Назначение и краткая характеристика процесса гидрокрекинга

Теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа можно найти по формуле

                                                                                                      (2.12)

где Срi—теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на темпера­туру и давление, кДж/(кг∙К); yi — массовая   доля   каждого   компонента в циркулирующем   газе.

Тогда Сц=14,57∙0,192+3,35∙0,427+3,29∙0,201+3,23∙0,103+3,18∙0,077=5,45 кДж/(кг∙К).

7. Энтальпия паров сырья при 350 °С = 1050 кДж/кг.

Поправку на давление находят по значениям приведенных температуры и давления.

Абсолютная критическая температура сырья

По известным величинам находим значение, приведенной температуры и давления вакуумного газойля:

Тпр=0,81

Рпр=1,16

Энтальпия сырья с поправкой на давление равна I35О=105О—52,6 = 997,4 кДж/кг.

Теплоемкость сырья с поправкой на давление равна сс=997,4:350=2,85 кДж/(кгК).

8. Средняя теплоемкость реакционной смеси составляет

с = сс*100 + сц*17,44/110,4 =2,85*100+5,45*17,44/110,4 = 3,44 кДж/(кг-К).

Подставив найденные величины в уравнение (2.9), находят температуру на выходе из реактора t:

t = 350 + (8471 + 9150)/(110,4*3,44) = 386,6 °С.

Для определения температуры реакционной смеси при раз­ных глубинах обессеривания необходимо построить график — рисунок.

Рисунок 3. Зависимость температуры реакционной смеси t от остаточного со­держания серы в дизельном топливе S

Таблица 2.4

Данные для кинетического расчета процесса обессеривания

Теплоемкость реакционной среды не изменяется, поэтому зависимость t от S линейная, и для построения графика доста­точно двух точек: при начальном содержании S = 0,27% (масс.) температура 350°С и при конечном содержании S=0,00008% (масс.) температура 386,6°С.

Данные, необходимые для расчета скорости r и обратной скорости 1/r при разных глубинах обессеривания, сводят в таб­лицу (таблицу 2.4).

По полученным данным строят график в координатах 1/r—S.

Рисунок 4. Зависимость обратной скорости реакции 1/r от остаточного содержания серы S в гидроочищаемой дизельной фракции

Рисунок 5. Зависимость остаточного содержания серы S в гидроочищенной дизельной фракции от фиктивного времени τ и температуры процесса

Исходные кинетические данные могут быть заданы также в графическом виде, например в координатах остаточное содер­жание серы S — фиктивное время процесса. Значение r для соответствующих S и t находят по экспериментальным кривым методом графического диффе­ренцирования. Так, при остаточном содержании серы 0,5% (масс.) температура реакционной смеси равна 380°С. Тан­генс угла наклона касательной к кинетической кривой для 380°С при S = 0,5% (масс.) численно равен скорости реакции г. Значение тангенса определяют по отношению отрезков, отсе­каемых касательной соответственно на осях абсцисс и ординат. Найденная графическим дифференцированием скорость — 5,62 м3/(м3*ч) практически совпадает со значением r, вычис­ленным по кинетическим константам.

2.3 Расчет основных размеров аппарата

Размер реактора гидрокрекинга определяю следующим образом [3]

1. Определяют объем катализатора в реакторе (Vк.р, м3)

Vк.р= Vс/ω                                                                                            (2.13)

где Vс – объем сырья при 200С, м3/ч; ω – объемная скорость подачи сырья, ч-1.

2. Подсчитывают объем смеси сырья и циркулирующего водородсодержащего газа в условиях реактора (Vсм, м3/с).

V=22,4∙(T/273)∙(0,101/P)∙Z∙                                                         (2.14)

где Z – фактор сжимаемости; G – расход компонента; M – молекулярная масса компонента.

3. Находят сечение (F,м2) реактора

F=Vсм/u                                                                                               (2.15)

где u – линейная скорость движения сырья и циркулирующего газа, м/с.

4. Диаметр определяют по формуле

D=1,128                                                                                                (2.16)

где V – объем паров, м3/с; u – допустимая линейная скорость движения паров, равная 0,5м/с.

