Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Октября 2013 в 09:19, дипломная работа
Целью данного дипломного проекта является разработка установки гидроочистки вакуумного газойля, сырья каталитического крекинга.
К сырью предъявляются жёсткие требования по содержанию сероорганических и других гетероатомных соединений, удаление которых достигается за счёт гидрогенолиза под давлением водорода, при высоких температурах.
Предварительная гидроочистка осуществляется для предотвращения отравления катализатора, обеспечивая тем самым более длительный срок его службы, а также повышает выход целевых продуктов и их качество.
Процесс гидроочистки обеспечивает выполнение норм по охране окружающей среды.
Введение
3
1
Литературный обзор
5
1.1
Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке
5
1.2
Теоретические основы процесса гидроочистки
6
2
Технико-экономическое обоснование проектируемой установки
14
3
Технологическая часть
16
3.1
Характеристика сырья, продуктов и вспомогательных материалов
16
3.2
Описание технологической схемы
19
3.3
Вспомогательные схемы
24
4
Расчетная часть
28
4.1
Расчет реакторного блока установки гидроочистки вакуумного газойля
28
4.2
Тепловой баланс реактора гидроочистки
36
4.3
Конструктивный расчет реактора
40
4.4
Механический расчет
45
4.5
Расчет массы аппарата
45
4.6
Расчет стабилизационной колонны
47
4.7
Расчет и выбор вспомогательного оборудования
50
5
Автоматизация производственного процесса
55
6
Строительная часть
57
6.1
Строительно-монтажные работы
57
6.2
Требования к производственным зданиям
58
7
Охрана труда
59
8
Охрана окружающей среды
62
9
Экономическая часть
65
9.1
Расчёт производительности производства
65
9.2
Расчёт затрат на сырьё и вспомогательные материалы
66
9.3
Расчёт энергетических затрат
67
9.4
Расчет численности основных рабочих
68
9.5
Расчет численности вспомогательных рабочих
69
9.6
Расчет годового фонда рабочего времени работы одного среднесписочного работающего
70
9.7
Расчет численности служащих
71
9.8
Расчет фонда заработной платы
72
9.9
Расчёт величины амортизационных отчислений
75
9.10
Расчёт сметы цеховых расходов
76
9.11
Расчёт плановой себестоимости продукции
76
9.12
Расчёт технико-экономических показателей установки гидроочистки
78
Заключение
79
Список использованных источников
80
СН С СН СН СН
СН N СН
Установлено, что пиридин, пиррол удаляются очень легко, хинолин, м-крезол и анилин – более стойкие, особенно м-крезол.
В присутствии обычных
1.2.4 Превращение
При гидрогенизации кислородсодержащих соединений образуются соответствующие углеводороды и вода:
С ОН СН
СН СН СН СН
+ Н2
СН СН СН СН
СН СН
СН
СН СН ООН СН2 СН2
+ 3Н2 СН2 СН2 + 2Н2О
СН2 СН2
СН2
СН2
Смолы и асфальтены превращаются
в более низкомолекулярные соед
Гидроочистка от кислородсодержащих соединений протекает в тех же условиях, что и удаление сернистых примесей. В присутствии обычных катализаторов гидроочистки кислородсодержащие соединения удаляются практически нацело.
Металлорганические соединения, присутствующие в нефтяных фракциях, разлагаются на активных катализаторах с выделением свободного металла, являющегося каталитическим ядом. Гидроочистка позволяет удалять большую часть металлорганических соединений(75 – 95 %).
1.2.5 Превращение углеводородов.
В условиях процесса
Полициклические арены гидрируются при той же температуре, что и алкены, но под более высоким давлением – до 3 – 7 МПа.
Если сопоставить энергии связей, то должны легче расщеплятся и гидрироваться связи π-С-С, затем C-S, слабые σ-С-С, затем С-N и С-О. Усредненные данные по энергиям этих связей представлены ниже:
Связь |
Усредненная энергия, кДж/моль |
π-С-С (алкен) |
167 |
σ-С-С (слабая) |
294 |
C-S |
272 |
C-N |
335 |
C-O |
377 |
Однако в присутствии катализаторов при одинаковом строении соединений устойчивость связей относительно гидрирования возрастает в ряду:
C-S < C-O <C-N < σ-C-C
Это явление обусловлено тем, что разрыв связей C-S, C-N и С-О облегчается вследствие их более прочной хемосорбции на катализаторе за счет электронодонорной способности атомов S, N и О.
