Гидроочистка вакуумного газойля

       V_ЦГ - объем циркулирующего и свежего водородсодержащего газа при тех же условиях, м³/с;

Объем циркулирующего и свежего водородсодержащего газа находится по формуле:

,      (2.57)

где N - кратность циркуляции водорода, нм³/м³;

       G_c - расход сырья, кг/ч;

       - плотность сырья при температуре в реакторе, кг/м³.

,      (2.58)

где а - температурная поправка;

a = 0,001828 - 0,00132∙ =0,001828 - 0,00132∙0,895 = 0,000647,  (2.59)

=0,646 или 645,66 кг/м³.

м³/ч

Секундный объём циркулирующего и свежего водородсодержащего газа в условиях реактора и с учетом того, что z = 1 для водородсодержащего газа равен:

,        (2.60)

м³/с;

Объем паров сырья в реактор рассчитывается по формуле:

,    (2.61)

где t - температура начала цикла, ^оС;

      Р - давление в реакторе, МПа;

      z - коэффициент сжимаемости;

      G_i - расход сырья, кг/м³;

      M_i - молекулярная масса сырья;

Зная приведенные  давления и температуру, найдем коэффициент  сжимаемости z по графику /9, с.58/:

z = 0,14

Подставляя  найденные значения в формулу (2.61) определяем объем паров сырья на входе в реактор:

м³/с или 98,038 м³/ч;

Подставляя, найденные значения V_с и V_ЦГ в формулу (2.56) найдем секундный объем смеси паров сырья и циркулирующего газа:

= 0,027 + 2,13= 2,154 м³/с;

Подставляя, найденный найдем площадь поперечного сечения реактора:

м²;

Отсюда диаметр  реактора равен:

м;

По ГОСТу принимаем d = 3,2 м

Требуемый объём катализатора находится  по формуле:

      (2.62)

где - расход сырья в м³/ч;

       - объёмная скорость подачи сырья, ч .

м³.

Высота слоя катализатора находится по формуле:

м = 12 м     (2.63)

Полученная высота слоя катализатора является очень большой для одного реактора, поэтому введем второй реактор идентичный первому.

Высота катализатора в одном реакторе равна:

Н_кат =

м. (по 3 м на слой)

Цилиндрическая высота реактора находится по формуле:

Н_ц = Н_кат ∙ 1,5,      (2.64)

Н_ц = 6∙1,5 = 9 м      (2.65)

Высота реактора находится  по формуле:

Н = Н_ц +d,            (2.66)

H = 9 + 3 = 12 м.

Приемлемость принятой формы реактора дополнительно проверяется

гидравлическим расчётом реактора. Потери напора в слое катализатора не

должны превышать 0,2 ­ 0,3 МПа /9 с.157/.

2.3.8 Расчёт потери напора в слое катализатора.

Потеря напора в слое катализатора вычисляется по формуле:

   (2.67)

где - порозность слоя;

      - линейная скорость движения потока, фильтрующегося через слой катализатора, м/с;

     - динамическая вязкость, Па∙с;

      - средний диаметр частиц, м;

      - плотность газа, кг/м³;

      - ускорение свободного падения, м/с².

Порозность слоя вычисляется  следующим образом:

                                                      (2.68)

где - насыпная плотность катализатора;

        - кажущаяся плотность катализатора.

Для катализатора АКМ /9 с. 156/:

= 640 кг/м³;

= 1210 кг/м³;

d = 4 мм.

 = 1 - 640/1210 = 0,47.

Динамическая вязкость смеси определяется по её средней молекулярной массе:

           (2.69)

По уравнению  Фроста /10, с.43/ находим динамическую вязкость:

Па∙с.   (2.70)

К.

 Па∙с.

Плотность реакционной смеси в условиях процесса равна:

      (2.71)

Т_пр = 701,6/868 = 0,808

 м³/с или 116,76 м³/ч;

 м³/с или 5735,51м³/ч;

 кг/м³.

Таким образом,

 

∆Р = 677,27∙6 = 4063,62 кг/м²= 0,041 МПа,

Так как потеря напора в слое катализатора не превышает  предельно допустимых значений 0,2-0,3 МПа, то к проектированию принимаем ранее рассчитанную форму реактора.

 

2.3.9 Регенерация катализатора гидроочистки.

Исходные данные:

­ количество отложений на катализаторе 8,5 % (масс.). Состав отложений, %(масс.): С ­ 81; S ­ 10, Н₂ ­ 9; отложения сгорают полностью с образованием СO₂, SO₂ и Н₂О соответственно;

­ предельно допустимая температура разогрева катализатора при регенерации составляет 570 °С;

­ остаточное содержание кислорода в газе регенерации после реакторов 0,5% (масс.).

Необходимо определить расход и состав газа регенерации  для полного удаления отложений без перегрева катализатора, а также продолжительность регенерации.

Количество кислорода, теоретически необходимое для полного  сжигания 1 кг отложений, равно:

­ до С0₂ 0,81 ∙ 32/12 =2,16 кг;

­ до SО₂ 0,13 ∙ 2/32 = 0,1 кг;

­ до Н₂О 0,09 ∙ 16/2 = 0,72 кг.

Итого теоретическая потребность  кислорода составляет 2,98 кг на 1 кг отложений.

Количество газа регенерации  для выжига 1 кг отложений:

 

,                                            (2.72)

 

где - массовая доля кислорода в исходном газе регенерации;

      0,005 - то же, в газе после регенерации.

