устанавливаем состав газо-сырьевой смеси (пентанова фракция + циркулирующий газ): Таблица 2 - Состав газо-сырьевой смеси, поступающей в реактор
Газо-сырьевая смесь поступает в реактор при 653 K и 4МПа. Определим объемный поток этой смеси (Vp) на входе в реактор. Согласно уравнению идеального газа, имеем:  5. Расчет состава газо-продуктовой смеси. Его выполняют на основе данных о состав газо-сырьевой смеси, а также на основе полученных на пилотной установке данных о расходах водорода и о выходы углеводородов при изомеризации. По этим данным, расходы водорода на гидрокрекинг составляют 0,2% (мас.) от сырья (от фракции C5), а массовые выходы продуктов при изомеризации пентановой фракции [91% (мас.) н-пентана и 9% (масс.) изопентана] рассчитывая на сырье следующие: 55,2% (масс.) Н-пентана, 41,2% (мас.) изопентана, 0,7 % (мас.) бутанов, 1% (мас.) пропана, 1,1% (мас.) этана, 0,8% (мас.) метана. Согласно этим цифрам получим следующий состав газо-продуктовой смеси: Таблица 3 - Состав газо-продуктовой смеси
Заметим, что при технологическом расчете достаточно важно знать расходы водорода. Из-за малой массы расходующего водорода (0,1-0,3% (мас.) от количества углеводородов) экспериментальное измерение этой величины приводит к большему ошибкам. Более правильным является расчетное определение расхода водорода по массах измеренных углеводородов, измеряемых с достаточной точностью. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СОВРЕМЕННЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ. Изомеризация, благодаря своему огромному применению, была использована в коммерческих целях для производства высококачественного бензина. На сегодняшний момент и начиная с февраля 2008 г. на территории России действует специальный технический регламент «О требованиях к бензинам, дизельному топливу и отдельным горюче-смазочным материалам», согласно данного документа производство автомобильных бензинов экологических классов Евро-2, 3, 4, 5 регламентируются конкретными сроками. Таким образом, с 2012 года НПЗ перешли на содержание ароматических углеводородов до 35 %, в том числе бензола до 1 % в выпускаемых автомобильных бензинах класса Евро-4. Например, на территории США уже действует верхний порог в 0,96 % об. на содержание бензола, кроме этого действуют ограничения содержание бензола в бензине до 0,62 % об. В виде нормативных требований Mobile Source Air Toxics (MSAT II). В данный момент на НПЗ применяются три типа промышленных процессов изомеризации: - при 360 - 440°С - высокотемпературная изомеризация на алюмоплатиновых фторированных катализаторах; - при 250 - 300°С - среднетемпературная изомеризация на цеолитных катализаторах; - при 120 - 180°С - низкотемпературная изомеризация на оксиде алюминия, промотированном хлором и на сульфатированных оксидах металлов (180-210 °С). Следует отметить, что лицензиарами процессов изомеризации на цеолитных катализаторах в России являются ОАО «НПП Нефтехим» (СИ-1, технология Изомалк-1), ООО Научно-производственная фирма «Олкат» (CИП-2А), ОАО «ВНИИНефтехим» (ИПМ-02). Многие зарубежные компании используют технологию изомеризации в коммерческих целях, включая процессы изомеризации GTC, Axen и UOP. Технология GTC использует различные процессы для изомеризации углеводородов n-Бутана, LSR и C7+. Изомальк-3см - это процесс, используемый для изомеризации Н-Бутана в ИЗО-Бутан [2]. Он основан низкотемпературный процесс изомеризации нехлорированной технологии Н-Бутана. Изо-Бутан является жизненно важным промежуточным продуктом, который необходим для производства изобутилена или алкилата. Изобутилен также используется для производства МТБЭ или важных нефтехимических продуктов. В процессе изомальк-3см используется смешанный металлоксидный катализатор, который очень селективен по отношению к образованию i-Бутана и работает в диапазоне температур около 150-170 °с [2]. Прогнозируемый период действия катализатора SI-3 составляет около 10 лет. Этот процесс снижает потребность в впрыске хлора. Загрязняющие вещества, такие как вода, сера и азот для исходного сырья, снижаются. Isomalk-4SM - это процесс, используемый для изомеризации углеводородов С7+. В этом процессе прочный платиносодержащий смешанный катализатор оксида металла SI-2 эффективно работает в более низком температурном диапазоне около 120-140 °C для изомеризации LSRN. Выход нафты увеличивается более чем на 90 мас. % и с октановым числом около 95-98 при использовании Изомалька-4см. Кроме того, нефтепереработчики могут постигать максимум молекул нафты, а также уменьшать крекинг и образование бензола. Поток C7+ направляется в блок Isomalk-4SM для достижения равновесного количества Ди-и триметилбутанов, имеющих высокооктановые числа [2]. Исходное сырье риформера контролируется таким образом, чтобы уменьшить количество предшественников бензола, крекинга и реакций гидродеалкилирования, тем самым увеличивая объем и выход продукта. Основная конфигурация, используемая в GTC, - это однократная изомеризация и однократное прохождение с предварительной подачей деизопентанизатора. Утилизация низкооктановых пентанов и гексанов и полная утилизация всего неразвитого парафина и предварительной подачи дезопентанизатора. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||