Проект установки гидроочистки дизельного топлива

4.4 Колонные  аппараты

 

Стабилизационная колонна К-1 предназначена  для получения стабильного гидрогенизата, бензин-отгона и углеводородного газа с сероводородом.  Колонна имеет переменный диаметр. Различия по диаметру объясняется тем, что количество верхнего продукта значительно меньше количества нижнего, получаемого в колонне К-1. . Условия эксплуатации стабилизационной колонны: давление в зоне питания находится в пределах 0,16-0,20 МПа, температура верха колонны 130-140 ⁰С, а низа — 240-280 ⁰С [1].

Число тарелок в колонне — 25 штук.

Абсорберы К-2, К-3 и К-5 представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с числом барботажных тарелок 24, 20 и 20 соответственно. Их назначение очистка водородсодержащего и углевородных газов от сероводорода водным раствором МЭА.

Условия в абсорбере К-2: температура 30 — 40 ⁰С и давление 2,5 — 3,0 МПа; абсорбцию в К-3 осуществляют при температуре 40 — 45 ⁰С и давление 0,5 — 0,7 Мпа, абсорбцию в К-5 осуществляют при температуре 40 — 45 ⁰С и давление 0,5 — 0,7 МПа

Назначение десорбера К-6 — очистка насыщенного водного раствора от сероводорода. Диаметр колонны К-5 составляет 2,2 м, высота — 26 м, смонтирована 21 тарелка. Условия регенерации раствора МЭА: давление не более 0,15 МПа; температура верха колонны в пределах 105-110 ⁰С; низа — 115-120 ⁰С.

Колонна К-4 предназначена для отдувки  сероводорода от бензина. Представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с числом барботажных  тарелок 20.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

5.1 Исходные данные для  расчета

 

При расчете  материальных балансов установок гидроочистки необходимы следующие данные:

• годовая производительность установки по сырью, тыс. т/год……900
• продолжительность сырьевого цикла, сутки………………………..335
• температура газосырьевой смеси на входе в реактор, ⁰С…………..340
• давление газосырьевой смеси на входе в реактор, МПа………… 5,0
• давление газопродуктовой смеси на выходе из реактора, МПа….4,8
• объемная скорость подачи сырья, ч^-1……………………………….2,0
• отношение водород:сырье, нм³/м³ сырья…………………………..400

Характеристику  сырья и получаемых продуктов см. таблицу 1.1.

5.2 Материальные балансы  установки и реактора

5.2.1 Определение часовой  производительности установки

 

Объемную  часовую производительность определяем по формуле:

 

где W_c — объемная производительность установки;

G_c – годовая производительность установки (900 тыс. тонн/год);

- продолжительность сырьевого  цикла (для установок гидроочистки  дизельного топлива 335 сут);

- плотность сырья установки  (912 кг/м³).

Массовую  часовую производительность установки  определяем по формуле:

5.2.2 Расчет расхода свежего  водородсодержащего газа (СВСГ)

 

Водород в процессе гидроочистки дизельного топлива расходуется на гидрогенолиз серо-, азот-, кислород- и металлоорганических соединений, на гидрирование непредельных и ароматческих углеводородов. Часть водорода растворяется в гидрогенизате и теряется с углеводородными газами при их последующем выделении из гидрогенизата. Часть водорода также теряется с газами отдува, которые выводятся из системы циркуляции водородсодержащего газа на установке и заменяются свежим водородсодержащим газом со стороны для поддержания необходимой концентрации водорода в ЦВСГ. Кроме того, имеют место механические потери водорода за счет утечки через неплотности.

Водород в составе СВСГ, необходимый для  проведения гидрогенизационного процесса, поступает с установок каталитического  риформинга или со специальных установок производства водорода. Характеристика СВСГ, который используется на установке гидроочистки дизельного топлива приведена в п.1 настоящего курсового проекта.

Расчет  молярной массы и состава СВСГ представлен в таблице 5.1

 

 

Таблица 5.1

Расчет  молярной массы и состава СВСГ

 

Компонент	Mi, кг/кмоль		Yi,
1. Водород	2		0,999		1,998	0,992
2. Метан	16		0,001		0,016	0,008
Итого			1,000		2,014	1,000

 

Массовый  расход водорода определяем по формуле:

 

где G_H2 - массовый расход водорода, кг/ч;

C_H2 - расход водорода в расчете на сырье, %масс.

Массовый  расход СВСГ, подаваемого со стороны, рассчитываем по формуле:

 

где G_свсг - массовый расход СВСГ, кг/ч;

y_H2 - концентрация водорода в СВСГ, массовые доли от единицы.

Зная  массовый расход СВСГ, определяем его  расход в расчете на сырье:

 

где  С_свсг - расход СВСГ в расчете на сырье, %масс.

5.2.3 Расчет расхода циркулирующего  водородсодержащего газа (ЦВСГ)

 

Расход  циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) при работе установок гидроочистки дизельного топлива выбираем на основании  литературных данных [см. п.2]. При заданной производительности установки по свежему  сырью объем ЦВСГ определяем по формуле:

 

где  V_цвсг - объемный расход ЦВСГ, нм³/ч;

К_ц — кратность циркуляции ЦВСГ, нм³/м³ сырья.

Массовый  расход циркулирующего водородсодержащего газа определяем из соотношения

 

где  G_цвсг - массовый расход ЦВСГ, кг/ч;

М_цвсг — молярная масса ЦВСГ, кг/кмоль.

Молекулярную  массу ЦВСГ определяем по формуле:

 

где M_i - молекулярная масса компонента ЦВСГ, кг/кмоль;

y_i - мольная концентрация компонента ЦВСГ.

Расход  ЦВСГ в расчете на сырье:

 

 

          Расчет молярной массы ЦВСГ  представлен в таблице 5.2.

 

Таблица 5.2

Расчет  молярной массы ЦВСГ

 

Компонент	Mi, кг/кмоль		Yi,
1. Водород	2		0,84		1,68	0,278
2. Метан	16		0,077		1,23	0,204
3. Этан	30		0,049		1,47	0,243
4. Пропан	44		0,022		0,97	0,160
5. Изобутан	58		0,006		0,35	0,058
6. Н-Бутан	58		0,006		0,35	0,058
Итого			1,000		6,04	1,000

5.2.4 Определение выхода сероводорода

 

 

где G_H2S – выход сероводорода, %масс.на сырье;

S₀ – содержание серы в исходном сырье, S₀ = 0,91 %масс.;

S_i – содержание серы в конечных продуктах (0,005 %масс. - содержание серы в гидроочищенном дизельном топливе;

x_i – выход гидроочищенных продуктов, в массовых долях от единицы: выход гидроочищенной дизельной фракции равен 0,969; 34 — молярная масса сероводорода, кг/кмоль;

32 — атомная  масса серы, кг/кмоль.

 

 

 

 

5.2.5 Материальный баланс установки

 

Выход продуктов реакции (гидроочищенного  дизельного топлива, бензин-отгона, углеводородных газов) были взяты по литературным данным [1].

 

Таблица 5.3

Материальный  баланс установки гидроочистки дизельного топлива

 

Статьи балансаса	Расход
	% мас	кг/ч	т/сут	т/год
Взято:
Сырье	100,0	111940	2687	900000
СВСГ	0,8	903	22	7258
В том числе
водород	0,794	896	21	7200
УВГ	0,006	7	1	58
ИТОГО	100,8	112843	2708	907258
Получено:
дизельное топливо	96,9	108470	2603	872100
бензин отгон	1,3	1455	35	11700
углеводородные газы	0,6	672	16	5400
сероводород	1,0	1081	26	8693
потери	1,0	1165	28	9365
ИТОГО	100,8	112843	2708	907258

5.2.6 Материальный баланс реактора гидроочистки дизельного топлива

 

Таблица 5.4

Материальный  баланс реактора гидроочистки дизельного топлива

 

Статьи баланса	Расход
	%мас	кг/ч
Взято:
сырье	100,0	111940
СВСГ	0,8	903
ЦВСГ	15,1	16845
ИТОГО	115,9	129688
Получено:
дизельное топливо	97,9	109599
бензин-отгон	1,3	1470
углеводородные газы	0,6	691
сероводород	1,0	1083
ЦВСГ	15,1	166845
ИТОГО	115,9	129688

 

5.2.7 Выбор конструкции и определение размеров реакторов

 

Существенное  значение имеет правильный выбор  конструкции реактора. Для процесса гидроочистки дизельного топлива не могут быть успешно  применены  реакторы с радиальным движением  реагирующей смеси из-за невозможности  оптимального распределения жидкой фазы по объему катализатора, в них  используют аксиальный ввод газосырьевой смеси в слой катализатора.

При аксиальном вводе сырья диаметр реактора и высота слоя катализатора зависят  от гидравлического сопротивления  слоя катализатора и допустимого  значения условной скорости подачи сырья  на свободное сечение аппарата, при которой начинается шевеление катализатора. Установлено, что оптимальный перепад давления, который можно рекомендовать для определения диаметра реактора с аксиальным вводом сырья составляет 0,004 — 0,010 МПа на 1 м высоты слоя катализатора в зависимости от вида очищенного сырья [3].

Реакции процесса гидроочистки дизельного топлива  — экзотермические и протекают  со значительным тепловым эффектом. Для  снижения градиента температуры  по высоте реакционной зоны слой катализатора разбивают на секции и применяют  охлаждение реагирующей смеси между  секциями. Высоту каждой секции катализатора принимают такой, чтобы температура  в ней не повышалась более чем  на 25 ⁰С. По ходу сырьевой смеси меняются скорости и типы реакций, уровни отложения кокса и металлов на катализаторе и активность катализатора, снижается выделение теплоты, поэтому увеличивают высоты слоев катализатора в секциях реактора сверху вниз.