Катлитический крекинг

 

nн13 = (y'cн1 - Nн11+ Nн12- Nн13) nс1

(24)

 

n_н13 = (0,384 - 0,3263 + 0,00514-0,0304)*926,7 = 58,23кмоль/сағ

 

Гидрокрекингке ұшыраған нафтенді көмірсутектер санын (25) формула бойынша табамыз

 

nнг1 = nн12 - nн13

(25)

 

n_нг1 = 58,23 – 30,06 = 28,17 кмоль/сағ

 

Гидрокрекинг реакциясы  кезінде парафинді көмірсутектер  мөлшері азаяды. Төртінші реакция нәтижесінде реактордағы парафинді көмірсутектердің  санының азаюын (4) теңдеу бойынша табамыз

 

–  = 0,1    = 0,0045кмоль/(cағ*кг кат)

(4)

 

Нафтенді және парафинді  көмірсутектердің реакцияларының жылдамдық константасы k₃=k₄=0,1 0045кмоль/(cағ*кг кат) екендігін естен шығармауымыз керек.

Гидрокрекингке ұшыраған парафинді көмірсутектер үлесі  – N_п1= 0,0045v_r1 = 0,0045 * 8,725 = 0,0393. Гидрокрекинг реакциясынан кейін қалған парафинді көмірсутектер мөлшерін (26) формула бойынша шығарамыз

 

nн14 = (y'cн1 - Nн1) nс1

(26)

мұндағы y'_cн1 – реактордағы шикізат құрамындағы парафинді көмірсутектердің мольдік үлесі.

 

n_н14 = (0,49 – 0,0393) * 926,7 = 417,66 кмоль/сағ

 

Гидрокрекингке ұшыраған және газға айналған парафинді көмірсутектер санын (27) формула бойынша анықтаймыз 

 

nнг1 = nн1 - nн14

(27)

n_нг1 = 454,08 – 417,66 = 36,42 кмоль/сағ

 

Кесте 8 – Реактордағы  реакциялардың материалды балансы

 

Реакцияға түскен компонеттер  саны , кмоль/сағ	Реакция өнімінің саны, кмоль/сағ
306,58 CnH2n	306,58 CnH2n-6 + 306,58 * 3H2
9,89 CnH2n+2	9,89 CnH2n + 9,89 H2
28,17 CnH2n + 28,17 H2	28,15 (CH4 + C2H6 + C3H8 + C4H10 + C5H12 )
36, 42 CnH2n+2 + 36,42 H2	36,42 (CH4 + C2H6 + C3H8 + C4H10 + C5H12 )

 

Реактордағы реакциялардың  материалдық балансы. Әрекеттескен шикізат пен стехиометриялық  теңдеулерге негізделе отырып, Кесте 8 - д е реакциялардың материалдық  балансы жасалды.

Гидрокрекинг нәтижесінде циркуляцияланатын газды байытатын көмірсутекті газ пайда болады. n =7,7 кезінде реакторда пайда болған көмірсутекті газ саны (28,17+36,42) (CH₄ + C₂H₆ + C₃H₈ + C₄H₁₀ + C₅H₁₂ ) = 33,2 (CH₄ + C₂H₆ + C₃H₈ + C₄H₁₀ + C₅H₁₂ ) - ға тең.

Кесте 2, 4, 5 ,8 - ге сүйене отырып реактордан шығатын газ құрамын  Кесте 9 - да келтіреміз. Бұл есептеу реактордың материалдық балансын есептеу үшін қажет.

