Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Октября 2013 в 09:19, дипломная работа
Целью данного дипломного проекта является разработка установки гидроочистки вакуумного газойля, сырья каталитического крекинга.
К сырью предъявляются жёсткие требования по содержанию сероорганических и других гетероатомных соединений, удаление которых достигается за счёт гидрогенолиза под давлением водорода, при высоких температурах.
Предварительная гидроочистка осуществляется для предотвращения отравления катализатора, обеспечивая тем самым более длительный срок его службы, а также повышает выход целевых продуктов и их качество.
Процесс гидроочистки обеспечивает выполнение норм по охране окружающей среды.
Введение
3
1
Литературный обзор
5
1.1
Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке
5
1.2
Теоретические основы процесса гидроочистки
6
2
Технико-экономическое обоснование проектируемой установки
14
3
Технологическая часть
16
3.1
Характеристика сырья, продуктов и вспомогательных материалов
16
3.2
Описание технологической схемы
19
3.3
Вспомогательные схемы
24
4
Расчетная часть
28
4.1
Расчет реакторного блока установки гидроочистки вакуумного газойля
28
4.2
Тепловой баланс реактора гидроочистки
36
4.3
Конструктивный расчет реактора
40
4.4
Механический расчет
45
4.5
Расчет массы аппарата
45
4.6
Расчет стабилизационной колонны
47
4.7
Расчет и выбор вспомогательного оборудования
50
5
Автоматизация производственного процесса
55
6
Строительная часть
57
6.1
Строительно-монтажные работы
57
6.2
Требования к производственным зданиям
58
7
Охрана труда
59
8
Охрана окружающей среды
62
9
Экономическая часть
65
9.1
Расчёт производительности производства
65
9.2
Расчёт затрат на сырьё и вспомогательные материалы
66
9.3
Расчёт энергетических затрат
67
9.4
Расчет численности основных рабочих
68
9.5
Расчет численности вспомогательных рабочих
69
9.6
Расчет годового фонда рабочего времени работы одного среднесписочного работающего
70
9.7
Расчет численности служащих
71
9.8
Расчет фонда заработной платы
72
9.9
Расчёт величины амортизационных отчислений
75
9.10
Расчёт сметы цеховых расходов
76
9.11
Расчёт плановой себестоимости продукции
76
9.12
Расчёт технико-экономических показателей установки гидроочистки
78
Заключение
79
Список использованных источников
80
4 Расчетная часть
4.1 Расчет реакторного блока установки гидроочистки вакуумного газойля
Целью выполняемого расчета является составление материального и теплового балансов процесса, а также на их основе конструктивный расчет реактора гидроочистки.
Исходные данные.
тиофеновой ST=0,56 %масс.;
4.1.1 Выход гидроочищенного топлива. Выход гидроочищенного вакуумного газойля ВВ.Г., % масс. на исходное сырье равен
ВВ.Г.=100 – ВД.Т. – ВБ – ВГ – ΔS, (4.1)
где ВД.Т., ВБ, ВГ , ΔS – выходы дизельного топлива, бензина, газа и количество удаленной из сырья серы соответственно на сырье, % масс.
Принимаем ВД.Т.=9,2 %масс; ВБ=1,346 %масс; ВГ=1,5 %масс.
ВВ.Г.=100 – 9,2 – 1,349 – 1,5 – 1,588=86,366 %масс.
Полученная величина в дальнейших расчетах уточняется после определения количества водорода, вошедшего в состав вакуумного газойля при гидрогенолизе сернистых соединений и гидрировании непредельных углеводородов. Полученные значения выхода газа, бензина, дизельного топлива и вакуумного газойля далее будут использованы при составление материального баланса установки и реактора гидроочистки.
4.1.2 Расход водорода на гидроочистку. Водород в процессе гидроочистки расходуется на:
Расход водорода на гидрогенолиз сероорганических соединений можно найти по формуле
где G1 – расход 100 %-го водорода, %масс. на сырье;
m – зависящий от характера сернистых соединений;
ΔS – количество серы, удаляемое при гидроочистке, %масс. на сырье.
Поскольку в нефтяном сырье присутствуют различные сернистые соединения, определяется расход водорода на гидрогенолиз каждого из них, и полученные результаты суммируются.
Значение m для свободной серы равно 0,0625; для меркаптанов - 0,062; циклических сульфидов – 0,125; дисульфидов – 0,0938; тиофенов – 0,25 и бензотиофенов – 0,187.