1.2.6 Катализаторы процесса.
В процессе гтдроочистки
Кроме сероводорода используют также другие серосодержащие соединения, легко гидрирующиеся до H2S, которые дозируют в сырьевой поток. Содержание серы, связанной с катализатором, составляет 4-6%.
Промышленные катализаторы обладают высокой избирательностью. В присутствии АКМ-катализатора с высокой скоростью протекают реакции разрыва C-S-связей, он достаточно активен в реакциях насыщения алкенов, разрыва связей C-N и С-О. Расщепления связей С-С не происходит. Этот катализатор практически пригоден для гидроочистки любых нефтяных фракций. АНМ-катализатор значительно более активен в реакциях насыщения полициклических аренов и гидрирования азотистых соединений, поэтому его рекомендуют для очистки тяжелого высокоароматизированного сырья каталитического крекинга. Алюмоникель- или алюмокобальтвольфрамовые катализаторы (АНВ или АКВ) предназначены для глубокого гидрирования азотсодержащих и ароматических соединений в процессах гидрогенизационной очистки парафинов, гидрирования масел и другие. Пока эти катализаторы используют мало, но они найдут большое применение при переработке тяжелого сырья. В последние годы широкое распространение получают катализаторы на цеолитной основе, отличающиеся повышенной активностью и стабильностью. В процессе работы катализатор закоксовывается и теряет активность. Для её восстановления катализатор подвергают регенерации, выжигая кокс с поверхности при температуре до 5300С.
Вопрос о природе
активности катализаторов гидроочистки
пока далек от окончательного решения.
После сульфидирования АКМ-
Сульфидные катализаторы являются p-полупроводниками (дырочные). Дырочная проводимость этих веществ обусловлена примесью серы. Поэтому формула сульфида вольфрама WS2. Под влиянием дырок на поверхности катализаторов возможно протекание гетеролитических процессов в органической среде.
В сульфидированных контактах кобальт обнаруживается в виде фазы СоМоS2.
Таким образом, сульфидированные катализаторы гидроочистки являются бифункциональными и могут ускорять как ионные, так и радикальные процессы.
На данной установке
применяют
1.2.7 Макрокинетика процесса. Скорость протекания реакций гидроочистки нефтяных фракций зависит от химической природы и физических свойств сырья, типа катализатора, парциального давления водорода, объемной скорости подачи сырья, температуры и других факторов.
С повышением температуры скорость реакций гидрирования возрастает. Однако верхний предел температуры ограничен (400 – 420 0С), что связано с неблагоприятными термодинамическим равновесием гидрирования тиофенов и, вероятно, также хинолина и бензохинолина. Кроме того, повышение температуры способствует реакциям гидрокрекинга, дегидрирования полициклических циклоалканов и коксообразованию. В зависимости от качества исходного сырья и требуемого качества очищенного продукта гидроочистку проводят при температуре 250 – 420 0С.
Тяжелое, термически стойкое сырье очищают при более низкой температуре, чем легкое сырье. Наиболее целесообразно вести процесс при максимальной температуре, не вызывающей образование кокса, предел которой в зависимости от условий и характера сырья составляет 350-450°С. Во избежание отложений кокса на катализаторе не рекомендуется для данного процесса повышение температуры выше 420°С.
Скорость газофазной реакции (при гидроочистке легких нефтяных фракций) возрастает с увеличением парциального давления водорода примерно до 2 – 3 МПа и далее почти не меняется. В жидкофазном процессе (при очистке высококипящих фракций) повышение давления водорода до очень высоких значений увеличивает скорость реакции, ускоряя транспортирование водорода через пленку жидкости к поверхности катализатора. Предел повышения давления обычно ограничивается удорожанием оборудования и составляет 7 – 8 МПа.
Объемная скорость подачи сырья – отношение объёмного расхода жидкого сырья на единицу объёма катализатора загруженного в реактор. Объёмная скорость подачи сырья, определяющая глубину протекания процесса, и температура в системе взаимосвязаны: один и тот же результат можно получить повышением температуры или снижением объемной скорости подачи сырья.
Объемная скорость подачи сырья зависит от содержания и типа гетероатомных соединений в сырье, от технологии получения сырья (первичное, вторичное) и требуемой глубины очистки. Обычно она колеблется в очень широких пределах – от 0,5 до 10 ч-1. Гидроочистку сырья с высоким содержанием тиофенов проводят с меньшей объемной скоростью, чем сырья, содержащего серу в виде меркаптанов и сульфидов. Низкая объемная скорость требуется также для переработки тяжелого сырья и сырья вторичного происхождения из-за высокого содержания непредельных и полициклических аренов, а также трудностей удаления высокомолекулярных гетероатомных соединений.
