Каталитический крекинг

      Кокс, в процессе крекинга адсорбируется в твердом виде на поверхности катализатора в зоне реакции Р-1, затем катализатор опускается вниз, проходит зону отпарки, проходит нижнее выравнивающее устройство и по катализаторопроводу поступает в дозер Р-6. Содержание кокса на катализаторе из реактора не должно превышать 4 %мас.

      Для отапрки углеводородов с поверхности  катализатора в нижнюю часть реактора Р-1 в зону отпарки подается перегретый водяной пар, который вместе с отпаренными от катализатора углеводородными парами присоединяется к основному потоку продуктов крекинга и уходит вместе с ними в ректификационную колонну К-1.

      Регенератор Р-2 разделен условно по высоте на  11 зон нагрева и охлаждения катализатора. 10 зон одного размера, 11-я зона увеличена и предназначена для выжига глубинного кокса и для охлаждения катализатора перед выходом  из  Р-2. Температура катализатора на входе из регенератора должна быть не выше 720 ⁰С. В каждую зону для выжига кокса подается горячий воздух с температурой не выше 600 ⁰С холодный или их смесь (в зависимости от закоксованности катализатора).

      Дымовые газы из каждой зоны регенератора через газовый коллектор направляется в дымоходы – стояки с двух противоположных сторон и затем через дымовую трубу сбрасываются в атмосферу.

      Температура в регенераторе не должна превышать 730 ⁰С, выше которой наступает разрушение катализатора и потеря его активности. Для снятия избытка тепла в зонах регенератора установлены охлаждающие змеевики, через которые циркулирует химически очищенная вода. В сепараторе Р-4а происходит отделение катализатора от катализаторной пыли и от транспортирующих газов. Регенерированный катализатор из Р-4а отводится в бункер реактора и далее в реактор Р-1, где завершается циркуляция катализатора. Дозеры Р-6, Р-6а крепятся неподвижно на опорах. Пневмоподъемники закреплены неподвижно на дозерах. При  нагреве пневмоподъемники удлиняются вверх и входят в патрубки сепараторов Р-4 и Р-4а.

      Загрузка  свежего катализатора в систему  осуществляется механическим элеватором или воздухом  с помощью компрессора. 

       4 Материальный баланс установки 

       В качестве сырья установки принимаем  вакуумный газойль. Материальный баланс представлен в таблице 1. Число дней работы установки - 338. Производительность составляет 1000000 т/год. 

            Таблица 1 - Материальный баланс установки

 

          5 Технологические расчеты основных аппаратов

       

          5.1 Расчет реактора[4] 

     5.1.1 Исходные данные для расчета реактора

• объемная скорость подачи сырья в реактор 1,25 ч^-1;
• давление в реакторе, Р=0,06 МПа;
• расход водяного пара на турбулизацию, % масс. на сырье, 1,5;
• скорость движения слоя w=0,00389 м/с ( 14 м/ч );
• температура катализатора на входе в реактор, t₂=530 ⁰С;
• температура катализатора на выходе из реактора, t₁=485 ⁰С;
• количество циркулирующего катализатора G_k= 616370,8 кг/ч;

-     порозность слоя катализатора равна 0,37;

• перепад давления между реактором и бункером равен 0,06 МПа.

 

     5.1.2 Тепловой баланс реактора

     Расчет  теплового баланса реактора необходим  для определения количества тепла, поступающего с сырьем и его теплосодержание. Уравнение теплового баланса в общем виде запишется следующим образом

                                                    Q_п.=Q_к.¹+Q_в.п.+ Q_c.,                                                  (4)

                                        Q_p.=Q_к.²+åQ_п.р.+Q_э.р.+Q_пот.+Q_в.п. ,                           (5) 

          где  Q_к.¹, Q_к.² - тепловые потоки подводимые и отводимые катализатором;

             åQ_п.р. - количество тепла, уносимое продуктами реакции;

             Q_э.р. - тепловой эффект реакции крекинга;

             Q_пот. - количество тепла, теряемое в окружающую среду;

             Q_в.п. - тепловые потоки, переносимые водяным паром;

           Q_c. - искомое количество тепла, поступающее с сырьем.

     Разницу в тепловых потоках, переносимых  остаточным коксом из-за ее малой величины не учитываем. По этой же причине, вследствие незначительной разницы в температурах на входе и выходе из реактора, можно пренебречь и разницей в теплосодержании водяного пара.

