Проект установки гидроочистки дизельного топлива

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

 

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ 

 

КАФЕДРА «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ  НЕФТИ И ГАЗА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ ПРОЕКТ

 

по дисциплине: Основы научных исследований и проектирования

 

тема  работы: Проект установки гидроочистки дизельного топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент 4-ХТ-1	__________________	Ухин Д.С.   «___»______________2013
Преподаватель	__________________	Жилкина Е.О.   «___»______________2013

 

 

 

 

 

САМАРА 2013

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ХАРАКТЕРИСТКА СЫРЬЯ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРОДУКТОВ, СВСГ, ЦВСГ И РЕАГЕНТОВ 4

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ УСТАНОВКИ И ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА 6

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ И ЕЕ КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ 11

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И УСЛОВИЯ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ 13

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 16

5.1 Исходные данные для расчета 16

5.2 Материальные балансы установки и реактора 16

5.2.1 Определение часовой производительности установки 16

5.2.2 Расчет расхода свежего водородсодержащего газа (СВСГ) 16

5.2.3 Расчет расхода циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) 17

5.2.5 Материальный баланс установки 18

5.2.6 Материальный баланс реактора гидроочистки дизельного топлива 19

5.2.7 Выбор конструкции и определение размеров реакторов 19

5.3 Тепловой баланс реактора. 21

5.3.1  Расчет парциального давления ГСС на входе и ГПС на выходе из реактора. 22

5.3.2 Расчет энтальпий сырья, продуктов реакции, СВСГ и ЦВСГ при парциальном давлении в реакторе 22

5.3.3 Определение потерь теплоты из реакторов в окружающую среду 31

5.3.4 Тепловой баланс реакторного блока 31

5.4 Гидравлический расчет реактора 32

5.5 Расчет газосепарации газопродуктовой смеси 37

5.5.1 Исходные данные для расчета горизонтальног сепаратора С-1 37

5.5.2 Расчет материального баланса 37

5.5.3 Определение размеров горизонтального газосепаратора 38

5.5.4 Исходные данные для расчета вертикального сепаратора С-2 41

5.5.5 Расчет материального баланса 42

5.5.6 Определение размеров вертикального газосепаратора 43

5.6. Расчет сырьевых теплообменников «ГСС — ГПС» 46

5.7 Расчет печи 49

5.7.1 Расчет процесса горения 49

5.7.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива 52

5.7.3 Расчет радиантной камеры и камеры конвекции 53

5.8 Расчет аппапарата воздушного охлаждения 54

5.9 Материальный баланс колонны стабилизации. 57

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Увеличение  объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение  качества - основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время. В современных НПЗ доля вторичных процессов постоянно растет, в тоже время растет и глубина переработки нефтепродуктов, продукты требуют облагораживания - в связи с этим гидроочистка выходит на передовое место среди вторичных процессов на нефтеперерабатывающих заводах.

В наше время увеличивается количество сернистых и высокосернистых  нефтей, поступающих на НПЗ, также  увеличивается поступление дизельных  фракций с установок вторичных  процессов, которые в отличие  от прямогонной дизельной фракции  содержат большее количество серосодержащих, азотсодержащих, кислородсодержащих соединений, а также олефинов, таким образом очень сильно снижается качество сырья на установках гидроочистки.

Содержание серы - самый важный показатель у современных дизельных  топлив. Он нормируется для всех классов дизельного топлива и  в соответствии  с классом может составлять 50 и 10 мг/кг.

Гидроочистка — процесс химического  превращения веществ под воздействием водорода при высоком давлении и  температуре. Гидроочистка нефтяных фракций  направлена на снижение содержания сернистых  соединений в товарных нефтепродуктах. Побочно происходит насыщение непредельных углеводородов, снижение содержания смол, кислородсодержащих соединений, а также  гидрокрекинг молекул углеводородов.

