Гидроочистка вакуумного газойля

1.6 Расчетная часть

Расчет реакторного блока установки  гидроочистки вакуумного газойля.

Исходные  данные:

1. Производительность установки  по сырью

 G = 500000 т/год;

2. Характеристика сырья: 

фракционный состав 350-500 ^оС,

плотность = 0,9040;

содержание cеры S_o = 1,8 %,

сульфидной S_с = 0,9 %,

дисульфидной S_д = 0,2 %,

тиофеновой S_т = 0,7 %;

содержание непредельных углеводородов 10 % на сырье;

3. Остаточное содержание  серы в очищенном вакуумном  газойле

 S_к < 0,15 %, т.е. степень, или глубина гидрообессеривания

 должна быть 75 %;

4. Гидроочистка проводится  на при давлении Р=4 мПа,

кратность циркуляции ВСГ  к сырью x = 200 км³/м³;

5. Кинетические константы  процесса:

 R_о = 4,62∙10⁶, ε = 67040 кДж/моль, n = 2Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

.

 

1.6.1. Материальный баланс  установки

 

Производительность установки  по факту = 454544 т/год

Производительность по проекту = 454544 ∙ 1,15 = 522725,6

Часовая производительность Gc = 522725,6 ∙ 1000 / 300 ∙ 24 = 72600,8

Расчет  материального баланса представлен  в таблице

Таблица 10

Статьи баланса	% масс.	т/год	кг/час
Взято: 1. Сырье – вак.газ.	100	522725,6	72600,8
2. ВСГ в том числе H2	2,3 0,6	12022,7 3136,3	1669,9 434,7
3. Продуктовый H2	0,15	784	109
Итого:	102,45	535532,3	74379,5
Получено: 1. Очищен. вак. газ.	86,18	450485	62567,4
2. Газ	2,52	13172,7	1829,5
3.Бензин-отгон	1,86	9722,6	1350,4
4.Диз. фракция	9,35	48874,8	6788,1
5.Сероводород	1,29	6743,1	936,5
6.ВСГ (отдув) в том числе H2	0,65 0,1	3397,8	472
Изм. Лист № документа Подпись Дата Лист     7.Потери	0,6	3136,3	435,6
Итого:	102,45	535532,3	74379,5

 

1.6.2. Материальный баланс реактора Р - 101

Для расчета материального баланса  реактора рассчитать расход H2 на гидрокрекинг и выход продуктов в результате процесса.

Исходные данные для расчета:

1. Содержание серы в сырье S_o = 1,8 %

в том числе:

сульфидной – 0,9 % - S_s

дисульфидной – 0,2 % - S_д

тиофеновой – 0,7 % - S_т

2. Остаточное содержании серы в очищенном вакуумном газойле

Sк = 0,15 % т.е. степень обессеривания составляет 91%

3. Давление Р = 4 мПа
4. Кратность циркуляции ВСГ к сырью К = 400 км³_/ м³

Расход водорода на гидрогинолиз

G₁=m∆S,

где G₁ – расход 100% - го водорода, % на сырье;

∆S – количество серы, удаляемое при гидроочистке, %;

m – коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений;

Значение m для свободной серы равно циклических и сульфидов-0,125, дисульфидов-0,0938, тиофенов-0,250

Получаем:

G₁= 0,9 ∙ 0,125 + 0,2 ∙ 0,0938 + (0,7-0,15) ∙ 0,25 = 0,28

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов  равен:

G₂=2∆C_н / М,

где G₂- расход 100%-го водорода, % на сырье;

∆C_н- разность содержания непредельных углеводородов в сырье и

гидрогенизате, %;

М – средняя молекулярная масса сырья.

Среднюю молекулярную массу  сырья рассчитываем по следующей  формуле:

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

M = 318,

Принимая, что степень  гидрирования непредельных углеводородов  и гидрогенолиза сернистых соединений одинакова, находим

G₂= 0,0057,

Потери водорода от растворения в гидрогенизате G₃ на сырье составляют:

G₃ =

G₃ = x¹H₂M H₂ ∙ 100 / x¹H₂M H₂ + (1 - x¹H₂) М =

G₃ = 0,017 %

Механические  потери G₄ на сырье равны:

G₄ =

где x – кратность циркуляции водородосодержащего газа, км³/м³;

- плотность сырья, кг/м³

G₄ = 0,039 %

Общий расход водорода в процессе гидрокрекинга 

G_H2 = G₁ + G₂ + G₃ + G₄ + G₅

G_H2 = 0,28 + 0,0057 + 0,017 + 0,039 + 0,1 = 0,44 % (масс.)

Расход свежего ВСГ на гидроочистку

Состав  свежего водородосодержащего газа

Таблица 11

Компоненты	Mj	yj	yjMj	yj1=
водород	2	0,85	1,7	0,294
метан	16	0,07	1,12	0,194
этан	30	0,05	1,5	0,26
пропан	44	0,02	0,88	0,152
бутан	58	0,01	0,58	0,01
Итого		1,0	5,78	1,0

 

G_H2 = G_H2 / 0,44 = 0,294 = 1,5 % ,

где 0,44 – содержание водорода в свежем ВСГ, % (масс.) Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

 

Выход сероводородаИзм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

 

Состав  циркулирующего водородосодержащего  газа

Таблица 12

Компоненты	Mj	yj	yjMj	yj1=
водород	2	0,74	1,48	0,175
метан	16	0,13	1,82	0,215
этан	30	0,07	2,1	0,248
пропан	44	0,04	1,76	0,208
бутаны	58	0,01	0,58	0,069
пентаны	72	0,01	0,72	0,085
Итого		1.0	8,46	1,0

 

 

Выход сероводорода

В_H2s = ∆SM_H2s / M_s = 1,65 ∙ 34 / 32 = 1,74 % ,

Таким образом, балансовым сероводородом  поглощается 0,09 % (масс.) водорода (1,74 – 1,65 = 0,09%).

Средняя молекулярная масса ЦВСГ М_ц равна = 8,46 кг (см. таблицу 13)

Состав  циркулирующего водородосодержащего  газа

Таблица 13

Компоненты	Mj	yj	yjMj	yj1=
водород	2	0,74	1,48	0,175
метан	16	0,13	1,82	0,215
этан	30	0,07	2,1	0,248
пропан	44	0,04	1,76	0,208
бутаны	58	0,01	0,58	0,069
пентаны	72	0,01	0,72	0,085
Итого		1.0	8,46	1,0

 

 

Расход ЦВСГ на 100 кг сырья  G_ц можно найти по формуле

G_ц = 22,4 = = 16,7 кг.

На основе полученных данных составляем материальный баланс реактора

Материальный баланс реактора

Таблица 14

Компоненты	% масс.	т/год	кг/час
Взято: 1. Сырье	100	522725,6	72600,8
2.СВСГ в том числе H2	2,3 0,6	12022,7 3136,3	1669,9 435,7
3.ЦВСГ	16,7	87295,1	12124,5
4.Продукт H2	0,15	784	109
Итого:	119,15	625964	86504,6
Получено: 1.Очищ. вак. газ.	86,18	452753	62568
2.H2S	1,74	9141	1263
3.Газ	2,52	13239	1830
4.Бензин-отгон	1,86	9772	1350
5.Диз. фракция	9,35	49121	6788
6.ЦВСГ	16,7	87735	12124,5
7.Потери	0,8	4203	581
Итого:	119,15	625964	86504,6

 

Тепловой баланс реактора

Уравнение теплового баланса  реактора гидроочистки можно записать так:

Qc + Qс + Qs + Qг.н = εQсм,

где Qc, Qц – тепло, вносимое в реактор со свежим сырьем и ЦВСГ;

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

Qs, Qг.н – тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирование непредельных соеденений;

∑Qсм – тепло, отводимое из ректора реакционной смесью.

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

Gct_o + ∆Sq_s + ∆C_нqн = G_{ct ,}

t = t_o + (∆Sq_s + ∆C_нgн) / (Gc),

 где  G – суммарное количество реакционной смеси, % ;

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

        ∆S, ∆C_нqн – количество серы и непредельных, удаленных из сырья, % ; Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

 

        t, t_o – температура на входе в реактор и при удалении серы ∆S, C˚

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

 

Ниже последовательно  определены численные значения всех членов, входящий в уравнение.

1. Для заданной пары  катализатор – сырье t_o = 400С˚

2. Суммарное количество  реакционной смеси на входе  в реактор составляет 119,15 кг

3. Количество серы, удаляемое  из сырья, ∆S = 1,65%.

4. Количество тепла, выделяемое  при гидрогенолизе сернистых соединений (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, равной 0,91 составляет

Qs = ∑q_sig_si ,

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

g_si – количество разложенных сероорганических соединений, кг.

Таким образом

Q_s = 0,9 ∙ 3810 + 0,2 ∙ 5060 + 0,7 ∙ 8700 = 8471 кДж

Количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных углеводородов, равно 126000 кДж/моль.

Тогда

Q_н = ∆C_нq_н / M

Q_н = 9 ∙ 126000/318 = 3566 кДж ,

Среднюю теплоемкость циркулирующего ВСГ находят на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов

 

Таблица 15

Теплоемкость	H2	CH4	C2H6	C3H8	C4H10
Cp кДж / (кг∙К)	14,57	3,35	3,29	3,23	3,18
Cp ккал / (кг∙С˚)	3,48	0,800	0,786	0,772	0,760

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

 

Теплоемкость ЦВСГ можно  найти по формуле:

С_ц = ∑С_рiy_i,

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

y_i – массовая доля каждого компонента в ЦВСГ.

Тогда

С_ц = 14,57 ∙ 0,175 + 3,35 ∙ 0,215 + 3,29 ∙ 0,248 + 3,23 ∙ 0,208 + 3,18 ∙ 0,069 = 5,45 кДж/(кг∙К).

Энтальпию паров сырья при 400С˚ определяем по грфику J⁴⁰⁰ = 1196,50 кДж/кг

Поправку на давление находят  по значениям приведенных температур и давлений.

Абсолютная критическая  температура сырья определяется с использованием графика, представленного  на рис. 1.14 [1, стр 60]

Ткр = 460 + 273 = 733 К

Приведенная температура  равна

Тпр = (400 + 273) : 733 = 0,918

Критическое давление сырья  вычисляют по формуле:

Ркр = 0,1 ∙ К ∙ Ткр / Мс = 0,1 ∙ 10,96 ∙ 733 / 318 = 2,53 МПа,