Искомые значения и находят из теплового баланса регенерации:

 

Если пренебречь потерями тепла в окружающую среду, тепловой баланс регенерации 1 кг отложений запишется в следующем виде:

 

,                                       (2.73)

где , ­ температуры газа на входе и выходе из реактора, °С;

      ­ средняя теплоемкость газа регенерации, кДж/(кг∙К) (принимается равной теплоемкости азота 1,025 кДж/(кг∙К));

      ­ массы газа на входе и выходе из реактора, кг ( = 1 так как тепловой баланс составляется на 1 кг отложений);

      ­ тепловой эффект реакции сгорания отложений, кДж/кг.

В уравнении теплового  баланса величиной  можно пренебречь, так как эта величина обычно на два порядка меньше тогда можно записать:

.                                                (2.74)

Величину  вычисляют по формуле Менделеева:

= 4,19∙(81∙C + 246∙H + 26∙(S – O)),                                     (2.75)

= 4,19∙(81∙81 + 246∙9 + 26∙10) = 37856,65 кДж/кг.

Принимаем максимально  допустимую температуру на выходе из реактора = 570 °С, на входе в реактор = 450 °С (по практическим данным при меньших температурах резко снижается скорость горения и увеличивается продолжительность регенерации /9/).

(2.76)

 

 

Концентрация кислорода  в инертном газе равна:

.

Таким образом, концентрация кислорода в инертном газе должна быть около 1,5 % (масс.); остальные компоненты: N₂ ≈ 82 ­ 86 % (масс.), СО₂ ≈ 7 ­ 10 % (масс.), SO₂ ≈ 2 ­ 4 % (масс.).

Общий объём газа, подаваемого  на регенерацию, приведённый к нормальным условиям , вычисляют по (2.77):

,                                          (2.77)

где , ­ объём катализатора в реакторе (м³) и его насыпная плотность (кг/м³);

       0,085 ­ количество отложений в долях от массы катализатора;

       ­ расход газов регенерации, кг/кг;

       ­ молекулярная масса газов регенерации.

Таким образом:

м³.

Газ на регенерацию подается в реактор  циркуляционными компрессорами процесса гидроочистки. Требуемая мощность циркуляционных компрессоров составляет:

,                                                (2.78)

где ­ кратность циркуляции водородсодержащего газа, нм³/м³;

       ­ плотность сырья, кг/м³.

Тогда

м³/ч.

Если кинетические факторы  не лимитируют процесс регенерации, минимальная продолжительность регенерации составит:

.

 

2.4. Расчёт горячего сепаратора высокого давления

2.4.1 Исходные данные для расчёта

Задача расчёта ­ определение доли отгона реакционной смеси, которая поступает из реактора в горячий сепаратор высокого давления, и состава жидкой и паровой фаз.

Для определения доли отгона необходимо рассчитать константы фазового равновесия всех компонентов реакционной смеси, которые входят в водородсодержащий газ, углеводородный газ и гидрогенизат, а также массовые доли и молекулярные массы этих компонентов. Гидрогенизат разбивается на нестабильный бензин, компонент дизельного топлива и тяжелый газойль.

 

 

 

 

Таблица 2.6 ­ Принимаемый состав углеводородных газов

Таблица 2.7 ­ Состав циркулирующего водородсодержащего газа

Всего в сепаратор поступает:

Таблица 2.8 ­ Состав входящих в сепаратор потоков

Режим работы сепаратора : Т = 320 °С = 593К; Р = 3,8 МПа.

 

 

2.4.2 Расчёт доли отгона на входе в сепаратор высокого давления.

Расчёт доли отгона производится методом подбора из условия:

 

,                                          (2.79)

 

где , ­ массовые доли компонентов в сырье и жидкой фазе, соответственно;

       ­ массовая доля отгона;

      ­ константа фазового равновесия при температуре и давлении в сепараторе.

Константа фазового равновесия определяется через фугитивность.

                                                     (2.80)

                                                                   (2.81)

                                                    (2.82)

где ­ коэффициенты активности жидкой и паровой фаз соответственно.

Значение  для Н₂, H S и углеводородов С₁ ­ С₄ находим по номограмме /11, рисунок 2.29/.

, , , , , .

Для бензина и дизельного топлива константа фазового равновесия рассчитывается через фугитивность.

 

2.4.2.1 Константа фазового равновесия нестабильного бензина.

, , К = 11,865.

Определяем псевдокритическое  значение температуры /9, с. 60/:

Т_ПС.КР = 573 К.

Критическое давление в соответствии с уравнением (2.50):

 МПа.

Приведенная температура и давление:

;

.

Для значений и находим коэффициент активности пара /9 с. 61/: , тогда

 МПа

Давление  насыщенных паров нестабильного бензина находим по формуле Ашворта (2.84):

,     (2.84)

где p_i - давление насыщенных паров;

       t - температура однократного испарения;

       t_i - температура кипения углеводорода или средняя температура кипения углеводородной фракции.

     (2.85)

.

.

 Па = 3,083 МПа.

.

Для значений МПа и находим коэффициент активности жидкости: 0,88 /9, с. 61/.

МПа

Так как давление в сепараторе выше давления насыщенных паров нестабильного бензина, то необходимо учесть поправку:

,     (2.86)

где V_Ж - мольный объем жидкости;

       Т - температура сепарации.

V_Ж = M/ρ_t,       (2.87)

,       

где а - температурная поправка;

a = 0,001828 - 0,00132∙ = 0,001828 - 0,00132∙0,744 = 0,000851,  (2.88)

=0,485 или 484,64 кг/м³.

Подставляя найденные значения в формулу в формулу (2.86) получим:

V_Ж = 106,376/484,64 =0,219 м³/моль.

;

= 2,920 МПа.

Константа фазового равновесия дизельного топлива при  Т = 320 °С и 

Р = 3,8 МПа

.