Гидроочистка является основным вторичным  процессом в нефтепереработке, ни один современный нефтеперерабатывающий  завод не может обойтись без установки  гидроочистки. Благодаря гидроочистке происходит облагораживание всех фракций, получаемых на НПЗ.

В соответствии с заданием на курсовой проект необходимо спроектировать установку гидроочистки дизельного топлива с производительностью 900 тыс. т/год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ХАРАКТЕРИСТКА СЫРЬЯ,  ПОЛУЧАЕМЫХ ПРОДУКТОВ, СВСГ, ЦВСГ  И РЕАГЕНТОВ

 

Качество  сырья установки гидроочистки оказывает  большое влияние как на параметры процесса, так и на качество и выход получаемых продуктов.  При выборе параметров и катализаторов процесса необходимо учитывать химический состав: содержание серо- и азотсодержащих соединений; содержание полиароматических углеводородов, смол и асфальтенов, вызывающих снижение активности катализаторов процесса гидроочистки за счет отложений кокса; содержание металлов (никель, железо, ванадий), способных отлагаться на поверхности катализатора.

В качестве сырья установки гидроочистки дизельного топлива была взята прямогонная  дизельная фракция с температурами выкипания 180 — 360 ⁰С.

На установке гидроочистки выделяют: бензин — отгон (температура конца  кипения 180 ⁰С) и гидроочищенное дизельное топливо.

Характеристика  сырья, гидрогенизата и бензин —  отгона, полученных в процессе гидроочистки дизельного топлива представлены табл. 1.1.

 

Таблица 1.1

 

Характеристика  сырья, гидроочищенного дизельного топлива и бензтн-отгона.

 

Показатели качества	Сырье	Гидрогенизат	Бенз-отгон
Плотность при 20 0С, кг/м3	0,843	0,838	0,725
Фракционный состав (разгонка по ГОСТ), 0С:
н. к.	180	180	43
10%	222	237	72
50%	268	268	100
90%	318	318	151
к.к.	360	350	180
Содержание серы	0,91	0,005	-
Йодное число	2,5	-	-

 

 

 

 

 

 

Углеводородный  состав свежего (СВСГ) и циркулирующего (ЦВСГ) водородсодержащих газов и  газов реакции представлен в  табл.1.2.

 

Таблица 1.2

 

Химический  состав СВСГ, ЦВСГ и углеводородных газов (%об.)

 

компонетн	СВСГ, % об.	M	СВСГ, % мас.	ЦВСГ, % об	ЦВСГ % мас.	УВГ % об.	УВГ % мас.
Водород	99,9	2	99,2	84	27,8	-	-
Метан	0,1	16	0,8	7,7	20,4	59	40,2
Этан		30		4,9	24,3	29,7	37,9
Пропан		44		2,2	16,0	10	18,7
Изобутан		58		0,6	5,8	0,7	1,7
Н-бутан		58		0,6	5,8	0,6	1,5
Итого	100	2,014	100	100	100,0	100	100

 

     В процессе гидроочистки дизельного  топлива использовался катализатор  РК-231М, фирмы KNT group со следующими физико-химическими характеристиками:

Таблица 1.3

Характеристика  катализатора РК-231М.

 

Показатель	Значение
Форма и размер гранул	цилиндрическая, d=1,6-3,0, L=3-15 мм
Содержание активных металлов, % масс., не более	12-15 Мо; 4,0-5,0 Со
Индекс  прочности, кг/мм2, не менее	2,2
Насыпная  плотность, г/см3, в пределах:	0,6-0,8
Массовая  доля крошки, %, не более	1,0
Массовая  доля потерь при прокаливании (ППП) при 500°C, %, не более	3,0

 

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  СХЕМЫ УСТАНОВКИ И ПАРАМЕТРОВ  ПРОЦЕССА

 

Технологические схемы установок гидроочистки имеют  много общего и различаются по мощности, размерам и технологическому оформлению реакционных блоков, блоков сепарации и стабилизации.

Все установки  гидроочистки имеют в своем составе  следующие блоки:

- реакторный  блок;

-блок  стабилизации гидрогенизата;

-блок сепарации;

-блок  очистки циркулирующего водородсодержащего  газа и газов реакции от  сероводорода раствором моноэтаноламина  и регенерации раствора моноэтаноламина[1].

Реакторный  блок состоит из сырьевых насосов, теплообменников  нагрева газосырьевой смеси, печи, реактора, водяного холодильника и аппарата воздушного охлаждения.

Основной  аппарат реакторного блока –  реактор, в нем осуществляется процесс  гидроочистки дизельной фракции. Опыт эксплуатации установок гидроочистки дизельного топлива свидетельствует  о целесообразности проведения процесса в реакторе с аксиальным вводом сырья  в неподвижном слое катализатора. Такого типа реактор выбран в данном проекте.

Оформление  реакторного блока может быть различным (см. рис. 2.1, рис. 2.2, рис. 2.3):

 

 

Один  реактор

Рис 2.1

 

Два параллельно  соединенных реактора

Рис. 2.2

 

 

Два последовательно  соединенных реактора

 

Рис. 2.3

 

На проектируемой  установке выбираем схему с одним  реактором , т.к.  такая схема экономически более целесообразна – меньше капитальные и эксплуатационные затраты.           

На установке  применяем схему «с циркуляцией» водородсодержащего газа. Применение схемы с циркуляцией позволяет поддерживать нужное соотношение водород: сырье, изменяя кратность циркуляции водородсодержащего газа, и в меньшей степени зависит от работы установки каталитического риформинга. Наличие циркуляционного компрессора дает возможность проводить газовоздушную регенерацию катализатора.

При работе установки с циркуляцией водородсодержащего  газа появляется возможность обеспечения  более высокого парциального давления водорода и за счет увеличения удельного  расхода водородсодержащего газа, и  за счет повышения концентрации водорода в газе при его сепарации.

В процессе гидроочистки дизельной фракции  сепарация гидрогенизата  применяется  для выделения  водородсодержащего газа и углеводородного газа. Сепарация  газопродуктовой  смеси осуществляется в газосепараторах.

Выбор схемы  узла сепарации гидрогенизата определяется конкретными условиями производства. Существуют два способа сепарации- холодный и горячий. Выбор холодной или горячей сепарации водородсодержащего газа из газопродуктовой смеси определяется также ресурсами водорода на заводе.

На установке  используем горячую сепарацию газопродуктовой  смеси. Горячая сепарация бывает двух-, трех- и четырехступенчатой по давлению, что зависит от давления в реакторе. По схеме с горячей  сепарацией газопродуктовая смесь  лишь частично охлаждается в сырьевых теплообменниках (до 230-300 ^оС) и поступает в горячий сепаратор высокого давления, в котором происходит отделение газопаровой фазы от жидкой. Газопаровая фаза, включающая ВСГ, газы реакции и пары бензина, охлаждается и конденсируется в теплообменниках, воздушных и водяных холодильниках и поступает в холодный сепаратор высокого давления, в котором сверху выделяется циркулирующий водородсодержащий газ, а снизу – жидкая фаза с растворенными углеводородными газами. Далее из жидкой фазы в сепараторе низкого давления выделяются углеводородные газы. Жидкая фаза из горячего сепаратора поступает в колонну ректификации (стабилизации), куда также подают жидкую фазу из холодного сепаратора низкого давления.

Горячая сепарация более эффективна, чем  холодная, так как на установке  существенно снижаются эксплуатационные расходы – меньше расход энергии  и на нагрев, и на охлаждение. Недостатком  горячей сепарации является некоторое  увеличение расхода водорода из-за его растворения в горячем  гидрогенизате. На современных заводах имеются установки по производству технического водорода, что значительно увеличивает ресурсы водорода для гидрогенизационных процессов.