     Рассчитать  величину Q_пот. трудно. Ее можно принять равной 10% от количества тепла, вносимого катализатором[5].

     Количество  тепла, поступающее с сырьем, определяем по формуле

              Q_c.=Q_к.²+åQ_п.р.+Q_э.р.+Q_пот.- Q_к.¹.                               (6) 

     Тепло, отходящее с продуктами реакции[5]

                      åQ_п.р.=G_ж.г.×с_ж.г.×t₂+G_б.×I_б.+G_л.г.×I_л.г.+G_т.г.×I_т.г.+G_кокс×c _кокс ×t₂,                (7) 

           где G_ж.г., G_б., G_л.г., G_т.г., G_кокс - количество паров жирного газа, бензина, легкого и тяжелого газойлей и количество кокса соответственно, кг/ч;

             c_ж.г.,с_кокс - теплоемкость жирного газа и кокса соответственно, кДж/(кг×⁰С);

             t₂ - температура продуктов на выходе, t₂=485 ⁰C;

             I_б.,I_л.г.,I_т.г. - теплосодержания бензина, легкого газойля, тяжелого газойля соответственно, в паровой фазе, при температуре t₂, кДж/кг.

       Для определения энтальпий газообразных продуктов крекинга необходимо определить их плотность. При средних температурах кипения бензина, легкого и тяжелого газойлей, равных Т_cр.б.=115 ⁰С, Т_ср.л.г.=232 ⁰С, Т_ср.т.г.=385 ⁰С соответственно, плотность

     r₄²⁰_б.= 0,748 г/см³;

        r₄²⁰_л.г.= 0,879 г/см³;

        r₄²⁰_т.г.= 0,945 г/см³. 

       По  известным значениям температуры  и плотности определим теплосодержания бензина, легкого и тяжелого газойлей[6]: I_б.=1434 кДж/кг, I_л.г.=1388 кДж/кг, I_т.г.=1344 кДж/кг.

      По данным справочной литературы[5] теплоемкость жирного газа с_ж.г.=2,5 кДж/(кг×⁰С), кокса с_кокс=2,5 кДж/(кг×⁰С).

     Количество  тепла, отходящее с парами продуктов  реакции каталитического крекинга

     åQ_п.р=22559,17 ×2,5×485+44280,08×1434+44945,76×1388+3809,172´

      ´1344+5115,87×2,5×485=16455781,1 кДж/ч. 

     Тепловой  эффект реакции каталитического  крекинга зависит от его глубины. По данным[5], он составляет от 200 до 500 кДж/кг продуктов реакции, к числу которых условно относят жирный газ, бензин и кокс. Примем его равным 300 кДж/кг, тогда

           Q_э.р =300×(G_ж.г.+G_б.+G_кокс),                                   (8)

     Q_э.р=300×(22559,17+44280,08+5115) = 21586538,5 кДж/ч. 

     Количество  тепла, которое должно поступать  с сырьем

           Q_c.=G_к.×с_к.×t₂+åQ_п.р.+Q_э.р.+0,1×G_к.×с_к.×t₁-G_к.×с_к.×t₁,                      (9) 

           где   G_к - количество катализатора,  G_к.=616370,8 кг/ч;

               c_к - теплоемкость катализатора, с_к=1,15 кДж/(кг×⁰С)[5];

                t₁-температура катализатора на входе в реактор, t₁=530 ⁰C. 

     Q_c=616370,8×1,15×485+16455787,11+21586538,5+0,1×616370,8×1,15´

     ´530-616370,8×1,15×530=191815020,9  кДж/ч. 

     Теплосодержание сырья

                                                     q_c =

,                                                            (10)

     q_c.=

= 1556 кДж/кг. 

     По  справочной литературе[7] для полученного значения теплосодержания сырья, поступающего в реактор каталитического крекинга, находим соответствующее значение температуры, равное t =465 ⁰C.

     5.1.3 Температура в начале зоны реакции

     Данная  температура находится исходя из теплового баланса в зоне, допуская, что в зоне смешения сырья с катализатором их температуры мгновенно выравниваются, сырье полностью переходит в паровую фазу. Для упрощения расчетов теплосодержание водяного пара, поступающего с сырьем, можно исключить