 

Кесте 9 – Реактордан шығатын газ құрамы

 

Компонеттер	Кіріс, кмоль/сағ	Шығын, кмоль/сағ
CnH2n-6	117,69	117,69 +306,58 = 424,27
CnH2n	354,92	354,92 +306,58 + 9,89 – 28,17=30,06
CnH2n+2	454,08	454,08 – 9,89 – 36,42 = 407,77
Суммасы	926,69	862,1
Циркуляцияланатын газ
H2	7981,75	7981,75 + 3* 306,8 + 9,89 – 28,17 - 36,42   = 8782,019
CH4	371,24	371,24 + 28,17 + 36,42   = 404,396
C2H6	464,05	464,05 + 33,156 = 497,21
C3H8	338,76	338,76 + 33,156 = 371,916
C4H10	78,89	78,89 + 33,156 = 112,046
C5H12	46,405	46,405+33,156 = 79,561
Суммасы	9281,09	10247,15
Барлығы	10207,79	11109,248

 

Реактордың материалдық  балансы риформинг өнімдерінің  шығуын анықтау үшін құрылады.

 

Кесте 10 – Шығу кезіндегі  сутек құрамды газдың молекулярлы  массасы

 

Компонеттер	Молекулярлы масса, Мi	ni саны, кмоль/сағ	у'ri құрамы,моль үлес	Mi у'ri
H2	2	8782,019	0,8570	1,714
CH4	16	404,396	0,0395	0,631
C2H6	30	497,21	0,0485	1,456
C3H8	44	371,92	0,0363	1,597
C4H10	58	112,046	0,0109	0,634
C5H12	72	79,561	0,0078	0,5616
Суммасы	-	10247,15	1,0000	6,5935 ~ 6,6

 

Ректрордан шығу кезіндегі сутек құрамды газдың молекулярлы массасы Кесте 10 -да  көрсетілген. Компонеттердің мольдік үлесін (16) формуламен есептелінеді. Реактордан шығатын көмірсутектердің C_nH_2n-6, C_nH_2n,C_nH_2n+2 орташа молекулярлы массасы, реакторға кірген кездегі массаның сандық мәніне тең болмайды. Берілген көмірсутектердің орташа молекулярлы массасының жаңа сандық мәндерін есептейміз. Реактордан шығатын қаныққын циркуляцияланған газдың массалық шығыны 10247,15 * 6,6 = 67631,2 кг/сағ - қа тең. Реактордың материалдық массасы Кесте 11 – да көрсетілген.

 

Кесте 11 – Реактордың материалдық балансы

 

Компонеттер	Мөлшері, кмоль/сағ	у'i құрамы,моль үлес	Орташа молекулярлы  масса, Мi	Gi = niMi мөлшері, кмоль/сағ
Кіріс
CnH2n-6	117,69	0,0115	101,8	11980
CnH2n	354,92	0,03478	107,8	38260
CnH2n+2	454,08	0,0445	109,8	49860
H2	7981,75	0,7819	6,4	59400
CnH2n+2 ( ВСГ)	1299,35	0,1273
Суммасы	10207,79	1,0000	-	159500
Шығын
CnH2n-6	424,27	0,0382	102,55	43512
CnH2n	30,06	0,0027	108,55	3270
CnH2n+2	407,77	0,0367	110,55	45087
H2	8782,019	0,7905	6,6	67631
CnH2n+2 ( ВСГ)	1465,131	0,1319
Суммасы	11108,9	1,0000	-	159500

 

Реактордың материалдық  балансынан көретініміз, реактордан кеткен көмірсутектер саны және бүкіл газ  ағыны мен байытылған сутек құрамды  газ арасындағы теңдік.159500 – 67631 = 91869 кг/сағ.

Реактордан шығатын  көмірсутектер үшін материалдық  баланс теңдеуін (28) жазамыз

 

91869 = 424,3 CnH2n-6 + 30,1 CnH2n + 407,8 CnH2n+2

(28)

 

Кесте 2 - де көрсетілген  мәліметтерге сүйене отырып бұл теңдеуді теңдеу (29) ретінде жазуға болады

 

91869 = 424,3 (14n – 6 ) + 30,1* 14n + 407,8 (14n + 2)

(29)

 

Есептеуді жүргізген  соң көмірсутекті сан n = 7,654 -ке тең екенін көреміз. Бұған дейін есептелген пайда болған газ мөлшері n = 7,7 есептеу кезінде аса қателік жіберілмегенін көрсетеді.

