Проект установки легкого гидрокрекинга для условий ОАО «КНПЗ»

 

 

Реактор представляет собой цилиндрический аппарат со сферическими днищами, в котором расположены штуцера для входа сырья (вверху) и выхода продуктов реакции (внизу). Внутри реактора имеется несколько (5) полок, на которых размещается с лой катализатора. В промежутках между слоями катализатора предусматривается ввод холодного ВСГ, который снижает температуру реагирующей смеси. Снаружи реактор имеет слой изоляции, предохраняющей от потери тепла в окружающее пространство.

Объем катализатора в реакторах со стационарным слоем катализатора находим из соотношения:

 

где Vк – объем катализатора, м3;

Wс — объемная производительность установки, м3/ч;

V0 — объемная скорость подачи сырья, ч-1;

Реактор имеет диаметр 2600 мм.

При принятом диаметре слоя катализатора (dK = 3,4 м) общую высоту слоя катализатора определяем по формуле:

 

где Hк — общая высота слоя катализатора, м;

Fк — площадь сечения слоя катализатора, м2.

Выбираем 1 реактор,в котором 2 слоя основного катализатора.

Эскиз реактора представлен на рис. 2.1.

 

 

Рис. 2.1

 

2.4.1.12 Определение потерь тепла в окружающую среду

 

Потери теплоты из реакторов в окружающую среду определяем по формуле:

 

где Q – потери теплоты из реактора, кДж/ч;

K – коэффициент теплопередачи, кДж/ (ч м20С), принимаем К = 8 кДж/ (ч м20С);

F – поверхность реакторов, м2;

- перепад температур, 0С.

Поверхность реактора рассчитываем по формуле:

 

где F— наружная поверхность реактора;

R — наружный радиус реактора, м;

H — высота цилиндрической части реактора, м. R = 1,7 м;H = 16,8 м  (см. эскиз реактора);

- коэффициент стандартных днищ, принимаем 1,384 [6].

Перепад температур рассчитываем по формуле:

 

гдеtср — средняя температура среды внутри реактора, 0С;

tмин — средняя минимальная температура окружающей среды зимой, принимаем «— 15 0С» [20].

В результате потери в окружающую среду составят, по формуле:

6 млн кДж/ч.

 

 

2.4.2 Тепловой баланс реакторного блока, расчет расхода холодного ЦВСГ

 

Целью расчета теплового баланса является определение количества теплоты, которую необходимо вывести из реактора потоком ЦВСГ для поддержания нужной температуры ГПС на входе в каждый слой катализатора. По заводским данным температура ГПС на выходе из реактора равна 3600С

Тепловой баланс реакторов представлен в табл. 2.26.

Из теплового баланса реактора рассчитываем теплоты, подлежащей съему:

 

Расход холодного ВСГ, подаваемого на охлаждение продуктов реакции, определяем из уравнения:

 

 

где  t1 иt2 — соответственно температуры охлаждающего ЦВСГ на входе и на выходе в реактор, 0С;принимаем: t1 = 40 0С; t2 = 3900С

Ht1и Ht2 — соответственно энтальпии при этих температурах, кДж/кг.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.26

Тепловой баланс реакторов

 

Статья баланса	Расход, кг/ч	Темпера-тура, 0С	Энтальпия, кДж/кг			Количество теплоты, МДж/ч
			пар	жидкость
Взято:
- сырье	164552	380	1059,0	841,0		171722,8
- СВСГ	1326	380	5432,0			7202,8
- ЦВСГ	19011	380	3288,0			62508,2
- теплота реакции	70,8 ∙ 164552					11648,6
Итого	184889					264471,1
Получено:
- гидрогенизат	143240	390	1096,0	865,0		153044,9
- дизельная фракция	15023	390	1116,0	887,0		13325,4
- бензин-отгон	2185	390	1165,0	952,0		2080,1
- газы реакции	2518	390	1160,0			2920,9
- сероводород	2912	390	366,0			1065,8
- ЦВСГ	19011	390	3154,0			59960,7
- потери						770,4
Итого	184889					233168,2

 

 

2.4.2.1 Гидравлический расчет реакторов

 

Правильность выбора диаметра и высоты слоя катализатора проверяется гидравлическим расчетом. Цель гидравлического расчета — определение перепада давлений в слое катализатора и сравнение расчитанных перепадов с практическими данными.

