Проект установки гидрообессеривания вакуумного газойля с изменением состава катализатора

 

Таблица 4.2 - Состав циркулирующего водородсодержащего газа

Компонент	Н2	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10
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 рассчитывается по формуле

 

                                              

,    (4.17)

 

кг/моль

 

Расход циркулирующего водородсодержащего газа на 100 кг сырья G_Ц рассчитываем по формуле

 

                                         

,                    (4.18)

 

кг

На основе данных материального  баланса гидроочистки (таблица 4.3) составляем материальный баланс реактора (таблица 4.4).

 

 

 

 

Таблица 4.3 – Материальный баланс гидроочистки

Наименование	% масс.	т/год	т/сутки	кг/час
Взято:
1 Сырье	100,00	2400000	7058,8	294117,6
2 ВСГ, в т.ч.	1,24	29760	87,53	3647,06
- 100 % Н2	0,36	8640	25,41	1058,82
Итого:	101,24	2429760	7146,35	297764,71
Получено:
1 Вакуумный газойль гидроочищенный	86,573	2077752	6111,04	254626,47
2 Дизельное топливо	9,2	220800	649,4	27058,8
3 Сероводород	1,68	40320	118,59	4941,18
4 Бензин	1,349	32376	95,22	3967,65
5 Сухой газ	2,39	57360	168,71	7029,41
6 Потери	0,048	1152	3,39	141,18
Итого:	101,24	2429760	7146,35	297764,71

 

 

Таблица 4.4 – Материальный баланс реактора гидроочистки

Наименование	% масс.	кг/час
Взято:
1 Сырье	100,00	294117,65
2 Свежий ВСГ	1,24	3647,06
3 ЦВСГ	18,44	54235,29
Итого:	119,68	352000
Получено:
1 Вакуумный газойль гидроочищенный	86,573	254626,47
2 Дизельное топливо	9,2	27058,82
3 Сероводород	1,68	4941,18
4 Бензин	1,349	3967,65
5 Сухой газ	2,39	7029,41
6 Потери	0,048	141,18
7 ЦВСГ	18,44	54235,29
Итого:	119,68	352000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Тепловой баланс реактора  гидроочистки

 

Уравнение теплового баланса реактора гидроочистки можно записать так

 

                                   Q_C+Q_Ц+Q_S+Q_Г.Н.=Q_Cм ,    (4.19)

 

где Q_C,Q_Ц – тепло, вносимое в реактор со свежим сырьем и циркулирующим                      водородсодержащим газом;

       Q_S,Q_Г.Н. – тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза                         сернистых и гидрирования непредельных соединений;

        Q_Cм – тепло, отводимое из реактора реакционной смесью.

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

 

                                 

,   (4.20)

 

где G – суммарное количество реакционной смеси, %масс;

        - средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/кгК;

        , - количество серы и непредельных углеводородов, удаленных из                      сырья, %масс;

        , - температуры на выходе и на входе в реактор, ⁰С;

      , - тепловые эффекты гидрирования сернистых и         непредельных соединений, кДж/кг.

 

                                      

   (4.21)

 

Последовательно определим  все численные значения, входящие в уравнение(4.21).

1) С повышением температуры процесса, увеличивается скорость гидроочистки, но избирательность процесса снижается, увеличивается образование легких продуктов и отложений кокса на катализаторе. Поэтому оптимальной температурой процесса принимаем t₀=380⁰C.

2) Суммарное количество реакционной смеси на входе в реактор составляет: G=119,68 %масс;

3) Количество серы, удаленное  из сырья,  =1,588 %масс. Глубину гидрирования непредельных углеводородов можно принять равной глубине обессеривания

 

= %масс

 

4. Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений(на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, равной 0,9925, составит

 

                                                 

,    (4.22)

 

где - тепловые эффекты гидрогенолиза отдельных сероорганических                соединений, кДж/кг;

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

 

кДж

 

5. Количество тепла, выделяемое при гидрирование непредельных углеводородов, равна 126000 кДж/кмоль. Тогда

 

                              

кДж  (4.23)

 

6) Среднюю теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа находят на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов.

 

Таблица 4.5 - Теплоемкость индивидуальных компонентов

Теплоемкость	Н2	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10
, кДж/кг К	14,57	3,35	3,29	3,23	3,18
, ккал/кг 0С	3,48	0,8	0,786	0,772	0,76

 

Теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа можно найти  по формуле

 

                            

,                        (4.24)

 

где - теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на               температуру и давление, кДж/кг К;

       - массовая доля каждого компонента в циркулирующем газе.

 

кДж/кг

 

7) Энтальпия паров сырья при 380⁰С найдем по формуле

 

                                          

,   (4.25)

 

где а – поправка температурная  к энтальпии;

а=468,6 кДж/кг     [5, стр. 220]

 

кДж/кг

 

Поправку на давление находят по значениям приведенных  температуры и давления(Т_пр и Р_пр соответственно), которые рассчитываются по формулам

 

                                                  

,     (4.26)

 

Т=380+273=653 К

 

Абсолютная критическая  температура сырья определяется следующим образом

 

                                       Т_кр=1,05 × t_ср +160 + 273,    

 

,

 

Т_кр=1,05·290+160+273=737,5 К,

 

 

                                            

,                       (4.27)

 

Р=4,0 МПа.

Критическое давление вычисляют по формуле

 

                                              ,                   (4.28)

 

где К – характеризующий фактор;

       Т_кр – критическая температура, К;

       М – средняя  молекулярная масса сырья.

Характеризующий фактор находится  по формуле

 

                                             ,                  (4.29)

 

Т_ср=290+273=563 К,

 

,

 

МПа,

МПа

 

Для найденных значений Т_пр и Р_пр находим значение выражения по графику .       [5, с. 35]

Отсюда следует

 

                                 

кДж/кг   (4.30)

 

Тогда энтальпия сырья с поправкой  на давление равна

 

                        

кДж/кг            (4.31)

 

Теплоемкость сырья с поправкой  на давление равна

 

кДж/кг·К

 

8) Средняя теплоемкость реакционной смеси составляет

 

                                           

,    (4.32)

 

кДж/кг·К

 

Подставив найденные величины в уравнение(4.21), находим температуру на выходе из реактора

 

⁰С

 

Рост температуры по реактору составит

 

⁰С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Конструктивный  расчет реактора

 

Данный расчёт сводится к определению  необходимого объёма катализатора. Исходные данные для кинетического расчёта представим в виде таблицы.

 

Таблица 4.6 - Данные для процесса обессеривания

Показатели	Содержание  серы, %масс
	1,6	1,0	0,5	0,3
Т, К	653	663	673	681,54
108·	327	396	478	539
k	15,11	18,2	22,4	24,77
S2, м	2,56	1	0,25	0,09
r=k·S2	38,68	18,2	5,6	2,23
1/r	0,03	0,06	0,18	0,45

 

Требуемый объем катализатора в реакторе вычисляют по формуле

 

                                       

,      (4.33)

 

где S – площадь под полученной кривой на графике в пределах содержания             серы от 1,6 до 0,012 %масс,;

       G^/ - объемный расход сырья, м³/час.

Значение G^/ находят из соотношения

 

                                                

,      (4.34)

 

где G – массовый расход сырья, кг/час;

        - плотность сырья.

 

м³/ч

 

Площадь численно равна  интегралу