Реактордан шығатын  көмірсутектердің молекулярлық массасының сандық мәндері: М_а = 14n – 6 = 14*7,654 – 6 = 102,55; М_н = 14n = 14*7,654 = 108,55; М_п = 14n + 2 = 14 * 7,654 + 2 = 110,55.

 

 

6.2   Реактордың жылу балансы

 

Риформингтің негізгі реакциялары жылуды жұтумен өтеді. Реакторлардағы температураның ауытқуы шикізаттағы топтық көмірсутектік құрамы мен реакция температурасына байланысты. Бірінші реактордағы температуралық ауытқу 35 – 80 К, екінші реакторда 8 – 40 К, үшіншіде 0 – 18 болуы мүмкін.

 

Жалпы түрде келтірілген  реактордың жылу балансы теңдеуі (30)

 

Q1 = Q2 +Q3+Q4

(30)

 

мұндағы  Q₁ – шикізатпен және циркуляцияланатын газбен бірге келетін жылу,кВт;

       Q₂ – риформинг реакциясына кеткен жылу шығыны,кВт;

                           Q₃ – реакция өнімдері мен және циркуляцияланатын газбен шығаты жылу,кВт;

Q₄ – қоршаған ортаға кеткен жылу,кВт.

 

Апаратқа кіретін газ  ағынының энтальпиясын есептейміз.Алдын- ала есептеу бойынша онша жоғары емес қысым мен сутекпен қосылған қателік энтальпия қысымының мөлшеріне әсер етпейді. Кесте 1,11-де көрсетілген ағын құрамын мольдік үлестен массалық үлеске ауыстырамыз. Т = 803К кезіндегі сутек, метан, этан, пропан, бутан ,пентан үшін энтальпияларын (3, 266 б) әдебиеттерде табуға болады. Ароматты, нафтенді, парафинді көмірсутектер үшін энтальпияның сандық мәндері (3, 282 б) - те көрсетілген. Қоректенетін қоспаның энтальпиясы Кесте 12 - де көрсетілген.

Гесс заңын қолданып реакцияның жылу эффектісін шикізаттың химиялық құрамын және реакция өнімдерінің толық құрамын білмей есептеуге болмайды. Сондықтан (31) формуланы қолданамыз

 

Q р = – 335 b

(31)

 

мұндағы b – бастапқы шикізатқа кеткен сутек шығыны, % масс.

 

Кесте 11 - де көрсетілген  реактордың материалдық балансынан риформинг нәтижесінде алынған  сутек мөлшері

n_н2 = 8782,02 – 7981,75 = 800,27 кмоль/сағ

 

немесе 

G_н2 = 800,27 * 2 = 1600,54 кг/сағ.

 

Кесте 12 – Қоректенетіе қоспаның энтальпиясы

 

Компо- неттер	Молекулярлы масса, Мi	ni мөлшері, кмоль/сағ	у'i құрамы,моль үлес	Miу'i	уi құрамы,масса үлес	Энтальпия, кДж/кг
						qrri	qrriyi
H2	2	7981,75	0,7819	1,56	0,1003	7700	772,3
CH4	16	371,24	0,0364	0,58	0,0373	1618	60,3
C2H6	30	464,05	0,0455	1,37	0,0880	1413	124,3
C3H8	44	338,76	0,0331	1,46	0,0938	1405	131,8
C4H10	58	78,89	0,0077	0,45	0,0289	1400	40,5
C5H12	78	46,405	0,0046	0,33	0,0212	1392	29,5
CnH2n-6	101,8	117,69	0,0115	1,17	0,0752	1713	128,8
CnH2n	107,8	354,92	0,0348	3,75	0,2410	1704	410,6
CnH2n+2	109,8	454,08	0,0445	4,89	0,3143	1703	535,2
Сумма	-	10207,79	1,0000	15,56	1,0000	-	2233