Гидравлический расчет ведем по формуле Эргуна[22]:

 

где— перепад давления в слое катализатора, Па;

H — высота слоя катализатора, м;

d — диаметр шарика катализатора, м;

W — линейная скорость газопаровой смеси, отнесенная к полному сечению, м/с;

- плотность потока паров  ГПС при рабочих условиях, кг/м3;

- динамическая вязкость  парогазовой смеси, Па с;

- порозность катализатора, доли от единицы;

g – ускорение свободного падения принимаем g = 9,8 м/с2.

За диаметр гранул, не имеющих форму шара, обычно принимается величина, определяемая из соотношения:

 

где dрш— диаметр равновеликого по объему шара, м;

- фактор экструдатов или  коэффициент несферичности.

Коэффициент несферичности равен отношению поверхности экструданта катализатора (FТ) к поверхности равновеликого по объему шара (Fрш):

 

Поверхность экструдата и поверхность равновеликого по объему шара находим, приравнивая объем экструдата к объему равновеликого по объему шара и рассчитываем поверхность последнего:

 

Объем экструдата катализатора (VT) находим по формуле, приняв для экструданта катализатора диаметр равным 1,33 мм и длину 4,2 мм:

 

где dT— диаметр экструдата катализатора, мм;

lT — длина экструдата катализатора, мм.

Выражая диаметр равновеликого шара из формулы , получим:

 

Поверхность экструдата определяем по формуле:

 

Поверхность равновеликого по объему шара равна:

 

Коэффициент несферичности по формуле :

 

Диаметр гранул катализатора по формуле  равен:

 

Объем паровГПС на выходе из реактора определяем по формуле:

 

где— число кмоль газов и паров на выходе из реактора, кмоль/ч;

- коэффициент сжимаемости;

Р — давление, МПа.

Аналогично рассчитываем объем паровГСС на входе в реактор:

 

где— число кмоль газов и паров на выходе из реактора, кмоль.

Приведенные температуру и давление определяем из соотношений:

 

 

Псевдокритические температуру и давление находим по формулам:

 

 

где— критические температуры компонентов смеси, К;

- критические давления  компонентов смеси, МПа;

- мольные доли компонентов  смеси.

Критические температуры и давления находим из следующих соотношений:

 

 

 

Гдеtср — средняя объемная температура кипения фракции, 0С;

М — молярная масса фракции, кг/кмоль;

К — постоянная, для нефтепродуктов постоянная К = 5,5.

Расчет псевдокритических температур и давлений для ГСС и ГПС приведен в табл. 5.23, 5.24 соответственно.

 

Таблица 2.27

Расчет псевдокритических температур и давлений газопаровой фазы ГСС

 

Компонент		Критические параметры
		Температура, К	Давление, МПа
1. Водород	0,9060	32,8	1,82	29,72	1,65
2. Метан	0,0394	190,5	4,58	7,50	0,18
3. Этан	0,0190	305,2	4,92	5,81	0,09
4. Пропан	0,0063	369,8	4,28	2,33	0,03
5. И-Бутан	0,0008	408,0	3,76	0,32	0,00
6. Н-Бутан	0,0008	425,0	3,67	0,33	0,00
7. И-Пентан	0,0008	460,8	3,29	0,36	0,00
8. Сырье	0,0270	876,1	15,72	23,68	0,42
Итого	1,0000	-	-	Тпс.кр= 70,03	Рпс.кр= 2,38

 

По формулам приведенные параметры равны:

 

 

 

 

Значения коэффициентов сжимаемости берем, исходя из справочных данных [2]:

 

 

 

Таблица 2.28

Расчет псевдокритических температур и давлений газопаровой фазы ГПС

 

Компонент		Критические параметры
		Температура, К	Давление, МПа
1. Водород	0,8135	32,8	1,82	26,68	1,48
2. Метан	0,0432	190,5	4,58	8,24	0,20
3. Этан	0,0216	305,2	4,92	6,59	0,11
4. Пропан	0,0096	369,8	4,28	3,54	0,04
5. И-Бутан	0,0036	408,0	3,76	1,45	0,01
6. Н-Бутан	0,0033	425,0	3,67	1,39	0,01
7. И-Пентан	0,0036	460,8	3,29	1,67	0,01
8. Сероводород	0,0187	373,4	8,89	6,98	0,17
9. Бензин-отгон	0,0050	540,1	29,41	2,70	0,15
10. Дизельная фракция	0,0164	679,7	20,13	11,13	0,33
11. Гидрогенизат	0,0616	849,8	17,99	52,31	1,11
Итого	1,0000	-	-	Т пс.кр= 122,69	Рпс.кр=3,61