Проект установки гидрокрекинга

 

Тепловой баланс реактора

Температура в реакторе   460 ^oC

Степень превращения сырья   0,6

Плотность сырья   0,9102

Тепловой баланс реактора можно описать следующим уравнением [10]:

где массы соответственно сырья, циркулирующего газа, сухого газа, бензина, дизельного топлива, остатка, кг/час; энтальпия, кДж/кг; теплота реакции кДж/кг.

 

Определяют энтальпию  сырья при 460^оС, для этого необходимо определить критические параметры и приведенные параметры.

Приближенно критическую  температуру и давление нефтяной фракции и газов можно определить по графикам в зависимости от молекулярной массы, плотности и средней температурой кипения.

Критические параметры  можно подсчитать по эмпирическим формулам:

             (3.11)

где                   

Для нафтеновых углеводородов  60; ароматических 6,5-7,0; парафиновых 5,0-5,3; нефтепродуктов прямой перегонки 6,3-6,4; крекинг-керосинов 6,8-7,0; среднемолекулярная температура кипения (приближенно можно взять температуру 50%-ной точки разгонки); и температуры 70 и 10% отгона от кривой разгонок, ^оС; относительная плотность ; молекулярная масса.

 

Относительную плотность  нефтепродукта при 15^оС можно определить по следующему уравнению:

 (3.13)

где относительная плотность нефтепродукта при 20^оС; α-средняя температурная поправка.

 

Для 0,9102; = 0,000620 [10].

0,9102+5∙0,000620=0,9133

Молекулярную массу  нефтепродукта можно определить по формуле Крэга [12]:

                         (3.14)

Отсюда:  

МПа

Приведенной температурой называют отношение температуры вещества к его критической температуре

 (3.15)

где критическая температура,  

Приведенным давлением  называют отношение давления вещества к его критическому давлению :

         (3.16)

где критическое давление, МПа.

                                              [10].

Отсюда:   кДж/кг.

Находим энтальпию паров  нефтепродуктов при атмосферном  давлении по формуле:

                     (3.17)

где энтальпия паров нефтепродуктов в зависимости от температуры [10].

кДж/кг

Энтальпия паров вакуумного газойля при атмосферном давлении:

кДж/кг

Энтальпия паров вакуумного газойля при 7 МПа.

кДж/кг

В процессе гидрокрекинга  используется циркулирующий водородсодержащий углеводородный газ следующего состава (6% масс.): Н₂=58,8; С₁–5; С₂–6,8; С₃–29,4. Кратность циркулирующего газа 1000 м³/м³ сырья.

Подсчитаем массовую теплоемкость циркулирующего газа без  учета давления, так как в данном случае поправка на него мала. Подсчитаем среднюю температуру в реакторе 440^оС. По графику [10] находим значение :

для Н₂  14,73 кДж/(кг∙К)

для С₁  3,3 кДж/(кг∙К)

для С₂  3,1 кДж/(кг∙К)

для С₃  3,05 кДж/(кг∙К)

Отсюда:

 кДж/кг∙К

Энтальпия циркулирующего газа

кДж/кг

Находим среднюю молекулярную массу сухого газа, имеющего следующий  состав (в % масс.): С₂Н₄–21,0; С₂Н₆–27,0; С₃Н₈–41; С₄Н₁₀–11,0 

Определим энтальпию сухого газа при 460^оС и 7,0 МПа

 кДж/кг

Энтальпия бензина:  

кДж/кг

кДж/кг

Энтальпия дизельного топлива:

кДж/кг

кДж/кг

Энтальпия остатка:

 кДж/кг

 кДж/кг

Средняя молекулярная масса  циркулирующего водородсодержащего газа:

Средняя плотность циркулирующего газа:

кг/м³

Масса циркулирующего газа определяется по следующей формуле:

                (3.18)

где расход сырья, кг/ч; кратность циркуляции газа, м³/м³ сырья; плотность циркулирующего газа, кг/м³; плотность сырья, кг/м³.

 

кг/час.

Подсчитываем теплоту  прихода и расхода.

Приходящее тепло:

 кДж/ч

Уходящее тепло:

 кДж/кг

Согласно справочным данным [10] 419 кДж/кг.

Так как по тепловому  балансу  кДж/кг, в реакторе в процессе реакции выделяется избыточное сырье, что требует дополнительного охлаждения, поэтому для процесса гидрокрекинга вакуумного газойля нефти месторождения Танатар необходимо выбрать политропический реактор с промежуточным охлаждением слоев катализатора.

Размеры реактора гидрокрекинга  определяют следующим образом:

1. Определим объем  катализатора в реакторе:

         (3.20)

где объем сырья при 20^оС, м³/час; объемная скорость подачи сырья, час^-1.

Объем сырья при 20^оС определяют по следующей формуле:

           (3.21)

где температура системы, давление в системе, МПа; расход компонента, кг/час; молекулярная масса компонента.

