Гидроочистка вакуумного газойля

Общий расход водорода в процессе гидроочистки равен:

G_H2 = G1 + G2 + G3 + G4 + G5 = 0,167 + 0,130 + 0,028 + 0,052 + 0,010=

=0,387 %(масс.).      (2.26)

Расход свежего водородсодержащего газа на гидроочистку равен:

G⁰_H2 = G_H2 / 0,294 = 0,387 / 0,294 = 1,318 % (масс.),   (2.27)

где 0,294 ­ содержание водорода в свежем водородсодержащем газе, % (масс.).

 

2.3.2.3 Материальный баланс.

Выход сероводорода рассчитывается в (2.28):

В_H2S = ∆S ∙ М_H2S / М_S = 1,1 * 34 / 32 = 1,169 % (масс.),  (2.28)

Таким образом, балансовым сероводородом  поглощается 1,169 – 1,1 = =0,069 % (масс.) водорода.

Количество водорода вошедшего при гидрировании в состав тяжелого газойля, равно:

G1 + G2 – 0,069 = 0,167 + 0,130 – 0,069 = 0,229 % (масс.). (2,29)

Уточненный выход гидроочищенного легкого газойля 97,470 + 0,229 = =96,699 % (масс.)

Выход сухого газа, выводимого с установки, складывается из углеводородных газов, поступающих со свежим водородсодержащим газом, газов образующихся при гидрогенолизе, а также абсорбированного гидрогенизатом водорода:

1,318 ∙ (1 – 0,294) + 0,33 + 0,028 = 1,288 % (масс.)  (2.30)

 

2.3.3 Расчет материального баланса по бензиновой фракции.

2.3.3.1 Выход гидроочищенного бензина.

Выход гидроочищенного легкого  газойля В_б, % (масс.) на исходное сырьё равен:

В_б = 100 - В_г - ∆S,    (2.31)

где  В_б ­ выход гидроочищенного бензина, % (масс.); 

В_г = 0,3 ∙ ∆S = 0,12 % (масс.)    (2.32)

В_б = 100 - 0,12 - 0,3999 = 99,480 % (масс.).

Полученная величина в дальнейших расчётах уточняется после  определения количества водорода, вошедшего в состав бензина при гидрогенолизе сернистых соединений и гидрировании непредельных и ароматических углеводородов.

 

2.3.3.2 Расчёт расхода водорода на гидроочистку.

Расход водорода на гидрогенолиз сероорганических соединений равен:

G1=0,3 ∙ 0,062 + (0,1-0,0001) ∙ 0,125 = 0,031 % (масс.)

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов.

К.

a = 0,001828 - 0,00132∙

=0,001828 - 0,00132∙0,744 = 0,000851

=0,744

Подставив полученные значения в формулу (2.7) найдем характеристический фактор

=11,865

Подставив полученные значения в формулу (2.6) найдем молекулярную массу тяжелого газойля:

М=7∙11,865-21,5+(0,76-0,04∙11,865)∙110 + (0,0003∙11,865-0,00245)∙110² = =106,376.

G2 = 2 ∙ 29 ∙((0,4-0,0001)/0,4) / 106,376 = 0,545 % (масс.)

Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенизате, можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления:

x^’_H2 = y^’_H2 / K_р = 0,85 / 30 = 0,028,    (2.33)

Потери водорода от растворения  в гидрогенизате G3 % (масс.) на сырье составляют:

G3 % (масс.).   (2.34)

Механические потери водорода по практическим данным составляют обычно около 1 % от общего объёма циркулирующего газа:

G4 = 500 ∙ 0,01 ∙2 ∙ 100 / (744 ∙ 22,4) = 0,060 % (масс.).

Исходя из реальных возможностей и производственного опыта, расход 100%-го водорода на отдув принимаем G5=0,01% (масс.).

Общий расход водорода в  процессе гидроочистки равен:

G_H2 = G1 + G2 + G3 + G4 + G5 = 0,031 + 0,545 + 0,055 + 0,060 + 0,010=

=0,701 %(масс.).      (2.35)

Расход свежего водородсодержащего газа на гидроочистку равен:

G⁰_H2 = G_H2 / 0,294 = 0,701 / 0,294 = 2,385 % (масс.),  (2.36)

где 0,294 ­ содержание водорода в свежем водородсодержащем газе, % (масс.).

 

2.3.3.3 Материальный баланс.

Выход сероводорода рассчитывается в (2.18):

В_H2S = ∆S ∙ М_H2S / М_S = 0,3999 * 34 / 32 = 0,425 % (масс.),  (2.37)

Таким образом, балансовым сероводородом  поглощается 0,425 – 0,3999 = =0,025 % (масс.) водорода.

