Раздел 2. Расчетная часть.

Исходные данные.

1. Производительность установки по сырью G = 2000000 т/год.

2. Характеристика сырья: фракционный состав 200-300⁰С; плотность

p₀ = 850 кг/м³; содержание серы S₀ = 0,05% (масс.), в том числе меркаптановой S_м = 0,01% (масс.), сульфидной S_с = 0,01% (масс.), дисульфидной S_д = 0,01% (масс.), тиофеновой S_т = 0,02% (масс.), содержание непредельных углеводородов 1% (масс.) на сырье.

3. Остаточное содержание серы в очищенном дизельном топливе S_к < 0,005% (масс.), т.е. глубина гидрообессеривания должна быть 90%.

4. Гидроочистка проводится на алюмокобальтмолибденовом катализаторе при давлении p = 4 МПа, кратности циркуляции водородсодержащего газа к сырью х: = 200 нм³/м³.

5. Кинетические константы процесса:

2.1. Выход гидроочищенного топлива.

В ыход гидрочищенного дизельного топлива Вд.т., % (масс.) на исходное сырье равен

Бензин и газ образуются преимущественно при гидрогенолизе сернистых соединений. При средней молекулярной массе 209 в 100 кг сырья содержится 100 : 209 = 0,478 кмоль серы, 0,05 кг серы содержат 0,05 : 32 = 0,00156 кмоль, т.е. серосодержащие молекулы составляют 0,327% от общего числа молекул. Если принять равномерное распределение атомов серы по длине углеводородной цепочки, то при гидрогенолизе сероорганических соединений с разрывом у атомов серы выход бензина и газа составит:

количество удаленной из сырья серы.

Выход гидроочищенного дизельного топлива на исходное сырье равен:

2.2. Расход водорода на гидроочистку.

Водород в процессе гидроочистки расходуется на:

1) гидрогенолиз сероорганических соединений;

2) гидрирование непредельных углеводородов;

3) потери водорода с отходящими потоками (отдувом и жидким гидрогенизатом).

Р асход водорода на гидрогенализ сероорганических соединений находят по формуле:

где G₁ – расход 100%-го водорода, % (масс.) на сырье;

S – количество серы, удаляемое при гидроочистке, % (масс.) на сырье;

m – коэффициент, зависящий от характера сернистых соединений.

Поскольку в нефтяном сырье присутствуют различные сернистые соединения, определяется расход водорода на гидрогенолиз каждого из них, и полученные результаты суммируются.

Значение m для свободной серы равно 0,0625, для меркаптанов – 0,062, циклических и алифатических сульфидов – 0,125, дисульфидов – 0,250 и бензотиофенов – 0,187. Наиболее стабильны при гидроочистке тиофеновые соединения, поэтому при расчете принимаем, что вся остаточная сера (0,005% масс. На сырье) в гидрогенизате – тиофеновая, а остальные сероорганические соединения разлагаются полностью.

При этом получаем

G₁=0,010,062+0,010,125+0,010,0938+(0,02–0,005)0,25=0,006558%(масс)

Расход водорода на гидрирование непредельных углеводородов равен

г де G₂ – расход 100%-го водорода, % (масс.) на сырье;

С_Н – разность содержания непредельных углеводородов в сырье и гидрогенезате, % (масс.) на сырье, считая на моноолефины;

М – средняя молекулярная масса сырья.

С реднюю молекулярную массу сырья рассчитывают по эмпирической формуле:

Принимая, что степень гидрирования неопределенных углеводородов и гидрогенолиза сернистых соединений одинакова, находим

Мольную долю водорода, растворенного в гидрогенезате, можно рассчитать из условий фазового равновесия в газосепараторе высокого давления

где – мольные доли водорода в паровой и жидкой фазах (y^/H₂ равняется мольной или объемной концентрации водорода в циркулирующем газе 0,8);

К_р – константа фазового равновесия (для условий газосепаратора высокого давления при 40⁰С и 4 МПа К_р = 30).

П отери водорода от растворения в гидрогенизате G₃ (масс.) на сырье составляют:

К роме этих потерь имеют место потери водорода за счет диффузии водорода через стенки аппаратов и утечки через неплотности, так называемые механические потери. По практическим данным, эти потери составляют 1% от общего объема циркулирующего газа. Механические потери G₄ (% масс.) на сырье равны

где х – кратность циркуляции водородосодержащего газа, нм³/м³;

 - плотность сырья, кг/м³.