АСУТП гидроочистки бензина

Министерство образования и  науки РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(МАМИ)

Факультет АИТ

Кафедра МАСК

 

 

 

 

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Студента-дипломника: Султанова Гасана Гамидовича

Тема проекта: «АСУТП гидроочистки бензина»

 

 

 

 

Заведующий кафедрой:    Латышенко К.П. ___________

Руководитель проекта    Головин В.В.  ___________

Консультанты по разделам

Технико-экономическое обоснование:  Тихонова Н.В.  ___________

Безопасность жизнедеятельности:   Бондарь В.А.  ___________

Экологический мониторинг:   Гальцова Г.А.  ___________

Проектировал:      Султанов Г.Г. ___________

 

 

 

 

МОСКВА – 2013 г.

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установка гидроочистки дизельного топлива  Л-24-300 производительностью 2 млн. тонн по сырью построена по проекту «Ленгипронефтехим», комплектная, поставленная из ЧССР.

Назначение установки - производство малосернистого дизельного топлива.

Срок ввода установки -1988 год. Генеральный  проектировщик - ОАО «ВНИПИНефть».

Состав установки по блокам (операциям):

• реакторный блок - гидроочистка исходного сырья фракции 180-350°С на катализаторе в среде циркулирующего водородсодержащего газа, с образованием углеводородов парафинового и нафтенового рядов, с выделением сероводорода, воды и аммиака;
• блок стабилизации гидрогенизата - удаление растворенных газов, сероводорода, бензина-отгона для получения стабильного гидрогенизата компонента дизельного топлива;
• блок очистки циркуляционного и углеводородного газов - извлечение сероводорода раствором моноэтаноламина;
• блок регенерации насыщенного раствора моноэтаноламина - удаление сероводорода из насыщенного раствора моноэтаноламина;
• блок отдува сероводорода из бензина-отгона. Отдув производится углеводородным газом с целью стабилизации бензина;
• блок отдува сероводорода из конденсата - удаление сероводорода из конденсата перед сбросом его в промканализацию;
• мембранная установка ЮОП «Полисеп™» (далее по тексту - блок концентрирования водорода) введена в 2000 году. Назначение блока -очистка и концентрирование водородсодержащего газа.

В данной работе рассмотрел реакторный блок и блок стабилизации гидрогенизата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание технологического процесса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс гидроочистки дизельных фракций  основан на реакциях гидрогенизации, в результате которых содержащиеся в сырье примеси серы, кислорода  и азота превращаются в присутствии  водорода и катализатора в углеводороды с выделением сероводорода, воды и аммиака, олефины преобразуются в более стабильные углеводороды парафинового или нафтенового рядов в зависимости от их природы в исходном сырье.

Относительная скорость и глубина  протекания реакций зависит от условий  процесса, физико-химических свойств сырья, применяемого катализатора и его состояния.

Блок концентрирования водорода предназначен для очистки потока ВСГ и получения  обогащенного водородного продукта (называемого «пермеатом»), который  содержит концентрированный водород  и небольшое количество примесей. Кроме этого, выделяется рафинад высокого давления (называемый «непермеатом»), содержащий остатки водорода и другие примеси, имеющиеся в исходном ВСГ.

 

Реакции сернистых соединений

В зависимости от строения сернистых  соединений меркаптаны, сульфиды алициклического или циклического строений, дисульфиды и простые тиофены при гидроочистке превращаются в парафиновые или ароматические углеводороды с выделением сероводорода.

1. Меркаптаны

RSH+H₂®RH+H₂S

2. Сульфиды
• Ациклические

RSR+2H₂®RH+H₂S

• Моноциклические

CH₂-CH₂

   |       |       +2H₂®CH₃-CH₂-CH₂-CH₃+H₂S

CH₂-CH₂

   \      /

      S

3. Дисульфиды

RSSR+3H₂®2RH+2H₂S

4. Тиофены

CH-CH

  |       |       +4H₂®CH₃-CH₂-CH₂-CH₃+H₂S

CH-CH

  \      /

     S

Из всех сернистых соединений легче  всего гидрируются меркаптаны, сульфиды, труднее всего - тиофены. При одних  и тех же условиях первые гидрируются  на 95%, вторые на 40-50%.