С учетом принятой проектом глубины обессеривания оптимальной считается объемная скорость в пределах 0,8-1,2 м /час. Чем выше активность катализатора, тем с более высокой объемной скоростью можно проводить процесс, обеспечивая заданную глубину обессеривания.
Давление. Повышение давления увеличивает скорость гидрообессеривания и уменьшает коксообразование. Рабочее давление в зависимости от характера сырья и цели процесса (гидроочистка или гидрокрекинг) лежит в пределах 3,0 – 15,0 МПа. Для процесса гидроочистки оптимальным считается давление в пределах 4,5 – 5,5 МПа.
1.2.8 Гидроочистка в промышленности. В промышленности гидроочистку нефтяных фракций проводят при 380 – 420 0С под давлением 2,5 – 4 МПа в присутствии АКМ (или АНМ) катализаторов. Соотношение водород : сырье в м3 обычно составляет ( 300 – 600) : 1. В этих условиях происходит полное удаление гетероатомов, металлов и гидрирование алкенов; в тяжелых фракциях частично гидрируются полициклические арены. Гидроочистке подвергают любые фракции, а также нефтяные остатки.
Гидроочистка вакуумных дистиллятов. Вакуумные дистилляты (вакуумные газойли) являются сырьем процессов каталитического крекинга, гидрокрекинга, получения электродного кокса. Для повышения выхода и улучшения качества продуктов этих процессов и уменьшения загрязнения окружающей среды оксидами серы все большая доля вырабатываемых вакуумных газойлей подвергается гидроочистке.
Гидроочистка вакуумного газойля первичной перегонки нефти не представляет значительных трудностей. Проводят её в условиях и на оборудовании, аналогичных для гидроочистки средних дистиллятов: температура 360 – 410 0С, давление 4 – 5 МПа, объемная скорость подачи сырья 1 – 1,5 ч-1. При этом достигается 90 – 94 % степень гидрообессеривания; содержание азота снижается на 20 – 25 %; металлов – на 75 – 85 %; аренов – на 10 – 12 %; коксуемость – на 65 – 70 %. Тяжелые вакуумные газойли вторичного происхождения (замедленного коксования, висбкрекинга) характеризуются высоким содержанием серы, азота, алкенов, аренов, смол. Такие газойли рекомендуют перерабатывать в смеси с первичными, добавляя их в количестве до 30 %.
Если тяжелые газойли вторичных процессов предназначены в качестве сырья для получения технического углерода, то в процессе их гидроподготовки необходимо удалить только соединения серы и азота, не затрагивая аренов. Такую задачу решают подбором условий и катализаторов.
2 Технико-экономическое обоснование проектируемой установки
Выбор оптимального варианта размещения нефтехимического производства обуславливает необходимость проведения соответствующих расчётов экономической эффективности, развития отрасли в различных районах. Эти расчёты основываются на количественной оценке влияния всех факторов размещения.
При определении эффективности размещения нефтехимической промышленности в расчёт необходимо включать все затраты, начиная от производства той или иной продукции и кончая доведением её до потребителя.
Технико-экономическое обоснование размещения нефтехимической промышленности включает в себя вопросы выбора пункта и площадки строительства объекта.
Правильное решение задачи выбора пункта строительства оказывает существенное влияние на экономику строительства, определяя его продолжительность и стоимость, а также издержки по эксплуатации после ввода в строй объекта. При обосновании выбора пунктов строительства влияние различных факторов необходимо учитывать таким образом, чтобы выбранный пункт наиболее полно отвечал их требованиям, т. е. обеспечивал максимальное приближение к сырьевым, энергетическим, водным ресурсам, к местам потребления готовой продукции, наиболее эффективное решение сброса загрязнённых вод, использование наиболее эффективных транспортных средств и энергетических источников, требующих небольших капитальных затрат и другие.
Выбор удобных площадок для строительства предприятия служит предметом изучения ещё на стадии выбора пункта строительства. Для выбора площадки строительства завода основными исходными показателями служат: площадь застройки, суточный грузооборот предприятия, максимальный расход воды (в м /ч), годовой и максимальный часовой расход электрической и тепловой энергии, суточный сброс сточных вод и их характеристика.