Каталитический крекинг

           n×c_к×t₁+q_c=n×c_к×t_x+I_x ,                                          (11) 

            где    n - кратность циркуляции катализатора;

                 t_x - искомая температура;

                 I_x - теплосодержание сырья в паровой фазе после установления температуры смешения t_x.

     Для удобства расчетов эту формулу запишем  в виде

            I_x=n× c_к×(t₁-t_x)+q_c.                                            (12)  

     Температуру t_x находим методом подбора. Допустим, что искомая температура смешения t_x составляет 505 ⁰С.

     I_x=5×1,15×(530-505)+1556=1699,75 кДж/кг. 

     Из  справочника[7] находим, что такое теплосодержание имеют пары сырья при температуре 505 ⁰С, следовательно, можно сделать вывод о том, что температура t_x= 505 ⁰C и есть искомая температура в начале зоны реакции. 

     5.1.4 Основные размеры реактора

     Объем зоны реакции определяем по формуле

           V_з.р. =  ,                                                (13) 

           где   G_c - количество сырья, подаваемого в реактор, кг/ч;

               r_c - плотность сырья, кг/м³;

               u - объемная скорость подачи сырья, ч^-1.

     V_з.р. = 

= 109,57 м³. 

     Сечение зоны реактора

           S_з.р. =  ,                                                 (14) 

            где    r_н - насыпная плотность катализатора, кг/м³;

                 w_к - скорость движения слоя, м/ч.

       S_з.р. =

= 67,73 м². 

      Диаметр реактора

           D_р.= ,                                                   (15)

     D_р.=

=  9,28 м. 

     Высота  зоны реакции

            H_з.р.= ,                                                  (16)

     H_з.р. =

= 1,617 м. 

     Время пребывания катализатора в зоне реакции 

           t =  ,                                               (17)

       t  =

= 7 мин. 
 

       5.2 Расчет регенератора [4] 

       Регенерацию катализатора крекинга проводят в атмосфере воздуха, подаваемого в регенератор с помощью специальных воздуходувок. Суть расчетов в данном случае сводится к определению общей массы и объема воздуха, который требуется непрерывно подавать в регенератор для выжигания отлагающегося на катализаторе кокса.

          5.2.1 Исходные данные для расчета регенератора

     Для расчета регенератора используются следующие данные

• кратность циркуляции катализатора К_ц=5;
• состав кокса: С - 90 %, Н₂ - 5 %, S - 5 %;
• соотношение СО₂ к СО равно 1,75;
• количество кокса G_к=5115,8 кг/ч;
• давление в регенераторе Р=0,11 МПа;
• коэффициент избытка воздуха a=1,25;
• число секций регенератора n =11;
• интенсивность сгорания кокса К_и=10 кг/(м³ ×ч);
• скорость движения слоя катализатора w=0,0055 м/с,( 20 м/ч );
• давление водяного пара в змеевиках Р_вп=1,6 МПа;
• температура катализатора на входе в регенератор t₁=500 ⁰С;
• температура катализатора на выходе из регенератора t₂=600 ⁰С;
• температура воздуха, подаваемого в регенератор t₃=20 ⁰С;
• температура дымовых газов, t₄= 600 ⁰C.

 

     5.2.2 Расчет удельной массы и удельного объема воздуха, необходимого для регенерации катализатора

           Определим удельную массу и удельный объем воздуха, необходимого для ведения процесса регенерации катализатора  в принятом режиме.

            Массовые доли углерода, сгорающего до СО и СО₂ находим исходя из того, что объемные доли компонентов дымовых газов совпадают с мольными долями, а на образование одного моля любого из оксидов расходуется по одному атому углерода.

     В таком случае на один атом углерода, сгорающего до СО, будет приходиться соответственно 1,75 атома, сгорающего до СО₂, следовательно всего сгорают 2,75 атомов углерода.

       Исходя  из этого находим массовые доли углерода кокса, идущие на образование соответствующих оксидов[5]

СО =

= 0,364;

                                                      CO₂ =   = 0,636. 