Скорость гидрообессеривания уменьшается  с увеличением молекулярного  веса нефтяных фракций.

 

Реакции углеводородов

В процессе гидроочистки одновременно с реакциями сернистых, азотных  и кислородных соединений протекают  многочисленные реакции углеводородов:

• изомеризация парафиновых и нафтеновых углеводородов;
• насыщение непредельных;
• гидрокрекинг;
• гидрирование ароматических углеводородов и др.

Изомеризация парафиновых и  нафтеновых углеводородов происходит при любых условиях обессеривания, интенсивность гидрокрекинга усиливается  с повышением температуры и давления.

При более высоких температурах и низких давлениях происходит частичное дегидрирование нафтеновых и дегидроциклизация парафиновых углеводородов. В некоторых случаях гидрогенизационного обессеривания эти реакции могут служить источником получения водорода для реакций собственно обессеривания, т.е. обеспечивают протекание процесса автогидроочистки.

Из сопутствующих обессериванию  реакций углеводородов особый интерес  представляет насыщение олефиновых и ароматических углеводородов.

Как показали исследования, наиболее стойкими в процессе гидрирования являются ароматические углеводороды, моноциклические (бензол и его гомологи) в заметном качестве гидрируются при высоком парциальном давлении водорода (20 МПа и выше).

Гидрирование ароматических углеводородов  с конденсированными кольцами протекает легче и может происходить в условиях процесса гидроочистки.

При температуре 350-500°С происходит практически полное гидрирование непредельных соединений при парциальном давлении водорода.

Разделение водорода и примесей в блоке концентрирования водорода осуществляется благодаря перепаду парциального давления водорода, существующему между потоком сырьевого водорода высокого давления и потоком водородного продукта более низкого давления. Водород представляет собой маленькую молекулу с более высокой скоростью диффузии, чем примеси потока сырья, и поэтому он проникает через полимерную мембрану скорее, чем примеси.

 

Основные условия проведения процесса

Условия проведения процесса гидроочистки зависят от фракционного и химического  составов сырья, от требуемой степени обессеривания, применяемого катализатора и его состояния.

Основными параметрами, характеризующими гидроочистку, являются температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность  циркуляции водородсодержащего газа по отношению к сырью и активность катализатора.

 

Температура

Подбор оптимальных температур гидроочистки зависит от качества исходного  сырья, от условий ведения процесса, потери активности катализатора с течением времени и лежит в пределах 300-380°С.

Наиболее целесообразно вести  процесс при максимальной температуре, не вызывающей образования кокса.

При повышении температуры степень  гидрирования сернистых соединений возрастает, достигая максимума при 420°С. При дальнейшем повышении температуры  степень гидрирования снижается: для  сернистых соединений незначительно, для непредельных углеводородов довольно резко, так как при повышенной температуре, происходят реакции гидрокрекинга, в результате которых снижается выход жидких продуктов и увеличивается отложение кокса на катализаторе.

Реакции экзотермичны, количество выделяемого тепла зависит от содержания серы и непредельных углеводородов в сырье. Для процесса гидроочистки бензиновых фракций оптимальная температура составляет 300 - 400°С.

 

Давление

С повышением общего давления в системе  увеличивается степень обессеривания сырья, уменьшается коксообразование и увеличиваем срок службы катализатора.

Процесс гидроочистки проводится при  давлении 2-5 МПа. Вблизи верхнего Предела  рост степени обессеривания от повышения  давления незначителен.

При изучении факторов, влияющих на глубину гидроочистки, было определено, что гидрированию, в основном, способствует не повышение общего давления в системе, а то, что с повышением общего давления в системе гидроочистки растет парциальное давление водорода.

При увеличении парциального давления водорода до 3 МПа степень гидрирования сернистых соединений увеличивается довольно резко, а выше 3 МП - очень незначительно.

Процесс гидроочистки бензиновых фракций проводится при парциальном давлении водорода не ниже 1,8 МПа.

 

Объемная скорость подачи сырья

Объемной скоростью называется отношение объема сырья, подаваемого  в реактор в час, к объему катализатора.

С увеличением объемной скорости уменьшается  время пребывания сырья в реакторе и, наоборот, с уменьшением объемной скорости увеличивается время контакта даров сырья с катализатором, и, следовательно, углубляется степень очистки. Однако с уменьшением объемной скорости уменьшается количество пропускаемого через реактор сырья, т.е. уменьшается производительность установки.

При подборе объемной скорости учитывают  не только фракционный и химический составы сырья, но и состояние  катализатора, а также другие показатели (температуру, давление), влияющие на степень  гидрообессеривания.

Объёмная скорость подачи сырья  в зависимости от его качества, требуемой глубины очистки и условий процесса может изменяться в очень широких пределах – от 0,5 до 10 ч^-1. Для тяжёлого сырья и сырья вторичного происхождения объёмная скорость наименьшая.

 

Кратность циркуляции водородсодержащего газа к сырью

Термодинамические расчеты показывают, что уже в присутствии теоретически необходимого количества водорода реакции  гидрирования могут протекать до практически полного завершения. Однако скорость реакции при этом будет крайне мала вследствие низкого  парциального давления водорода.

Поэтому процесс гидрообессеривания проводят с избыточным количеством  водорода.

При повышении содержания водорода в газосырьевой смеси скорость процесса увеличивается, однако заметное возрастание  скорости реакции при этом происходит только до определенного предела.

Увеличение объема циркулирующего водорода снижает также коксообразование на катализаторе.

Относительное количество подаваемого  водородсодержащего газа выражается объемом  циркулирующего газа в нормальных кубометрах, приходящихся на i м³ жидкого сырья.

Для процесса гидроочистки дизельных  фракций принята кратность циркуляции водородсодержащего газа, считая на 100% водород, не менее 160-180 нм³/м³ сырья.

Содержание водорода в циркуляционном газе не менее 70% объемных.

 

Активность катализатора

Катализаторы гидроочистки ускоряют реакции процесса гидроообессеривания. Активность катализатора зависит от содержания кокса на поверхности  катализатора и от отравления каталитическими  ядами.

Чем выше активность катализатора, тем  с более высокой объемной скоростью можно проводить процесс и достигать большей глубины обессеривания.

С течением времени активность катализатора падает за счет отложения серьг я  кокса на его поверхности.

Снижение парциального давления водорода в циркулирующем газе и ужесточение режима процесса способствует закоксовыванию катализатора,

Поэтому периодически проводят регенерацию  катализатора, в результате которой выжигаются кокс и сера, отложившиеся на катализаторе, и активность катализатора восстанавливается.

Постепенно катализатор «стареет» за счет рекристаллизации и изменения структуры поверхности, а также за счет адсорбции на поверхности катализатора металлоорганических и других веществ, блокирующих активные центры. В этом случае каталитическая активность снижается безвозвратно и катализатор заменяется на свежий.

 

Стабилизация гидрогенизата

Стабилизацию гидрогенизата проводят с целью отгона из дизельной фракции  легких продуктов крекинга, воды и  углеводородного газа. Снизу колонны  отбирается стабильное гидроочищенное топливо, сверху уходят пары бензина, воды, углеводородный газ, сероводород.

Стабилизация гидрогенизата проходит под давлением с подачей в  колонну концентрированного водородсодержащего газа (пермеат) с блока концентрирования водорода для увеличения температуры вспышки в стабильном дизельном топливе.

 

Концентрирование водорода

На концентрацию водорода (пермеата) влияют следующие параметры:

а) площадь волокон (если увеличить площадь волокон, то это позволит диффундировать большему количеству газов, как водороду, так и примесям. Это приведет к большему отбору водорода и меньшей чистоте водородного продукта);