Количество водорода вошедшего  при гидрировании в состав тяжелого газойля, равно:

G1 + G2 – 0,025 = 0,031 + 0,545 – 0,025 = 0,551 % (масс.). (2,38)

Уточненный выход гидроочищенного  легкого газойля 99,480 + 0,551 = =100,031 % (масс.)

Выход сухого газа, выводимого с установки, складывается из углеводородных газов, поступающих со свежим водородсодержащим газом, газов образующихся при гидрогенолизе, а также абсорбированного гидрогенизатом водорода:

2,385 ∙ (1 – 0,294) + 0,12 + 0,055 = 1,859 % (масс.)  (2.39)

 

2.3.4 Материальный баланс секции  гидроочистки.

Таблица 2.2 ­ Материальный баланс секции гидроочистки

 

2.3.5 Материальный баланс реактора гидроочистки.

 

В реактор кроме сырья и свежего  водородсодержащий газ поступает еще циркулирующий водородсодержащий газ, состав которого приведен в таблице 2.3.

Таблица 2.3 ­ Состав циркулирующего водородсодержащего газа

Компонент	Н2	СН4	С2Н6	С3Н8	∑С4 и выше
Мольная доля	0,720	0,200	0,050	0,020	0,010
Массовая доля	0,192	0,427	0,201	0,103	0,077

Средняя молекулярная масса циркулирующего водородсодержащего газа Мц равна:

Мц = ∑ Мi∙ y^’_i = 2∙0,720+16∙0,2+30∙0,05+44∙0,02+58∙0,01= 7,6 кг/кмоль (2.40)

Расход циркулирующего водородсодержащего газа на 100 кг сырья Gц равно:

Gц = (100∙‚ ∙ Мц )/ ( 22,4 ∙ d ¹⁵₁₅ )

где d ¹⁵₁₅ - плотность сырья.

Плотность смеси компонентов найдем по формуле:

                                                 (2.41)

где x_ТГ, x_ЛГ, x_Б - массовые доли тяжелого газойля, легкого газойля и бензиновой фракции в смеси.

кг/м³

Gц = (100∙500∙7,6) /(898∙22,4) = 18,891 кг.   (2.42)

На основе данных материального  баланса гидроочистки составляем материальный баланс реактора (таблица 2.4).

Таблица 2.4 ­ Материальный баланс реактора гидроочистки

 

2.3.6 Тепловой баланс реактора.

Уравнение теплового баланса реактора гидроочистки:

Q_c + Q_ц +Q_s +Q_г.н = ∑ Q_см    (2.43)

где Q_с, Q_ц – тепло, вносимое в реактор со свежим сырьем и циркулирующим водородсодержащим газом, кДж/ч.

      Q_s, Q_г.н ­ тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирования непредельных соединений, кДж/ч.

      Q_см - тепло, отводимое из реактора реакционной смесью, кДж/ч.

Средняя теплоемкость реакционной  смеси при гидроочистке незначительно изменяется в ходе процесса, поэтому тепловой баланс реактора можно записать в следующем виде:

                                    (2.44)

                                 (2.45)

где G ­ суммарное количество реакционной смеси, % (масс.);

     ­ средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/(кг∙К);

      ∆S, ∆С_н ­ количество серы и непредельных, удаленных из сырья, % (масс.);

      t, t₀ ­ температуры на входе в реактор и при удалении серы ∆S, °C;

     q_s, q_н ­ тепловые эффекты гидрирования сернистых и непредельных соединений, кДж/кг

Принимаем температуру на входе в реактор t₀ = 400 °С.

Суммарное количество реакционной  смеси на входе в реактор составляет 120,262 кг (таблица 2.4).

Количество серы, удаленное из:

а) тяжелого газойля

∆S = 1,6 % (масс.).

б) легкого газойля

∆S = 1,1 % (масс.).

в) бензиновой фракции

∆S = 0,3999 % (масс.).

Глубину гидрирования непредельных углеводородов  можно принять равной глубине обессеривания, тогда количество прогидрированных непредельных углеводородов составит для:

а) тяжелого газойля

∆С_н = 9 ∙ (1,8 - 0,2)/1,8 = 8,00 % (масс.).

б) легкого газойля

∆С_н = 15 ∙ (1,2 - 0,1)/1,2 = 13,75 % (масс.).

в) бензиновой фракции

∆С_н = 29 ∙ (0,4 - 0,0001)/0,4 = 28,99 % (масс.).

Количество тепла выделяемое при  гидрогенолизе сернистых соединений (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, составит:

Q_S = ∑q_Si*g_Si,     (2.46)

где q_Si ­ тепловые эффекты гидрогенолиза сероорганических соединений, кДж/кг /9, таблица 2.2, с. 143/;

        g_Si ­ количество разложенных сероорганических соединений, кг (при расчете на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сероорганических соединений в % масс.).