     Сера  и водород сгорают практически  до SO₂ и H₂O. Таким образом, массовые доли кокса, сгорающего до соответствующих оксидов, равны

           СО₂=0,90×0,636=0,572;

     CO =0,90×0,364=0,328;

       SO₂ =0,05×1,000=0,050;

       H₂O=0,05×1,000=0,050. 

     Удельные  расходы кислорода, необходимые  для сгорания элементов одного килограмма кокса с образованием указанных  выше оксидов, находим из условия, что  они пропорциональны массовым долям  кокса, сгорающего до этих же оксидов.

     Для сгорания кокса с образованием СО₂ 

     1 атом С - 2 атома О

     0,572 долей кокса - X долей О₂;

     1×12 - 2×16

     0,572 - X₁;

     X₁ =

= 1,525 кг/кг, 

        и далее для сгорания до СО    X₂ = = 0,437 кг/кг; 

                 для сгорания до SO₂     X₃ =  = 0,050 кг/кг; 

                 для сгорания до H₂O     X₄ = = 0,400 кг/кг. 

     Сумма этих величин и есть теоретический  удельный расход кислорода

     g_O2т_.=1,525+0,437+0,050+0,400=2,412 кг/кг. 

     Так как для сжигания кокса подается воздух, в котором кислорода содержится 23 % масс.[5], то теоретический удельный расход воздуха составит

              g_возд.т.= ,                                                   (18)

      g_{возд.т .}=

= 10,487 кг/кг. 

        С учетом коэффициента избытка воздуха его фактический расход составит

( при a=1,25)

     g_возд.ф.=10,487×1,25=13,109 кг/кг,

     а объем           

                                                     V=

,                                                (19)

       V =

= 10,161 нм³/кг. 

       5.2.3 Общий расход воздуха в регенератор

           Общая масса кокса, сгорающего в регенераторе, соответствует количеству кокса, представленному в материальном балансе процесса (таблица 1) и равна

5115 кг/ч.  В таком случае

     G_возд.=5115×13,109=67052 кг/ч;

      V_возд.=5115×10,161=51973,5 нм³/ч.  

      5.2.4 Состав, общая масса и объем дымовых газов, образующихся при сгорании кокса

       Масса дымовых газов равна сумме масс регенерационного воздуха и сгорающего кокса

              g_д.г.= g_возд.ф. + g_кокс ,                                             (20)

     g_д.г.=13,109+1=14,109 кг/кг.  

     Массы продуктов сгорания, избыточного  кислорода и азота, входящих в  состав дымовых газов

     g_CО2=1,525+0,572=2,097 кг/кг;

     g_CO =0,437+0,328=0,765 кг/кг;

     g_H2O=0,400+0,050=0,450 кг/кг;

     g_SO2=0,050+0,050=0,100 кг/кг;

     g_{О2 изб.}=2,412+(1,25-1)=0,603 кг/кг;

     g_N2=13,109×(1-0,23)=10,094 кг/кг,

что в  сумме составляет 14,109 кг/кг.

     Общая масса компонентов дымовых газов  совпадает с массой дымовых газов. Следовательно баланс по ним составлен правильно.

     Число молей компонентов дымовых газов находим по формуле

                                                               N_i =

,                                                  (21) 

          где   g_i - удельная масса i-го компонента;

             M_i - молекулярная масса i-го компонента. 

     N_CO2=

= 0,048;

     N_CO=

= 0,027;

     N_H2O=

= 0,025;

     N_SO2=

= 0,002;

     N_O2=

= 0,019;

     N_N2=

= 0,360,

что в  сумме составляет 0,481.

     Объем влажных дымовых газов при нормальных условиях

                                                    V_д.г.= åN_i ×22,4,                                                  (22)

     V_д.г.=0,481×22.4=10,774 нм³/кг.  

     Средняя молекулярная масса влажных дымовых газов

                                                         M_ср.=

,                                                 (23)

      M_{ср .}= 

= 29,333. 

     Средняя плотность влажных дымовых газов  при нормальных условиях

                                                          r_ср. = 

,                                                     (24)