5. Определяют общую высоту (hk, м) слоя катализатора

hk=Vk.p/F                                                                                             (2.17)

Число реакторов принимают равным двум. Распределение катализатора по реакторам по 50%. Расчет ведут по последнему реактору. Высота слоя катализатора

h1=hk ∙ 0,5                                                                                           (2.18)

Находят высоту (h, м) цилиндрической части

h=h1∙3/2                                                                                              (2.19)

Подсчитывают общую высоту

H= h + D                                                                                             (2.20)

Таблица 2.5

Свойства сырья и продуктов установки одноступенчатого гидрокрекинга

По известным величинам находим значение, приведенной температуры и давления вакуумного газойля :

Тпр=Т/Ткр                                                                                             (2.26)

Рпр=Р/Ркр                                                                                              (2.27)

где Ткр – критическая температура которую находят из справочных данных, равная 848К; Ркр – критическое давление равное 4,3 МПа.

Тпр=688/848=0,81

Рпр=5/4,3=1,16

По известным данным приведенной температуры и давления находим значение фактора сжимаемости из справочной литературы (Z):

Z=0,7

Находим объем паров сырья при 4150С по формуле (2.14):

V= = = 0,165 м3/с

Определяем объем циркулирующего газа (фактор сжимаемости водорода для водорода Z=1) :

Vц.г= V20 ∙ 1200 ∙ = = = 2,26 м3/с

Находим общий объем катализатора по уравнению (2.13):

Vk.p=  = 133,2 м3

Подсчитываем сечение и диаметр реактора по уравнениям (2.15) и (2.16):

F = = 4,85 м2

d =1,128 = 2,48 м

Определяем высоту катализатного слоя по формуле (2.17):

hk = = 27,5 м

Высота слоя катализатора (2.18)

h1=27,5 ∙ 0,5= 13,75 м

Находим высоту цилиндрической части (2.19)

h = 13,7∙3/2 = 20 м

Общая высота по уравнению (2.20) равна:

H = 20 + 2,48 = 22,48 м

Общая высота реактора включает высоту цилиндрической части и двух полушаровых днищ.

2.4 Механический расчет

2.4.1 Расчет толщины стенки обечайки

Определим толщину стенки сварной  цилиндрической обечайки реактора гидрокрекинга[2].

Исходные данные:

Материал обечайки – низколегированная сталь Ст.12МХ;

Внешниий диаметр, D=2,5 м; температура 5000С; давление, P=5 МПа;

φш = 0,95; σд = 90 МПа.

Формула для определения номинальной толщины стенки S’[3]:

                                                                     (2.21)

Толщина стенки обечайки в мм с учетом прибавок С определяется по формуле :

S = S’ + C                                                                                           (2.22)

С = 3 мм

Определяем номинальную толщину стенки (2.21):

S’ = = 70 мм

Толщина стенки обечайки равна (2.22):

S 75 мм

2.4.2 Расчет на прочность днища аппарата

Реактор гидрокрекинга представляет собой цилиндрический аппарат со сферическими днищами. Реактор имеет диаметр 2,5 м, высоту 22 м , диаметр отверстия(d’) 0,5 м. Объем в аппарате равен 5 МПа, номинальное допустимое напряжение 90 МПа, поправочный коэффициент равен 1.

Расчет толщины стенок днищ аппарата проводится по следующим формулам:

φ0 =                                                                                                    (2.23)

φ0 = 2/2,5= 0,8

σд ∙ φ0/Р = 72/5=14,4                                                                             (2.24)

14,4<25

Следовательно, толщину стенки днищ вычисляем по формуле :

S' = Rв ∙ P/(2σд – Р)                                                                              (2.25)

где Rв – внутренний радиус кривизны вершины днища, м.

Rв = D2/4hв                                                                                         (2.26)

где hв – высота борта днища, м.

hв = 0,25 ∙ D                                                                                        (2.27)

hв = 0,25 ∙ 2,5 = 0,625 м

Rв = 2,5 (2.31)

S' = 89 мм                                                                                        

S = 90 мм

              3 Раздел техники безопасности

              3.1 Общие требования безопасности

Конструктивное оформление технологического процесса. Его оснащение системой контроля и управления, наличие необходимых блокировок, обеспечение необходимой герметизации оборудования, исключение непосредственного контакта персонала с сырьем, продукцией, реагентами в процессе работы, глубокое знание и строгое соблюдение персоналом правил по технике безопасности и промсанитарии гарантирует безопасность работающих и безаварийное ведение технологического процесса.

Основными мероприятиями, обеспечивающими безопасное ведение технологического процесса, является:

1. Строгое соблюдение всех производственных инструкций  по технике безопасности, как в процессе пуска, эксплуатации, так и в период подготовки и проведения ремонта установки.

2. Ведение режима  в соответствии с технологическим регламентом установки.