Таким образом,

Q_S = (0,04 ∙ 2100 + 0,4 ∙ 3500 + 0,5 ∙ 5060 + 0,66 ∙ 8700)∙0,8828 + (0,06 ∙ 2100 + +0,56 ∙3500 + 0,17 ∙ 5060 + 0,31 ∙ 8700)∙0,0448+(0,3 ∙ 2100+0,0999 ∙ 3500) 0,0724 = 8936,1 кДж.

Количество тепла, выделяемое при  гидрировании непредельных углеводородов равно 126000 кДж/моль /9, с. 152/. Тогда

Q_г,н = ∆С_н * q_н / M            (2.47)

Тогда

Q_г,н =

кДж.

Среднюю теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа находят на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов (таблица 2.5).

Таблица 2.5- Теплоемкость индивидуальных компонентов циркулирующего водородсодержащего газа

Компонент	Н2	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10
cР, кДж/(кг∙К)	14,57	3,35	3,29	3,23	3,18
cР, кДж/(кг∙°С)	3,48	0,800	0,786	0,772	0,760

 

Теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа можно найти по (2.28):

С_ц = ∑ c_Рi ∙ y_i,     (2.48)

где c_Рi ­ теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на температуру и давление, кДж/(кг∙К);

       y_i ­ массовая доля каждого компонента в циркулирующем водородсодержащем газе (см. таблицу 2.3).

Тогда С_ц = 14,57∙0,192+3,35∙0,427+3,29∙0,201+3,23∙0,103+3,18∙0,077 =

= 5,45 кДж/(кг∙К).

Плотность и молекулярную массу сырья найдем следующим образом:

Молекулярную  массу смеси найдем по формуле:

     (2.49)

где М_i - молекулярная масса компонентов смеси;

       х_i - % масс. компонента.

 

Характеристический  фактор сырья равен:

Энтальпию паров сырья при 400 °С определяют по графику Приложения 4 /9, с. 333/:

I_с⁴⁰⁰ = 1029 кДж/кг.

Поправку на давление находят по значениям приведенной  температуры и давления.

Абсолютная критическая  температура сырья определяется с использованием графика, представленного на рисунке 1.14 /9, с. 60/.

Ткр = 868 К.

Приведенная температура  равна:

Тпр = (400+273)/868 = 0,775.

Критическое давление сырья вычисляют по (2.50)

Ркр = 0,1∙Ткр∙К/М      (2.50)

Ркр =0,1∙868∙11,08/316,208 = 3,04 МПа.

Приведенное давление равно:

Рпр = Р/Ркр     (2.51) 

Рпр = 4 / 3,04 = 1,315

Для найденных значений Тпр и  Рпр, по рис 1.17 /9, с. 63/ имеем

∆I∙М/ Т = 46,09.

Тогда поправка к энтальпии  паров равна:

∆I∙= 46,09∙673/316,208 = 98,10 кДж/кг.

Энтальпия сырья с поправкой  на давление равна:

I⁴⁰⁰_с = 1029 - 98,10 = 930,90 кДж/кг.

Теплоёмкость сырья  с поправкой на давление:

Сс= I⁴⁰⁰_c/T        (2.52)

где Т - температура на входе в ректор, К

Сс = 930,30/673 = 1,38 кДж/(кг∙К).

Средняя теплоёмкость реакционной смеси:

= (∑С_сj∙G_i + С_ц∙G_ЦВСГ)/G,        (2.53)

где С_сj - теплоёмкости каждого компонента сырья, кДж/(кг∙К);

       С_ц - теплоёмкость ЦВСГ, кДж/(кг∙К);

       G_i - количество каждого компонента сырья, кг;

       G - суммарное количество реакционной смеси на входе в реактор, кг.

Тогда

 = (1,38∙100+5,45∙20,262)/120,262=2,07 кДж/(кг·К).

Температура на выходе из реактора составит:

t = 400+ (8936,1+5142,5)/(120,262∙2,07) = 456,6 ºС.

 

2.3.7 Расчёт размеров реактора гидрооблагораживания.

Диаметр реактора рассчитывается по формуле:

,                (2.54)

где F - площадь поперечного сечения реактора;

Площадь поперечного  сечения реактора находится по формуле:

,       (2.55)

где - секундный объем смеси паров сырья и циркулирующего газа, м³/с;

       U - допустимая линейная скорость в реакторе, принимается равной 0,3 м/с.

Секундный объем  смеси паров сырья и циркулирующего газа рассчитывается по формуле:

= V_с + ,      (2.56)

 

где V_с - объем паров сырья при заданных температуре и давлении в реакторе, м³/с;