Наиболее стабильны при
При этом получаем
Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов равен
где G2 – расход 100%-го водорода, %масс. на сырье;
ΔСН – разность содержания непредельных углеводородов в сырье и гидрогенизате, %масс.;
М –
средняя молекулярная масса
Среднюю молекулярную массу сырья рассчитываем по следующей эмпирической формуле
где - средняя температурная поправка.
Принимаем что степень гидрирования непредельных углеводородов и гидрогенолиза сернистых соединений одинакова
Потери водорода от растворения в гидрогенизате G3, % масс. находим по формуле
где - мольная доля водорода, растворенного в гидрогенизате;
- молекулярная масса водорода;
М – средняя молекулярная масса сырья, г/моль.
Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенизате, можно рассчитать из условия фазового равновесия в газосепараторе высокого давления.
где
- мольные доли водорода в паровой
и жидкой фазах
- константа фазового равновесия.
Кроме этих потерь имеют место потери водорода за счет диффузии водорода через стенки аппаратов и утечки через неплотности, так называемые механические потери. По практическим данным эти потери составляют около 1 % от общего объема циркулирующего газа. Механические потери G4, % масс. на сырье равны
где æ – кратность циркуляции водородсодержащего газа.
Таким образом
4.1.3 Потери водорода с отдувом. Для нормальной эксплуатации установок гидроочистки содержание водорода в циркулирующем газе должно быть не ниже 70 %объемных. Уменьшению концентрации водорода способствуют следующие факторы:
1) химическое потребление
2) растворение водорода в жидком
гидрогенизате, выводимом с
3) образование газов
Наиболее экономичный по расходу водорода режим без отдува водородсодержащего газа можно поддерживать, если газы, образующиеся при гидрокрекинге, и газы, поступающие в систему со свежим водородсодержащим газом, полностью сорбируются в газосепараторе в жидком гидрогенизате, то есть
где V0 – объем свежего водородсодержащего газа, м3/час;
- объемная концентрация водорода
в свежем водородсодержащем
VГ.К. – объем газов гидрокрекинга, м3/час;
Vа – объем газов абсорбируемых жидким гидрогенизатом, м3/час.
Реализации этого условия способствует увеличение концентрации водорода в свежем водородсодержащем газе, уменьшение реакций гидрокрекинга и повышение давления в системе.
Расчет рекомендуется вести на 100 кг исходного сырья, так как при этом абсолютные значения расходных показателей (в % масс.) можно использовать с размерностью кг.
Объем свежего водородсодержащего газа рассчитываем по формуле
Объем газов гидрокрекинга рассчитаем по формуле
где МГ.К. – средняя молекулярная масса газов гидрокрекинга, при одинаковом мольном содержание газов С1-С4, она равна
Количество углеводородных газов, абсорбируемых жидким гидрогенизатом, можно определить, если допустить, что циркулирующий водородсодержащий газ принятого состава находится в равновесие с жидким гидрогенизатом. Содержание отдельных компонентов в циркулирующем газе и константы фазового равновесия в условиях газосепаратора высокого давления приведены ниже.
Таблица 4.1
Компонент |
CН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
Содержание компонента , мол. доли |
0,2 |
0,05 |
0,02 |
0,01 |
Константа фазового равновесия Крi |
3,85 |
1,2 |
0,47 |
0,18 |
Количество абсорбированного компонента i (vi, м3 на 100 кг гидрогенизата) составляет
Подставляя в выражение
Суммарный объем абсорбированных газов будет равен
Балансовый объем
Поскольку выполняется требование уравнения(4.9), возможна работа без отдува части циркулирующего водородсодержащего газа. Таким образом, общий расход водорода в процессе гидроочистки будет складываться из водорода, поглощаемого при химической реакции, абсорбируемого в сепараторе высокого давления и механически теряемого
Расход свежего
где 0,29 – содержание водорода в свежем водородсодержащем газе, %масс.
Полученные значения расхода водорода и свежего водородсодержащего газа далее будут использованы при составлении материального баланса установки и реактора гидроочистки.
4.1.4 Материальный баланс установки. Вначале рассчитаем выход сероводорода
где - молекулярная масса сероводорода;
- молекулярная масса серы.
Таким образом, балансовым сероводородом поглощается 0,092 %масс. водорода(1,68 – 1,588=0,092 %).
Количество водорода, вошедшего при гидрировании в состав вакуумного газойля, равно
Уточненный выход
86,366+0,207=86,573 %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
1,24(1 – 0,29)+1,5+0,013=2,39 %масс.
На основе полученного материального баланса проводим расчет реакторного блока установки гидроочистки.
4.1.5 Материальный баланс реактора. В реактор поступает сырье, свежий водородсодержащий газ и циркулирующий водородсодержащий газ. Состав циркулирующего водородсодержащего газа приведён ниже.