 

Если давление паров  и газов выше 0,4 МПа, то формулу (3.21) необходимо ввести величину .

            (3.22)

где фактор сжимаемости.

Коэффициент (фактор) сжимаемости  зависит от величины приведенных  параметров:

ƒ (                    (3.23)

При и [10].

м³/ч

м³/ч = м³/сек

Определим объем циркулирующего газа (фактор сжимаемости для водорода ).

м³/сек

Общий объем паров  и газов:

м³/с

Находим общий объем  катализатора в реакторе:

м³

Подсчитываем сечение  и диаметр реактора по уравнениям:

м²

м

По стандартному ряду принимаем Д=1,8 м [13].

Общая высота катализаторного  слоя в реакторе:

м

Высота цилиндрической части реактора:

м

Общая высота реактора:

м

В результате расчетов были определены основные размеры и тип  реактора:

 

- Тип реактора  политропический

- Диаметр реактора    1,8 м

- Общая высота реактора    21 м

- Высота катализаторного  слоя   14,39 м

- Высота цилиндрической  части   19,19 м

- Количество слоев  катализатора   3 слоя

 

3.3. Расчет вспомогательных  аппаратов

3.3.1.Расчет теплообменного аппарата

 

Сырье в реактор поступает  через теплообменник и печь. Для  определения температуры смеси, поступающей в печь необходимо рассчитать теплообменник.

Исходные данные для  расчета:

Температура поступающего сырья   70^оС

Температура реакционной смеси после реактора   460^оС

Температура охлажденной  реакционной смеси   200^оС

Поверхность теплообмена  аппарата определяют из уравнения теплопередачи:

τ  (3.24)

Откуда 

где поверхность теплообмена, м²; коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К); средняя логарифмическая разность температур.

 

Тепловую нагрузку аппарата определяют, составляя тепловой баланс.

 (3.25)

где тепловая нагрузка аппарата, кДж/час;  массы горячего и холодного теплоносителя, кг/с  или кг/час; энтальпия горячего теплоносителя при температуре входа и выхода из аппарата, кДж/кг; КПД теплообменника, практически он равен 0,95-0,97; энтальпия холодного теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, кДж/кг.

 

Горячий теплоноситель  – реакционная смесь из реактора:

 кг/ч

Энтальпия горячего потока при  460 ^оС:

 кДж/кг

Энтальпия горячего потока при  200^оС:

 для бензина 

кДж/кг

для дизельного топлива 

кДж/кг

для остатка 

кДж/кг

для сухого газа при  200 ^оС

кДж/кг

Тепловая нагрузка теплообменника по горячему потоку:

кДж/ч 

или

=22308714,815 Вт

Тепловая нагрузка теплообменника по холодному потоку:

Энтальпия сырья при  70^оС

кДж/кг

Энтальпия водородсодержащего газа:

        (3.26)

где А, В, С, Д – коэффициенты, значения табличные [14].

Для водорода:

кДж/кг

Для С₁:

 кДж/кг

Для С₂:

 кДж/кг

Для С₃:

 кДж/кг

 кДж/кг

 кДж/кг

  так как   

кДж/кг

Так как энтальпия  паров нефтепродукта равна  найдем кДж/кг.

кДж/кг

Из приложения 20 [10] t=210 ^оС.

Выберем схему теплообмена:

для прямотока

 

_________________________

  

 

для противотока

 

       

_________________________

      

Поэтому рассчитывается как среднеарифметическое значение.

^оС

Поверхность теплообмена, при  60Вт/(м²∙К) [15]:

м²

Необходимая поверхность  теплообмена 1690,054 м².

Выбираем стандартный  нормализованный теплообменник по справочным данным [15]:

 

Поверхность теплообмена      831м²

Диаметр кожуха     1400 мм

Диаметр труб    20х2 мм

Число ходов по трубному пространству    2

Длина труб    6000 мм

Необходимое количество теплообменников:

Принимаем 2 теплообменника с поверхностью 831м².

 

3.3.2. Расчет  трубчатой печи

 

Основные показатели работы трубчатой печи: полезная тепловая нагрузка печи, теплонапряженность поверхности нагрева, производительность по сырью, коэффициент полезного действия, температура газов на перевале, в топке, на выходе из печи и др.

Исходные данные для  расчета:

- производительность  печи по сырью  92434 кг/ч

- плотность вакуумного  газойля   0,9102

- плотность циркулирующего  газа  0,146 кг/м³

- доля отгона  0,6

- температура на входе    210 ^оС.

- температура на выходе    440 ^оС. 

- температура на перевале печей      800 ^оС.

 

Полезная тепловая нагрузка печи

 

Полезная тепловая нагрузка печи складывается из тепла, затраченного на нагрев и испарение сырья: