Проект установки гидроочистки дизельного топлива

 

• с бензином:

 

• с углеводородным газом:

 

• с сероводородом:

 

• с ЦВСГ:

 

где - расход компонента ГПС в паровой фазе при 200 ⁰С, кг/ч;

- энтальпия компонента ГПС в паровой фазе при 200 ⁰С , кДж/кг;

- расход компонента ГПС в жидкой фазе при 200 ⁰С , кг/ч;

- энтальпия компонента ГПС жидкой фазе при 200 ⁰С , кДж/кг.

Количество  теплоты, содержащееся в ГПС при 200 ⁰С по формуле:

 

Определяем  количество теплоты приходящее с  ГПС:

 

где— коэффициент использования теплоты, принимаем 0,95 по литературным данным [6] .

Находим количество теплоты, приходящее в теплообменник  с ГСС с температурой 100 ⁰С:

 

где — количество теплоты каждого компонента ГСС при 100 ⁰С, кДж/ч.

Определяем  количество теплоты каждого компонента по формуле:

 

 

 

 

 

Количество  теплоты ГСС при температуре 270 ⁰С по формуле:

 

Находим количество теплоты, приходящее в теплообменник  с ГСС с температурой 270 ⁰С:

 

где — количество теплоты каждого компонента ГСС при 100 ⁰С, кДж/ч.

Определяем  количество теплоты каждого компонента по формуле:

 

 

 

 

 

Количество  теплоты ГСС при температуре 270 ⁰С по формуле:

 

Количество  теплоты, выносимое из теплообменника с ГСС:

 

Рассчитываем  средний температурный напор  в теплообменнике, с учетом противотока  ГСС и ГПС. Схема теплообмена:

355 ⁰С________ГПС________>200 ⁰С

270 ⁰С<_______ГСС_________ 100 ⁰С

 

 

Так как средний температурный напор находим по формуле [6]:

 

Принимаем коэффициент теплопередачи по литературным данным [1] (для жидкостных теплообменников трубчатого типа) К = 680 кДж/(м² ч ⁰С).

Рассчитываем  поверхность теплообмена по формуле:

 

В соответствии с ТУ 3612-023-0022030201 выбираем 2 типовых теплообменников с плавающей головкой в качестве сырьевого теплообменника «ГСС — ГПС».  Эскиз теплообменника с плавающей головкой представлен на рис. 5.4. Характеристика теплообменника приведена в табл. 5.31.

 

 

 

 

Таблица 5.31

 

Характеристика  теплообменника с плавающей головкой (ТУ 3612-023-0022030201).

Диаметр кожуха, мм	1200
Площадь сечения одного хода по трубам, м2	0,139
Длина труб, м	6
Поверхность, теплообмена, м2	610
Число ходов	2
Диаметр труб, мм	20x2

 

Эскиз теплообменника с плавающей головкой

 

Рис.5.4

5.7 Расчет печи

 

Расчет печи, служащей для нагрева газосырьевой смеси перед входом в реактор, сводится к определению тепловой мощности, поверхности нагрева, числа труб в конвекционной и радиантной камерах, низшей теплоты сгорания топлива, коэффициента полезного действия и расхода топлива. Методика расчета [8].

Температуру входа ГСС в печь принимаем 270 ⁰С, температуру ГСС на выходе из печи — 340 ⁰С.

5.7.1 Расчет процесса горения

 

Теплота сгорания топлива определяем по формуле:

 

где Q^H_pi – теплота сгорания компонентов топлива, МДж/м³ ;y_{i —} мольная доля компонентов топлива (см. табл. 5.33).

 

 

 

 

Таблица 5.32

Состав  топливного газа

Вещество	Qhpi, МДж/м3	Mi , кг/моль	yi
CH4	35,84	16	0,987
C2H6	63,8	30	0,0033
C3H8	91,32	44	0,0012
C4H10	118,73	58	0,0004
C5H12	146,1	72	0,0001
CO2	-	44	0,001
N2	-	28	0,007
Итого	-	-	0,0033

 

Средняя молекулярная масса топлива:

 

Плотность топливного газа:

 

Элементарный  состав газообразного топлива (%мас.) подсчитываем по следующим формулам:

 

 

 

 

 

 

где n_Ci , n_Hi , n_Ni – соответственно число атомов углерода, водорода и азота в молекулах отдельных соединений, входящих в состав топлива; y_i – содержание соответсвующих компонентов топлива (% мас. и % об.или % мол.); M_iи M_m – соответственно молекулярная масса компонента и топлива. Получим, по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка, С + Н + N +О= 100 % мас.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для  сжигания 1 кг топлива:

 

 

Фактический расход воздуха:

 

где 1,25 — коэфициент избытка воздуха.

Массовый  состав дымовых газов (кг/кг):

 

 

 

 

где C, H, N и W — содержание различных элементов и влаги в топливе (% мас.). Получим, по формулам:

 

 

 

 

Общее количество продуктов сгорания:

 

или

 

Объемный  состав продуктов сгорания (м³/кг):

 

 

 

 

Суммарный объем дымовых газов:

 

Плотность дымовых газов при нормальных условиях:

 

Найдем  теплоемкость и энтальпию продуктов  сгорания 1 кг топлива в интервале  температур от 100 до 1500 ºС (373 — 1773 К):

 

Средние удельные теплоемкости газов для  расчета в [7]. Расчеты приведены в табл. 5.33.

 

 

 

 

 

Таблица 5.33

Энтальпии продуктов сгорания

 

 

Температура		Теплоемкость, кДж/(кг0С)	Энтальпия, кДж/кг
0С	К
100	373	16,687	1668,7
200	473	16,855	3371,1
300	573	17,058	5117,5
400	673	17,268	6907,1
500	773	17,477	8738,5
600	873	17,700	10619,7
700	973	17,928	12549,4
800	1073	18,145	14516,2

 

По данным табл. 5.33 строим график зависимости энтальпий продуктов сгорания от температуры, представлен на рис. 5.5.

 

 

Зависимость энтальпий продуктов сгорания от температуры

 

Температура, ⁰С

 

Рис. 5.5.

5.7.2 Расчет теплового баланса печи, КПД печи и расхода топлива

 

Полезная  тепловая мощность печи, в которой  нагревается ГСС:

 

 

Подставляя, получим

 

 

 

 

Потери  тепла излучением в окружающую среду  составят составят 5 %, причем 4 % - в радиантной камере, а 1 % - в конвекционной, т.е. КПД топки составит

 

Потерями  тепла от химического недожига, а  также количеством теплоты поступающего топлива и воздуха пренебрегаем.

КПД печи найдем по формуле:

 

где Н_ух— энтальпия продуктов сгорания, покидающих печь при температуре t_ух = 460 ºС;

Н_ух= 8006,1 кДж/кг (см. рис. 5.2);

q_пот = 0,05 – потери тепла излучением в окружающую среду.

 

 

Рассчитываем  расход топлива по формуле:

 

где   В — расход топлива, кг/ч.

 

5.7.3 Расчет радиантной камеры и камеры конвекции

 

Задаемся  температурой дымовых газов на перевале t_п = 800 ºС(1073 К) Энтальпия продуктов сгорания при температуре на перевале                               Н_п= 14516,2 кДж/кг (см. табл. 5.31)

Тепловой  поток (кДж/ч), воспринятый ГСС в  радиантных трубах находим по формуле:

 

 

кДж/ч.

 

Находим тепловой поток (кДж/ч), воспринятый  ГСС в конвекционных трубах:

 

кДж/ч.

Поверхность нагрева радиантных труб находим  по формуле:

 

где  q_р — теплонапряженность поверности радиантных труб,  кДж/м²·ч.

Принимаем q_р= 30 кВт/м²=1,08·10⁵ кДж/м²·ч [9], подставляем

м².

Поверхность нагрева конвекционных труб аналогично находим по формуле:

 

Принимаем  q_к=18 кВт/м²= 6,5·10⁴ кДж/м²·ч [9].

 м².

Число труб в камере радиации находим по формуле:

 

где  - полезная длина радиантных труб, омываемая потоком дымовых газов, м;

d_н — диаметр труб печи, м.

Принимаем =12,6 м, d_н = 0,152 м. Подставляя значения в формулу получим:

 

Аналогично  рассчитаем число труб камеры конвекции:

5.8 Расчет аппапарата воздушного охлаждения

 

Производим  расчет аппарата воздушного охлаждения, предназначенного для конденсации  и охлаждения газопаровой фазы, выходящей из Т-3, с до 40 ⁰С. Газопаровая фаза из горячего сепаратора С-1 отдает тепло жидкой фазе холодного сепаратора С-2 и охлаждается с 200 ⁰С до 100 ⁰С.

Методика  расчета взята из [9].

Определим количество тепла, которое отводится в аппарате воздушного охлаждения. Составляем материальный баланс однократного испарения смеси на входе в аппарат — при температуре 100 ⁰С.

Количество  теплоты газожидкостной смеси при 100 ⁰С и при 40 ⁰С соответственно на входе и на выходе в АВО-1 представлен в табл. 5.34, 5.35.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.34

 

Расчет  количества теплоты парожидкостной смеси на входе в АВО-1 при 100 ⁰С и давлении 4,6 Мпа.

 

Компонент	Энтальпия, кДж/кг		Расход, кг/ч		Количество теплоты, МДж/ч
	пары	жидкость	пары	жидкость	пары	жидкость
1. Водород	1460,0	-	4617	-	6740,8	-
2. Метан	586,6	-	3582	-	2101,0	-
3. Этан	515,4	-	4070	-	2097,9	-
4. Пропан	440,0	-	2535	-	1115,3	-
5. И-Бутан	255,6	-	847	-	216,6	-
6. Н-Бутан	264,0	-	835	-	220,5	-
7. Сероводород	105	-	1004	-	105,5	-
8. Бензин — отгон	546,9	217,4	660	27	361,0	5,9
9. Дизельная фракция	359,9	201,8	284	1966	102,2	396,7
Итого	-	-	18435	2034	13060,8	402,6